Устройство для оптимального управления работой инерционного объекта с присоединенным упругим элементом

:.ВИЮ ВИДЕТЕЛ ЬСТ ТОРС 2ется повышение точности и устойчивости нагружения упругого элемента за счет использования терминального закона нагружения. С этой целью устройство, содержащее упругий элемент, привод, блок управления приводом, датчик отклонений. дифференциатор, блок измерения ускорений, блок преобразования координат, блок формирования координат фазовой траектории, блок выбора управляющего параметра, ключ и блок запуска, дополнительно снабжено формирователем модуля, квадратором, двумя множителями, сумматором, двумя делителями, источником постоянных напряжений, нуль-индикатором и ключом, 1 з.п.ф-лы, 2 ил,ГО УПправов,а упру являк технике упческих объекое иненными матор источн индик управ ра 22 по ющее. ловое присое упруги может диффеГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1381445, кл, 6 05 В 13/00, 1988,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНУПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ИНЕРЦИОГО ОБЬЕКТА С ПРИСОЕДИНЕННЫМРУГИМ ЭЛЕМЕНТОМ(57) Изобретение относится к технике уления движением динамических объекименно объектов с присоединеннымигими элементами. Целью изобретения Изобретение относитсяравления движением динамитав, а именно объектов с прис дупругими элементами,Цель изобретения - повышение точно. сти и устойчивости нагружения упругогоэлемента за счет использования терминального закона нагружением,На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; нафиг. 2 - динамические процессы, протекающие во время работы устройства.Схема содержит упругий элемент 1 кон струкции, привод (источник нагружения) 2,блок 3 управления приводом, датчик 4 отклонений, дифференциатор 5, блок 6 измерения ускорений, блок 7 преобразованиякоординат, блок 8 формирования координатфазовой траектории, блок 9 выбора управляющего параметра, ключ 10, блок 11 запуска, формирователь 12 модуля, квадратор13, первый и второй множители 14, 15, сумЫ 1659981 А 2 й и второй делители 17, 18, оянного напряжения, нульлюч 21. При этом блок 3 одом состоит из интегратои второго ключей 23, 24 и о органа 25, обретения положено следу- Онапример, что плоское уг- О ние жесткого тела сСО м слабодемпфированныма том в первом приближениисано следующей системойных уравнений: 16, первы ик 19 пост тор 20, к ения привпервого ительног основу из Известнодвижединеннь м элемен быть опи ренциаль- момент инерции объекта от си вращения (размерность кГс у(т) - угол поворота объекта; у(1) - угловое ускорение, с;Кроме того при пересечении фазовой точкой линии переключения 62 в случае р( ) = йЬ = О нагружающее воздействие, руже достигает величины О/2, а координаты точки С пересечения линии 62 определя ются соотношениемЬУ аЬ, яУ оЬ, г ыУр 1 ХХД=- - - -5 п1- С 05"Дг д(фОПредположим также, что эффективность привода (параметр а) рассчитана на конкретную частоту колебаний в и максимальное нагружающее воздействие О таким образом, чтобы процесс нагружения упруго го элемента с коэффициентом динамичности, равным единице, осуществлялся строго за период колебаний Т=- 2 л/в Тогда а =- Ь 1 О ЬО=Ов/2 л, а С:( -- , -, Значегу 2лй)ние параметра а может быть найдено из31 .) Б,О 25пРи х, = - ,-, х, =гиФя т.е. имеем а=З/2-4/л", = 1,1. Такое значение коэффициента а позволяет обеспечить непрерывное (без скачков управления) нагружение упругого элемента. Скачки уп равления возможны лишь при наличии параметрических возмущений, но при30,-ном разбросе, например по .частоте, величина скачка будет порядка 50 от максимального значения нагружающего воз действия О, Однако закон (14) обеспечивает строгое выполнение краевых условий при одновременном изменении по линейномузакону величины нагружакпцего воздействия, т.еесли подставить (14) в (8) с учетом 40(11),имеем х = х 22, 2 а 2хИ, К,+- (Х, Х,-ою, К,)2 20-3- К х,+З 2 ф - .У О, Ха проинтегрировав систему (15) с начальными условиями х --- , х 2 -2 ,2 лй)получим условие50х 11х /1 оф(1) - О Е.ОАлгоритм управления выглядит следующим образом,В начальный момент к объекту управления прикладывается управляющее ускорение Р (0 ), которое начинает изменятьсяпо линейному закону р(т) = р (,) + ат, приближаясь к требуемому значению О, Изображающая точка фазовой плоскости (х,х 2/ щ 1 ) будет двигаться по отрезку циклоиды, если ,и 1.12 ла 1 Ь 1 и, доточки В, или по циклоиде, если1,и 12 л 1 а 1 Ь 1/а 3, до точки,и идалее по отрезку циклоиды до точки В, Вточке В произойдет пересечение траекторий линии переключения 62( ) = О. При этомпроизойдет переключение в системе управления, вследствие которого величина управляющего ускорения будет изменятьсялинейно, но формироваться также по закону(14). Дальнейшее движение изображающейточки (до завершения управления) будетпроисходить также пол циклоиде до выполнения терминальных условий. При этомзначение управляющего ускорения будетрасти от Ор/2 в точке В до Ор в концеуправления,Отличие данного алгоритма от алгоритма, по которому работает прототип, заключается в том, что при движении вокрестности линии 6() = 0 исключается возможность кратковременных переходов с управляемого режима нагружения нэнеуправляемый и обратно, т,е, с режима иэмейения у по линейному закону на режим движения с р(1 ) = сопи= О,Предлагаемый алгоритм реализуетсяустройством, функциональная схема которого представлена на фиг, 1, При этом формирователь 12 модуля формируетхквадратор 13 - хг, на выходе множителя 14получаем аиЯх 1, на выходесумматора 16 -- (х 3/х 1+аоЯ 1 х 1 ) а с23выхода множителя 15 снимается величинапотребного финитного ускорения Оф(т) =3 ( х 6/ х 1 1+ ааЯх) 3 Яп ( р Ор )2Нуль-индикатор 20 контролирует1 м - О,р 1 на малость, источник 19 постоянного напряжения формирует значение Ь стаким расчетом, чтобы с выхода делителя 18снималась величина потребного управления Оф(т) = ОФ(т)/,Ь 1Устройство работает так же, как и прототип (начинается работа по сигналу "Пуск"от блока 11) за тем лишь исключением, что епосле пересечения изображающей точкой .линии переключения 62( ) = О, когда блок 9вырабатывает на выходе нулевой сигнал, вработу включается цепочка блоков 12-21,формирующих требуемое финитное управление, изменяющееся по линейному закону,Формируемое управление поступает на второй информационный вход блока 3 и черезключ 23 поступает на вход исполнительногооргана 25 привода, Работа устройства за 1659981 10вершается по запрещающему сигналу с нуль-индикатора 20 при выполнении условияе - Отре, где ец - некоторый малый параметр.Предложенное устройство по сравнению с .прототипом обладает существенно . большей грубостью по отношению к действующим в процессе управления координатно-параметрическим возмущениям, обусловленной использованием терминального закона управления на завершающем участке процесса нагружения.Это позволяет, с одной стороны, на завершающем этапе управления исключить скользящие режимы, которые сопровождаются большим числом переключений управления и в значительной степени могут явиться причиной возбуждения колебаний упругого элемента на частотах, кратных частоте переключений, т,е, причиной возникновения резонансных и околорезонансных явлений. Появление вибраций в конструкции является причиной ухудшения качества целевого применения обьекта управления, Устройство позволяет обеспечить гарантированное качество нагружения с коэффициентом динамичности Ко не хуже 1,2 (линейное нагружение обеспечивает ухудшение качества по высокочастотным составляющим не более чем на 20 О по сравнению с оптимальным нагружением), Прототип, обеспечивая нагружение по низкочастотной гармонике с Ко, близким к единице, по высокочастотным составляющим не всегда может обеспечить даже Кр = 2. В этой связи общий коэффициент динамичности в целом ряде экспериментов превосходит даже 1,8-2,5, что требует дополнительных временных. или энергетических затрат на обеспечение заданного качества управления движением упругого объекта.С другой стороны, данное устройство обладает более высокими точностными свойствами (снижение быстродействия, которое не превышает 5-10 от оптимальной длительности нагружения). Ф ор мул а и зоб ре те н и я 1. Устройство для оптимального управления работой инерционного обьекта с присоединенным упругим элементом по авт, св. М 1381445, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и устойчивости, устройство дополнительно снабжено источ равления приводом - с управляющими 50 входами первого и второго ключей, вход исполнительного органа подключен к выходам первого и второго ключей. выход исполнительного органа - к выходу блока управления приводом,55 1015 2025303540 ником постояннбго напряжения, нуль-индикатором, формирователем модуля, квадратором, первым и вторым делителем исумматором, первым и вторым множителями, вторым ключом, причем вход формирователя модуля связан с выходом датчика отклонений, а выход - с первыми входамипервого умножителя и первого делителя, вход квадратора соединен с выходом дифференциатора, а выход квадратора подключен к второму входу первого делителя,выход которого связан с первым входом сумматора, второй вход которого соединенс выходом первого множителя, второй входпервого множителя подключен к четвертому выходу блока преобразования координат, с первым выходом которого связан первый вход второго множителя, второй вход которого подключен к выходу сумматора, выход второго множителя соединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом нуль-индикатора, вход нуль-индикатора подключенк третьему выходу блока преобразования координат, выход второго ключа связан с первым входом второго делителя. второйвход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, а выход - свторым информационным входом блока управления приводом,. первый управляющийвход которого соединен с выходом блока запуска, а второй управляющий вход - с выходом блока выбора управляющего параметра2. Устройство по и. 1. о т л и ч а ю щ еес я тем, что блок управления приводом состоит из интегратора, первого и второгоключей и исполнительного органа, причем первый информационный вход блока управления приводом соединен с информационным входом интегратора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, второй информационный вход блока управления соединен с информационным входом второго ключа, первый управляющий вход блока управления приводом - с управляющим входом интегратора, второй управляющий вход блока уп1659981 Уф йу едактор М.Келе Т.Малец Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 1845 ВНИИПИ Госу Фиг.оставитель В.Хромовхред М.Моргентал Тираж 478 Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5