Устройство для автоматического управления инерционным объектом при ограниченном управляющем воздействии

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОМУ С ЕЛЬСТВУ АВТО лните 51 61) к авт. свид (2)26 18-2 22)Заявлено 0 13 рис ение еудв йке(71 я.витель 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯИНЕРЦИОННЫМ ООЬЕКТОМ ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ УПРАВЛЯЮЩЕМВОЗДЕЙСТВИИ 2 стьюипа о ып филь Изобретение относится к устройствам автоматического управления, используемых перимущественно для управления объектами, обладающими :большой инерционностью, нежестка и механическими нелинейностями т люфт, сухое трение и др.По основному авт, св. У 334551 известно устройство для автоматического управления инерционным обьек"О том при ограниченном управляющем воздействии, содержащее последовательно соединенные усилитель-преобразователь, исполнительный орган и объект управления, выход которого соединен15 с первыми входами усилителя-преобра. зователя и формирователя сигнала ошибки, второй вход которого соединен свторым входом усилителя-преобразователя, а выход - с входом дифференциа-тора, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом формирования сигнала ошибки, а выход через триггер соединен с вторымвходом испол нительного органа.Недостаткамй известного устройства являются низкая точность и большая колебательиость при непрерывно меняющейся по амплитуде и частоте входном воздействии.Цель изобретения - повышение очности и уменьшение колебательности устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве автоматическ -. го управления инерционным объектом при ограниченном управляющем воздей- ствии второй вход усилителя соединен с вторым входом триггера.Причем триггер содержит последовательно соединенные второй и третьи дифференциаторы, второй сумматор, в рямитель, третий сумматор, первыйтр, коммутатор и второй фильтр, второй вход второго сумматора с уединен с входом второго дИфференциатора, третий вход - с выходом второго диф930251 3ференциатора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом второго сумматора, третий вход - с выходом источника опорного напряжения, первым входом четвертого сумматора и через коммутатор с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с вторым входом цетвертого сумматора, а выход - с третьим входом четвертого сумматора, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства: на фиг. 2 - график работы устройства; на фиг. 3 -схема изменения порога срабатывания коммутатора,Устройство содержит объект 1 управления, исполнительный орган 2, усилитель-преобразователь 3, формирователь 4 сигнала ошибки, первый дифференциатор 5, первый сумматор 6, триггер 7 коммутатор 8, второй и третий дифференциаторы 9 и 10, второй 11, третий 12, четвертый 13, пятый 14 и шестой 15 сумматоры, инвертор 1 б, выпрямитель 17, источник 18 постоянного напряжения, первый 19 и второй 20 фильтры, вентиль 21. 1 О 15 20 25 30Кроме того, приняты обозначения:Х 1- входной сигнал, Оы- выходнойсигнал, 1/ - сигнал на выходе 1-гофункционального блока,22- значениесигнала 116 при постоянном форсирующем35сигнале,100= сопзй); 23- значениесигнала О 6 при переменном форсиру- .ющем сигнале (И=аг); 24- порогсрабатывания коммутатора 8 (1 Р);25 - уменьшенный порог срабатыва 40ния коммутатора 8 (126- значениесигнала О 1, при переменном форсирующемсигнале Ои пороге О Р срабатывания коммутатора О 8, 27 - постоянныйзнакопеременный форсирующий сигнал( )= соп 5 С; 28- переменный форсирующий сигнал 00 при пороге срабатывания коммутатора 8 (ц 4; 29 - переменный форсирующий сигнал И при порогесрабатывания коммутатора 8 (Ц-р).На фиг. 2 кривые 22, 23, 24, 25 и5026 .изображены в координатах О,кривые 27 и 28 - в координатах О с,где Об=К.1 О 4+ КОуК и К- коэффициенты усиления,О - сигнал ошибки;О - производная сигнала ошиб 5ки;О 0 - форсиоующий сигнал,4Ча Фиг. 3 по оси абсцисс отложено значение сигнала О 6, по оси ординат показаны линии переключения коммутатора 8,где Оср - порог срабатывания коммутатора (ОВ);Од - величина сигнала О , на которую уменьшается порогсрабатывания коммутатора8 (аб)О - порог срабатывания коммута 1 С 1тора 8, уменьшенный на величину сигнала О(0 а);0,1 а- зона нечувствительностикоммутатора 8, смещеннаявлево на величину О л.Устройство работает следующим образом.Рассмотрим случай отслеживанияосновным контуром (блоки 1,2 и 3)гармонического воздействия Хв заданном диапазоне частот и амплитуд.Предварительно рассмотрим работу устройства в случае, когда на вход третьего сумматора 12 подается только постоянный сигнал О 1, сформированный источником 19 постоянного напряжения.При этом сигнал О 1, проходя черезтретий сумматор 12, первый (низкочастотный) Фильтр 19, в случае, если коммутатор 8 находится в несработанномсостоянии, т.е. выполняется условиеО 1,= КдО 4+ КОВ Оср, через его второйинвертированный выход, замкнутый контакт коммутатора 8, второй (низкочастотный) Фильтр 20, попадает на второйвход исполнительного органа 2,При этом на втором входе исполнительного органа 2 формируется сигнал О 1 В. При .