Следящая система

)4 С 05 В 11 0 НИБарано ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕ д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электрическими двигателями. Целью изобретения является повышение точности и уменьшение перерегулирования системы. Эта цель достигается тем, что в отличие от релейного закона управления применяется такое управление, при котором длительности формируемых интервалов управления равны между собой, величина управляемого воздействия на интервалеторможения в общем случае меньше илиравна величине управляющего воздействия на интервале разгона, причем длительности интервалов являются функцией начальной ошибки следящей системыи уровня ограничения объекта управления, . Это обеспечивается тем, что ошибка следящей системы измеряется в момент подачи задающего действия, запоминается, подается на устройство формирования интервалов управления, длительность которых определяется в зависимости от величины запомненной Яошибки, перемножается в каждом интервале на соответствующее заданное число и результат подается с противопо- (ложными знаками в различных интервалах управлейия на объект, обеспечивая=переходный процесс без перерегулирования. 5 ил, 9 еаийИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано при.управлении электродвигателями.Цель изобретения - повышение точности и уменьшение перерегулированиясистемы.На фиг.1 приведена фупкциональная,схема системы; на фиг. 2 ". эпюры сигналов, иллюстрирующих работу системы;на фиг.3 - регулировочиая характеристика для момента вращения объекта управления при Юу = О; на фиг. 4 и 5 графики, иллюстрирующие способ нахождения длительности интервала управления Ь, при работе следящей системы влинейном режиме и зависимость интервала Ь от величины ошибки системы 6и уровня ограничения Чего объекта управления з нелинейном режимеСистема содержит измеритель рассогласования 1, пороговый блок 2, первый формирователь импульсов 3, дифференцирующий блок 4, первый генератор пилообразного напряжения 5, первый интегратор 6первый ключ 7, блоквыделения модуля 8, релейный усилитель 9, тактовый генератор 1 О, второйключ 11, первый фиксатор (экстраполятор О-вого порядка) 12, счетный триг". 30гер 13, второй Формирователь импульсов 14, второй Фиксатор 15, первый усилитель 16, третий ключ 17, второй усилитель 8, четвертый ключ 19, суммирующий усилитель мощности 20, первый компаратор 21, дифференцирующий блок 22, второй генератор пилообразного напряжения 23, второй интегратор 24, второй компаратор 25, третий усилитель 26, пятый ключ 27, четвертый 4 усилитель 28, шестой ключ 29, блок па; мяти 30, сумматор 31, исполнительный механизм 32, объект управления 33, датчик 34, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛЙ 35, делитель частоты 36, задатчик 37, 4 0 -выходной сигнал -ого блока системыф 0 у.04 сигналы иа пРямОм и ин версном выходах счетного триггера 13, Иьр - момент вращения вала исполнительного механизма 32, 9 - ошибка сис темы, Ь " длительность интервала уп-,50 равления, о( и Р - масштабные коэффициенты, Ч Огг - уровень ограничения объекта управления 33 но входу.В качестве объектов управления мо-. гут выступать двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели и т.д.Согласно фиг. измеряют, выходную величину объекта управления 33, сравнивают ее с задающим воздействием в виде ступенчатой функции величиной Ар 1(С), определяют ошибку системы 8., Затем формируют два интервала управления, длительность которых Ь равна где Т - искомое время регулирования.Длительность интервалов управления определяют в зависймости от величины ошибки. Вначале производят сравнение начальной ошибки системы 8 (О ) с величиной О гг, определяемой по Формуле.о Ч огр(2)Ко где Чогр - уровень ограничения объекта управления 33 по входу (фиг.3); Кр - заданный коэффициент усиления разомкнутой системы, 0гравный Кр = - , 0 4 Чогр 0 - выходное напряжение объекта управления 33;8 в . ошибка системы.Если В (О ) 8 гр э то управление объектом управления 33 происходит на линейном участке его регулировочной характеристики.При этом принимая во внимание, что при управлении объектом управления 33 второго. порядка, передаточная функция которого описывается выражениемоС8(8 + Ь) где о и Ь - коэффициенты;8 - оператор Лопласа, величина Ке) выражается через длительность интервалов управяения Ь с по" мощью формулы(3) где с(, Ъ- параметры динамического объекта управления 33; величина, соответствующая работе системы в линейном режиме, определя" ется из трансцендентного уравнения -5 еь (4).Чог8 (Оольшинства практит место.