Система автоматического управления инерционным объектом

(23) Приоритет по делам изооретеиий н открытийОпубликовано 30.0 1.82. Бюллетень4 Дата опубликования описания 02.02.82(7) Заявитель Ленинградский ордена Ленина нм В, И. Ульянов(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫМ ОБЪЕКТОМуправления, соцержаш ный моцулятор второг рого соеаикен со вхо сигнала управления, в ме ждущего мультив емой цлительностью и тель интервала време ая частотно-импульс - о рода, выхоа котоаом формирователя ыполненного по схеибратора с регулирумпульсов, измерини между импульсами,тотно-импулца, а выход ьсного моцулятора второго ро - с управляюшим входом форигнала управления, выхоц копен со вхоаом исполнительзма 713 . ами известной системы явизкая аиначическая точность мирователя торого соеа ного механи Н ецостат ляются ее Изобретение относится к дискретным системам автоматического управления, в час тн ос ти к с ис тема м а в тома ти чес к ого управления с частотно - импульсной модуляцией второго роаа, и преаназначено аля управления судном аля буровой установ - ки, нахоаяшегося в условиях возмушенной внешней среаы.Известна частотно-ичнульсная система вхоц которого соединен с выходом часиз-за того, что закон изменения мощности выхоаных импульсов формирователя сигнала управления не учитывает динамических свойств судна, преаназначенногоаля буровой установки, и низкая нацежность из-за большого числа срабатываний исполнительного механизма, что сушественно снижает их ресурс;Наиболее близкой к прецлагаемой по технической сушности является система автоматич "ского регулирования инерционным обьектом, соаержашим аатчик отклонения регулируемой величины от зааанного значения, выход которого через частотно-импульсный модулятор второго рода и измеритель интервала времени межцу импульсами соединен соответственно с сигнальным и управляюшим вхоцами формирователя сигнала управления, выхоа которого через исполнительный механизм соеаинен со входом инерционного обьектв, выхоц которого соединен со вхоаом цвтчика отклонения регулируемой коорцинатЫ от заданного значения 23994В качестве уравнений для определенияфункционального закона используютсяследующие неравенства: Г 6 й) -(2) Ш) - фазовая часристика неп ной части с ш - кругов а (ОЛ- ам плитухаракте р ывной где тотная характере р ывн о й лине йис темы;я частота;дная частотнаяистика непре - линейной части стемы;интервал времедвумя соседпульсами;ь импульсов на нии т(щ) ни между ими и мощнос выходе формирователясигнала управления,Заменяя неравенства равенствами можно сопоставить каждому значению круговой частоты единственное значение текущего интервала времени Т и мощностиимпульсов М . Палее, исключая частотущ из выражений ( 1) и (2), можно найтифункциональный закон изменения мощносфо ти импульсов от времени М( Т ), которыйопределяет косвенно заданную точностьдинамических процессов систем управления. При этом значительно снижаетсячисло включений исполнительного механизма - гидропривода поворота лопастейвинта регулируемого шага.На фиг. 1 представлена схема системы; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема одного из возможных вари 50 антов системы; На фиг. 3 - статическаяхарактеристика нелинейного элемента; нафиг. 4 - графики сигналов отклонения регулируемойкоординаты от заданного значения в предлагаемой (б) и известной 55 (а) системах.Система автоматиче а яинерционным объектом1 отклонения регулируе ина ты от в ленида тчик 3 901В известной системе в силу особенностей эксплуатации суаов с установками для бурения, заключающихся в том что исполнительные механизмы не должны реагировать на составляющую сигнала от 5 клоцения, обусловленную волнами, время- задающий фильтр модулятора не должен содержать дифференцирующих звеньев. Требования по точности режима стабилизации судна с установкой для бурения также накладывают ряд ограничений на вид времязадаюшего фильтра модулятора. Во избежание появления эквивалентов зоны нечувствительности по сигналу отклонения времязадающий фильтр должен представлять собой звено без самовыравнивания. Тек как алгоритм изменения мощности на выходе формирователя сигнала управления не учитывает динамических свойств инерционного объекта - судна2 для буровой установки, динамическая точность известной системы низка, следствием чего является умеНьшение ресурса исполнительного механизма и низкая надежность системы.