Система управления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(088,8) Опубликовано 1502,83. Бюллетень йо б Дата опубликования описания 15,. 02. 83,с. ф р Николаевский ордена Трудового Красного Знамени -;ъ 8 кораблестроительный институт им. адм. С, О, Иакаров 3 Гх(54) СИСТЕМА уцРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к экстремаль ным самонастраивающимся системам с сигнальным контуром самонастройки и может найти применение при управлении объектами, подвергающимися в процессе эксплуатации вынужденным периодическим колебаниям и имеющим по меньшей мередве регулируемые координаты, колебания одной из которых обычными средствами автоматнки демпФировать не удается. Так, напри-. мер, в системах управления возбуждением электрических машин в приводах переменного и постоянного тока, управляя возбуждением синхронного дви-. гателя, мозно демпФировать колебание реактивной составляющей тока, колебания активной составляющей тока не будут при этом демпФированы, управляя возбуждением двигателя постоянного тока можно демпФировать колебание тока якоря, а колебания скорости вращения при этом не демпФируются, и наоборот. Известна система управления, со держащая основной контур регулирования, состоящий иэ последовательно соединейных основного регулятора, первого сумматора, исполнительного механизма, объекта управления и датчика регулируемой координаты, выходкоторого соединен с входом основного регулятора, и контур компенсацииколебаний, содержащий последовательно соединенные амплитудный детекторпервый ключ,и первый исполнительныйорган, последовательно соединенные.Фазовый детектор, второй сумматор,второй и третий ключи и второй исполнительный орган-, последовательносоединенные смеситель, частотныйдетектор, четвертый ключ и третийисполнительный, орган, выходы исполнительных органов подключены к управляющим входам генератора периодических колебаний, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и через преобразовательс вторыми входами Фазового детекто-:.раи смесителя, первые входы которыхи вход амплитудного детектора подклю.чены к выходу датчика регулируемойкоординаты, выход амплитудного детектора соединен с управляющими вхо-дами третьего и четвертого ключейи через блок управления - с вторымвходом второго сумматора, выходкоторого соединен с управляющим входом первого .ключа, выход частотногокоммутатора, выходы которого через исполнительные органы соединены с управляющими входами усилителя и фаэослвигающего блока (,3 3.К недостаткам известной системы 5 относятся ее низкие точность и устойчивость,50 детектора соединен с управляющимнхолом второго ключа Г 1 .Известной системе присущи следующие недостатки: низкая точность,являющаяся следствием неизбежнойдля данного устройства ощибки почастоте, и сложность. Кроме тогопри определенных обстоятельствахв ней возможно нарушецие устойчивои работы. Например, при снижении интец. сивцости возмущающего воздействия происходит перекомпенсация, При этом фаза колебаний выходной величины объекта УправлЕния изменяется приблизительно ца противоположную и на выходе Фазового детектора появляется сигналНачинается процесс настройки Фазы, в результате которого фаза компенсирующего сигнала изменяется(в то время как она была правильной и нужно было снижать амплитуду компенсирующего сигнала). Амплитуда 20 колебаций выходной величины объекта управления увеличивается, т.е, колебания це демпфируются (компенсируются), а наоборот Усиливаются.известна система управления, со держащая задающий генератор, выход которого через основной контур регулирования соелицен с первыми входами первого и второго сумматоров, через последовательно соединенные инвер тор, первый Фаэосдвигающий блок и первый усилитель - с вторым входом первого сумматора, а через последовательно соединенные второй Фазосдвигающий блок и второй усилитель 35 с вторым входом второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные первые детектор и интегратор подключен к первом входу третьего сумматора а выход первого сумматора через последовательно соединенные вторые детектор и интегратор соединен с вторым входом треть его сумматора, выход которого через третий детектор подключен к входу многоканального экстремальцого регулятора, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго усилителей и первого и второго Фазосдвигалих блоков ( 2 .Недостатком известной ситсемы является ее сложность.Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система управления, содержащая задающий генератор, выход которого через 55 основной контур регулирования соединен с первым входом сумматора, а через последовательно соединенные фазосдвигающий блок и усилитель соединен с вторым входом сумматора, выход которого через формирователь показателя качества подключен к входу одноканального экстремального регулятора, выходы которого соединены с сигнальным и управляющим входами 65 Целью изобретения является повышение точности и устойчивости систеПоставленная цель достигается тем,что в системе управления, содержащейосновной контур регулирования, который состоит из последовательно соединенных регулятора, сумматора, исполнительного органа, объекта управления и датчика регулируемой координаты, выходом подключенного к входурегулятора, выходу основного контура регулирования и входу формирователя показателя качества, подключенного выходом к входу одноканальногоэкстремального регулятора, подключенного выходами к сигнальному и управляющему входам коммутатора, соединен.ного выходами через соответствующиеисполнительные механизмы с управляющими входами усилителя и фазосдвигающего блока, а выход Фазосдвигающего блока соединен с сигнальнымвходом усилителя, дополнительно установлен датчик промежуточной координаты, подключенный входом к второму выходу объекта управления, а выходом - к сигнальному входу Фазосдвигающего блока, а выход усилителя подключен к второму входу сумматора,На чертеже представлена блок-схема системы,Система содержит объект управления 1, исполнительный орган 2, сумматор 3 регулятор 4, датчик 5 регулируемой координаты., устройство длядемпфирования колебаний 6, датчик 7промежуточной координаты, Фазосдвигающий блок 8, усилитель 9, формирователь 10 показателя качества, одноканальный экстремальный регулятор 11коммутатор 12, исполнительные механизмы 13 и 14, основной контур регулирования 15,Система работает следующим образом.РПри воздействии на объект 1 возмущения Р, являющегося периодическойфункцией времени, на его выходахвозникают вынужденные колебания. Этиколебания воспринимаются датчиками5 и 7 и на их выходах также появляфются колебания. На вход объекта 1через сумматор 3 и исполнительныйорган 2 с выхода усилителя 9 подается компенсирующий сигнал . При определенных значениях Фазы 9 (по отношению к фазе колебаний ца выхолеобъекта 1) и амплитуды А компенси -В начале работы системы параметры и А имеют наперед заданные:значения, близкие к оптимальным, для наиболее вероятного режима работы системы. В процессе работы системы ее режим может изменяться и соответствующие изменения получают параметрыи Р компенсирующего сигнала, Эти изменения осуществляются путем самонастройки с помощью формирователя 10, экстремального регулятора 11 и коммутатора 12. В начале осуществляется настройка Фазы , т,е. осуществляется отыскание локального экстремума по этой координате при неизменном значении А (в случае ортогональноотин А, что справедливо для многих объектов управления). Затем при неизменном значениинаходится локальный экстремум по коор-. динате А, В результате нескольких циклов настройки находится глобальный экстремум, т.е. те значения Ч и Р, при которых амплитуда колебаний на выходе датчика 5 минимальна. 50 Руюшего сигнала амплитуда колебанийна выходе датчика 5 (следовательно,на соответствующем выходе объекта 1)будет минимальной (в идеале, равнойнулю),Компенсирующий сигнал Формируется из сигнала на выходе датчика 7.Требуемое значение его фазы М устанавливается с помощью Фазосдвнгающего блока 8 путем подачи на его управляющий вход сигнала с выхода исполнительного механизма 13, Амплитуда А компенсирующего сигнала устанавливается с помощью усилителя 9путем подачи на его управляющий входсигнала с выхода исполнительного механизма 14, 15Конкретная реализация усилителя 9и фазосдвигающего блока 8 может бытьразличной и, в частности, зависитот частоты колебаний. Например, вкачестве фазосдвигающего блока 8 20может быть использован обычный фазовращатель, содержащий два резисторапотенпиометр и.конденсатор, собранные по мостовой схеме. В этом случаефаза 9 устанавливается путем .перемещения движка потенциометра. Изменения амплитуды А также могут осуществляться перемещением движка потенциометра (реостата), от которогозависит коэффициент усиления усилителя 9. В этом случае в качествеисполнительных механизмов 13 и 14можно испольэовать серводвигатели,При неизменном возмущении значение амплитуды колебаний на выходеобъекта 1, воспринимаемых датчиком 5,является Функцией значений параметроь 9 и А компенсирующего сигнала.