Система управления с упругой механической связью

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 11717717 1) Дополнительное к авт, свнд-ву - .(51)М. Кл. О 05 В 11/О 22) Заявлено 20.06. 7 21) 2497695/18-2 присоединением заявки РЙ23)Приоритет аударатевиицй комитет СССР и лолам изобретеиий и етхрыткй(72) Автор зобретени г еинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина)(71) Заявите А УПРАВЛЕНИЯ С УПРУГОЙЕХАНИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ 4) СИСТ Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в электромеханических системах с упругими механическими связями,Влияние упругих свойств механических передач на динамические характеристики систем сводится к существенному умень.лэ %шению быстродействия и динамической точности систем. Известны различные прямые и косвенные методы устранения этого влияния, Косвенные методы сводятся к структурной организации систем управления и позволяют добиться частичной компенсации механического резонанса.Известны также прямые методы, которые сводятся к реализации коррек тирующих звеньев, включенных в контуре регулирования последовательно с упру гим механическим звеном и производящих полную компенсацию механического ре зонанса.Известно устройство 11 , в котороь в контуре регулирования скорости элект 2ропривода с упругой механической пере:дачей последовательно включены регуля тор скорости ( как для системы без упругих связей) и корректирующее звено, полностью компенсирующее влияние упругой связи на динамику системы. Передаточная функция корректирующего звена является обратной передаточной функцией части объекта регулирования, обусловленной наличием упругой связи и настройка коррекции производится точно на частоту механического резонанса.Известное устройство обладает возможностью увеличения динамической15гточности и быстродействия системы. Однако одним из необходимых условий работы такого устройства является абсолютная стационарность параметров кор. ректирующего звена и части объектаотображающего его упругие свойства, Ввиду малого коэффициента демпфирования упругих колебаний - -0 01 - 0,1) настройки корректирующих звеньев почастоте резонанса являются крайне чувствительными к изменению параметров механического резонанса. Последнее происходит как следствие эксплуатационных изменений податливостей элементов конструкции, так и в следствии изменений масс (моментов инерции) механизма. И если при этих условиях не производится перенастройка корректирующего звена в контуре регулирования возни кают значительные по амплитуде колебания на частоте механического резонанса.Из известных устройств наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство 2 15 содержащее последовательно соединенные регулятор, корректирующее звено и объект управления, а также последовательно соединенные фазовый дискриминатор и интегратор, где производится экстремаль- М иая настройка контура на резонансную частоту путем измерения косинуса угла рассогласования сигналов на входе и выходе блока и его последующего интегрирования для выработки управляющего сигнала, настраивающего контур в резонанс.Недостатком известного устройства,сле дует считать то, что оно неудовлетворительно работает при наличии упругих связей.30Целью настоящего изобретения является повышение точности работы устройства коррекции и исключение автокопебаний на частоте механического резонанса35 при изменении параметров механического.Поставленная цель достигается тем, что устройст во содержит широтно-импульсный модулятор и два олосовых фильтра, входы которых соединены соответственно со входом и выходом корректирующего звена, а выходы соединены со входами фазового дискриминатора; выход интегратора соединен со входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с управляющим входом корректирующего звена. Блок-схема устройства приведена на фиг. 1, где приняты следую щие обозначения: регулятор 1, корректирующее звено 2, объект 3 управления с упругой механической связью, полосовые фильтры 4, 5, фазовый дискриминатор 6 интегратор 7, широтно-импульсный модулятор 8.55На фиг, 2 приведены схемы бпоков 2 , и 8. Контур регулирования, функционирующий в реальных условиях, подвергается воздействию возмущений и помех. и при отсутствии однозначного согласованиякорректирующего звена и упругого механического объекта на частоте механического резонанса возникают колебания илиавтоколебания, приводящие к значительным динамическим ошибкам системы. Механические объекты с упругими связямимогут впервом приближении представляться двухмассовыми системами и описываться уравнениями колебательногозвена. Передаточная функция такого звенаТигТ р 2 В Т р 1где со - частота резонанса упругого механического звена;у - коэффициент демпфирования,В большинстве случаевупругие механические связи и характеризуются малыми коэффициентами демпфирования. Значениянаходятся в пределах 0,01 -; 0,1,Настройка корректирующего звена спередаточной функциейс р +2, .С р.1а япроизводится из условия с - уКоэффициенты демпфированияив общем случае могут не совпадать.Значение Ц устанавливается близкимиз условий нормальной работы устройства коррекции и требуемого качества системы, Особенностью такого корректирующего звена является резко выраженная зависимость фазового сдвигаьЧ гаромонических, сигналов на входе ивыходе звена в области частоты резонанса, Это свойство и использовано для автоматической настройки корректирующего звена в соответствии с параметрамиобъекта по частоте резонанса соПри нормальной настройке ( с : Т )сдвиг по фазе на частоте резонанса между выходным и входным сигналами корректирующего звена равен нулю. При изменении частоты резонанса резко изменяется сдвиг по фазе лк . При увеличении частоты он положителен, при уменьшении - отрицателен. В соответствии сознаком и величиной фазового сдвига ь 4(оч ) происходит автоматическая перенастройка параметров корректирующегозвена так, что всегда выполняется условием/Тй=щу, где о; и 1/т; - текущиезначения частоты механического резонанса и частоты компенсации корректирующего звена. С этой целью в функциониоующей системе из спектров выходного71771 и входного сигналов корректирующего звена псаосовыми фильтрами выделяются составляющие на частоте механического резонанса и подаюФся на два входа фазового дискриминатора, На выходе фазо-. вого дискриминатора формируют сигнал пропорциональной равности фаз входных сигналов, который через интегратор, ши-. ротно-импульсный модулятор и ключи так воздействуют на параметрыкорректирую щего звена, чтобы сдвиг по фазе на частоте резонанса был равен О.