Нелинейная следящая система

(5)5 0 05 В 11/ НИЕ ИЗОБРЕТЕН ОПИ К АВТО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Минский радиотехнический институт (72) А. Д. Горбачев, И. А. Горбачеви А. Я. Родин(56) Авторское свидетельство СССР Нг 1226403, М.кл,4 6 05 В 5/01, 1984,Авторское свидетельство СССР М 1282076, М, кл.4 6 05 В 5/01, 1985 (прототип).(54) НЕЛИНЕЙНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к следящим системам с двухканальным нелинейным корректирующим устройством и может быть использовано в следящих системах широкого профиля, Цель изобретения - расширение области применения нелинейной следящей системы зэ счет обесйечения точной и экономичнойотработки его кусочно- задающих воздействий за заданные периоды времени. Система содержит йзмерйтель 1 рассогласования положения, измеритель 2 рассогласования скорости, суммирующий блок 3, усилитель 4 мощности, исполнительный двигатель 5 с нагрузкой, датчйк 6 скорости, нелинейный корректирующий блок 7, в состав которого входят блок 8 пиковых детекторов, два масштабирующих блока 9 и 16, четыре сумматора" 10, 13, 17, 20, два сигнум-реле 11, 25; два ключа 12, 26, усилитель 14, переключатель 15, три нуль-органа 18, 27, 28, интегратор 19, реле с зоной нечувствительности 21, блок управления 22, блок умножения 23, блок выделения модуля 24. Йоложительнйй аффект достйгается за счет организации термйнального режима управления. 5 ил,1783468 4Изобретение относится к следящим си- первого сумматора. Выходной сигнал блокастемам с двухканальным нелинейным кор- пиковых детекторов подается на вход перректирующим устройством и мажет быть ваго и второго масштабирующих блоков, аиспользовано в проводах управления степе- также через выпрямитель - на первый входнями подвижности роботов, профильно-ко блока умножения, второй вход которого свяпировальных станках с ЧПУ, установках зан с выходом усилителя, а выход-с первымсопровождения цели, устройствах отслежи- сигнальным входом переключателя и с вхования скорости, дом интегратора. Выходной сигнал третьегоНаиболее близким к предлагаемому ус- нуль-органа подается на управляющие вхотройству является нелинейное корректиру ды блока пиковых детекторов, переключатеющее устройство, Оно отличается тем, что в ля и на второй управляющий (замыкающий)нем дополнительно установлены последа- вход первого ключа, Информационный входвательно соединенные интегратор, четвер- блока пиковых детекторов, соединенный стый сумматор, второй релейный блок и блок вторым сигнальным входом переключатеуправления, причем информационный вход 15 ля, является первым информационныминтегратора подключен к выходу ключа,входом па производной от сигнала рассогвход "Сброс" интегратора - к выходу нуль- ласования. Соединенные между собой втооргана, второй вход четвертого сумматора рые входы первого, третьего и четвертогосоединен с входом первого релейного бло- сумматоров служат вторым информационка, а выход блока управления является 20 ным входом устройства по скорости ераще.третьим выходом корректирующего устрой- ния вала исполнительного двигателя,:аства. Существенным недостатком известно- вход третьего нуль-органа - третьим инго устройства является его неспособность формационным входом устройства по сиготрабатывать линейно изменяющиеся во налу рассогласования, Выходные сйгналывремени задающие воздействия (скачки 25 переключателя и блока управления являютскорости различной величины),И в тся выходнйми сигналами устро ст ,звестное устройство не обладает На фиг. 1 представлена блок-схема несвойствамитерминальногоуправления, линейной следящей системы; на фиг. 2 -Цель изобретения - . расширение обла- временные характеристики основных сигсти применения нелинейной следящей сис налов, поясняющие работу; на фиг. 3 - амптемы за счет обеспечения точной и литудная (кривая 1) и фазовая (кривая 2)экономичной отработки ею, кусочно-линей- частотные характеристики, позволяющиеных задающих воздействий за заданные пе- оценить динамические свойства замкнутойсистемы; на фиг. 4 - эпюра напряжений,Поставленная цель достигается тем, что 35 иллюстрирующая алгоритм работы устройв нелинейное корректирующее устройство, . стеа; нафиг,5 - принципиальная электричеиспользуемое для коррекции системы и со- ская схема блока пиковых детекторов идержащее переключатель, последователь- выпрямителя.