Следящая система

.технвания сте ви сисв робо иолока целью ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7) Киевский институт автоимЛКЧ съезда КПСС(56) Зайцев Г,ф., Стеклов Взиоптимальные следящие систКиев: Вища школа, 981, с.7рис.3.1 а.(57) Изобретение относитсяке автоматического регулири может быть использовано вс оптимальными по быстродейреходными процессами, напритемах слежения эа положениетотехнических системах, в рционных системах слежения з других следящих системах широкого профиля. Целью изобретения является повышение быстродействия следящей системы и расширение области применения. Следящая система содержит элемент 1 сравнения; усилитель 2, пер- . вый сумматор 3, корректирующее звено 4, усилитель мощности 5, исполнительный механизм 6, блок 7 формирования управляющего сигнала, масштабный усилитель 8, второй сумматор 9, блок 1 О формирования начальных условий,: третий сумматор 11, блок 12 слежения- хранения (информации), ключ З,блок 14 компенсации нулей передаточной функции следящей системы, блок 15 формиро-вания модуля сигнала, блок 16 компа- Е раторов, первый 17, второй 18, третий 19, четвертый 20, пятый 21 и шестой 22 элементы И-НЕ10 ил, С:Изобретение относится к автоматическому регулированию и может бытьиспользовано в системах, требующих оптимальных по быстродействию переход 5ных процессов, например, в системахслежения за положением в робототехнических системах, в радиолокационныхсистемах слежения за целью, а такжеможет найти применение при построениибыстродействующих следящих систем широкого профиля.Цель изобретения - повышение быстродействия следящей системы, расширениеобласти применения. 15На фиг.1 представлена структурнаясхема следящей системы; на фиг.2блок формирования управляющего сигнала; на фиг.З - блок слежения и хранения информации; на фиг.4 - схема масштабного усилителя; на фиг.5 - блокформирования начальных условий; нафиг.6 - блок компенсации нулей передаточной функции; на фиг,7 - схема ключа; на фиг,8 - блок выделения модуля 25сигнала, на фиг,9 - блок компараторов;на фиг,10 - временная диаграмма работы следящей системы,Следящая система (фиг.1)содержитпоследовательно соединенные элемент 1сравнения, усилитель 2, первый сумматор 3, исполнительное устройство,включающее корректирующее звено 4, усилитель б мощности, исполнительный механизм 6, выход которого является выходом системы, блок 7 формирования управляющего сигнала, масштабный усилитель 8, второй сумматор 9, блок 10формирования начальных условий, третий сумматор 11, блок 12 слежения-хра нения (информации), ключ 13, блок 14компенсации нулей передаточной функции следящей системы, блок 15 формирования модуля сигнала, блок 16 компараторов, первый 17, второй 18, третий 19, четвертый 20, пятый 21, шестой 22 элементы И-НЕ.Блок 7 формирования управляющегосигнала (фиг.2) содержит последовательно соединенные измеритель 23 амп-,.0литуды скачков задающего воздействия,ключ 24, а также дифференцирующеезвено 25 и два преобразователя 26и 27 амплитуды выходного сигнала ключа 24 в длительность импульса, сумматор 28.55Блок 12 слежения-хранения информации (фиг.З) включает последовательно соединенные операционный усилитель 29, включенные параллельно транзисторы 30 и 31 и операционный усилитель 32, а также запоминающий конденсатор 33, включенный между неинверсным входом усилителя 32, выход которого является выходом устройства 12 и общей шиной, транзистор 34, включенный между инверсным входом и выходом операционного усилителя 29, последовательно включенные элементы НЕ 35 и 36, резистор 37. При этом неинверсный вход операционного усилителя 29 является первым, информационным входом устройства 12. Вход элемента 35является вторым, управляющим входом устройства 12, Затвор транзистора 3соединен с входом элемента 36, выходкоторого соединен с затворами транзисторов 34 и 30. Резистор 37 включенмежду инверсным входом операционного усилителя 29 и выходом операционного усилителя 32.Масштабный усилитель 8 (фиг.4) содержит последовательно включенные транзисторы 38 и 39 и операционный усилитель 40, а также резисторы 41-43, Блок 10 формирования начальных условий (фиг.5) содержит резисторы 44-50, конденсатор 51, операционные усилители 52 и 53, транзисторы 54 и 55 ипредставляет собой последовательно соединенные апериодическое звено и инвертирующий усилитель,Блок 14 (фиг.6) содержит резисторы 56-64, конденсатор 65, операционные усилители 66-68 и представляетсобой интегро-дифференцирующее звено.Ключ 13 (фиг,7) включает резистор 69,операционные усилители 70 и 71, диод 72. При этом резисторный вход является информационным. Неинверсный вход операционного усилителя 71 является вторым, управляющим входом, а выход усилителя 70 - выходом ключа 13.Блок 15 (фиг.8) формирования модуля сигнала содержит три одинаковые по входам и выходам схемы, каждая из которых содержит резисторы 73-75, диод 76, операционные усилители 77 и 78. Блок 16 компараторов содержит три одинаковые, автономные по входам и выходам схемы, каждая из которых содержит (фиг,9) резисторы 79 и 80, операционный усилитель 81, стабилитрон 82,Следящая система работает следующим образом (фиг,1).