Адаптивная следящая система

(56) етельство СССР В 11/14, 1977. ЩАЯ СИСТЕМА сится к обл правления и реическими процесия эа упаюдля слеженналом, постс помехой и Целью изо е е 00 ОО ОЪ С г 7 ННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 771647/24-2412.07.8407.02.87. Бюл. Р 5Одесский политехнический инс(57) Изобретение отнти автоматического угулирования технологсами и предназначенополезным входным сигщим на вход в смесименной интенсивности ния является повьппение точности и помехозащищенности системы. Поставленная цель достигается тем, что в сле-: дящую систему, содержащую коммутатор 4, наговый двигатель 5, объект управления 6, датчик положения 7, элемент сравнения 2, усилитель 3, генератор 8 прямоугольных импульсов, дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь 10 и формирователь 9 управляющих сигналов. Структурная органиэация следящей системы, основанная на введенной совокупности признаков, позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системыщпри отслеживании полезного входного сигнала с переменной скоростью в ус- ловиях влияния помехи переменной интенсивности. 2 з,п. ф-лы, 7 ил.Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технологическими процессами и предназначено для слежения за полезным входным сигналом, поступающим на вход в смеси с помехой переменной интенсивности.Целью изобретения является повышение точности и помехоэащищен 1 Оности системы,На фиг.1 представлена блок-схемаадаптивной следящей системы; нафиг.2 - блок-схема формирователяуправляющих сигналов; на фиг.3блок-схема нелинейного преобразовате 15ля; на фиг. 4 - входной и выходнойсигналы (а),сигнал ошибки (б)1 нафиг.5 - графики зависимости дна фиг.6 - график о " Г (К ) в заЭ ьвисимости от параметров входноо сигнала; на фиг,7 - график зависимости выхода от входа преобразователя код - код. 25Блок-схема адаптивной следящейсистемы содержит задатчик 1, элемент 2 сравнения, усилитель 3, коммутатор 4, шаговый двигатель 5,объект 6 управления, датчик 7 положения, генератор 8 прямоугольныхимпульсов, формирователь 9 управляющих сигналов, нелинейный преобразователь 10.Блок-схема формирователя управ 35ляющих сигналов содержит преобразователь 11 амплитуда - время, первыйформирователь 12 сигналов полярности, первый 13 и второй 14 логическиевентили, первый 15 и второй 16 инвертирующие усилители.Блок-схема нелинейного преобразователя содержит второй формирователь17 сигналов полярности, реверсивныйсчетчик 18, регистр 19, преобразователь 20 код - код, управляемые делители 21 и 22 частоты,На фигурах приняты следующие обозначения: П- сигнал выхода К-гоэлемента;9 , 6 ,- входной и выход-50ной полезные сигналы; Чи Чвходной и выходной сигналы помехи;х - сигнал ошибки рассогласования.Следящая система работает следующим образом.55Сигнал задатчика 16, + Чпоступает на второй вход элемента 2 сравнения, где сравнивается с выходнымсигналом датчика 7 положения, поступающим на первый вход элементасравнения. С выхода элемента 2 сравнения ошибка через усилитель 3, формирователь 9 управляющих сигналов икоммутатор 4 (например, типа БУД)поступает на шаговый двигатель 5например, типа ШДР) . Усиленныйи сформированный сигнал ошибки отрабатывается шаговым двигателем 5,объект 6 управления изменяет своеположение так, что ошибка уменьшается.При изменении скорости входногосигнала изменяется и ошибка слежения, при этоМ для больших скоростейизменения входного сигнала системаможет иметь большую скоростнуюошибку,Усиленное значение ошибки с выхода усилителя 3 поступает на входыформирователя 9 и преобразователя 10,Преобразователь 10 осуществляет подсчет длительности отрицательногои положительного значений ошибки хи по их разности реализует зависимость Ьс = у (Й) (фиг.), Выработанное значение частоты 1 поступает на второй вхоц формирователя 9, где формируются сигналы, поступающие на коммутатор 4, Сигнал ошибки Пз поступая с выхода усилителя 3 в формирователь 9, преобразуется в во временной интервал, длительность которого пропорциональна амплитуде ошибки, Временной интервал положительной и отрицательной полярностей Ц, в первом формирователе 12 сигналов полярности преобразуется в сигналы положительной полярности "+" и "-". Выходы первого формирователя 12 сигналов полярности являются управляющими для вентилей 13 и 14, на вторые входы которых поступает частота заполнениявременного интервала.