Цель изобретения - повышение точности и надежности системы.Поставле 1 ная цель достигается тем, что в системе автоматического управле ния инерционным объектом, содержащей , последовательно соеаиненные датчик отклонения регулируемой координаты от за,данного значения, частотно-импульсный модулятор второго рода, формирователь сигнала управления, и исполнительный механизм, выход которого соединен со входом инерционного объекта, выход которого соединен с датчиком отклонения регулируемой координаты от заданного значения, измеритель интервала времени между импульсами, вход которого соединен с выходом частотно-импульсного модулятора второго рода, дополнительно установлен нелинейный элемент, выход которого соединен с выходом измерителя интервала времени между импульсами, а выход - с управляющим входом формирователя сигнала управления.Ст ат ическ ая ха рак теристик а нелинейнОго элемента определяется из условий сохранения заданных запасов устойчивости по модулю и фазе системы управления для гармонических линеаризованных управлений, из которых можно получить выражения, определяющие функциональный закон изменения мощности выходных импульаов формирователя сигнала управления от текущего значения интервала времени между двумя соседними импульсами. системы;запасы устойчивости соответственно по модулю и фазе, выбираемые изусловия обеспечениятребуемых показателейкачества свободных ави90заданного значения, частотно-импульсный моаулятор второго роаа 2, формирователь 3 сигнала управления, измеритель 4 интервала времени между импульсами, нелинейный элемент 5, исполнительный механизм 6, инерционный обьект 7, операционные усилители 8 - 16, ключи 17 - 21 и триггер 22.Кроме того, на чертежах обозначены: О, О, О и О- опорные напряжения, М - мошность импульсов формирователя сигнала управления, Т - интервал времени между двумя соседними импульсами,- сигнал отклонения регулируемой координаты от заданного значения,- текушее время.Д атчик 1 от к лоне ни я ре гулируем ой координаты от заданного значения представляет собой систему ультразвуковых передатчиков, расположенных на морском ане в окрестности буровой скважины, и соответствующую систему приемников, располагаемых ца борту судна аля буровой установки. Исполнительный механизм 6 представляет собой гидропривод лопастей винта регулируемого шага, винт регулируемого шага, вращающийся от двигателя постоянной скорости. Частотно- импульсный модулятор второго рода 2 состоит из интегратора, реализованного на операционном усилителе 8, релейного элемента с зоной нечувствитепьцости Д, реализованного на опер ационном ус или теле9, зона нечувствительности Ь формиру:ется с помоцью опорного напряжения Он ключа 17 на полевом транзисторе. Формирователь 3 сигнала управления представляет собой ждуший мультивибратор с управляемой длительностью импульсов и состоит из 1 Ь - триггера 22, интегратора, реализованного на операционном усилителе 13 и устанавливаемого в нулевое состояние с помошью транзисторного ключа 20, и релейного элемента на операционном усилителе 14. Измеритель интервала времени между импульсами представляет собой последовательное соединение интеграра, реализованного на операционном усилителе 10 с ключом 18 в цепи обратной связи, и элемента выборки-запоминания для фиксации измеренного значения ин - тервала времени между двумя соседними импульсами на время срабатывания формирователя сигнала управления, реализованного на операционном усилителе 11 с ключом 19 на входе. Функциональный закон изменения мошностц импульсов формирователя 3 сигнала управления от интервала времени между импульсами вво 1.994 6аится с помощью нелинейного элемента, реализованного на операционном усилителе 13, ц кусочно апъроксцмируюшего вы,численную зависимость м( т ). Полярность выходных импульсов восстанавливается модулятором, реализованным с помощью операционного усилителя 9 . и ключа 21, в соответствии с полярностью времязаааишего фильтра-интегратора, реализованного ца операционном усилителе 8. Сит- цап полярности на интервале временимежду двумя соседними импульсами фиксируется релейным элементом, реализо-.