Система управления

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН В 13/02 1 ф(,ГЯ Я ТЕНИ Н АВТОРСИ ТЕЛЬСТВУ У 34С.Н.Лукьяненк детельство СССР В 13/02, 1974. тельство СССР 5 В 13/02, 1984 к областной техвано приагрузокиспытания ности ОСУДАРСТТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИ(57) Изобретение относитсизмерительной и испытателники и может быть исполъзрегулировании переменныхв циклических программныхв процессе определения над(т.е, ресурса) конструкции, Цельюизобретения является повышение точности системы. Поставленная цель достигается за счет того, что в контур регулирования дополнительно подается положительная (или отрицательная) составляющая сигнала рассогласования. умноженная на коэффициентусиления, порядок которого равенпорядку основного канала регулирования, Эти дополнительные сигналыкоммутируются в зависимости от величины положительной (или отрицательйой) составляющей, производной отсигнала задания, величины сигналарассогласования и величины постоянного опорного сигнала. 1 з.п, ф-лы,- ЗО Изобретение относится к измерительной и испытательной технике иможет быть использовано при регулировании переменных нагрузок в циклических программных испытанияхв процессе определения надежности(т.е. ресурса) конструкции.Целью изобретения является повышение точности системы.Па фиг,1 приведена функциональная схема системы; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема сис-.темье; на фиг.З - эпюра сигнала, поясняющая работу системы; на фиг.4амплитудно-частотные характеристикисистемы с ПИД-законом регулирования,Система включает объект 1 регулирования (например, нагружаемая конструкция) 1,исполнительный механизм(например, динамометр), измеритель 6рассогласования, зацатчик 7, усилитель 8 первый и второй детекторы 9,10, первый и второй ключи 11, 12, релейный блок 13 управления ключами,общую шину 14, дифференциатор 15,первый и второй источники 16, 17 опорных сигналов, суммирующий усилитель18 мощности, маседтабные резисторы19-22, интегрирующий конденсатор 23,операционный усилитель 24,масштабныйрезистор 25, интегрирующий конденсатор 26, масштабные резисторы 27-29однотактный детектор 30 интегрирующий конденсатор 31, масштабные резисторы 32 33, операционный усилитель34, однотактный детектор 35, масштабные резисторы 36-40, операционныйусилитель 41,однотактный детектор2масштабные резисторы 43-48, операционный усилитель 49, обмотки 50, 51управления электромагнитных релемасштабные резисторы 52-57, операционный усилитель 58, однотактный детектор 59, масштабные резисторы 60 -65, переменньп масштабный резистор(например, потенциометр) 66, масштабный резистор 6, операционные усилители 68, 69, масштабные резисторы70, 71, клеммы 72, 73 источника постоянного напряжения,На фиг.З и 4 обозначены зона 74,определяющая фазовое запаздыванегесистемы, т.е, разрешенная зона, запрещенная зона 75, дополнительная разрешенная зона 76 для многоканаль-ных систем, сигнал задания 77, определяющий программу испытаний,амплитудно-частотные характеристики базового объекта и данной системы 78, 79; А - амплитуда сигнала обратной связи, Ав - амплитуда сигнала задания, Г - частота, Ц - напряжение на выходе задатчика 7, т.,е. сигнал задания, Бо - напряжение на выходе датчика обратной связи, т,е, сигнал обратной связи, У шош напряжение на выходе измерителя рассогласования, т,е, сигнал рассогласования.Интегрирующие конденсаторы 23 и 31 В измерителе 6 рассогласования и в дифференциаторе 15 предназначены только для фильтрации помех и не меняют функциональных характеристик указанных блоков.Принцип работы системы заключается в следующем.В процессе ресурспьех испытаний конструкций 1 в соответствии с программой нагружения определяют зону фазового отставания сигнала обратной связи от сигнала задания во всем цикле нагружения и разрешают в разрешене:ой зоне 74 (фиг.3) увеличивать на 1-2 порядка коэффициент усиления прямого контура регулирования системье, При этом чтобы исключить пер регулирование и возникновение автоколебаний, все остальные зоны объявляются запрещенньдеи для увеличения коэффициента усиления. Для этого контур прохождения сигнала рассогласования раздавливают на два параллельных канала В первом канале вьеделяют положительную составляющую производной от сигнала задания, дополнительно усиливают сигнал рассогласованияВыделяют положительную и отрицательную его составляющие с помощью детекторов 9, 10 и коммутируют составляющие в зависимости от величины положительной составляющей производной от сигнала задания и величины и знака сигнала рассогласова-. ния, Скоммутированньей дополнительно. усппеннь 1 й сигнал рассогласования суммируют с сигналом рассогласования во втором канале. который постоянно работает с апериодическим законом регулирования. При работе в многоканальных системах управления для устранения Взаимовлияния канала на канал и:повышения точности регулирования дополнительно усиленный сигнал рассогласования дополнительно коммутируют.