Система стабилизации

СООЗ СОВЕТСКИХсоциллистическРЕСПУБЛИК А 1 Ы 5 6 05 ОПИСАНИ У ОСУДЛРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССРгоспдтент сссР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного обьединений "Энергия(56) Авторское свидетельство СССРВ 630612, кл, 6 05 В 11/16, 1978.Авторское свидетельство СССРК. 1071995, кл. 6 05 В 11/42, 1984,(57) Изобретение относится к системам управления и регулирования и может быть использовано для стабилизации фазовыхкоординат различных динамических обьектов. с помощью релейных регуляторов, Наибольшее применение система стабилизации может найти при необходимости получения высококачественных переходныхпроцессов и зкономичиых установившихсярежимов, в том числе при высоких уровняхпомехи в сигналах датчиков первичной информации, Целью изобретения является повышение точности системы. Система содержит даик г 1 оложения 1, датчик скорости 2, трехпозициоиный релейный блок 3, формироьатель выходных импульсов 4, инвертирующил релейный исполнительный механ:.:,м 5, сумматор 9, усилитель 10 с ограничением 7, интератор 11, обьект управления 12, В основе построения лежит обьединение функции динамическогофильтра и пропорционально-дифферснциального регулятора, Обьединение указанных функций обеспечивается соединением выхода трехпозиционного релейного блока с инвертирующим входом интегратора, другие входы которого связаны с выходом датчика скорости, и че) Ф рез усилитель с ограничением - с выходом З цепи внутренней отрицательной обратной связи и ьыходом датчика положения, За счет указанной структуры устраняются ограничения на динамический диапазон управления по положению обьекта управления, если его скорость ие превышает линейного диапазона датчика скорости объекта управ- д леиия, 4 ил,Изобретение относится к технике авто. матического регулирования и мажет бытьиспользовано в системах управления различными инерционными объектами, напри мер поворотными стендами, промышленными роботами, летательными аппаратами,ЦелЬю .изобретения является повышение точности системы.На фиг.1 представлена структурная схема системы, стабилизации; на фиг.2 - приведен фазовый портрет системы стабилизации; на фиг,З показан. процесс преобразования сигнала Орэ формирователем выходных импульсов 4; на фиг.4 представленпример выполнения формирователя выходных импульсов на один знак входного сигнала для другого знака сигнала схемааналогична).На фиг.1 показано: 1 -. датчик положеНия;2 - датчик скорости;3 - трехпозиционный релейный блок. (ТРБ);4 - формирователь выходных импульсов;5 - инвертирующий релейный исполнительный механизм (в дальнейшем по тексту- ИМ 5);6 - вход сумматора 9;7- первый суммирующий вход интегратора 11;8 - выход.ИМ 5;9 - сумматор;10 - усилитель с ограничителем;11 - интегратор;12 - объект управления.На фиг.2 показано:Х - сигнал датчика положения объектауправления 12;У - сигйал скорости объекта управления12,Е4ЬА 2 Л.зАО 2 АЭ - .линии переключения.Р,Р - границы областей 3 скользящегорежима,М - положение изображающей точки на. фазовом портрете.На фиг.4 показано:13 - операционный усилитель (ОУ), выход которого соединен с входом двухпозицонного релейного элемента (РЭ) 14, ОУ 13совместно с резисторами 15,16 и 18 и конденсатором 17 образуют интегратор.,Еоп -. напряжение опбрного источника.Устройство выполнено следующим образом.Выход датчика положения 1, измеряющего координату положения Х объекта управления 12 и установленного на нем,соединен с входом 6 сумматора 9, выходкоторого через усилитель с ограничением(1,а) где 2, Ев - сигналы управления и возмущеЗ 5 ния, действующие на объект управления 12.Датчики 1 и 2 описываются уравненияХ при ХХ КХ при -ХоХХо (2) -Х при Х -Хо 40 Уупри У УоКу Упри-УОУУ, -Уп при У -Уо Регулятор 1 описывается следующимобразом 8=ю+У - К Орб 50 где п 1 аах при ййоКп, й при-йо ййо (5) вп при й -йо й-Х (6)К - коэффициент передачи по инвертирующему входу интегратора,10 соединен с суммирующим входом интегратора 11, С другим суммирующим входом(7) интегратора 11 соединен выход датчикаскорости 2, установленного на объекте уп 5 равления 12 и измеряющего его координатуУ. Выход интегратора 11 соединен с входомТРБ 3 и с вычитающим входом сумматора 9.Выход ТРБ 3 соединен с входом формирователя выходных импульсов 4 и с вычитающим10 входом интегратора 11. Управляющий входформирователя выходных импульсов 4 соединен с выходом усилителя с ограничением10, Выход формирователя выходных импульсов 4 соединен с входом ИМ 5, выход 15 ным сигналом 8 которого обеспечивается- управление стабилизацией объекта управления 12,Функциональные элементы 3-11 образуют релейный пропорционально-диффе 20 ренциальный регулятор (ПД - регулятор),обладающий свойствами динамическогофильтра (функциональные элементы9,10,11), ПД - регулятор имеет входы 6 и 7,выход 8,25 Рассмотримфункционирование устройства, полагая для простоты общего изложения, что объект управления описываетсявыражением (1).