условии О),ЬР коммутатор8 переключает свои контакты, и на второй ход исполнительного органа 2попадает сигнал +О 1. Таким образом,создается режим осцилляции на выходеобъекта относительно входного воздействия ХХ, устраняющий ошибку иуменьшающий влияние нелинейностей(кривые 22 и 27 на фиг. 2), При этом,в зависимости от установленной величины О возможна большая или меньшая степень перерегулирования, приводящая к неплавному движению объекта, величину О 18 можно регулироватьс помощью усиления сумматора 12.Для улучшения формы выходного сигнала необходимо величину сигнала управления изменять в зависимости отамплитуды и частоты входного сигнала, сохраняя при этом форсирующий5 9сигнал Й -сопят для каждого конкретЪЧного значения амплитуды и частотывходного сигнала Х, . Для этого вВХустройство введены второй 9 и третий1 О дифференциаторы, сумматор 14, выпрямитель 17.В результате на выходесумматора 12 формируется переменныйсигнал Ощ= К 10 щ+ К Хе+ К 9 Х +К Х++ К 1(К 1.1 ХВ+ КЧ Х Р+ К Х ) .где К 1 КЧ, Ко коэффициенты усиления входного сигнала Х и его первыхдвух производных Хя,К- коэффициент усиленияна втором входе сумматора 12,Низкочастотный филтр 19 с передаточной Функцией И ="т усредЧ Т 1 ро+ "няет и ограничивает" сигнал 01,обеспечивая тем самым О Чйсопз 1, а навыходах фильтра - сигналы +О 90- 01,где Кп и Т, соответственно коэффици 1ент усиления и постоянная времениэтого Фильтра.Для более плавного воздействия наобъект 1 скачкообразного знакопеременного сигнала 0 , возникающего навходе исполнительного органа 2 в результате переключения коммутатора 8,сигнал ОЧ пропускается через второйчнизкочастотныи фильтр 20 с И- = 70 ТВ 7 Рф 4где Т,- постоянная времени низкочастотного Фильтра 20. При этом объект1 более плавно и быстро отрабатыва-;ет входной сигнал (кривые 22 и 27на Фиг. 2) 30251 6При достижении сигналом О значения, равного 0 ,коммутатор 8 срабатывает и подключает сигнал 018 на входсумматора 15, формируя на его выходесигнал К 0- ОВ,где К 15- коэффициент усиления на первом входе сумматора 15; К - коэффициент усиленияна втором входе сумматора 15.В тот момент когда сигнал К 150, о уменьшаясь, достигает значения 08,вентиль 21 открывается, и на входсумматора 13 поступает сигнал с выхода сумматора 14. С этого моменталевая граница зоны нечувствительности (порог отпускания) начинает смещаться в исходное положение, и коммутатор 8 отключается при нулевомсигнале на его входе, т,е. при условии 0=0; Сигнал 0 В отключаетсяот входа сумматора 15, и зона нечувствительности сумматора скачкомвозвращается в смещенное состояние.В результате описанных смещений зона нечувствительности уменьшается 2 з (Фиг. 3) до заданной величины 01Таким образом, форма выходного сигнала объекта 1 управления и его качества регулирования резко улучшилась,(кривые 26 и 29 на фиг. 2). Для определения значения коэффициента Ки постоянного сигнала 01 В при выбранном значении 01 следует воспользоваться следующйми соотношениямиОгК 15 Цв+01 ср 1 Х 1 фКОдю откудабГ ЪР Жср 15 ово работает аналогичным образом привходном сигнале произвольной формы.Для уменьшения порога срабатыва" ния коммутатора 8, влияющего на ка.чество регулирования, в устройство включен пятый сумматор 14 севектирующего типа с отрицательным выходным сигналом , содержащий инвертор 16, шестой 15 сумматор и вентиль 21, пропускающий только отрицательный сигнал и сумматор 13 Работа схемы поясняется диаграммой (Фиг. 3).При положении коммутатора 8 в состоянии "Выключено" на его обмотку поступает с выхода сумматора 13 сигнал 0156 =КО+ 06, где К 101 В(ОсР- постоянная величина, формируемая источником 18 постоянного напряжения, на которую - зона нечувствительности коммутатора 8 (С- на Фиг 3) смещается влево,55 тем самым уменьшая порог срабатываниядо заданного значения 01 Р .1Таким образом в предлагаемом устройстве точность отслеживания входного сигнала повышается в 3-4,раза и рактически не зависит от его часто" ы и амплитуды, причем, при скачкоебазном входНом воздеиствии степень перерегулирования объекта уменьшается в 4-5 раз. Кроме того, в рабочем диаазоне частот и амплитуд устраняется влияние нелинейности объекта на процессе регулирования.формула изобретения1. Устройство для автоматического управления инерционным объектом при ограниченном управляющем воздействии по авт. св. И 334551, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения колебате льности устройства, в нем второйУ 930251 8 вход усилителя-преобразователя сое- тий вход - с выходом источника опординен с вторым входом триггера, ного напряжения, первым входом четвер"фъ м2. Устроиство по и. 1, о т л и - того сумматора и через коммутатор с ц а ю щ е е с я тем, цто триггер со- первым входом пятого сумматора, втодержит последовательно соединенные 5 рой вход которого соединен с втовторой и третьи дифференциаторы, рым входом четвертого сумматора, а второй сумматор, выпрямитель, третий выход - с третьим входом четвертого сумматор, первый фильтр, коммутатор сумматора, выход которого соединен и второй фильтр, второй вход :второ- с управляющим входом коммутатора. го сумматора соединен с входом вто Источники информации, рого дифференциатора, третий вход- принятые во внимание при экспертизе с выходом второго дифференциатора, Авторское свидетельство СССР второй вход третьего суиматора соеди- й 334551, кл. С 05 В 13 /02, 05,04,71, нен с выходом второго сумматора,тре- (прототип).ИИПИ Заказ ЗйбФилиал ППП "Патент" Тираж 908 Подписноежгород, ул. Проектная