Устройство для компенсации нелинейности объекта типа "люфт

Устройство для компенсации нелинейности объекта типа "люфт

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО Д11Я КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ ОБЪЕКТА ТИПА ЛЮФТ, содержащее поеладователъно соединенные первый сумматор, нелинейность типа люфт и линейную часть объекта , а также последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, первый вход первого сумматора соединен с входом дифференциатора , а выход - с входом нелинейности типа люфт, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первую модель и последовательно соединенные ключ, вторую модель , второй сумматор, делитель, блок автоматической подстройки и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а второй вход - с выходом релейного элемента и через первую модель - с вторым входом делителя, первый вход ключа соединен с первым выходом линейной части объекта, а второй вход - с выходом блока автоматичес (Л кой подстройки и с вторым входом первой модели, второй вход второго с сумматора соединен с вторым выходом линейной части объекта, второй вход Q е второй модели соединен с входом дифференциатора и первым входом первого сумматора.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

au)) G 05 B 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3545979/18-24 (22) 28.01.83 (46) 15.08.84. Бюл. 1(30 (72) Као Тиен Гуинь (СРВ), Е.Д.Пичугин, В.Е.Прокофьев и Рауль Ривас Перес (Куба) (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 62 — 50(088.8) (56) l. Авторское свидетельство СССР

Ф 767698, кл. С 05 В 5/01, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 243010, кл. С 05 В 5/01, 1969 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

НЕЛИНЕЙНОСТИ ОБЬЕКТА ТИПА "Л1()ФТ", содержащее последов ат ел ьно соединенные первый сумматор, нелинейность типа "люфт" и линейную часть объекта, а также последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, первый вход первого сумматора соединен с входом дифференциатора, а выход — с входом нелинейности типа люфт, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первую модель и последовательно соединенные ключ, вторую модель, второй сумматор, делитель, блок автоматической подстройки и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, а второй вход — с выходом релейного элемента и через первую модель — с вторым входом делителя, первый вход ключа соединен с первым выходом линейной части объекта, а второй вход — с выходом блока автоматической подстройки и с вторым входом первой модели, второй вход второго сумматора соединен с вторым выходом линейной части объекта, второй вход второй модели соединен с входом дифференциатора и первым входом первого сумматор а. динен с вторым входом первого сумматора, второй вход — с выходом релейного элемента и через первую модель — с вторым входом делителя, первый вход ключа соединен с первым выходом линейной части объекта, а второй вход — с выходом блока автоматической подстройки и с вторым входом первой модели, второй вход второго сумматора соединен с вторым выходом линейной части объекта, второй вход второй модели соединен с входом дифференциатора и первым входом первого сумматора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока 8 автоматической подстройки, на фиг. 3 — диаграмма сигналов, поясняющая работу бл ка 8 автоматической подстройки .

Устройство на фиг. 1 содержит дйфференциатор l, релейный элемент 2, первую и вторую линейные модели 3, 4, первый и второй сумматоры 5, 6, делитель 7, блок 8 автоматическои подстройки, блока 9 умножения и первый ключ 30, нелинейность типа

"люфт" 13 и линейную часть объекта

12.

Устройство на фиг. 2 содержит блок 13 выделения модуля, компаратор 14, генератор !5 пилообразного напряжения, первый, второй и третий .формирователи !6, 17 и 18, второй, третий, четвертый, пятый и шестой ключ !9 — 23, первый и второй интеграторы 24, 25 и элемент сравнения 26.

Пусть линейная инерционная часть описывается уравнением

30 гд е Uq — вы ход н ой си гн ал люфт а; выходной си гнал линейной инерционной части;

Ь, à -, (i=O, 3,..., n-1) — постоянные коэффициенты.

Введем обозначения у

У, =, в

В аy,-ayã - y +3

Уравнение (i) в новых обозначениях примет вид

У=Ы+ВЦ,„

1 1108387

Изобретение относится к автоматике H предназначено для использования в системах автоматики различного назначения, имеющих в своем составе инерционные звенья с нелинейными статическими характеристиками типа люфт" .

Известно устройство д:тя компенсации люфта исполнительногэ устройства системы управления, содержащее после- 3О довательно соединенные дифференциатор, усилитель с зоной нечувствительности и релейной характеристикой, сумматор, второй вход которого соединен с входом дифференциатора, а вы-35 ход — с входом звена с нелинейностью типа "люф ", причем амплитуда сигнала коррекции на выходе усилителя равна предельно допустимой ширине полузоны люфта „1).

Наиболее близким к изобретению по т<.хнической сущности и достигаемому эффекту является устройство для компенсации нелинейности типа люфт, сод< ржащее последовательно соединен«, <е дифференциатор, релейный элемент и сумматор, второй вход которого соединен с входом дифференциатора, а выход — с входом звена с нелинейностью типа "люфт" 21.

Недостаток указанных устройств невозможность точной компенсации люфта из-за постоянной амплитуды сигнала коррекции, тогда как величина ширины полузоны люфта изменяется в зависимости от ряда факторов.

Цель изобретения — повышение точности компенсации люфта инерционного нелинейного звена, линейная инерционная часть которого находится на выходе нелинейности, выходной сиг40 нал которой недоступен измерению.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для компенсации нелинейности объекта типа "люфт содержащее последовательно соединенные первый сумматор, нелинейность типа люфг" и линейную часть объекта, а также последовательно соединенные дифференциатор и релейный элемент, первый вход первого сумматора соединен с входом дифферен«иатора, а выход — с входом нелинейно TH типа люфт, дополнительно введены первая модель и последовательно соединенные к юч, вторая мо- 55 дель, второй сумматор, делитель, блок автоматической подстройки и блок ум« жения, выход которого сое1108387

0 i 0 ... 0

0 0 1 ... 0

0 у»

У,1

t (2)

5 у= а(>а а а>>

У„

Уравнения первои и второй линейной модели

10 (3) У = АУ + ВКП

Е =AY + BKU (4) где K=tg с1- — коэффициент наклона линейных участков MN, PQ люфта.