но соединенные первый масштабирующий На фиг, 1 приняты следующие обозначеблок, первый сумматор, первое сигнум-ре ния: измеритель 1 рассогласования положеле, первый ключ, второй сумматор и усили- ния, измеритель 2 рассогласованиятель, последовательно соединенные второй скорости, суммирующий блок 3, усилитель 4масштабирующий блок, третий сумматор и мощности, исполнительный двигатель 5 спервый нуль-орган, последовательно соеди- нагрузкой, датчик 6 скорости, нелинейныйненные интегратор, четвертый сумматор, 45. корректирующий блок 7, в состав которогорелейный блок и блок управления,дополни- входят: блок 8 пиковых детекторов, первыйтельно введены блок пиковых детекторов, масштабирующий блок 9, первый сумматорблок умножения, второй и треий нуль-орга, первое сигнум-реле 11, первый ключ 12,ны, выпрямитель и последовательно соеди- второй сумматор 13, усилитель 14, переклюненные второе сигнум-реле и второй ключ, 50 чатель 15, второй масштабирующий блок 16;причем его выход связан са вторым входом третий сумматор 17, первый нуль-орган 18,второго сумматора, а вход второго сигнум- интегратор 19, четвертый сумматор 20, релереле - с входом первого нуль-органа, вы- с зоной нечувствительности 21, блок 22 упходной сигнал которого подается на равления,блок 23 умножения,блоквыделепервый управляющий (размыкающий) 55 ния модуля 24, второе сигнум-реле 25,вход второго ключа, второй управляющий второй ключ 26, второй нуль-орган 27, тое(замыкающий) вход которого и первый уп- тий нуль-орган 28, вход 29 рассогласованияравляющий (размыкающий) вход первого скорости нелинейногол нейного корректирующегоключа соединеныс выходом второго нуль- блока 7, вход 31 рассогласования положеоргана, вход которого связан с выходом ния нелинейного корректирующего блока 7,выход 32 нелинейного корректирующегоблока 7. Блок пиковых детекторов и выделения модуля содержит резисторы 34-43, диоды 44-49, операционные усили гели 50 - 54,конденсаторы 55-57, транзистор 58 и общую шину 59,Кроме того, принять обозначения 01 -сигнал на выходе 1-го функционального блока, 9=Чав (1=1 п) - кУсочнолинейное задающее воздействие, 9=Ч - первая произвьдная по времени от задающего воздействия;0=05 - выходной сигнал системы, К - пере даточный коэффициент -го функционального блока.Блок 8 пиковых детекторов и блок выделения модуля 24 (фиг. 5) служат для формирования сигналов Ов=-Ч и 024= Ч. Они реализованы по известной (3) структуре детектора абсолютных значений экстремумов,дополненной схемой выделения двуполярных пиковых значений сигнала, Операционные усилители 50 и 52 образуютамплитудный детектор положительных сигналов, Входной сигнал положительной полярности, превышающий по величине напряжение на конденсаторах 55 и 57, дозаряжает их через усилитель 50 до пикового значения. Инвертирующий амплитудный детектор, собранный на усилителях 51 и 52обеспечивает фиксацию приращения входного сигнала отрицательной полярности на конденсаторах 56 и 57, Таким образом, на конденсаторе 57 "запоминается" абсолютное значение сигнала Ч 1, которое через усилитель 52 подается на вход блока 23 умножения, Конденсатор 55 используется для хранения амплитудных значений входного положительного сигнала, а конденсатор 56 - для хранения инвертированных амплитудных значений входного отрицательного сигнала, Повторное инвертирование этого сигнала инвертором 53 позволяет восстановить его истинную отрицательную полярность, С выхода операционного усилителя 54, который является неин вертирующимсумматором, снимается экстремальное значение входного сигнала Ог с учетом его полярности. Сброс схемы в исходное состояние осуществляется сигналом Оге поступающим с нуль-органа 28 на затвор транзисторного ключа, собранного на транзисторе 58, который, открываясь, разряжает через себя запоминающее конденсаторы 55 - 57, Блок 23 умножения можетбыть реализован по схеме, изображенной на рис. 2-5, с. 53 (4).Рассмотрим работу нелинейной следящей системы.