Устройство для автоматического управления инерционными объектами при ограничении управляющего воздействия

) 2854042/18 Заявлено 17. 12.79 соеднненнем занвкн 51)М. К 3 02 рстюкык кемктетСССРам кэобретвнккн открытке 23) Приоритет -.В.Фурман ехнический инсвитут 71) Заявнтель нский СТРОЙСТВЕ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯНЕРЦИОННЫМИ ОБЪЕКТАМИ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИУПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Р т ь шение быстИзобретение относится к автоматн ческому регулированию при наличии ступенчатых задающих воздействий, может быть применено для управления инерционными объектаье 1, например злек трическими приводами металлорежущих станков, динамика которых описывается дифференциальными уравнениями второго порядка беэ позиционного члена.По основному авт.св. )Р 334551 известно устройство для автоматического управления инерционными объектами при ограничении управляющего воздействия, содержащее последовательно соединенные усилитель-преобразователь и исполнительный орган, выход которого соединен со входом объекта управления, выход которого соединен со вторым входом усилителя-преобразователя, на первый вход которого подается задающее воздействие, формирователь сигнала ошибки, входы которого соединены с соответствующими входами усилителя-преобразователя, а выход соединен с первым входом сумматораи входом днфференциатора, выход котоого соединен со вторым входом суммаора, выход которого через триггерсоединен со вторым входом исполнителного органа 11.Недостатками устройства являютсянизкое быстродействие, так как. положение его линии переключения значительно отличается от положения линии ОМ Юоптимальной по быстродействию, возникновение автоколебаний н возможноспотери устойчивости из-за наличия взамкнутом контуре регулирования релей 3.ного элемента.Цель изобретения - ловыродействия устройства.Поставленная цель достигается темчто в устройстве установлен блок запуска дополнительный сумматор, блокРреверса и последовательно соединенные ключ, амплитудно-импульсный преобразователь и одновибратор, выходкоторого соединен со вторым входом864245 4совмещены, и в предлагаемом устройстве указанные Функциональные блоки могут быть заменены одним функциональным блокам,Блок запуска 13 по переднему Фронту ступенчатого задающего воздействиязапускает амплитудно-импульсный преобразователь )6, а также выдает импульс, открывающий ключ 15. Выходнойсигнал ключа 15 пропорционален поамплитуде сигналу ошибки. Амплитудноимпульсный преобразователь 16 формирует импульс, длительность которо-,го линейно связана с амплитудой скачка задающего воздействия.Одновибратор 9 по заднему Фронтуимпульса с выхода амплитудно-импульсного преобразователя 16 изменяет состояние триггера 7. В первоначальномсостоянии триггер 7 обнулен. Блок реверса 12 формирует сигнал на второмвходе исполнительного органа 2 с учетом знака сигнала ошибки.Устройство работает следующим об-разом.На вход устройства, т.е. на первыевходы усилителя-нреобразователя 3 иформирователя сигнала ошибки 4 подает.ся ступенчатое задающее воздействиеНа вторые входы укаэанных блоковподается сигнал обратной связи свыхода объекта управления 1. Визмерителе рассогласования 10 усилителя-преобразователя 3 задающеевоздействие сравнивается с сигналомобратной связи и формируется сигналошибки, который затем, в случае необходимости, усиливается и преобразуется в соответствии с выбраннымзаконом регулирования и блока усиления, преобразования и коррекции 14 икоторый затем подается на первыйвход исполнительного органа 2. триггера, подключенного выходом ковторому входу исполнительного органа .через последовательно соединенныедополнительный сумматор и блок реверса, второй вход дополнительного сумматора соединен с выходом амплитудноимпульсного преобразователя, управляющий вход блока реверса соединен ссигнальным входом ключа и выходом формирователя сигнала ошибки, первьц: 1 Овход которого соединен со входом блока запуска, подключенного выходами ксоответствующим управляющим входамключа и амплитудно-импульсного преобразователя.15Блок-схема устройства представлена на чертеже,Она содержит объект управления 1,исполнительный орган 2, усилительпреобразователь 3, формирователь сигнала ошибки 4, дифференциатор 5, сум 20матор 6, триггер 7, коммутатор 8,одновибратор 9, измеритель рассогласования 10,дополнительный сумматор11, блок реверса 12, блок запуска 13,25блок усиления, преобразования и коррекции 14,:ключ 15, амплитудно-импульсный преобразователь 16, задающеевоздействие Хвыходной сигналсумматора Ь, сигнал ошибки, Я, сигналр на выходе коммутатора 8.Рассмотрим функции, выполняемыеотдельными структурными элементамиустройства.Формирователь сигнала ошибки 4совместно с дифференциатаром 5 и 55сумматором 6 управляет работой триггера 1, Усилитель-преобразователь 3усиливает сигнал ошибки и подает наисполнительный орган 2, который изменяет состояние объекта управления 1. 40Исполнительный орган 2 имеет характеристику типа "насыщение".В состав усилителя-преобразователя 3 функционально входят измерительрассогласования 10 и блок усиления 45преобразования и коррекции 14, характеристики которого выбираются взависимости от характеристик исполнительного органа 2 и объекта управления 1, исходя из требований к динамике регулирования. В простейшем случае, когда коэффициент передачи блока усиления, преобразования и коррекции 14 равен единице, усилительпреобразователь 3 и формирователь 55сигнала ошибки 4 становятся эквивалентными функциональными блоками,следовательно, их функции могут быть Кроме того, в формирователе сигнала ошибки 4 задающее воздействие сравнивается с сигналом обратной связи и формируется сигнал ошибки Я который подается на сигнальный вход ключа 15.По переднему фронту скачка задаащего воздействия блок запуска 13 открывает ключ 15 и запускает амплитудно- импульсный преобразователь 16. Амплитудно-импульсный преобразователь 16 Формирует импульс отрицательной полярности, длительность. которого пропорциональна амплитуде сигнала на выходе ключа 15.864245 6с-,ния, Ф, получается решением сисгемы уравнений азВ дальнейшем управляющее воздействие на выходе исполнительного органа 2 будет линейно зависеть от сигнала ошибки, поступающего с выхода усилителя-преобразователя 3.ЯМомент 1 смены знака управляв" щего воздействия будет определяться характеристикой амплитудно-импульсно" го преобразователя 16 и для объекта, описываемого выражением х ах щ О, будет линейно зависеть от величина задающего воздействия.При этом 1,1 Ф, а С;, где,- пос тоянное запаздывание объекта управлеИмпульс с выхода амплитудно-нмпуль ного преобразователя 16 поступает через сумматор 1, на первый вход которого поступасг нулевой сиг. ал с триггера 7, на сигнальный вход блока реверса 12, который формирует сигнал Еф, полярность которого Формируется в соответствии с полярностью сигнала ошибки , который подается на управляющий вход блока реверса 12 с выхода формирователя сигнала ошибки 4, Сигнал Еф с выхода блока реверса 12 поступает на второй вход исполнительного органа 2. Управляющее воздействие на выходе исполнительного органа 2 формируется как сумма сигналов на его входах.По заднему Фронту импульса с выхода амплитудно в импульсно преобразователя 16 одновибратор 9 устанавливает триггер. 7 в состояние . Выходной сигнал триггера 7 положительной полярности поступаетна первый вход сумматора 11, на второй вход которого поступает нулевой сигнал с выхода амплитудно-импульсного .преобразователя 16. На выходе сумматора 11 в этом случае формируется сигнал положительной полярности, который затем поступает на сигнальный вход блока реверса 2. В результате чего полярность управляющего воздействия на выходе исполнительного органа 2 меняется на противоположную. Блок запуска 13 повторно включается только при следующем скачке задающего воздействия,В момент, когда комбинация О=КЕ+ Мсигнала ошибки и его производной ,станет меньше заранее заданной величины, триггер. 7 переключается в состояние "О" по сигналу с сумматора 6, В этом случае сигнал Я ф станет равен нулю. де х - скачок задающего воздей"ствия,х - задающее воздействие доскачка,- коэффициент передачи амп-,литудно-импульсного преобразователя.Из приведенных соотношений видна,что характеристика амплитудно-импульсного преобразователя 16 носит линейный характер.ф Момент смены знака улравляющеговоздействия на выходе исполнительногооргана 2 будет линейно эависить отскачказадающего воздействия. Учет запаздывания С объекта управленияне изменяет линейности характеристикиамплитудно-импульсного преобразователя 16. Однако, на фазовой плоскостиизменением величина запаздывания и.х Вможно добиться, чтобы положение линии30 переключения незначительно отличалосьот оптимального,ФПредложенное устройство обеспечивает переходные процессы, близкиек оптимальным по быстродействию. Этообъясняется тем, что в закон управле 1 мя вводится запаздывание объектауправления, которое учитывается вхарактеристике амплитудно-импульсного преобразователя 16Введение запаздывания в закон управления позволяет получить линию переключения, поположению незначительно отличающуюся.,от оптимальной,Использование предложенного устройства для управления электропривоводами станков, динющку которыхможно описать дифференциальным уравнением второго. порядка без позиционв Фного члена х +хд, позволит в трираза увеличить их производительностьза счет повышения быстродействияустройства на пять процентов сравнительно простыми аппаратурными ред"сгвами. формула изобретения Устройство для автоматическогоуправления инерционвюьет объектвмнпри ограничении управляющего воздействия по авт.св. В 334551, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьппения быстродействия, в немустановлены блок запуска, дополнительный сумматор, блок реверса ипоследовательно соединенные ключ,амплитудно-импульсный преобразователь и одновибратор, выход которогосоединен со вторым входом триггсра,подключенного выходом ко второмувходу исполнительного органа черезпоследовательно соединенные дополнительный сумматор и блок .реверса,второй вход дополнительного суммато 864245ра соединен с выходом амплитудноимпульсного преобразователя, управляющий вход блока реверса соединенс сигнальным входом ключа и выходом З формирбвателя сигнала ошибки, первыйвход которого соединен со входомблока запуска, подключенного выходами к соответствующим управляющимвходам ключа и амплитудно-импульсно О го преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССРВ 334551; кл. 6 05 В 13/02, 1971 15 (прототип) .864245в ЮН е юПатент" с. Уигороа,улЯооектная,4 фили ВНИИПИ Заказ 7783170 Тирам 943 Поплнсное