Входной сигнал (1) поступает на первый вход элемента 1 сравнения, где15892 50 сравнивается с выходным сигналом исполнительного механизма 6. В момент приложения ступенчатого воздействия блок 7 начинает вырабатывать импульс амплитудой о с длительностью, определяемой параметрами системы и пропорциональной значению скачка входного воздействия, формируемого измерителем 23 амплитуды. Через ключ 24 ве О личина о поступает на входы преобразователей 26 и 27 амплитуды сигнала в длительность (на 26 - при положительном значении скачка, на 27 - при отрицательном), которые включаются сигналами с выхода дифференцирующего звена 25,На выходе сумматора 28, первом выходе блока 7 формируется сигнал постоянной амплитуды о и длительностью, 20 пропорциональной амплитуде скачка входного сигнала, На выходе измерителя 23 амплитуды сигнала формируется сигнал, равный значению скачка входного сигнала, который представляет вто рой выход блока 7. Ключ 24 работает по алгоритму: при положительном значении скачка вход ключа соединяется с преобразователем 26, при отрицательном - с входом преобразователя 27, 30 Сигнал Ч поступает на второй вход сумматора 3, вследствие чего начинается разгон исполнительного механизма 6с максимальной скоростью, на первый вход блока 15 формирования модуля сигна 35 ла, вследствие чего на первом выходеблоха 16 компараторов формируется сигнал 0, который проходит через элементы 17-19 и формирует сигнал "1" на втором входе усилителя 8, благода ря чему подключается сигнал с выхода блока 7 формирования управляющего сигнала на вход сумматора 9 с коэффициентом масштабирования, определяемым коэффициентом передачи усилителя 8, 45 На второй вход блока 10 формирования начальных условий поступает сигнал "0" с выхода элемента 18, вследствие чего снимается обнуление блока 10. При этом блок 12 слежения-хранения информации работает в режиме слежеиия, ключ 13 разомкнут "0", поступающим с элемента 22.На выходе блока 10 формируется переменный во времени по амплитуде (при апериодическом звене - экспоненциальный), пропорциональный значению сигнала о и сигналу с выхода усилителя 8, причем его динамической 54бсоставляющей, за счет связи выход усилителя 8 - инверсный вход сумматора 11.В момент окончания действия сигналана выходе логического элемента 22появляется сигнал "1", которая переводит блок 12 в режим хранения, аключ 13 - в состояние "Включено" темсамым подключая блок 12 к блоку 14,который является интегро-дифференцирующим. Постоянная времени интегрирующей части выбирается равной постоянной времени, соответствующей нулюпередаточной функции следящей системы еНа выходе блока 14 начинает формироваться переменный во времени по амплитуде сигнал (экспоненциальныйпри опериодическом типе блока 14),убывающий. В момент равенства сигналов с выхода блока 14 и порога срабатывания, настроенного на "0", схемыблока 16 компараторов, на третьемвыходе блока 16 компараторов формируется "1", поступающая на первыйвход элемента 22, на выходе которогоформируется "0", переводящий блок 12в режим слежения, а ключ 13 - в состояние "Выключено", т.е. разомкнутое.Блок 10 переходит в режим обнуления при появлении на выходе блока 14ненулевого сигнала, а, значит, 0на третьем выходе блока 16 компараторов, При этом усилитель 8 переходитв начальное состояние, так как на еговторой вход поступает 0, переводящий входной ключ на транзисторах 38и 39 в разомкнутое состояние. Такимобразом, на выходе блока 14 и на третьем входе сумматора 3 формируется. сигнал управления на второминтервалеуправления, переменный по амплитудеи определяемый параметрами блока 14и значением выходного сигнала сумматора 11 в момент окончания первого интервала управления,На временной диаграмме работы следящей системы (фиг.10) представлены;а - вариант изменения входного сигнала; б - выходной сигнал блока 7 попервому выходу; в - сигнал на выходеблока 10; г - сигнал на выходе элемента 22; д - сигнал на выходе блока 14;е - сигнал на выходе элемента 18;к - сигнал на выходе элемента 19; лсигнал на выходе следящей системы.Например, для следящей системы,передаточная функция которой имеетвид0 ( (С ц (1-) ,(г. ( э0ф фВыходной сигнал следящей системы име- ет вид при и о(, О, (о(20 К(Т,Б + 1) Б(ТБ+1) (ТБ+1)(е -е ) р = о(( (сф , = ЗТ Тз- Т 40 равления изменяется во времени (умень 1 шается по абсолютной величине) и таккак по отношению к второму и третьему о(Т входам первого сумматора система является интегро-дифференцирующей, т.е. содержащей в передаточной функции нули, разгону системы под действием управляющего сигнала первого интервала помогает дифференцирующая составляющая., для компенсации которой на втором интервале управления формируется переменный по амплитуде сигнал блоком компенсации нулей передаточной функции.