уравнение (5) прим Кл о(Ь Ччто длячаев имеТогда ских слу 61)с ения (7), вале запом щего воздей объект уп вале и умн равную в о т вид 35 с" Как следует из выра очно во втором инте Ц(0)ж,Еел. И Уогр ину управляю одаваемого на в первом инте а величину С,нить величвия Ал, пления 33жить еещем случ или же 8 (О)фЧ ого )")=е рез те получ отношени 45,г8(О ) шв(оф), (6)оС Чогргде ш - коэффициент пропорциональности.Положительным корнем уравнения (6) и будет искомая длительность Ь интервала управления. При соответствчощем выборе параметров объекта управления 33 можно получить удовлетворительную точность вычисления Ь.Так,при ЧооЗООВ; о(. =10; Ъ=2 с" , 0=.1 ОВ, относительная .погрешность вычисления. Ь по уравнению (6) по сравнению с уравнением (5) составляет 2,9% ри=Е =Со, бых В(О )4-О ажения (7) произбратным знаком 33, обеспечивая ром интервале ате в конце вто- ения ошибка сисной нулю. ученное из вырА подают ст управлениярможение во втения. В резульнтервала управлолжна стать рав ведениена объек о то тем, п которое решается либо графически (фиг,4), либо методом последовательных приближений. Иэ уравнений видно, что при ц (О) Игр величина Ь не зависит от величины ошибки.При наступлении сграничения в объекте управления 33(8 (О8 гр) величину Ь находят иэ уравнения е:-- (5)-)51) Ъ 8 (О )о( Ь Чогр В этом случае Ь есть функция от начальной ошибки В (О ) при данном Чогр, какпоказано графически на Ьиг.5. Поэтому в процессе управления при 8 (О+) 8 рр интервал Ь.должен постоянно вычисляться в зависимости от начальной ошибки О (О )Уравнение (5) ввиду сложности аппаратурной реализации определения Ь может быть упрощено, если допустить, что его правая часть представляет собой первые два члена разложенияпри х -1.Для уравнения (5) эесли тех же.нараметрах объекта и 9 = 3 Впогрешность не превышает 1,55%.После этого запоминают начальноезначение ошибки 8 (О ) в первом интервале управления. Запомненную ошибку умножают на первую заданную величину Ко и подают на объект управления33 произведение, равное обеспечивая разгон объекта в первом интервале управления.Для получения переходного процесса беэ перерегулирования необходимо во втором интервале управления вновь измерить ошибку системы, соответствующую началу интервала, .равную. на длительность иктерваее на величину К равзависящую от длительности интервалаЬ, а значит, и от начального значениошибки системы 9 (О ). В линейном режиме величина С будет равна1427327Выход дифференцирующей цепи 22 соединен с управляющим входом блока 30.Выход усилителя 26 соединен с первымвходом ключевого элемента 27 и вхо 5дом усилителя с переменньва коэффициентом усиления 28.Выход блока 30 соединен с управляющим входом усилителя 28, выход которого соединен с первым входфм ключевого элемента 29. Выход ключевогоэлемента 27 соединенс первым входомсумматора 31, а выход ключевого элемента 29 - с вторым вычитающим входомсумматора 31. Выход сумматора 3 соединен с входом объекта управления 32.Система работает следующим образом,Датчик 34 измеряет выходную величину объекта управления 33 и подаетизмеренное значение на вычитающийвход измерителя рассогласования 1,на суммирующий вход которого подаетсязадающее воздействие. Измеритель рас"согласования 1 измеряет ошибку следящей системы и подает ее на информационные входы ключей 7, 11 и на входыпорогового блока 2 и блока выделениямодуля 8. Модуль ошибки системы выхода блока выделения модуля 8 подает- З 0ся на вход релейного усилителя 9, амплитудная характеристика которогоописывается выражением к"ыоПьх 0 01 Цьк 0 -КПехо 1 ПекО,35 11 ььа где К - коэффициент усиления релейного усилителя 9,01 е - напряжение, соответствующееуровню "1".Выходное напряжение релейного усилителя 9 подается на.второй управляющий вход тактового генератора 10. При отсутствии импульса запрета на его первом управляющем входе, что со-ответствует случаю 8(О) 4 Вар (система работает в линейном режиме), в момент подачи на тактовый генератор 1 О напряжения управления с выхода ре", лейного усилителя 9, на выходе такто" вого генератора 1 О формируется первый тактовый импульс. Периодпоследовательности выходных импульсов выбирается ханым расечитаиной из уравнения (4) в длительности интервалауправления Ье. Выходные импульеую тактового генератора 10 подаются Иа вход счетного триггера 13, который осуществляет своими импульсами на прямом и инверсном выходе коммутацию ключей 17 и 19 по управляющим входам, формируя тем самым первый и второй интервалы управления соответственно, причем импульс с прямого выхода в первом интервале управления включает ключ 17, а во втором интервале выключает его, импульс с инверсного выхода в первом интервале управления выключает ключ 19, а во втором интервале - включает его. Выходные импульсы тактового генератора 10 поступают также на вход второго формирователя импульсов 14, иа выходе которого формируются короткие импульсы, первый из которых служит для стробирования сигнала ошибки при подаче его на управляющий вход ключа 7. На выходе ключа 7 выделяется начальное значение ошибки системы 8(0), которое подается на выход фиксатора 12 (экстраполятора 0-вого порядка) для запоминания на длительность 2 Ьо. Передаточная функция фиксатора 12 описывается выражениемО1- ЕК экстРБ Запомненное начальное значение ошибки подается на выход усилителя 16, коэффициент усиления которого выбирается равным заданному значению К. Выходное напряжение усилителя 16, выделенное в течение первого интерва-. ла управления с помощью ключа 17, подается в качестве управляющего воздействия на второй вход суммирующего усилителя мощности 20. Выходное напряжение усилителя 16 подается также на вход усилителя 18, коэффициент усиления которого определяют по равенству (9).Выходное напряжение усилителя 18 через включенный во втором интервале управления ключ 19 подается в качестве управляющего воздействия на третий, вычитающий вход суммирующего усилителя мощности 20. На его выходе формируется управлящее воздействие различного знака в разных интервалах управления, подаваемого на объект управления .33 в линейном режиме. При начальной ошибке системы9(0 ) О гр , что соответстует наступлению ограничения в объекте управления 33, срабатывает пороговый блок14 2, амплитудная характеристика которого описывается выражением А з 18 п 8; О игр о; 1 В( Игр где А - постояннал величина;9 - начальное значение ошибкисистемы.Выходной сигнал порогового блока 2 запускает формирователь импульса 3, на выходе которого формируется импульс длительностью Р.2 Ь. Импульсы с выхода формирователя импульсов 3 подаются на первый управляющий вход тактового генератора 10. Таким образом происходит отключение канала, управляющего объектом управления 33 в линейном режиме. Импульс с выхода формирователя импульсов 3 подается также на дифференцирующий блок 4, выделяющий передний фронт этого импульса. который запускает генератор пилообразного напряжения 5 и подается на управляющий вход ключа 11 и управляющий вход блока памяти 30. Пилообразчое напряжение, описываемое вы- ражением 273278болы. Длительность импульса ксмпаратора 21 есть корень уравнения (6) иравна длительности интервала управления при данном значении начальной ,5 ошибки системы. Импульс компаратора21 подается на управляющий вход ключа 27, на информационный вход которого подается запомненное в фиксаторе15 и усиленное в усилителе 26 с коэффициентом усиления, равным заданномузначению, начальное значение ошибки,благодаря чему на выходе ключа 27формируется упРавляющее воздействие,подаваемое на объект, управления 33 впервом .интервале управления. Импульсс выхода компаратора 21, кроме того,подается на дифференцирующий элемент22, который выделяет заданный фронтимпульса, подаваемый на вход генератора пилообразного напряжения 23 дляего запуска и на управляющий входблока памяти 30, При подаче заднегофронта импульса компаратора 21 на управляющий вход блока памяти 30 в немзаканчивается процесс формированиявыходной величины= -рц =0; Ср,где Т - текущее время; ср - время развертки, ср2 Ь подается на интегратор 6 с масштабирующим коэффициентом усиления.где о(, Чор - параметра объекта управления 33.На выходе интегратора 6 получают параболическое напряжение видас П Вы Мну (") = К ес = 2(Чагр х а х 2 = Чогркоторое подается на второй вход компаратора 21, на первый вход которого подается выделенное ключом 11 и запомненное в фиксаторе 15 на времяТ 2 Ьр начальное значение ошибки+8(0 ). Компаратор 21 решает уравнение (6). В момент совпадейия по величине напряжения интегратора 6 и заломненного напряжения сшибки Ю(0 ) формируется задний фронт выходного импульса компаратора 21, передний фронт которого образуется при подаче на второй вход компаратора 21 напряжения лара 30 11 Вьп ьГ - постоянная времени блока памяти 30, который начался с подачи на 35его вход импульса с выхода формирователя импульсов 3 с единичной амплитудой и одновременным поступлением науправляющий вход Переднего фронтаэтого же импульса, выделенного дифференцирующим блоком .4.Закон изменения выходного напряжения блока памяти 30 при подаче его науправляющий вход усилителя 28 обуславливает аналогичное изменение коэффициента усиления последнего. Такимобразом, в момент подачи заднегофронта импульса компаратора 21 на управляющий вход блока памяти 30 коэффициент усиления усилителя 28 равен 50 -блк,:егде Ь - длительность интервала управления.На вход усилителя 28 подается управляющее воздействие, сформированноев первом интервале управления на выходе усилителя 26, равноеА=ко д(0)1427329 С выхода усилителя 28 постоянное напряжение, равное А, АЕ- К; В (Оф)Ефподается на информационный вход ключа 29, на управляющий вход которого поступает импульс свыхода компаратора 25 длительностью Ь полученный путем сравнения в коипараторе 25 на-. 10 чального значения ошибки. О (О ) и напряжения параболы сформированного генератором пилообразного напряжения 23 и интегратором 24. Таким образом, формируется управляющее воздействие 15 во втором интервале управления. С выхода ключа 29 оно подается на второй вычитающий вход сумматора 31, на первый вход которого подается управляющее воздействие первого интервала управления. На выходе сумматора 31 формируется управляющее воздействие, подаваемое на первый вход усилителя мощности 20 при наступлении в нем ограничения. 25Таким образом, указанные отличительные особенности системы позволяют повысить ее точность и уменьшить ее перерегулирование.Формула изобретенияСледящая система, содержащая первый компаратор, блок памяти, первый, второй и третий ключи, сумматор, первый генератор пилообразного напряжения, релейный усилитель и последовательно соединенные суммирующий усилитель мощности, исполнительный механизм, объект управления и датчик, подключенный выходом к одному из входов измерителя рассогласования, соединенно О го другим входом с выходом задатчика, а выходом - с входами порогового бло" ка и блока выделения модуля, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения пере регулирования системы, в ней дополнительно установлены первый интегра-.тор, злемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ, счетный триггер последовательно соединенные первый фиксатор, первый и вто О рой усилители и четвертый ключ, последовательно соединенные первый формирователь импульсов и первый дифференцирующий блок, последовательно соединенные тактовый генератор второй формирователь импульсов и делитель частоты, последовательно соединенные второй дифференцирующий блок, второ генератор пилообразного напряжения,второй интегратор и второй компаратор, последовательно соединенные второй фиксатор, третий усилитель и пятый ключ последовательно. соединенныечетвертый усилитель и шестой ключ,подключенный управляющим входом к выходу второго компаратора, а выходом -к первому входу сумматора, соединенного выходом с первым входом сумми-.рующего усилителя мощности, а вторымвходом - с выходом пятого ключа, подключенного информационным входом квходу четвертого усилителя, а управляющим входом - к входу второго дифференцирующего блока и к выходу первого компаратора, соединенного первымвходом с выходом первого фиксатораи с вторым входом второго компаратора, а вторым входом - с выходом первого интегратора, подключенного входом к выходу первого генератора пилообразного напряжения, соединенного свыходом первого дифференцирующегоблока; с управляющими входами первого фиксатора и второго ключа и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,подключенного вторым входом к выходувторого дифференцирующего блока, авыходом - к управляющему входу блокапамяти, соединенного выходом с управляющим входом четвертого усилителя,а информационным входом - с выходомпервого формирователя импульсов и свходом запуска тактового генератора,подключенного входом управления час-тотой к выходу релейного усилителя,соединенного выходом с входом счетного триггера, подключенного прямым иинверсным входами к управляющим входам соответственно третьего и четвертого ключей соединенных выходами соответственно с вторым и третьим входами суммирующего усилителя мощности,выход первого усилителя, подключен кинформационному входу первого ключа,выход порогового блока соединен свходом первого формирователя импульсов, выход блока выделения модулясоединен с входом релейного усилителя, выход делителя частоты соединенс управляющими входами первого фиксатора и первого ключа, подключенноговыходом к информационному входу первого фиксатора, а входом - к выходуизмерителя рассогласования и к информационному входу второго ключа, сое":диненного выходом с информационнымвходом второго фиксатора.1427327 Оогр Составитель Г.НеФедоваин Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяг Ред Подписи Закав 4850/ ираж 8 Производственно-полиг жгород, ул. Проектная, 4 еское предприятие ВНИИПИ Госуд по делам3035, Москва,Г (игр ственного комитета СССРобретений и открытий.