Следящая система

(51)5 6 05 В 11/14 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР оизвод венное.Добр ректиру х систе инейные нострое(57) Изобретение относится к матического управления и по сить быстродействие и уменьшить перерегулирован системы. Система содержит п тор 1, интегратор 2, формиров сов 3, соединенный управляющим входом ключа 4 тельно соединенные усилител облас зволяе точн ие сл ервый атель выхо ,ипос ь мощ и автот повысть и дящей сумма- мпульом с ледоваости 5,(21) 4766028/24(56) Хлыпало Е,И, Нелинейные корющие устройства в автоматическмах. - , Л.: Энергия, 1973, с,253 - 258Макаров И,ММенский Б.М, Лавтоматические системы. - Машиние. М., 1977, с.294, рис,8.4,б.Авторское свидетельство СССйв 1007082, кл. 0 05 В 11/14, 1980(54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА исполнительный двигатель 6 и объект управления 7, подключенный выходом к одному из входов измерителя рассогласования 8, другим входом соединенного с выходом задатчика 9, а выходом - с входом первого дискриминатора 10, подключенного выходом к входу усилителя 11. Кроме того, система содержит второй дискриминатор, второй сумматор, модель исполнительного двигателя 14 и датчик скорости 15, соединенный входом с выходом исполнительного двигателя 6, а выходом - с вычитающим входом второго сумматора 13, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигателя 14, а входом - к входу интегратора 2, соединенного выходом с первым входом первого сумматора 1, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигателя 14 и к выходу первого дискриминатора 10, а выходом - к первому информационному входу ключа 4, соединенного вторым информационным входом с выходом усилителя 11, а выходом - с входом усилителя мощности 5, выход измерителя рассогласования через второй дискриминатор соединен с входом формирователя импульсов 3, 4 ил,10 15 20 25 импульсов,30 35 40 усилителя 11 50 55 Изобретение относится к автоматическому управлению, а именно к электрическим устройствам с внутренней обратной связью, и может быть применено для регулирования объектов, требующих повышенного быстродействия и минимального перерегулирования (например, в системах автоматической подстройки частоты магнетрона).Известна следящая система, содержащая первый элемент сравнения, усилитель, сумматор, двигатель с редуктором, датчик обратной связи, второй элемент сравнения и.корректирующую цепь, состоящую из тахогенератора, апериодического звена, третьего элемента сравнения, усилителя, ключа схемы неравнозначности.Недостатком этой системы являются низкие динамические характеристики, вызванные тем, что корректирующий сигнал вводится только в режиме слежения для компенсации сухого трения, а во время колебательных процессов исключается.Известна также следящая система, содержащая элемент сравнения, первый сумматор, регулятор О/г, объект регулирования Ю 1, второй сумматор, измерители задающего воздействия О/иг и возмущения И(и 1, третий сумматор, корректирующее звено Я и главную обратную связь, в которой для компенсации ошибки осуществляется косвенное измерение задающего воздействия и возмущения.Недостатком этой системы является ухудшение динамических характеристик устройства при больших скоростях отработки, возникновение насыщения при больших сигналах рассогласования и отсутствие учета нелинейностей.Из известных устройств наиболее близкой по назначению и технической сущности к предлагаемой является следящая система, которая имеет максимальное количество сходных существенных признаков с предлагаемой.Недостатком этой следящей системы является ухудшение динамических характеристик устройства при больших скоростях отработки, возникновение автоколебаний . при наличии люфта в редукторе объекта регулирования,Цель изобретения - повышение быстродействия и точности, а также уменьшение перерегулирования следящей системы.