Данная система относится к классу не. линейных систем с переменной структурой, 10 20 25 30 35 и ее качественные показатели зависят прежде всего от коэффициентов настройки первого 9 и второго 16 масштабирующего блоков и от величины тактового периода (шага квантования) То, Для определенности в дальнейшем примем К 9=1,5, К 16=1, То - заранее известная постоянная величина, определенная типом следящей системы, Кроме того, для простоты положим, что выходные сигналы первого 11 и второго 25 сигнум-реле имеют единичную амплитуду 01 = Ог 5 = 1, суммирование во всех четырех сумматорах 10, 13, 17, 20 происходит с единичными весами, крутизна датчика в скорости К 6=1, суммирование сигналов с выхода переключателя 1.5 и датчика 6 скорости осуществляется в суммирующем блоке 3 с одинаковыми коэффициентами, равными Кз. При этих предположениях работа устройства происходит следующим образом. Блок 8 пиковых детектор запоминает экстремальное значение сигнала и хранит его на своем выходе до прихода сигнала на сброс с выхода третьего нуль-органа 28. В ыходные сигналы блоков масштабирования сравниваются в сумматорах 10 и 17 с текущим значением сигнала, поступающего с выхода датчика 6 скорости вращения испол- нительного двигателя 5, В зависимости от результата сравнения выходной сигнал второго сумматора 13 будет принимать три различных значения,Если выполняется условие Ч06О, то ключи 12 и 26 замкнуты (управляющие сигналы с нуль-органов 18 и 27 отсутствуют) и выходные сигналы с сигнум-реле 11 и 25, суммируясь на втором сумматоре 13, дают на его выходе напряжение удвоенной вели. чины ( 01 з = 011 + Ог 5 =2, по знаку совпадающее с сигналом Ов=ЧьВо втором случае, когда справедливо неравенство 1,5 Ч05Ч 1 срабатывает (в момент выполнения равенстваОб= Чь первый нуль-орган 18 и второй ключ 26 размыкается, а первый ключ 12 остается замкнутым, так как второй нуль-орган 27 еще несработал, Поэтому сигнал на выходе второго сумматора 13 изменяется скачком до величины01 з=011 =1, т.е, уменьшится по амплитуде в два раза, сохранив предыдущий знак.Третий случай возникает как только сигнал06 становится равным 1,5 Чь Тогда срабатывает второй нуль-орган 27, управляющий сигнал с которого замкнет второй ключ 26 и разомкнет первый ключ 12. В результате на выходе второго сумматора 13 появится величина01 з =Ог 5=1, но противоположной полярности, посколькусигнал на выходе третьего сумматора 17 изменил свой знак( Ов Ч),Кусочно-постоянный сигнал 01 з с выхода второго сумматора 13 происходит через усилитель 14 с коэффициентом передачи К 14 и поступает на второй вход блока 23 и умно. жения, на первый вход которого подается величина Ч с выхода блока выделения модуля 24. Сигнал 02 з, равный М 014, разветвляется на первый информационный вход. переключателя 15 и на вход интегратора 19,Если сигнал 01 на выходе измерителя 1 рассогласования положения не равен нулю, то третий нуль-орган 28 не срабатывает, и переключатель 15 пропускает на свой выход сигнал 02 з(015=02 з). Как только величина 01 обнуляется, срабатывает нуль-орган 28 и переключатель 15 начинает пропускать на . свой выход сигнал Ог с выхода измерителя 2 производной рассогласования. Кроме того, срабатывание третьего нуль-органа 28 приводит к замыканию первого ключа 12 (подготовка к отработке следующего цикла) и к обнулению (сбросу) пикового детектора 8, что. в свою очередь, вызывает обнуление сигнала 02 з, таккак величина Ч;становится равной нулю, Возникает четвертая ситуация, характеризующая режим установившегося отслеживания скорости, Интегратор 19 преобразует кусочно-постоянную функцию (1) в кусочно-линейную, формируя тем самым требуемый профиль изменения скорости движения для расчетных значений момента сопротивления нагрузки и параметров исполнительного двигателя (5). Сигнал 019 с выхода интегратора 19 подается на четвертый сумматор 20, где сравнивается с истинйой текущей скоростью 06, поступающей с датчика б скорости, Сигнал разности, полученный в четвертом сумматоре 20, подается на вход релейного блока 21, который представляет собой реле с устанавливаемой зоной нечувствительности (см. прототип (2,Если истинная скорость Об будет меньше требуемой расчетной 019, то релейный блок 21 выдает положительный сигнал на вход блока 22 управления. Поэтому сигналу блок 22 управления переводит суммирующий блок 3 из режима линейного суммирования в режим форсировки напряжения, и усилитель мощности выдает на вход исполнительного двигателя 5 