(10) Я= Кп И+ У Или с учетом (6) С учетом того что Х = У Я=Х(предполагается, для простоты изложения, что гистерезис релейного блока 3 отсутствует).Формирователь выходных импульсов 4 обеспечивает пеРеДачУ сигнала Орб и пРи этом формирует запаздывание Т на выключение (фиг.3) где То - начальное запаздывание;ТП 1 - запаздывание, зависящее от абсолютного значения сигнала щ,Исполнительные органы преобразуют сигнал Оф в вид где Кф - коэффициент, зависящий от эффективности ИМ 5.Пусть, например, в некоторый момент изображающая точка М на фазовом портрете занимала положение Мо с координатами Х = О, т = О, сигнала Орб ТРЬ 3, исходя из предыдущих событий, равен нулю, а переходные процессы в динамических звеньях, вызванные начальными возмущениями (например, от включения питания прибора), закончились.Тогда, для линейных зон датчиков 1 и 2, исходя из (2 - 5), можно записать Я=К (Х - Я)+У (11). При попадании т,М на границу зоны нечувствительности й (М 1) ТРБ 3 последний включается; вследствие этого ИМ 5 начинает формировать управляющее воздействие на объект управления 12, (Отсюда следует,что.1; Х=й)В результате указанного воздействия т. М движется по траектории М 1 - М 2 до тех пор, пока Яй. На этом участке сигнал Я определяется выражениемЯ=К Х-К Я+У.-К О б (13) Далее, при переходе границы Р в ПД-регуляторе возникает скользящий режим, при котором наблюдается импульсная работа ТРБ 3 (вопрос об импульсной работе блоков 5 4 и 5 рассмотрен ниже).В скользящем режиме Я = О, Я = й, .В процессе движения от линии Р долинии .2(или О) сРеднее значение Орб сигнала Орб изменяется от 1 до.О, Условие Орб= 10 = 0 означает переход линии выключения2(или 1.з),При изменении сигнала а (на линейномучастке характеристики усилителя с ограничением 10) линия2 определяется выраже нием . При в = вп,ах, с учетом (4) Влияние формирователя выходных импульсов 4 на процесс управления следую щее.В процессе движения от т. М 2 до т. Мзчастота включения ТРБ 3 изменяется от максимальной (теоретически - от бесконечной, реально от единиц, десятков килогерц) до 30 нуля. Если Т (8) больше паузы Тп (фиг.З)между импульсами на выходе ТРБ 3, то вь 1- ходной сигнал блока 4 непрерывный (т.к.выходной сигнал ОУ 13 не успевает выйти за границу зоны нечувствительности РЗ 14 - 35 фиг.4). В противном случае выходной сигналблока 4 - импульсный. При практической реализации следует стремиться к достижению высоких частот скользящих режимов, т,к. при этом можно уменьшить значение 40 начального запаздывания То. Это способствует уменьшению возможного перерегулирования (участок Мз - Мд) по скорости. Для того. чтобы повысить помехоустойчивость процесса в скользящем режиме и обеспе чить возможность независимости регулировки То и Тм) используется связь между блоками 10 и 4: 50где Кф - определяется значением резистора17,Следовательно, построение системыстабилизации обеспечивает любое требуе мое качество переходных и установившихсязначении при выборе параметрови, Кв, паах, гпви, К.Точность системы стабилизации увеличивается также за счет расширение динамического диапазона ПД-регулятора, чтоследует из выражения (15) - линии отключения имеют бесконечную протяженность. Следовательно при любых начальных скоростях У вне зависимости от значения уровня ограничения датчиков первичной информации обеспечивается расширение динамического диапазона работы следящей системы,Кроме того, следует указать на повышение помехоустойчивости устройства, обеспечиваемое фильтрацией всех сигналов, поступивших на релейный блок. Формула изобретения Система стабилизации, содержащая сумматор, интегратор и последовательно соединенные трехпозиционный релейный блок и формирователь выходных импульсов, подключенный управляющим входом к выходу усилителя с ограничением, а выходом- к входу инвертирующего релейного исполнительного механизма, связанного с объектом управления, а также датчик положения, установленный на объекте управления, о т личающаяся тем,что,сцельюповышения точности системы, в ней установлен датчик скорости объекта управления, установленный на объекте управления, выход датчика скорости объекта управления 1 О соединен с первым суммирующим входоминтегратора, подключенного вторым суммирующим входом к выходу усилителя с ограничением, вычитающим входом - к выходу трехпозиционного релейного блока; а выхо дом - к входу трехпозиционного релейногоблока и к вычитэющему входу суммато.,а.соединенного суммирующим входом с выходом датчика положения, а выходом - с входом усилителя с ограничением.1798764 фагФ .Составитель А,БичуцкийТехред М,Моргентал Корректор М,Керецман Редактор Т.Орловская Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 772 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5