Указанная цель достигается тем, что в следящую систему, содержащую первый сумматор, интегратор, формирователь импульсов, соединенный выходом с управляющим входом ключа, и последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный двигатель и объект управления, подключенный выходом к одному из входов измерителя рассогласования, другим входом соединенного с выходом задатчика, а выходом - с входом первого дискриминатора, подключенного выходом к входу усилителя, дополнительно введены второй дискриминатор, второй сумматор, модель исполнительного двигателя и датчик скорости, соединенный входом с выходом исполнительного двигателя, а входом - с вычитающим входом второго сумматора, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигателя, а выходом - к входу интегратора, соединенного выходом с первым входом первого сумматора, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигателя и к входу первого дискриминатора, а выходом - к первому информационному входу ключа, соединенного вторым информационным входом с выходом усилителя, а выходом - с входом усилителя мощности, выход измерителя рассогласования через второй дискриминатор соединен с входом формирователя На фиг.1 представлена функциональнаясхема следящей системы; на фиг,2 - фрагмент электрической принципиальнои схемы; на фиг.3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу системы,Следящая система (фиг.1) содержит сумматор 1, интегратор 2, формирователь 3 импульсов, соединенный выходом с управляющим входом ключа 4, и последовательно соединенные усилитель 5 мощности, исполнительный двигатель 6 и объект 7 управления, подключенный выходом к одному из входов измерителя 8 рассогласования, другим входом соединенного с выходом задатчика 9, а выходом - с входом дискриминатора 10, подключенного к входу Следящая система дополнительно содержит второй дискриминатор 14, второй сумматор 15, модель исполнительного двигателя 16 и датчик 17 скорости, соединенный входом с выходом исполнительного двигателя 6, а выходом - с вычитающим входом второго сумматора 15, подключенного суммирующим входом к выходу модели исполнительного двигателя 16, а выходом - к входу интегратора 2, соединенного выходом с первым входом первого сумматора 1, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного двигателя 16 и к выходу первого дискриминатора 10, а выходом- к первому информационному входу ключа 4, соединенного вторым информационным входом с выходом усилителя 11, а выходом- с входом усилителя 5 мощности, выход измерителя 8 рассогласования через второй дискриминатор 14 соединен с входом формирователя импульсов 3. Датчик 17 скорости содержит тахогенератор 12 и общую шину 13,Модель исполнительного двигателя 16 (фиг.2) может быть выполнена, например, на операционном усилителе 18, включенном по схеме инвертирующего усилителя с резистором 19, подключенным к инвертирующему входу, и резистором 20 и конденсатором 21, включенным параллельно в цепь обратной связи.Сумматор 15 (фиг,2) может быть совмещен с интегратором 2 и выполнен на операционном усилителе 22, включенном по схеме сумматора-интегратора, с резисторами 23 и 24, подключенными к инвертирующему входу, и конденсатором 25, включенным в цепь обратной связи. Резистор 23 также подключен к выходу датчика 17 скорости, который может быть выполнен, например, в виде тахогенератора постоянного тока, вал которого механически соединен с выходом исполнительного двигателя 6. Резистор 24 подключен также к выходу модели исполнительного двигателя 16,Следящая система (фиг 1) работает следующим образом,Входной сигнал от задатчика 9 поступает на вход измерителя 8 рассогласования, на второй вход которого поступает выходной сигнал объекта 7 управления. Выходной сигнал измерителя 8 рассогласования представляет собой ошибку следящей системы в виде сигнала промежуточной частоты и поступает на вход дискриминаторов 10 и 14, выходные сигналы которых представляют собой ошибку системы в виде напряжения постоянного тока:К 10т 