по.величине допуска взаимовлияния системы в запрещенной зоне. В случаеподхода сигнала обратной связи к запрещенной зоне 35 усиленный сигналплавно уменьшается до нуля и дальше работает только второй канал сиг"нала рассогласования прямого контура регулирования системы с апериодическим законом регулирования,который всегда устойчив. Если при работе в многоканальной системе какой-либо канал или группа каналов выведетсигнал обратной связи в запрещеннойзоне за установленный допуск, тоусиленный сигнал рассогласованияскоммутируется и вернет его снова в"коридор" допуска, который не меняетФазового запаздывания. При этом усиленный сигнал рассогласования отключится,Рассмотрим первую четверть синусоидального сигнала задания 77(фиг.3), когда нагрузка возрастает,Как правило, сигнал обратной связи в системе отстает от сигнала задания. Это отставание характеризуетточность работы системы как по амплитуде, так и по фазе. При .увеличении коэффициента усиления контурарегулирования системы уменьшается величина ошибки, а следовательно,увеличивается точность системы. Однакоувеличение коэффициента усиления имеет определенные пределы, связанные свозникновением режима автоколебанийи потерей устойчивости системы. Вместе с тем автоколебания могут начаться только после перерегулирования,когда сигнал обратной связи превыситсигнал задания. Исключение перерегулирования исключает условия возникновения автоколебаний,В исходном состоянии системы.(Фиг. 1) ключи 11 и 12 открыты. Источники 16 и 17. опорных сигналов, опре-деляющие величину допуска,формируют опорные сигналы, соответ"твующиевеличине допуска или ширине запрещенной зоны 75. В результате этого навыходах блока 13 управления ключамипоявляется положительный сигнал, который закрывает ключи 11 и 12, Систе"ма готова к работе.В процессе нагуржения объекта регулирования 1 с помощью гидроприводахоцные сигналы измерителя 6 рассогласования и усилителя 8 и сигнал, проходящий через детектор 10, плавноуменьшается да нуля. Всегда подключенный нижний канал сигнала рассоглассвания вмес е с исполнительным механизмом 2 настроен ка апериодическийзакон регулирования, который всегдаустойчив и не дает перерегулирования.Таким образом если нижний каналсигнала рассогласования имел коэффищент усиления по тракту 30, то система в зоне фазового запаздывания работает в диапазоне коэффициента усиления 30-1500 без автоколебаний.Если по каким-то причинам сигнал обратной связи больше сигнала за.дания, то на выходе усилителя 8 появляется усиленный сигнал рассогласования отрицательной полярности, который не пропускает через ключ 12сднотактный детектор 10, а ключ 11закрыт. В этом случае работает только нижний канал сигнала рассогласования, который уменьшает сигнал обратной связи.Если в многоканальной системе другие каналы нагружения, связанные спервым каналом через испь 1 туемую конструкцию, резко выведут сигнал обратной связи выше сигнала задания закоридор допуска, определяемый источником 16 опорного сигнала, то величина сигнала рассогласования после уси 5 10 15 20 25 2 с датчика динамометра) 5 снимается сигнал обратной связи, который меньше сигнала задания. На выходе измерителя 6 рассогласования появляется отрицательный сигнал ошибки. Перед этим блок 13 управления ключами выделяет в своем никнем канале положительный сигнал, который больше выходного сигнала источника 17 опорного сигнала, и открывает ключ 12.Отрицательный сигнал рассогласования поступает на вход усилителя 8, в котором инвсртируется и усиливаетсн в 50 раз. Полученный сигнал проходит через детектор 10, ключ 12 на третий вход усилителя 18 мощности, в котором суммируется с сигналом рассогласования и с выхода которого поступает на обмотку управления электрогидравлического усилителя 3, который увеличивает скорость хода штока гидроцилиндра 4. При подходе величины сигнала обратной связи к вели-. чине сигнала задания уменьшаются вы 1423979лителя 6 будет больше сигнала источника 16 опорного сигнала, При этомоперационный усилитель 4 в блоке13 управления ключами, оаботающий врежиме насыщения, открывает ключ 11,и отрицательный сигнал с выхода усилителя 8 через детектор 9 поступаетна второй вход усилителя 18 мощности и возвращает сигнал обратной связи назад в "коридор, При этом вновьзакрывается ключ 11.При уменьшении сигнала задания 771 во второй и третьей четверти сину, соиды (фиг,З) открывается клоч 11 итак далее. Форма нагружения при этомможет быть не обязательно синусои-дальной.