Управляющее устройство

(5 С 05ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленинаэлектротехнический институтим. В.И.Ульянова (Ленина)(56) 1. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М., "Энергия", 1970,с. 269-273, рис, -19 (прототип).(54)(57) УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОИСТВОфсодерхащее в калдом канале управления последовательно соединенныеблок управления и исполнительныйорган, первое и второе корректирующее звенья, сумматор и датчик регулируемой координаты, подключенныйвходом к выходу исполнительногооргана, а выходом - к первому входусумматора, соединенного выходом свходами первого и второго корректирующих звеньев и с первым входом,блока управления, присоединенноговторым входом к выходу. второго корректирующего звена первого смеаногоканала, а третьим входом - к выходупервого корректирующего звена второго смехйого канала, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оносодерхит в каадом канале полосовойфильтр и последовательно соединенные фазовый дискриминатор, регулятор самонастройки и широтно-импульсный модулятор, выход которого подключен к управляющим входам первого корректирующего звена данного канала ивторого корректирующего звена первого смезного канала, вход полосовогофильтра соединен с выходом датчикарегулируемой координаты, а выходс первым входом фазового дискриминатора, ко второму входу которого подключен выход полосового фильтра первого смелого канала.Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управлениятехнологическими процессами, в многокоординатных системах наведения 5оптических приборов, в системахуправления подвижными обьектами, при1)правлении высокоточнымимногодвигательными приводами,Наиболее близким техническим ре)шением к изобретению является устройство, содержащее в каждом каналеуправления последовательно соединенные блок управления и исполнительныйорган, первое и второе корректирующие звенья, сумматор и датчик регулируемой координаты, подключенный входом к ввгходу исполнительного органа,а выходом - к первому входу сумматора,соединенного выходом с входами перво-, 20го и второго корректирующих звеньев ис первым входом блока управления, при. -соединенного вторым входом к выходувторого корректирующего звена первого смежного канала, а третьим входомк выходу первого корректирующего звена второго смежного канала 1 .Однако параметры корректирующихзвеньев устройства определены исходя из конкретного режима работы 30системы. При его изменении, например при вариациях нагрузки, системаначинает работать несинхронно, таккак условия компенсации нарушаются.Снижение точности компенсации ведетк снижению точности стабилизациинапряжения и распределения реактивных мощностей генераторов.Целью изобретения является повышение точности компенсации взаимо- а)связей каналов управления многосвязной системы,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство, содержащее вкаждом канале управления последовательно соединенные блок управления иисполнительный орган, первое и второе корректирующие звенья, сумматори датчик регулируемой координатыподключенный входом к выходу исполнительного органа, а выходом - кпервому входу сумматора, ко второмувходу сумматора подключено задающеевоздействие, выход сумматора соединен с входами первого и второго корректирующих звеньев и с первым входом блока управления, который присоединен вторым входом к выходу второго корректирующего звена первого смежного канала, а третьим входом - к выходу первого корректирующего звенавторого смежного канала, содержит вкаждом канале полосовой фильтр и последовательно соединенные фазовыйдискриминатор, регулятор самонастройки и широтно-импульсный модулятор, выход которого подключен к управляющимвходам первого корректирующего звенаданного канала и второго корректирующего звена первого смежного каналауправления, вход полосового фильтрасоединен с выходом датчика регулируемой координаты, а выход - с первымвходом фазового дискриминатора, квторому входу фазового дискриминатораподключен выход полосового фильтрапервого смежного канала. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг,2 - функциональная схема блока управления на фиг.