0+1(Г Еф ) пГп 1 Г - Е 1 ВЦП -)В 01 ЗЯП(Г - Г) ПРП 1 Е - Е 1 Ь 14где 010, 014 - выходные напряжения дискриминаторов 10 и 14 соответственно;К 1 о, К 14 - коэффициенты передачи дискриминаторов 10 и 14;Рвх, Рвв)х - входной и выходной сигналы системы;Л 10, Л 14 - величина зоны линейности дискриминаторов 10 и 14 соответственно;Т 1 о, Т 14 - постоянные времени дискриминаторов 10 и 14;Оо 1 - напряжение ограничения выходного сигнала,Выходное напряжение дискриминатора 14 поступает на вход формирователя 3 импульсов, на выходе которого в зависимости от величины ошибки 01 о, формируется логи ческий сигнал Оз1 при 1010 1Оу Оз= (3)0 при 10101Оу,где Оу - напряжение уставки формировате ля 3 импульсов.Выходной логический сигнал Оз формирователя 3 импульсов поступает на управляющий вход ключа 4, который подключает вход усилителя 5 мощности к выходу пред варительного усилителя 11 или сумматора 1 в зависимости от величины ошибки системы.При большом значении ошибки, когдавыходное напряжение дискриминатора 20 10141О, сигнал дискриминатора 10 через предварительный усилитель 11 и ключ 4 поступает на вход усилителя 5 мощности, При этом обеспечивается высокая скорость отработки. 25 При отработке малых рассогласований. когДа 10141 Оу, на вхоД УсилителЯ 5 моЩности поступает сигнал с выхода сумматора 1:01= К" 102+ К 1 010, (4)где К 1 и К 2 - коэффициенты передачи сум матора 1 по первому и второму входам соответственно;02 - выходное напряжение интегратора 2.Напряжение Ог может быть представле но в виде Ог= : -К 2 ХОвхот при 1 К 2 1 Овхс 111 02-Оогздп(К 2,/ Овхс 1 т) пРи 1 Кг 1 Овхбт 002,где Кг - коэффициент передачи интегратора 40 2;Оо 2 - напряжение ограничения выходного сигнала интегратора;Овх = К 16 016 - К 14 К 17 И- входное напряжение интегратора 2; 45 К 16 и К 16 - коэффициенты передачиг сумматора 15 по первому и второму входам соответственно;016 - выходное напряжение модели исполнительного двигателя 16; 50 К 17 - коэффициент передачи датчика частоты вращения;Й - частота вращения вала исполнительного двигателя,Выходной сигнал модели исполнитель ного двигателя 16 имеет видК 16- Т 16 р +1 10,где К 16 = К 11 КБК 6 К 17 - коэффициент передачи;16; Т 16 = Т 6 - постоянная времени модели Т 6 - механическая постоянная времени исполнительного двигателя 6;О 10 - входное напряжение,На выходе модели 16 формируется напряжение, пропорциональное идеальной скорости вращения вала двигателя 6 (при условии малой электромагнитной постоянной времени двигателя ТэмТ 6),При отработке больших рассогласований, когда значение сигнала ошибки (ЕвхГвых) больше, чем величины зон линейности дискриминаторов Ь 10 и Ь 14, выходные напряжения дискриминаторов 10 и 14 постоянным и в соответствии с выражением (2) равны по величине (фиг,За, б. в, При этом частота вращения Й вала двигателя 6 будет также постоянной, Напряжение на выходе интегратора 2, как следует из выражения (6), будет иметь в установившемся режиме (то - т 1) постоянную величину, которая приведет к насыщению интегратора 2, т.е. к возникновению на его выходе постоянного напряжения (фиг.Зе), При уменьшении рассогласования, в момент времени т 1, изменяется сигнал на выходе формирователя 3 импульсов(фиг.Зг, д), При этом интегратор 2 через сумматор 1 и ключ 4 подключается к усилителю 5 мощности, на выходе которого появляется сигнал, противоположный по знаку сигналу управления до момента времени т 1. Поэтому двигатель 6 входит в режим торможения, что приводит к уменьшению входного напряжения интегратора 2 (фиг.Зе) согласно выражению (6), и через время, определяемое постоянной времени Т 2 = 1/К 2, а также разностью идеальной и реальной частоты вращения двигателя, интегратор разряжается, уменьшает напряжение на двигателе 6 (фиг.Зж) и система переходит в режим отработки малых рассогласований,Положительный технический эффект от применения предлагаемой системы по сравнению с известной заключается в увеличении быстродействия, точности и уменьшении перерегулирования системы,Указанный эффект подтверждается следующим расчетом. При отработке больших рассогласований за счет выбора коэффициентов передачи усилителя К 11, усилителя мощности К 5 и исполнительного двигателя К 6 обеспечивает максимальная скорость отработки, равнаяЙ= К 11 К 5 К 6010,При отработке малых рассогласований в системе уменьшается добротность для обеспечения устойчивости и апериодического переходного процесса, Интегратор 2,включенный в корректирующую цепь, компенсирует влияние напряжения трогания иобеспечивает высокую точность системы,5 При этом интегратор 2 работает в линейнойзоне (без насыщения), Диаграммы выходных сигналов блоков следящей системы прималых рассогласованиях представлены нафиг.4. Для наглядности форма сигнала на10 входе принята условно, так как реальноевходное воздействие системы (температурные изменения частоты магнетрона) имеютслучайный характер,Передаточная функция системы при от 15 работке малых рассогласований может бытьпредставлена в видефрР 1 =Ко 716 Р, Р +Тз Р ф 1)(5 17( 1 ОР )( 16+1( 1 +Т 5+1)20 где К 7 - коэффициент передачи объекта управления;К 1 Т 16 К 1К 16 К 2 К 2 К 1625 Т 4 -К 5 К 6 К 15 К 17 К 2К 5 - коэффициент передачи усилителя мощности 5;К 6 - коэффициент передачи исполни 30 тельного двигателя 6;К 17 - коэффициент передачи датчикаскорости 17.1Т 5К 5 К 6 К 15 К 17 К 235 Причем введение дополнительного интегратора не увеличивает порядок астатизма системы, т,е. система имеет астатизмпервого порядка,На предприятии были проведены лабо 40 раторные испытания предлагаемой следящей системы, в состав которой входят:исполнительный двигатель ДПР 42-Н 1-02 скоэффициентом передачи К 6 = 222 об/В хмин и постоянной времени Т 6 = 20 мс, тахо 45 генератор 1,6 ТГП; редуктор; имитаторобъекта управления и дискриминаторов спараметрами; рабочий диапазон 120 град,К 10=20 В/град, 610=0,1 град, О 01=4 В,К 14 = 5 В/град, 614= 0,5 град, Оу = 2 В,50 Т 10 = 5 мс, Известная следящая системапри согласовании угла рассогласования120 град имеет скорость отработки 6 град/с,перерегулирование 20 О/о, время переходного процесса 0,2 - 0,3 с, точность 0,1 - 0,2 В на55 выходе дискриминатора 10). Данная следящая система имеет скорость отработки 50град/с, перерегулирование 0-10%, времяпереходного процесса 0,05-0,1 с, точность0,02 - 0,05 В,10 1732329 20 с иг.2 Формула изобретения Следящая система, содержащая первый сумматор, интегратор, формирователь импульсов, соединенный выходом с управляющим входом ключа, и последовательно соединенные усилитель мощности, исполнительный двигатель и объект управления, подключенный выходом к одному из входов измерителя рассогласования, другим входом соединенного с выходом задатчика, а выходом - с входом первого дискриминатора, подключенного выходом к входу усилителя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности и уменьшения перерегулирования системы, в ней установлены второй дискриминатор, второй сумматор, модель исполнительного двигателя и датчик скорости, соединенный входом с выходом исполнительного двигателя, а выходом - с вычитающим входом второго сумматора, подключенного суммирующим 5 входом к выходу модели исполнительногодвигателя, а выходом - к входу интегратора, соединенного выходом с первым входом первого сумматора, подключенного вторым входом к входу модели исполнительного 10 двигателя и к выходу первого дискриминатора, а выходом - к первому информационному входу ключа, соединенного вторым информационным входом с выходом усилителя, а выходом - с входом усилителя мощности, выход 15 измерителя рассогласования через второйдискриминатор соединен с входом формирователя импульсов.1732329 12 а1 Ре и,иг.5 Корректор М,Максимишинец дактор Н.Яцола роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1583 ВНИИПИ Составитель А.Яковл Техред М.Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035; Москва, Ж, Раушская наб 4/5