Благодаря этому в следящей системе исключается перерегулирование, которое всегда присутствует при наличии дифференциальной компоненты в правой части дифференциального уравнения, описывающего следующую систему, соСледовательно, по быстродействию оптимизируется система без дифферен циальной составляющей, представляющей нуль передаточной функции, которая компенсируется на втором интервале управления, вследствие чего система, опи- сываемая передаточной Функцией, со держащей нуль, оптимизируется по быстродействию, благодаря чему повышается ее быстродействие,Таким образом, для обеспечения оп- тимального по быстродействию управления используются два интервала управления: первый, на котором амплитуда сигнала управления постоянная, и второй, на котором амплитуда сигнала упк(тБ + 1)И (Б)ЪУ(Т Б+ 1) (ТБ +1)причем Ть) Т , Т )Т,; И = 1; И+К (Т Б + 1)/Б, ИГ - 1, И - К /(ТБ + + 1),передаточные функции элементов компенсационного канала определяютсяы,- -1/к; ы,- 1; ч = к(т, - т;) /10 30что соответствует при яс(; О (с) )с( Сигнал управления, поступающий на сумматор 3, определяется следующим вы- ражениемответствующей нулю передаточной функции системы, и следящая система становится оптимальной по быстродействию в переходном режиме а в установив 5 шемся - имеет высокую точность эа счет наличия интегральной составляющей в передаточной функции корректирующего звена, вследствие чего повышается качество следящей системы при повышении ее быстродействия эа счет введения режима оптимального быстродействия для систем, описываемых передаточной функцией, содержащей нули.Таким образом, в предлагаемой сле дящей системе по сравнению с прототипом повышено быстродействие за счет применения оптимального по быстродействию управления при расширении ее технических возможностей эа счет вве дения компенсационного канала, позволяющего оптимизировать по быстродействию следящие системы с ПИД-регулятврами в контуре или системы,объект управления которых описывает ся передаточной функцией, содержащей нули, благодаря чему повышается быстродействие следящей системы при расширении ее технических воэможностей. 30изобретения Формула ния, в нее дополнительно введены блок компараторов, блок формирователей модуля сигнала, масштабный усилитель, второй и третий сумматоры, блок55 Следящая система, содержащая элемент сравнения, суммирующий ход кото. - рого является задающим входом систе 35 мы и соединен с входом блока формирования управляющего сигнала, выход элемента сравнения через усилитель подключен к первому входу первого сумматора, выход первого сумматора через 40 последовательно соединенные корректирующее звено и усилитель мощности подключен к входу исполнительного механизма, выход которого является выходом системы и соединен с вычитающим входом элемента сравнения, первый выход блока формирования управляющего сигнала связан с вторым входом первогосумматора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьшения быстродействия и расширения области примене-О формирования начальных условий, блоккомгенсации нулей передаточной функции системы, блок слежения-хранения,ключ, а также первый-шестой элементы И-НЕ, причем второй выход блокаформирования управляющего сигнала соединен с информационным входом масштабного усилителя, вход разрешениякоторого связан с выходом третьегоэлемента И-НЕ, а выход - с первымивходами второго и третьего сумматоров, второй вход второго сумматора соединен с первым выходом формированияуправляющего сигнала, первым входомблока формирователей модуля сигналаи вторым входом первого сумматора,выход второго сумматора подключен кинформационному входу блока формирования начальных условий, выход которогосвязан с вторым входом третьего сумматора и вторым входом блока формирователей модуля сигнала, третий входкоторого подключен к выходу блока компенсации нулей передаточной функциисистемы и третьему входу первого сумматора, первый, второй и третий выходы блока формирователей модуля сигнала соединены соответственно с первым,вторым и третьим входами блока компараторов, первый выход которого связанс первыми входами первого и пятогоэлементов И-НЕ, второй выход связанс вторым входом первого и входом четвертого элементов И-НЕ, а третий выход - с первыми входами второго и шестого элементов И-НЕ, выход первого эле-мента И-НЕ соединен .с вторым входомвторого элемента И-НЕ, выход которогосвязан с входом обнуления блока формирования начальных условий и входомтретьего элемента И-НЕ, выход четвер-того элемента И-НЕ подключен к второму входу пятого элемента И-НЕ, выходкоторого связан с вторым входом шестого элемента И-НЕ, выход третьего сумматора подключен к информационному входу блока слежения-хранения, к управляющему входу которого подключенывыход шестого элемента И-НЕ и управляющий вход ключа, выход блока слеженияхранения соединен с информационнымвходом ключа, выход которого соединенс входом блока компенсации нулей передаточной функции системы.589254порКббпФуз ВСоставитель В.Хромов едактор И.Касарда Техред ЛОлийнык Корректор Н.Ревскаяаз 2540 Тираж 665 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5 Гагарина, 1 Ооизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужг