Следящая система

(23) Приоритет оо делам изобретений и отхрь 1 тийДата опубликования описания 10.07,81,Еу:-;: ги 1. г ф о . Киевский институт автоматики им, ХХУ съезда.К%С;.(54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к автаматическому регулированию и управлениюи может найти применение в тех системах автоматического регулирования,где присутствуют нелинейные элемен 5ты и блоки,Известна следящая система, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, первый и второйусилитель, второй сумматор, нелинейный блок, двигатель и редуктор, выходкоторого соединен с одним из входовпервого сумматора, а выход первогоусилителя через последовательно соединенные реле и делитель соединенсо вторым входом второго сумматора 11.Точность такой системы обеспечивается только в линейной зоне работынелинейного элемента и резко снижается при сигналах ошибки, выходящихза пределы линейной зоны.Известна следящая система, содержащая последовательно соединенныепервый сумматор, усилитель, второй сумматор, третий сумматор, нелинейный инерционный блок, четвертый сумматор, двигатель, выход которого соединен с одним входом первого сумматора, выход которого через последовательно соединенные пятый сумматор первый и второй дифференциатор подключен ко второму входу второго сумма. гора, выход первого дифференциатора соединен с третьим входом второго сумматора и через реле - со Вторым входом четвертого сумматора и входом делителя, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора,выход второго сумматора через последовательно соединенные первую и вторую модель соецинен со вторым входом пятого .сумматора 121,Недостатком известной системы является неточность воспроизведения входного сигнала вследствие того, что на вход нелинейного блока поступает не только усиленный сигнал ошибки, но и сигнал с выхода разокнутого кана 3 84271 ла по задающему воздействию, включаю щего два последовательных дифференцирующих блока, поэтому при быстрых изменениях задающего воздействия на выходе этого канала возникают крат 5 ковременные импульсы большой амплитуды, переводящие нелинейный элемент в режим насыщения, Ошибка комбинированной следящей системы при наличии в замкнутом контуре нелинейного элемента резко возрастает. Это увеличение ошибки объясняется тем, что недокомпенсированная ошибка связью по задающему воздействию становится больше, а замкнутой частью15 Системы уменьшается в меньшее число раз, чем в линейной системе. Поэтому накладываются ограничения на выбор условий инвариантности для входного задающего воздействия, что сужает область 20 применения системы для заданной точности слежения. Кроме того, при насы. щении нелинейного элемента уменьшается эквивалентный коэффициент усиления, что приводит к затягивают переходных пропессов и уменьшению быстродействия всей системы.Наиболее близкой по техническойсущности к предлагаемому является следящая система, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, усилитель, второй сумматор, третий сумматор, нелинейный инерционный блок, четвертый сумматор и исполнительный двигатель, выход которогО соединен с одним из входов первого сумматора, другой вход которого через последовательно соединенные первый и второй дифференциаторы соединен со вторим входом второго сумматора, третий40 вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, а выход через последовательно соединенные модель линеаризованного инерционного блока 1 4.ного инерционного блока; на Лиг, 3 характеристика реле; на Лиг. 4 - эпюры напряжения.Система содержит первый сумматор 1, усилитель 2, второй, третий и четвертый сумматоры 3-5, инерционный блок 6, нелинейный инерционный блок 7, исполнительный двигатель 8, первый и второй дифференциаторы 9 и 10, реле 11, делитель 12 напряжения, инерционная чачть 13 нелинейного блока модель линеаризованного инерционного блока 14, безинерционная нелинейность 15 нелинейного блока 7, сС(С), Я , О (й), соответственно, задающее воздействие, выходной сигнал и сигнал рассогласования.Работа системы заключается в точном воспроизведении задающего воздействия, которое возможно при равенстве нулю сигнала рассогласования В(С)=сй)-=0,При подаче на вход систймы (на вход первого сумматора 1) задающего воздействия А(й) на выходе системы формируется сигнал, поступающий на другой вход первого сумматора 1, тем самым образуя сигнал рассогласования 6 (1) на выходе первого сумматора 1, который усиливается предварительным усилителем 2 и через сумматоры 3 и 4 и нелинейный блок 7 с насыщением подается на вхад исполнительного двигателя 8, Разомкнутый канал управления дифференциатора 9 и 10 формирует первую и вторую производные от задающего воздействия 6 (й), обеспечивая повышение порядка астатизма системы, а следовательно, и точности воспроизведения задающего воздействия. Однако эффективность разомкнутого канала резко падает при наличии нелинейного блокас насыщением. Ошибка системы увеличивается до недопустимых величин, Нелинейный блок 750 55 и реле - со ьторым входом третьегосумматора Э,Недостатком известной системы является ее неточность и быстродействие при быстром изменении сигнала задания,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия системы.Поставленная цель достигается тем, что в системе установлен инерционный блок, вход которого соединен с выходом реле, а выход - со вторым входом четвертого сумматора.На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на Фиг. 2 - блок-схема нелиней. можно представить в виде последовательного соединения инерционной части 13и безинерционной нелинейности 15(фиг. 2). Зависимость между входоми выходом безинерционной нелинейности15 определяется выражением ГКХ(И пР 1 л /Х(Ц 1( с/й,Кй) =1 (С 51 ЯП Х При (Х(М СЖ где К - коэффициент усиления безинерционной нелинейности 15 налинейном участке;5 8427С - уровень ограничения;х Й) - выходной сигнал безинерционной нелинейности 15.Сигнал на входе безинерционной нелинейности 15 определяется выра- жением Таким образам, введение предлагаеого блока и его связей по сравнению с известным исключает насьпцение нелинейного блока сигналом с дифференцирующих блоков, так как схема компенсации насьпцения находится после суммирования сигналов коррекции и ошибки, исключает насьпцение нелинейного блока сигналом ошибки, так как сигнал перед инерционным нелинейным блоком разделяется на части так, чтобы обеспечить линейную зону работы нелинейного блока, пропускается через нелинейньп блок, а затем восстанав" ливается на четвертом сумматоре, при этом учитываются инерционные свойства нелинейного блока, обеспечивает работу схемы компенсации только при сигнале ошибки, превышающем зону линейности, а не при любой перемене знака входного сигнала, благодаря чему повышается точность воспроизведения х ( ) -Н (р) х ,( ),где Й(р) - оператор инерционной чачти 13 нелинейного блока 7; 10х (й) - входной сигнал нелинейноВхго инерционного блока 7.Физически инерционную и безынер-,ционную части в нЕлинейном инерционном блоке 7 разделить нельзя, Поэтому непосредственно получить сигнал х(п) нельзя. Для расширения линейной зоны нелинейной. инерционногоблока 7 необходимо сначала получитьх(п) на входе безинерционной нелинейности 15. Для этой цели в системе предусмотрена модель линеаризованного инерционного блока 14, передаточная Функция которой равна передаточной Функции инерционной части 2513 нелинейного инерционного блока 7 ц (р) Я(р)Полученный сигнал х поступает на реле .11, Выходное напряжение З 0 реле 11 Ор (Фиг.3 определяется выра жением, ЛО при 1 х(п)1С/КР с зсп Х(+) при 1 х(с)1 ) С/КЭто напряжение через инерционный блок6 поступает на четвертый сумматор 5 и на третий сумматор 4.Сумматор 4 осуществляет суммирование выходных сигналов сумматора 3 и40 реле 11 с разными коэффициентами усиления, Модель линеаризованного инерционного блока 14 и инерционного блока 6 одинаковы по передаточным функциям. Инерционный блок 6 необхо 45 дим для того, чтобы обеспечить идентичность характера изменения сигналов с реле 11, поступающих на вход и выход безинерционной нелинейности 15. Поскольку сигнал после делителя50 12 напряжения проходит через нелинейный блок 7, обладающий инерционностью, то включение инерционного блока 6 обеспечивает одновременность поступления суммируемых сигналов,55 компенсации и смещения. Делитель 12 напряжения делит выходной сигнал реле 11 в К раз. При достижении сигналом х(п) значения С/К на выходе реле 11 появляется напряжение, численно равное уровню ограничения Ор=С со знаком, равным знаку сигнала х(й) и поступает через инерционный блок 6 на вход третьего сумматора 5, Этим обеспечивается запоминание уровня ограничения, Одновременно на вход нелинейного блока 7 через сумматор 4 поступает напряжение С/К, обеспечивая смещение рабочей точки в начальное нулевое состояние. Дальнейшее увеличение сигнала х(п 1 до величины 2 С/К не приводит к появлению ограничения и, следовательно, к увеличению ошибки системы. В этом случае система работает в линейном режиме, При этом эффективно работает как замкнутый контур, так и разомкнутый канал управления.На графике прохождения сигнала х(п) через нелинейньй блок 7 при работе реле (Фиг, 4) используется ломаная линия 16 при х(й) ( С/К, а при х(1 С/К - ломаная линия 11, Сигнал проходит через нелинейный блок 7 как бы частями, показанными утолщенными линиями (Фиг. 4 а), Согласно эквивалентной характеристике. безинерционной нелинейности 15 (Фиг, 4 б) выходной сигнал х (й)ВЫх равен 1 К х(с) при 1 х(с)12 С/К,х = 2 с 51 цп х при 1 х(с)12 с/кВ 1 Хгде х=й(р)х Х(п), хХ(Е) - входнойсигнал нелинейного инерционного блока 77 842711 8 входного задающего воздействия наопервого диФФеренци.еренциатора, а выход че,57/ независимо от характера его из- рез послеедовательно соединенные модель менения принелинейном инерционном линеаризованного енного инерционного блока блоке, и быстродействие системы в пе- и реле - со- со вторым, входом третьего реходных Режимах на 2,57 отличающаясятем, что, с целью повьппения точностии быстродействия системы, в ней устаФормула изобретения новлен инерционный блок, вход которого соединен с выходом реле, а выход -Следящая система, содержащая после О со вторым вхо дом четвертого сумматора. довательно соединенные первый сумматор, усилитель, второй сумматор, тре- Источники инФормации, тий сумматор, нелинейный инерционный принятые во внимание при экспертизе блок, четвертый сумматор и испол, Авторское свидетельство СССР нительный,цвигатель, выход которого У 283355, кл. С 05 В 11/16, 24,05,64, соединен с одним входом первого сум, Авторское свидетельство СССР матора, другой вход которого через Р 407286, кл. С 05 В 17/02, 18,10,71, последовательно соединенные первый 3, Авторское свидетельство СССР и второй диФФеренциаторы подключен к по заявке Ф 2791656/24, второму входу второго сумматора, тре кл. С 05 В 17/02, 02.07.79 (прототий вход которого соединен с выходом тип).842711 Тираж 940 ВН 1 ИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Подписное.омитета СССР открытии ская наб,4/5 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектна Составитель Г.Нефедова Редактор НКешеля Техред Н. Бабурка 1(орректор Н.Бабин