Эта функция имеет экстремальный характер.4 О Осуществляется это следующим образом. Сигнал на выходе формирователя 10 показателя качества (в качестве которого в частном случае может быть использован амплитудный детектор) пропорционален амплитуде колебаний на выходе датчика 5 (огибающая кривая). Этот сигнал поступает на вход одноканального экстремального регулятора 11, Алгоритм отыскания экстремума, реализуемый экстремальным регулятором 11, зависит отспецифики объекта управления 1 (стоимости, требований к точности, быстродействию и др.), Один из возможных алгоритмов - "с пробным шагом"описан ниже,Работа экстремального регулятора11 разделена во времени на такты,Длительность такта берется примерноравной времени переходного процессав объекте управления 1. В конце каждого такта измеряется и заполняетсясигнал на входе экстремального регулятора 11, затем он сравнивается сзначением сигнала, измеренным в конце предыдущего такта и извлеченнымиз памяти экстремального регулятора 11, В зависимости от результатасравнения на его выходе вырабатывается сигнал, например, в виде импульса напряжения определенной длительности и полярности. Это напряжениечерез коммутатор 12 подается на вход одного из исполнительных механизмов 13 (или 14) (на обмотку управления одного из серводвигателей). При этом настраиваемый параметр (нли А) к началу очередного такта получает приращение, знак которого зависит от полярности приложенного напряжения,Алгоритм работы экстремальногорегулятора в общих чертах заключает-,ся в следующем. Если появление импульса определенной полярности на выходе экстремального регулятора 11 в начале данного такта привело на конце этого такта к уменьшению сигнала на его входе, то к началу следующего такта вырабатывается импульс той же полярности Если после первого (пробного) шага сигнал на входе экстремального регулятора 11 увеличивается, то полярность изменяется на противоположную. Если появление на его выходе импульса определенной полярности в предыдущем такте привело к уменьшению сигнала на входе, а в следующем такте к увеличению, или оставило его неизменным, то значит достигнут локальный экстремум по данной координате. При этом на втором выходе экстремального регулятора 11, который связан с управляющим входом коммутатора 12, появляется управляюяий сигнал. Например, если в качестве коммутатора 12 использу 996995ется электромагнитное реле, размыка ,ющие контакты которого соединяют первый вход экстремального регулятора 11 с исполнительным механизмом 13, а замыкающие - с исполнительным механизмом 14 (чем достигается первоочередная настройка по координате Ч), то при достижении локального экстремума по координате Чна втором выходе экстремального регулятора 11 должно появиться напряжение. Это напряжение подается на обмотку реле коммутатора 12, которое отключает вход исполнительного механизма 13 от первого выхода экстремального регуля тора 11 и подключает к этому выходу исполнительный механизм 14, и исчезает только после нахождения экстремума по координате А.Реализовать укаэанный алгоритм можно на базе элементов "Логика" и элементов памяти или на базе микропроцессора.Предлагаемое изобретение применимо в различных системах автоматического управления. Например, при приме " йенни его для демпфированйя колебаний реактивного тока синхронного двигателя мощностью 630 кВт привода поршневого компрессора следует ожидать повыыение точиости и устойчи.вости системы примерно на 0,5 Ъ,Формула изобретенияСистемаУправления, содержащая .основной контур регулирования, состоящий из последовательно соединенныхрегулятора, сумматора, исполнительного органа, объекта управления идатчика регулируемой координаты,выходом подключенного к входу регуля- .5тора, выходу основного контура регулирования и входу Формирователя показателя качества, подключенного выходом к входу одноканального экстремального регулятора, подключенноговыходами к сигнальному и управляющему входам коммутатора, соединенноговыходами через соответствующие испол.нительные механизмы с управляющимивходами усилителя и Фазосдвигающегоблока, а выход азосдвигающего блока5 соединен о сигнальным входом усилителя, о тл и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения точности иустойчивости системы, в ней установлен датчик промежуточной координаты,2 О подключенный входом,к второму" выходуобъекта управления, а выходомк сигнальному входу Фазосдвигающегоблока, а выход усилителя подключенк второму входу сумматора.25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство АЗССРР 598022, кл. 6 05 В 13/02, 1975.2. Авторское свидетельство СССРЗО Р 554525, кл, С 05,В 13/02, 1974,3. Управление сложными объектами.Под ред. Я. 3. Цыпкина. М., "Наука",1975, с. 28-34 (прототип).СоставительБандура Техред Т.Фан едак Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная аказ 932/65 Тираж 872 ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035, Москва, Ж, РНеФедоваКорректор И, Шул Подписноо комитета СССРи открвтийушская наб., д. 4/5.