Схема работает следующим образом,Сигнал с выхода интегратора поступает на широтно-импульсный модулятор15(ШИМ), состоящий из генератора пилообразного напряжения (ГПН) и компаратора на операционном усилителе А 4, и подключенный к управляющим входам ключевых схем,9. Изменением скважности,20 ШИМ производится регулировка эквива-. лентной проводимости каждого из 3-хварьируемых параметров схемы корректи-. рующего звена 2.25Корректирующее звено имеет три перенастраиваемых параметра (фиг. 2), Схема звена реализует передаточную функцию ( 1). Перенастройка, активных проводимостей в схеме звена соответствует пе 30 ренастройке постоянного времени с передаточной функции.Варьируемые параметры связаны со скважностью работы ключей линейно, Необходимость перенастройки трех параметров на схеме фиг, 2 и их функциональная35 связь с постоянной времени с следует из уравненияО =0 +1О -О с 2 О -20вых, вх, ч: рс р вх. вьв) к вх, вы 40к к 1полученного на основании передаточнойфункции корректирующего звена,Начальное значение амплитуды сигнала при абсолютной настройке корректиру 45ющего звена по частоте механическогорезонанса устанавливается путем первоначальных наладочных настроек коэффициента демпфирования звена Ротносительно объекта. Амплитудно-частотные (АЧХ)и фаэо-частотные (ФЧХ) характеристики,50поясняющие работу устройства, приведены на фиг. 3, где приняты следующиеобозначения: 1., СО 2 АЧХ части объекта, отражающей его упругие свойства придвух значениях частот механического резонанса - ци со; 1. - АЧХ корректирующего звена при частоте Мд 1.- АЧХ разомкнутого контура регу 76лирОВация при ю,и м,; Ч - ФЧХ корректирующего звена;лчсдвиг по фазе в корректирующем звене на частоте 1"П.На графиках показан случай, когда изменяется частота механического резонанса объекта от Ж, до Ю, а параметры корректирующего звена остаются неизменными и соответствуют частоте щ 1. Большой положительный сдвиг по фазе йЧбудет в этом случае сопровождаться и большим увеличением амплитуды, сигналов в системе на частоте резонанса. Последнее иллюстрируется амплитудно-частотной характеристикой (.разомкнутого контура регулирования. Положительный сдвиг по фазе приводит к появлению положительного напряжения на выходы фазового дискриминатора и на вхо 3де широтно-импульсного модулятора, Это "в свою очередь приводит к изменению скважности работы ключей и к изменению варьируемых параметров корректирующего звена. Перенастройка корректируюшего звена будет соответствовать частоте 1.о и вид перенастроенной АЧХ разомкнутого контура регулирования при этой частоте будет примерно соответствовать виду1 , Сдвиг по фазе вновь будет равен нулю. Аналогичные процессы произойдут, если частота резо-" нанса уменьшится. Приращения параметров в этом случае будут отрицательными. Следует отметить, что уменьшение частоты ы. также сопровождается начальным увеличением амплитуды сигналовв системе, как и при увеличении ц Это является положительной особенностью, т. к, еше больше повышает чувствительность самонастройки к изменению параметров резонанса и делает ее еше более эффективной.Использование корректирующего звена оснащенного контуром самонастройки параметров по частоте механического резонанса в системах с нестационарны.ми механическими объектами дает воэможность в 3-4 раза увеличить быстродействие. систем и тем самым соответственно увеличить динамическую точность систем. При отсутствии самонастройки в корректирующем звене коэффициент отношения частоты упругих колебаний к частоте среза контура, в состав которого входит объект со слабо лемпфированной упругой механической связью, достигает значений 6 А 1 О, При наличии самонастройки корректирующего звена этот717717 коэффициент может быть снижен до значений 2-3. В системе обеспечивается сстабильность работы при изменении часготы резонанса в 2-3 раза,Устройство может быть испольэоваио в любых высокоточных алектромеханических системах, где основньщ факт:ром ограничения быстродействия и динамической точности выступают явленияупругих механических резонансов, напри Омер, в системах наведения радиотелескопов и астрономических инструментов; вследящих системах металлообрабатывающих станков; в различного. рода механиз-5мах, связанных с перемоткой материала( где в процессе перемотки значительно.изменяются моменты инерции), например,в лентопротяжных механизмах видеомагнитофонов и в других аналогичных случаях. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Шестаков Б, МИншаков КХ М.,Синтез последовательной коррекции в системах подчиненного регулирования алектроприводов с упругими механическими передачамиИзвестия ВУЗов, сер. ЭнергетикаИцЗ, 1974.252. Растригин Л, А.,Системы акстремального управления, М., "Наука", 1974,стр. 73-77 (прототип). Формула изобретения Система управления, содержащая последовательно соединенные регулятор,корректирующее звено и объект управления и последовательно соединенные фазовый дискриминатор и интегратор, о тличающаяся тем,что,сцельюповышения точности системы она содержит широтно-импульсный модулятор идва полосовых фильтра, входы которых,соединены соответственно со входом и "выходом корректирующего звена, а выходы - со входами фазового дискриминатора, а выходинтегратора соединен со входом широтноимпульсного модулятора, выход которого соединен с управляющим входом корректирующего звена.717717 оставитель С НеФедоваТехред Н. Ковалева Корректор И. Муска Редактор М. Мина Закаэ илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9845/64 ЦНИИПИ Гос по делам 113035, Москва, Тираж 956 По дарственного комитета иэобретений и открытий К, Раушская наб., д сноеСР