З - амплитудные и фазовые частотные характеристики соотношения передаточных Функций регулируемых координат смежных каналов управления к сигналам внешних возмущений, действующих в одном из этих каналов, при изменениях передаточных функций взаимосвязей этих каналов и при отсутствии таких изменений; на фиг,4 - характеристики , отражающие зависимости рассогласования фаз между регулируемыми координатами смежных каналов управления от изменения передаточных Функций взаимосвязей этих каналов при различных значениях частот регулярных составляющих возмущений на фиг.5 - схема широтно-импульсного модулятора, на фиг.б - схема полосо)вого фильтра; на фиг.7 - схема фазового дискриминатора, на фиг.8 - схема корректирующего звена.Устройство фиг.1) содержит в каждом канале 1 последовательно соединенные исполнительный орган 2 и блок 3 управления, Выход исполнительного органа 2 через датчик ч ре-, гулируемой координаты соединен с первым входом сумматора 5 и входом полосового Фйьтра б. Ко второму входу сумматора 5 подается задающее воздействие, Выход сумматора 5 соединен с первым входом блока 3 управления и с входами первого и второго корректирующих звеньев 7 и 7 , Ко второму и третьему входам блока 31161916 управления подсоединены соответственно выходы второго корректирующегозвена 7 первого смежного канала 1и первого корректирующего звена 7 швторого смежного канала 1 а выФходы корректирующих звеньев 7 и 7канала 1 соединены соответственнос третьим входом блока 3 управления и вторым входом блока 3 управ- .(1ления первого 1 и второго 1" смежныхему каналов. Выходы полосовых фильтров 6 канала 1 и 6 первого смежного ему канала 1 подаются соответственно на первый и второй входыфазового дискриминатора 8. Выходфазового дискриминатора 8 соединен свходом регулятора 9 самонастройки,выход которого подан на вход широтно-импульсного модулятора 10, а выходпоследнего подключен к управляющим 20Фвходам корректирующих звеньев 7 и 7,.На второй и третий входы исполнительного органа 2 канала 1 управления подаются сигналы с выходов исполнительных органов 2и 2" смежных ка- ффналов 1 и 1Блок 3 управления каждого канала(фиг.2) содержит последовательно соединенные регулятор 11, сумматор 12и регуляторы 13 внутренних контуров управления данного канала.Устройство компенсации взаимосвязей работает следующим образом.В каждом канале 1 регулируемая координата с выхода исполнительногооргана 2 измеряется датчиком 4(фиг.1). Полученный сигнал измеренияподается на сумматор 5, определяющий отклонение регулируемой координаты, Блок 3 управления (фиг.2) и 40корректирующие звенья 7 и 7" формируют закон управления регулируемойкоординаты канала 1 по ее отклонениюи по отклонениям регулируемых координат смежных с данным каналом , 43управления. 1 и 1 , т.е,(1) 50 ГДЕ ЭР В % К. КН 1 передаточная функция регулятора-го канала управления,передаточные функции второго и первого корректирующих звеньев (-,1)-го и(+1)-го каналов управления,0; - управление регулируемой5,3 ц,координатой уЦ 1;Ц 1, - заданные значейия регулируемых координат н регули 5 руемые координаты-го,-1, 1 .0 Передаточные функции Ж корректирующих звеньев 7 выбирают таким образом, чтобы они компенсировали внутренние взаимосвязи объекта управления Я :р:т; рСформированный сигнал управления свыхода блока 3 управления поступаетна исполнительный орган 2.Изменение параметров взаимосвязейобъекта управления приводит к нарушению точности компенсации взаимосвязей системы, что характеризуетсяпередаточной функцией взаимосвязимежду регулируемыми координатамисмежных каналов управления при действии внешнего возмущения на одиниз каналов управления91 а ; (1- а ; ) +уу(3)Ф1где%1, - передаточная функция между регулируемыми координатами (+1)-й и -й придействии внешнего возмущенияна 1 -й ка 1нал управления;Ж,В - передаточные функции,учитывающие малые некомпенсируемые постоянныевремени-го и 6 +1)-гоканалов управления%01,1 МО - передаточные функции характеризующие исполнитель"ный орган и регулятор6 +1)-го канала управленияЮ, - передаточная функция 1го корректирующего звена,фа - передаточная функция,характеризующая изменения взаимосвязи между-м и (+1)-и каналами.Амплитудные и фаэовые частотныехарактеристики передаточной функцииЩ;при различных значениях Ь 5 при 1,1 Ва фнедены на фиг.3, где показано, что отклонение параметров взаимосвязей ЬЙ, приводит к ограничению уровня фильтрации возмущений между смежными каналами управления и что это приводит к изменению величины и знака фазь 1 передаточной функции Э( (см. фиг.4).Для реализации контура самонастройки параметров корректирующих звеньев, компенсирующих взаимосвязи системы, в каждом канале 1 сигнал с выхода датчика 4 регулируемой координаты проходит через полосовой фильтр 6, который имеет передаточную функцию. видаНт, р 17+ Оь Т Р Ф 1 (4) где Т - постоянная времени полосойфвого фильтра;(, Н - коэффициенты, учитывающиеусиление и заданную полосу пропускания Я полосового фильтра.