Система автоматического регулирования с компенсацией помех

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТО РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоциалистичесиикРеспублик(51)М. Кл. О 05 В 11/О 1 ееударстюный коинтет СССР Ао делам нэобретеннй н отерытнй(088. 8),(72) Авторы изобретения В. С. Жабреев и В. Г. Попов Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола( 54 7 СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕ СКО ГО РЕ ГУЛИРОВАНИЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОМЕХИзобретение относится к классу высокоточных быстродействующих следящих систем и может быть применено для управления объектами., для которых требуется максимально уменьшить влия 5 ние периодических помех переменной частоты и амплитуды на регулируемую величину.Известна система автоматического регулирования, содержащая измеритель рассогласования, корректирующий элемент, исполнительный механизм, датчик обратной связи, четыре линейных фильтра, сумматор, четыре блока умножения и источник гармонических сигналов 1 . Однако эта система не обеспечивает подавления периодической помехи на выходе системы в случае перемен-, ности частоты помехи препятствует прохождению полезного сигнала на частоте помехи и формирует дополнительную помеху на той же, частоте,мощность которой пропорциональна мощности полезного сигнала в полосечастот пропускания компенсирующегофильтра, что снижает эффективностьподавления периодических помехпостоянной частоты на выходе системы. Наиболее близкой к предложенной по технической сущности является система автоматического регулирования, содержащая последовательно соединенные измеритель рассогласования, корректирующий блок, исполнительный механизм и датчик обратной связи, вход которого соединен со входом измерителя рассогласования, а также источник гармонических сигналов, первый линейный фильтр, выход которого связан с выходом датчика обрат. ной связи, и последовательно соединенные первый блок умножения, второй линейный фильтр и второй блок умножения, выход которого присоеди 9 ч 1922 4нен ко входу первого сумматора, а си нусный выход и сто чни ка гармони чес ких сигналов связан со вторыми входами блоков умножения, кроме того, третий линейный фильтр, вход которо го соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом исполнительного элемента, и последовательно соединенные третий блок умножения, четвертый линейный Фильтр и четвертый блок умножения, выход которого присоединен ко второму входу первого сумматора, а косинусный выход истоцника гармонических сигналов соединен со вторыми входами третьего и четвертого блоков умножения, а также второй источник гармонического сигнала и последовательно соединенные второй сумматор, фазовый детектор, третий сумматор, пятый линейный фильтр и интегратор, выход которого соединен с входом первого источника гармонических сигналов, а косинусный выход соединен со вторым входом Фазового детектора и первым входом второго истоцника гармонических сигналов, а синусный выход с вторым входом второго источника гармонических сигналов, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, выход первого линейного фильтра соединен с первыми входами первого и третьего блоков умножения через второй сумматор, второй вход которого подключен к выходу измерителя рассогласования Я,Однако в известной системе невозможность точной реализации передаточной функции первого линейного фильтра, содержащего в качестве сомножителей передаточные функции, обратные передаточным функциям корректирующего и исполнительного элементов, для корректирующих и исполнительных элементов высокого порядка приводит к тому, что не обеспечивается полная компенсация полезной низкочастотной составляющей на выходе второго сумматора во время переходного процесса в системе, а это, в свою очередь, приводит к тому, что на вход компенсирующего фильтра поступает дополнительное воз. мущение, которое, проходя через компенсирующий фильтр; формирует дополнительную помеху, мощность которой пропорциональна мощности полезного сигнала в полосе частот пропускания компенсирующего фильтра. Это снижает эффективность подавления периодических помех на выходе системы. Далее, Фиксированная настройкавторого источника гармоническихсигналов на определенную амплитудупомехи не обеспечивает достаточнойкомпенсации второй гармоническойсоставляющей на выходе третьегосумматора при изменении амплитуды периодической помехи и приводит к появлению расстройки по частоте в контуре фазовой автоподстройки по частоте.Цел ью изобретения я вляет ся повыщение помехозащищенности системы. Поставленная цель достигается теицто в систему, содержащую последовательно соединенные измеритель рассогласования, корректирующий блок, исполнительный элемент и датчик обратной связи, выход которого подключен ко входу измерителя рассогласования, первый фильтр, последовательно соединенные первый блок умножения, второй фильтр, второй блок умножения, выход которого соединен совходом первого сумматора, последовательно соединенные третий блок умножения, третий Фильтр и четвертыйблок умножения, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а также источник гармонических сигналов синусный выход которого соединен со вторыми входами первого и второго блоков умножения, акосинусный выход - со вторыми входами третьего и четвертого блока умножения, второй сумматор, вход которо гоподключен к выходу измерителя рассогласования, фазовый детектор, третийсумматор, последовательно соединенныечетвертый фильтр и интегратор, выход которого соединен со входом источника гармонических сигналов, введены два модулятора, выходы которыхподключены к первому и второму входамтретьего сумматора, выход которого ф через фазовый детектор соединен совходом четвертого фильтра, первые.входы модуляторов подключены к выходам соответственно второго и третьего Фильтров, а вторые входы - ксинусному и косинусному выходам источника гармонических сигналов,выход датчика обратной связи соединен со вторым входом второго сумма41922 6входу первого сумматора 10, а выходпоследне го соединен со вторым входомизмерителя рассогласования 1, приэтом косинусный выход В источникагермонических .сигналов 5 соединенсо вторыми входами блоков умножения11 и 13, кроме того, выход измерителя рассогласования 1 присоединенк первому входу второго сумматора14, второй вход которого связан свыходом датчика обратной связи 4,а выход - со входом первого фильтра6, а выход первого фильтра 6 черезпоследовательно соединенные фазовый 15 детектор 15, четвертый фильтр 16 иинтегратор 17 присоединен к управляющему входу источника гармоническихсигналов 5. Кроме того, системасодержит два модулятора 18 и 19, 20 первые входы которых присоединены квыходам второго 8 и третьего 12 фильтров, вторые входы - к синусному Аи косинусному В выходам истоЧника 5гармонических сигналов, а выходы мо дуляторов связаны с первым и вторымвходами третьего сумматора 20, выход которого присоединен ко второму входу Фазового детектора 15.Система работает следующим обра зом.При действии на систему периодической помехи переменной амплитудыи частоты на первый вход второгосумматора поступает сигнал с выходаизмерителя рассогласования: При этом изменение связей и положения в структуре первого линейногофильтра обеспечивает полную компенсацию полезной низкочастотной составляющей на входе компенсирующегофильтра как в переходном режиме,так и в статике. Отсутствие этойсост а вляющей на входе фил ьтра обе спечивает точную настройку компенсирующего Фильтра по параметрам периодически помехи (амплитуде, частотеи фазе), что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность подавления периодических помех на выходесистемы. Введение в систему двухмодуляторов позволяет, во-первых,эффективно подавлять вторую гармоникуобразующуюся при фазовом детектировании периодических помех при любыхизменениях амплитуды, и, во-вторых,обеспечивает постоянный фазовыйсдвиг между сигналом периодическойпомехи и опорным сигналом, поступающим на второй вход фазового детектора, близкий к 90 . Наличие такого фазового сдвига позволяет обеспечить надежную синхронизациюконтура фазовой автоподстройки счастотой периодической помехи,На чертеже показана блок-схемасистемы,Система содержит последовательно соединенные измеритель рассогласования 1, корректирующий блок 2,исполнительный элемент 3, датчик 4обратной связи выход которого соединен со входом измерителя рассогласования 1, а также источник 5 гармонических сигналов, и последовательно соединенные первый фильтр 6,первый блок умножения 7, второйфильтр 8 и второй блок умножения 9,выход которого присоединен ко входу первого сумматора 10, а синусныйвыход А источника 5 гармоническихсигналов связан со вторыми входамиблоков умножения 7 и 9, и последовательно соединенные третий блок умножения 11, третий фильтр 12 ичетвертый блок умножения 13, выход которого присоединен ко второму 55 тора, выход которого через первыйФильтр соединен со вторым входом , фазового детектора и с входами первого и третьего блоков умножения, а выход первого сумматора подключен к второму входу измерителя рассогласования. Х (Ц=ХК 4 Хь (+)+Х 4-Е,гдеХ Щ- входной полезный сигнал,К 4 - коэффициент передачи датчика обратной связи,Хых- выходной сигнал системы;Хи(1)- сигнал помехи, действующий на систему,Й) - выходной сигнал компенсирующего фильтра.Этот сигнал в сумматоре 14 суммируется с сигналом датчика 4 обратной связи, в итоге на вход компенсирующего фильтра поступает суммавходного полезного сигнала и сигнала ошибки компенсации периодической помехи Передаточная функция линейногоФильтра 6 выбирается таким образом,чтобы отфильтровать сигнал ошибки10 9" 1922 9При действии сигнала периодицес- кой помехи переменной амплитуды на предлагаемое устройство на вход компенсирующего Фильтра поступает только ошибка компенсации сигнала перио- ю дической помехи, В первый момент времени, пока фильтр не настроен по параметрам помехи, на вход компенсирующего фильтра фактически поступает сигнал периодической помехи. По 1 О мере настройки Фильтра увеличивается коэффициент подавления сигнала периодической помехи на выходе системы, уменьшается сигнал ошибки компенсации на входе компенсирующего 15 фильтра и при точной настройке фильтра по параметрам (частоте и амплитуде) периодической помехи он сгремится к нулю. При появлении расстройки между параметрами помехи 2 о и Фильтра появляется сигнал на выходе компенсирующего фильтра, по которому Фильтр перестраивается на изменившиеся параметры помехи, Таким образом, компенсация сигнала перио дицеской помехи в предлагаемом устройстве осуществляется по принципу обратной связи, что позволяет поднять коэффициент подавления сигнала периодической помехи переменной час- зО тоты и амплитуды на выходе системы до 100 во всем диапазоне рабочих частот системы автоматического регулирования при любых изменениях частоты, амплитуды и фазы сигнала периодической помехи. У известной системы этот коэффициент равен 50. Кроме того, при действии периодической помехи переменной частоты и амплитуды в известной системе из-за неточной реализации передаточной функции линейного Фильтра 6 на входе компенсирующего фильтра полезная составляющая компенсируется не полностью. Примерно 20-30/ по мощности от этой составляющей поступает в компенсирующий фильтр, проходит через него и поступает на вход испол.нительного элемента 3. Таким образом, в основной контур системы посту-, пает дополнительное возмущение, мощность которого пропорциональна мощности полезного сигнала в полосе частот пропускания компенсирующего фильтра, Это приводит к тому, что в 1,2 - 1,3 раза снижается общий коэффициент усиления и увеличиваются постоянные времени системы. Это приводит к пропорциональному уменьшению частоты среза и точности системы. В результате в системе прототипа в 3-5 раза затягивается длительность переходного процесса и увеличивается ошибка системы Кроме того, фиксированная настройка второго источника 20 гармонических сигналов по амплитуде помехи приводит к тому, цто при изменении этой амплитуды не обеспечивается полное подавление второй гармоники помехи, образующейся при фазовом детектировании. Таким образом, в контуре Фазовой ав" топодстройки по частоте образуется дополнительное возмущение, которое приводит к появлению расстройки по частоте между сигналом периодической помехи и опорным гармоническим сигналом. Наличие расстройки по частоте между сигналом периодической помехи и выходным сигналом источника гармонических сигналов всего в 5 Гц приводит к тому, что коэффи" циент подавления сигнала периодической помехи на выходе системы падает в 10 раз, Предлагаемое устройство лишено этих недостатков.Для внедрения предлагаемого устройства проведено математическое описание и математическое моделирование устройства для конкретной исходной системы автоматического регулирования (блоки 1-1), подтвержденной влиянию периодических помех переменной частоты и амплитуды, р=работана принципиальная схема и изготовлен квадратурный фильтр (блоки 5,7- 13), для которого имеется техническое описание.Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что оно позволяет повысить помехозащищенность системы, приблизить характеристики (динамические характеристики, точность) системы автоматицеского регулирования с компенсирующим Фильтром к характеристикам исходной, системы, и упростить выбор параметров компенсирующего фильтра - осуществлять его независимо от характеристик исходной системы. Формула изобретения Система автоматического регулирования с компенсацией помех содержащая последовательно соединенные941922 12шения помехоэащищенности системы, т в нее введены два модулятора, выходыкоторых подключены к первому и второму входам третьего сумматора, выход которого через Фазовый детектор соединен с входом четвертогофильтра, первые входы модуляторовподключены к выходам соответственно второго и третьего фильтров, аО вторые входы - к синусному и косинусному выходам источника гармонических сигналов, выход датчика обратнойсвязи соединен с вторым входомвторого сумматора, выход которого1 з через первый Фильтр соединен с вторым входом Фазового детектора и свходами первого и третьего блоковумножения, а выход первого сумматора подключен к второму входу 20 измерителя рассогласования. 11измеритель рассогласования, корре ктирующий .блок, исполнительный.элемен и датчик обратной связи, выход которого подключен к входу измерителя рассогласования, первый Фильтр, последовательно соединенные первый блок умножения., второй Фильтр, второй блок умножения, выход которого соединен с входом. первого сумматора, последовательно соединенные. третий блок умножения, третий фильтр и четвертый блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а также источник гармонических сигналов,. синусный выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков, умножения, а косинусный выход - с вторыми входами третьего и четвертого блока умножения, второй сумматор, вход которого подключен к выходу измерителя рассогласования, фазовый детектор, третий сумматор, последовательно соединенные четвертый фильтр и интегратор, выход которого соединен с входом источника гармонических сигналов, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повыИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР2 з И 4 б 7322, кл, 6 05 В 11/О 1, 19742. Авторское свидетельство СССРпо заявке И 2780817/18-24,кл. О 05 В 11/01, 1979 (прототип),