ванным на операционном усилителе 15.Система работает следующим образом.Сигнал отклонения регулируемой координаты от заданного значения (т.е. сигнал отклонения текушего положения судна от заданного положения) с выхода 20 датчика 1 поступает на вход частотноимпульсного модулятора 2,который преобразует сигнал отклонения судна от заданного положения в последовательность импульсов, модулированных по частоте.25 Параметры час готно-импульсного модулятора 2 (зона нечувствительности й. репейного элемента, выполненного на операционном усилителе О) выбираются с учетом возможного уровня цецтрированной ЗО составляющей сигнала отклонения суднатаким образом, чтобы в отсутствии постоянной составляющей сигнала отклонения модулятор не реагировал на центральную составляюшую, обусловленную волнами.Импульсная последовательность с выхода модулятора 2 поступает на вход формирователя 3 сигнала управления, на выхоае которого формируются прямоугольные импульсы амплитудой А с полярностью, со 4 а ответствующей полярцости выходных импульсов частотно-импульсного модулятора 2, и длительностью, определенной на основании интервала времени между импульсами, измеренного измерителем интервала 4 времени между импульсами 4 в соответствии с функциональным законом, задаваемым нелинейным элементом 5, статическая характеристика которого определяется по заданным показателям качества Ьи и Ь 4 нз частотных характеристик линеаризованной системы 1 (.с) и ( ( ш). С выхода формирователя 3 сигнала управления импульсы, модулированные по частоте, длительности и полярности, воздействуют на исполнительный механизм 6, 55выполненный в виде гидропривода поворота лопастей винта регулируемого шага, при-, Воаимого во врашениЕ двигателем постоянной скорости. При повороте лопастей9 О 1994 винта регулируемого шага созпается упор определяющий импульс силы, направленный в сторону уменьшения отклонения супна от заданного положения, причем величина это о импульса функционально зависит от З интервала времени между двумя сосеццими импульсами.В процессе экспериментальных исслецований установлено, что указанные отличительные особенности позволяют повысить 10 в четыре раза точность системы уменьшить число выхоцов сигнала отклонения из опасной зоны и в шесть раз снизить число срабатываний исполнительного механизма 6 и примерно в пва раза повыЧить нацежность системы. Формула изобретения20 Система автоматического управления инерционным обьектом, содержащая послецовательно соединенные пвтчик отклонения регулируемой координаты от зацанно - го значения, частотно-импульсный модулятор второго роцэ, формирователь сигн ада управления и ис полни тельный мех анизм, выход которого соединен со входоминерционного обьекта, выход которого сстецинен с цвтчиком отклонения регулируемой координаты от заданного значения,измеритель интервала времени межпу импульсамивход которого соепицен с выходом частотно-импульсного мопуляторввторого рода, о т л и ч а ю щ в я с ятем, чтос целью повышения точности инадежности системы, в цей установлен целине йный элем ен т, вхоц к от орог о с оепинен с выхопом измерителя интерала времени между импульсами, а выхоц - с управляющим вхоцом формирователя сигнала управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лвторское свидетельство СССР М 491202, кл. Н 03 К 5/02, 1973.2. Кунцевич В. М. и пр. Нелице йц ые системы автоматического управления с частотно- и широтно-импульсной модуляцией, Киев, "Техника", 1970с. 49-5 3 (прототип).58 Тираж 907 ВНИИ ПИ Госуцарствпо целам изобре 5, Москва, Ж 35, Р писно ССС енного комитеттений и открыти 11303 аущскйя наб., и лиал ППП фПатентф, г. Ужгороц, ул. ГЬоек ая,Составитель Ю. ГлапковЛ. Горбунова Техрец М. Пекарь Коррект