Выбор полосы пропускания фильтра обусловлен следующим. Из анализаприведенных соотношений (1), (2), (3) и графиков (фиг.З и 4) устанавливается, что точность компенсации взаимосвязей каналов будет тем вы ше, чем ниже значение Я , так как при этом повышается чувствительность фазы соотношения (3) к отклонениям . параметров взаимосвязей, определяемая дифференциалом Л- Но с другойвостороны динамические отклонения регулируемых координат в функционирующей системе, возбужденной возмущающими воздействиями, могут практически отсутствовать на очень близких частотах. Поэтому задание частоты Иопределяется минимальнымизначениями в полосе частот, действующих на систему возмущений, Автоматическая настройка системы по низкочастотным составляющим регулируемыхкоординат одновременно соответствует и оптимальной фильтрации возмущений между каналами в широком спектре воздействий.Сигналы с выходов полосовыхфильтров 6 и 6 смежных каналов по(дается на фазовый дискриминатор 8,который определяет изменение фазового сдвига 6 Я; между низкочастотнымисоставляющими значений регулируемыхкоординат смежных каналов управле 5 1 О 15 Ы 25 30 35 46 45 Ю 55 ния. Являющийся интегратором регулятор 9 самонастройки преобразует сигнал, пропорциональный изменению фазового сдвига Ья; , в управляющий сигнал контура самонастройки, характеризующий изменение коэффициентов усиления взаимосвязей объекта управления. Широтно-импульсный модулятор 10 обеспечивает высокую точность модуляции управляющего сигнала. Полученный сигнал подается на электронные ключи корректирующихНзвеньев 7 и 7 , что позволяет осуществить автоматическую поднастройку параметров корректирующих звеньев таким образом, чтобы они соответствовали взаимосвязям объекта управления, тогда 6 Ъ =О, при этом условии Дд =О.При использовании предлагаемого способа компенсации взаимосвязей системы исключается возникновение предельных циклов колебаний между каналами, так как управление производится по малым отклонениям параметров взаимосвязей системы.Блоки,полосовых фильтров 6, широтно-импульсных модуляторов 10, фазовых дискриминаторов 8 и корректирующих звеньев 7 имеют стандартное исполнение и могут быть реализованы следующим образом. Наиболее простая схема полосового фильтра 6, собранного на одном операционном усилителе (ОУ), приведена на фиг.6. На фиг.5 показана принципиальная схема широтно-импульсного модулятора собранного на двух операционных усилителях. Фазовый дискриминатор содержит два триггера Т 1 и Т 2, семь элементов задержки Э 31-Э 37, пять элементов памяти ЭП 1-ЭП 5 с электронными ключами К 9-К 13, интегратор и сумматор соответственно на операционных усилителях ОУ 1 и ОУ 2, блок инвертирования знака сигнала (операционный усилитель ОУЗ с двумя мостовыми ключевыми схемами К 1-К 4 и К 5-К 8 на входе). Ключи К 1-К 13, коммутирующие аналоговые сигналы, выполняются на полевых транзисторах. Элементы задержки Э 31- Э 37 реализуют последовательное (от входа к выходу) замыкание ключей для исключения динамической погрешности элементов памяти и мостовых ключевых схем в дискриминаторе (фиг,7),Схема реализации передаточной функцииТ,р(Ъ" 1,Р (5)корректирующего звена приведена нафиг.8. Она собрана на двух операционных усилителях. Перенастройку коэффициента передачи корректирующего звенаобеспечивает электронный ключ навходе звена, для управления которымподается сигнал с выхода широтноимпульсного модулятора.Ожидаемый экономический эффектот использования изобретения в лентопротяжном механизме состоит в том,что при повышении точности компенсацни взаимосвязи каналов управлениянатяжением с каналом управления ско.ростью ведущего валика снижаютсятребования к точности изготовления 5 механических элементов тракта (валиков, катушек, подшипников) и снижается стоимость изготовления механизма.Повышение стоимости системы управления за счет применения дополнитель О ной платы с блоками контура самонастройки: полосовых фильтров, фазовыхдискриминаторов, регуляторов самонастройки и широтно-импульсных модуляторов, оказывается значительноменьше,61916 Составитель А.Лащевактор М.Бандура Техред С.Ващишина Корректор Е,Рошк Заказ 3967/49ВНИИПИ 63 Подписнтета СССР крытийя наб д, 4/5 по113035 ная, 4 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород,7 ираж осударственнлам изобрете осква, Ж,ого коний иРаушс