Инвертирующие усилители 5 и 16 усиливают импульсы до -Ч (так как существующие коммутаторы требуют отрицательного напряжения на входы управления "Вперед" и "Назад" , которые поступают на коммутатор 4. Первый выход формирователя 9 обозначает управление вращением двигателя 5 вперед (В), второй выход назад (Н). Следовательно, Формирователь 9 на основе значений ошибки формирует управляющие сигналы, заполняемые частотой с преобразователя 10, поступа 1288651ющие затем на коммутатор 4 для вращения двигателя 5.Усиленный сигнал ошибки Бе,поступая на вход преобразователя 10, во втором Формирователе 17 сигналов по лярности преобразуется в сигналы положительной полярности: соответствующие выходы второго Формирователя сигналов полЯРности 17 "+" и -ц При значении ошибки хО реверсивный 10 счетчик 18 осуществляет суммирование импульсов частоты Г,поступающих с делителя 22 частоты. Если х(О, то счетчик 18 будет осуществлять. вычитание импульсов с частотой Е и эа период ошибки х в счетчике 18 будет код, соответствующий разности Ио - И, . Счетчик 18 поразрядно связан с регистром 19, который по переднему Фронту выхода "+" второго формиро вателя 17 сигналов полярности осу-.ществляет запись полученного в счетчике 18 кода, счетчик 18 затем сбрасывается в "О" и начинает счет сначала.25Зафиксированный код разности Ы - И, поступает из регистра 19 в преобразователь 20 код - код, имеющий зависимость кода выхода от кода входа, представленную на фиг.7. Сиг- З 0 нал второго формирователя сигналов полярности "+" разрешает преобразование и выдачу кода для записи в управляемый делитель 21 частоты, осуществляющий деление частоты Г,в Е 35 в зависимости от поданного на него кода деления. Так, при отставании от входного полезного сигнала разность (М, - И, ) (О и частота на выходе делителя 21 й больше преды душей частоты Г, чем обеспечивается быстрое уменьшение ошибки слежения за входным полезным сигналом,Пусть, например, полезный сигнал на некотором участке аппроксимирует ся линейно-растущей функцией с неизвестной скоростью нарастания а Ю= ас; помеха - гармонической Функцией с неизвестной амплитудой: Че (с) =, Ьзп ) ,Передаточ ная Функция шагового двигателя 5К(Р)Р(Т Р+1)и, йз 1 п Я иК =5 зВыходной сигнал двигателя 5 отличается от полезного сигнала 8 (С) навеличину смещения д, определяемого скоростью измене,ия входного полезного сигнала, и на величину амплитуды помехи на выходе Ч е, (Фиг.4 а). Зависимость д и Ч, от К имеет вид ЯхК(+ Ч ( - (8 Чеь 1 х ех+ Ьз 1 поЖ (О (С)-д)-Ь А(о з 1 п(де-) д -Ь 1 Азп(о)е-Ч) - зиппо)с 1д - Ь С(и 3( зп(дс -7),На фиг.5 представлены зависимости д(К ), Ч (К ), 8 (К ), При достаточно большом К следящая систе 3ма будет отслеживать весь входной сигнал, т.е. следить за помехой, величина амплитуды которой в выход- . ном сигнале следящей системы и будет определять основную погрешность. При малом К погрешность будет опре 5деляться величиной смещения д выходного полезного сигнала от входного. Эти два противоположных процесса д(К ) и Ч ,К ) в сумме дают экстремальную характеристику, которая при некотором К имеет минимум максимальной погрешности 8 . При изменении скорости а полезного сигнала или амплитуды Ь помехи график Б (Ке) будет смещаться (Фиг.б), Поэтому целесообразно управлять величиной Кз с целью достижения минимума значения 3 . Информацию об оптимальном значе- нии К можно получить путем измерения разности времени существования положительной и отрицательной ошибок слежения х ( Фиг.4 б) .Ошибка слежения равна(5), получаем Рд Ю= 2 Р( 2 Ь С(о 1) Минимум ц соответствует Следовательно, А(д) = д /Ь, (10) 40а это соответствует случаю, когда О , + Ч х(С) касается положительнйм максимумом 6 (С)Определим, какое значение дТ соответствует о , для этого подставим выражение (1 О) в (9), получим 2 д 2 А(и)д = аС (о 1) Ь о С (д) Тогда дГ = 2 А(а 1)/иС(оЭ) (1) Подставим выражение (9) в (4) кхкс 2 А(а) 1 8: д+ Ст: Й(1+ -- ) (12) В 1 х и С (д)Подставим выражение (1) в (12) а это соответствует случаю касания положительным максимумом выходного сигнала входного полезного сигнала.Решая совместно выражения (13) и (4), получим зависимость К = = х (дг) однако, чтобы управлять К , имеющим зависимость (1"),достаточно изменять количество подаваемых импульсов ь , которое прямо пропорционально частоте импульсов Й,. подаваемой на вход коммутатора п = 11. Тогда для того, чтобы управ - лять К шагового двигателя достаточ 5но изменять частоту 1 , которая имеет зависимость от д , представленную на фиг7.Таким образом, для того, чтобы управлять коэффициентом К , необходимо управлять частотой х , поступающей на коммутатор, которая изменяется в зависимости от величины д 7 (Фиг.7) .Действительно, пусть с, увеличится (наклон полезного сигнала возрос). Тогда увеличится величина ошибки слежения а, что приведет к смещению оптимума вправо (Фиг.б), следовательно, К необхоцимо увеличить, Рассматривая фиг.4 б и фиг.7, можно заметить, что увеличениеследовательно д, приведет к уменьшению разности и увеличению частотыУвеличение амплитуды помехи Ь приводит к увеличению амплитуды помакс мехи на выходе, системы Ч ,приВых этом оптимум смещается влево (фиг.б). Следовательно, К необходимо уменьшить. Исследуя фиг.4 б и фиг.7, можно отметить, что увеличение 6 приводит к увеличению амплитуды помехимаксх, а это в свою очередь приведетик увеличению разности дТ и уменьшению частоты й. В результате оптимальный коэффициент передачи двигателя 5 КБ определяется величиной ш ", которая соответствует коду в реверсивном счетчике 18, путем вычитаниячисла импульсов Б,прошедших на Мсчетный вход счетчика 18 в,режимевычитания при х 0, из числа Мсоответствующего режиму сложения х )О:(14)Код реверсивного счетчика фиксирует ьИ при переходе от х с О к х ) О и записывает в регистр 19. С выхода 5 регистра 19 код поступает на преобразователь код - код с зависимостью, представленной на фиг.7, и через управляемый делитель 21 частоты код10 преобразователя 20 управляет изменением частоты Г, в Г, обеспечивая установку Оптимального значения коэффициента передачи, который устанавливает в следящей системе режим слежения с минимальным отклонением выходного сигнала следящей системы от входного полезного сигнала.Помехозащищенность следящей системы обеспечивается также выбранным20 способом преобразования информации об оптимальном коэффициенте в код цепи управления коэффициентом передачи исполнительного элемента.Таким образом, предлагаемая струк турная организация следящей системы позволяет повысить точность и помехозащищенность следящей системы при отслеживании полезного входного сигнала с переменной скоростью в усло - виях влияния помехи переменной интенсивности,Формула изобретен ия35Адаптивная следящая система, содержащая генератор прямоугольных импульсов и последовательно соединенные коммутатор, шаговый двигатель, объект управления, датчик положения, элемент сравнения и усилитель второй вход элемента сравнения соединен с выходом задатчика, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и помехозащищен-.45 ности системы, в нее дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный преобразователь и формирователь управляющих сигналов, первый и второй выходы которого подклю 50 чены соответственно к первому и второму входам коммутатора, а первые входы формирователя управляющих сигналов и нелинейного пр"образователя соединены с выходом усилителя, второй вход нелинейного преобразователя соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. 2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что формирователь управляющих сигналов содержит последовательно соединенные преобразователь амплитуда - время, первый формирователь сигналов полярности, первый логический вентиль и первый инвертирующий усилитель, вход преобразователя амплитуда - время соединен с первым входом формирователя управляюших сигналов, последовательно соединенные второй логический вентиль и второй инвертирующий усилитель, первые входы первого и второго логических вентилей соединены с выхсдом первого формирователя сигналов полярности, а вторые их входысоединены с вторым входом формирователя управляющих сигналов, входы инвертирующих усилителей соединенысоответственно с первым и вторым выходами формирователя управляющихсигналов.3. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что нелинейный преобразователь содержит последовательно соединенные второй формирователь сигналов полярности, реверсивный счетчик, регистр, преобразователь код - код, управляемый делитель частоты и делитель частоты, выход кото-. рого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, вход сброса которого соединен с одним из первых выходов второго формирователя сигналов полярности, входом записи ре-. гистра и входом управления преобразователя код - код, а вход делителя частоты соединен с вторым выходом нелинейного преобразователя, выход управляемого делителя частоты - с выходом нелинейного преобразователя, а вход второго формирователя сигналов полярности соединен с входом нелинейного преобразователя, 28865