Вьщеление зон фазового запаздывания и увеличение в них коэффициентаусиления канала регулирований системы с 30 до 1500 позволяет на сталька же повысить точность регулирования.Для исследования частотных характеристик системы использовали имеющийся гидропривод с гидростатическими подшипниками с развиваемым усилием 60 кНпри перемещении штока поршня + 2,5 мм и с пропускной способностью ЭГУ 60 л/мин,На фиг.4 приведены амплитудночастотные характеристики системы соптимально настроенным ПИД-регулятором (кривая 78) и. с предложеннымсамонастраивающимся регуляторам,(кривая 79).Как видно иэ приведенных графиков, адаптивная система имеет большую точность по сравнению с первойсистемой не только да пределов насыщения гидропривада, но и расширяетэтот предел в 1,5 раза.Большой коэффициент усилителя 8 вверхнем канале преобразования сигнала рассогласования эквивалентендополнительному включению в систему источника постоянного напряжения,выходной сигнал которого подается всистему скачком со знаком, равнымзнаку сигнала рассогласования, потому что в этом случае реализуетсярелейный элемент с беканечно бальппмкоэффициентом усиления, который приводит к расширению зоны насыщенияисполнительного механизма,Таким образом, использование изобретения позволяет не только повысить точность нагружения ва всемспектре исследуемых частот до насыщения гидропривода, но и расширить этот предел. Если использовать более быстродействующий гидрапривад, можно обеспечить адаптивное управление да частот значительно выше 100 Гц,10 15 20 25 ля мощности, а т л и ч а ю щ а я с ятем, чта с целью повышения точностисистемы, в ней дадалнительна установлень первый и второй источники опорных сигналов и усилитель, соединенныйвходом с выходам измерителя рассогласования, а выходом - с входами первого и второго детекторов, выходыпервого.и второго источников опорныхсигналов соединены соответственно стретьим и четвертым входами релейного бгока управления ключами, а входди 4 кЪеренциатара подключен к выходузадатчика,15 50 55 Формула изобретения Система управления, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, усилитель мощности и исполнительный механизм, выход которого подключен к входу объекта регулирования и через датчик обратной связи - к другому входу измерителя рассогласования, дифференциатор, соединенный выходом с первым входом релейного блока управления ключами, подключенного вторым входом к выходу измерителя рассогласования, а первым и вторым выходами - к управляющим входам соответственно первого и второго ключей, информационнымй входами соединеньых с выходами соответственно первого и второго детекторов, а выходами - с вторым и с третьим входами суммирующего усилите 2. Система по п.1, а т л и ч а ю щ а я с я тем, что релейный блок управления ключами содержит первый однатактный детектор, соединенный анодом с первыми выводами первого масштабного резистора и второго масштабного резистора, вторым выводам подключенного к первым выводам третьего и четвертого масштабных резисторов и к прямому входу первого операционного усилителя, соединеннага инверсным входом с первым выводом пятого масштабного резистора, а выходом - с анодом второго однатактного детектора, падклоченного катодомчерез шестой резистор к первомувыводу седьмого масштабного резистора, третий однотактный детектор, соединенный анодом с катодом первого однотактного детектора а катодом -У5 с первыми выводами восьмого масштабного резистора и девятого масштабного резистора, вторым выводом подключенного к первому выводу десятого масштабного резистора и к инверсному входу второго операционного усили" теля, соединенного прямым входом с первыми выводами одиннадцатого и двенадцатого масштабных резисторов, а выходом - с анодом четвертого однотактного детектора, подключенного катодом через тринадцатый масштабный резистор к первому выводу четырнад. цатого масштабного резистора, общую шину, соединенную с вторыми выводами первого, четвертого, седьмого, восьмого, двенадцатого и четырнадцатого масштабных резисторов; второй вывод пятого масштабного резистора соединен с вторым выводом одиннадцатого масштабного резистора, причем катод первого однотактного детекто.ра,вторые выводы пятого масштабного резистора, третьего масштабного резистора и десятого масштабного резистора являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами релейного блока управления ключами, а вторые выводы шестого и тринадцатого масштабных реэисторов являются соответственно первым и вто-.рым выходами блока управления ключами,1423979 Составитель Г.Нефеактор М.Циткина Техред Л. Олийнык Корректор Э.Лончаков аказ 543 Производственно"по Фас 4 Юх Тираж 866, ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СОСгпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 ческое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4