максимально допустимое для него напряжение. Сигнал форсироки длится до тех пор, пока разность 06-019 не станет равной заданной величине д, которая определяет зону нечувствительности релейного блока 21, Если же истинная скорость Ов превышает значение требуемой 019 на величину д, то реле с зоной нечувствительности 21 выдает отрицательный сигнал на вход блока 22 управления, который переводит суммирующий блок 3 в режим выработки отрицательного формирующего напряжения, При этом усилитель 4 мощности подает на исполнительный двигатель 5 максималь 10 но допустимое тормозящее напряжение до тех пор, пока разность 06-01 д не войдет в зону д.Если параметры исполнительного двигателя 5 с нагрузкой соответствуют расчет 15 ным, то сигнал форсировки отсутствует Формула изобретения Нелинейная следящая система, содержащая исполнительный двигатель с нагрузкой, выход которого является выходом 20 системы и соединен с входом датчика скорости и вычитающим входом измерителя рассогласования по положению, суммирующий вход которого является входом системы по положению, выход датчика скорости 25 соединен с первым входом суммирующего блока, два других входа которого соединены с первым и вторым выходами нелинейного корректирующего блока, а выход измерителя рассогласования по положе 30 нию соединен с входом рассогласования по положению нелинейного корректирующего блока, который содержит первый и второй масштабирующие блоки, входы которых 35 объединены и выход первого из которых соединен с суммирующим входом первого сумматора, выход которого через первое сигнум-реле соединен с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с первым входом второго сумматочен к выходу блока управления суммированием, вход которого через реле с зоной нечувствительности соединен с выходом четвертого сумматора, первый информаци-онный вход переключателя через интеграра, выход которого соединен с входом усилителя, выход второго масштабирующего блока соединен с суммирующим вхо. дом третьего сумматора, выход которого 45 соединен с входом первого нуль-органа.первый управляющий вход первого ключа объединен с управляющим входом переключателя, выход которого является первым выходом нелинейного корректирующего 50 блока, вычитающие входы первого и третьего сумматоров и суммирующий вход четвертого сумматора подключены к входу по скорости нелинейного корректирующегоблока, второй выход которого подклю1783468 ви7ИФ3 7 ф тор соединен с вычитающим входом четвертого сумматора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, в нее введены усилитель мощности и измеритель рассогласования по скорости, э в нелиней ный корректирующий блок дополнительно введены блок пиковых детекторов, блок умножения, второй и третий нуль-органы, блок выделения модуля, второе сигнум-реле и второй ключ, суммирующий вход измерите ля рассогласования скорости является входом системы по скорости, вычитающий вход соединен с.выходом датчика скорости, а выход соединен с входом рассогласования скорости нелинейного корректирующего 15 блока, вход исполнительного двигателя с нагрузкой через усилитель мощности соединен с выходом суммирующего блока, вход рассогласования положения нелинейного корректирующего блока через третий нуль орган соединен с управляющими входамй переключателя первого ключа и блока пиковых детекторов, выход которого соединен с объединенными входами масштабирующих блоков и через блок выделения модуля - с первым входом блока умножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с входом интегратора, вход рассогласования скорости нелинейного корректирующего блока соединен с информационным входом блока пиковых детекторов и вторым информационным входом переключателя, выход первого сумматора черезъторой нуль-орган соединен с вторыми управляющими входами первого и второго ключей, выход третьего сумматора через второе сигнум-релеСоединен с информационным входом второго ключа, первый управляющий вход которого соединен с выходом первого нуль-органа,1783468 Составитель А, Родин Редактор Теехред М.Моргентал Корректор А. Мотыльроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул, Гагарина, 1 Заказ 4514 Тираж,П ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская нписноеоткрытиям при ГКНТ СС4/5