Входной сигнал U поступает одновременно на первый вход первого сумматора 5, на вход дифференциатора 1, на вход второй модели 4. На первый вход второгО сумматора Ь поцается выходной сигнал второй модели, а на второй вход — инверсный сигнал с выхода линейной части нелинейного звена — Ч . Выходной сигнал второго 25 сумматора б подается на первый вход делителя 7. На второй вход дели- теля 7 поступает сигнал с выхода перв ой линейной модели 3. Выходной сигнал делителя 7 поступает на вход блока 8 автоматической подстройки.

Сигнал с первого выхода блока 8 автоматической подстройки подается на первый вход блока 9 умножения, а сигнал с второго выхода блока 8

35 автоматической .подстройки поступает на второй вход первой линейной модели 3 и управляющий вход первого ключа 10. Выходной сигнал дифференциатора 1 подается на вход релейного

40 элемента 2. Сигнал с выхода релейного элемента 2 одновременно поступает на вход первой линейной модели 3 и на второй вход блока 9 умножения . Выходной сигнал блока 9

45 умножения поступает на второй вход первого сумматора 5. С выхода первого сумматора сигнал подается на вход нелинейного звена с люфтом.

Векторный выход линейной части не50 линеиного звена соединен с векторным входом второй линейной модели 4.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени

55 появится выходной сигнал U. На выходе релейного элемента 2 получится сигнал U 1 = à sign (1 (а=!).

В блоке 9 умножения сигнал U) умножается с выходным сигналом Б„блока 8 автоматической подстройки Z = U,,П = U

Uq на выходе блока 8 подсгройки всегда имеет положительную полярность и величину, равную амплитуде сигнала коррекции /Z/. Начальное значение сигнала на выходе второго интегратора 25 (фиг.2) V> = /Z /, поэтому сигнал коррекции Z в начальный момент t равеч Z(t ) = /Z /.

Sign U . В первом сумматоре 5 входной сигнал суммируется с сигналом коррекции

X=U+Z,=U+/Z,/S gnU

При работе на участках ИИ, PQ люфта выходной сигнал U люфта равен

U< = K(U- q Sign Б+/Z / Sign U).(5)

Вектор состояния линейной инерционной части имеет вид

Вектор состояния линейных моцелей

С момента t начинают работать генератор 15 пилообразного напряжения и первый формирователь 16. В моменты начала каждой пилы на выходе первого формирователя 16 вырабатываются импульсы сброса U (фиг.3) . Им— пульс сброса U поступает на второй вход первой линейной модели 3 и на управляющий вход первого ключа 10, в результате чего вектор состояния первой линейной модели 3 в момент обращается в нуль 7 (t, ) =О. Импульс сброса Uz открывает первый ключ 10, вектор состояния второй линейной модели 4 выравнивается с вектором состояния линейной части

Y (t ) = Y (t ). Поэтому из (6)-(8) следует

l 108387

Ф (ф-Jm(tс1K>U >< = () о = 1 ф 1убв| и iieet tp ф, 5 е„ф1=," Я-LI,Û= J 84Ii -< If- Р )

1,1 1 О., q+I I.q (gI- „ т)ksstyw Udt, i%I

l0 э» Ф И (13) 4 1 1 + &tIk6giqnUatc о

Сигнал / Х/ на выходе блока 13 выделения модуля сравнивается с пилообразным напряжением в компарато— ре 14. Затем время (с, t) (фиг. 3) второй и третий ключ 19, 20 закры— ты, четвертый ключ 21 открыт. Напря— жение на выходе второго интегратора 25 в интервале (t„ t) не изменяется и равно Ig . Поэтому амплитуда сигнала коррекции в этом интервале равна Я,) . Так как величина полузоны люфта в интервале (, t) также постоянна, то выражение (13) для сигнала л, примет вид

35

J A, МЯ ю . . .|„,р

8<316 РУЧ ОИЪ 45

Если I I а g то 3-) О вто рой формирователь 17 вырабатывает импульс управления пятым ключом 22.

Таким образом, в интервале (t„ t) положительное опорное напряжение

U подается на вход первого интегратора 24 через открытые четвертый и пятый ключи 21, 22. Напряжение на выходе первого интегратора 24 воз.—

55 растает с

U ft) =Я.(+JU»dt

to ф„„ (. ) — и-й элемент первой строки переходной матрицы CP (. );, К) f(t) — первые элементы векторов E(t) и Y+(t) соответственно.

Сигнал С4(t) y„ (t) поступают на первый и второй входы блока 7 деления. Выходной сигнал блока 7 деления равен 20 где К> коэффициент пропорциональности.

В момент t„, когда U„= 131 напряжение У (1„) равно

U (tÄ ) = 1 2о) + K< U (t„ -,), (15) пилообразное напряжение равно

U„(t л ) =K„(t„"о ) =17 q - 12О (16) где К и — коэффициент наклона пилы.

К и Кп выбираются такими, что (17) Кп = KuUîï °

Поэтому, как видно из (15), (16) и (17) U+(t„)= 1Z,(+ q — )Z.1 = q (l8)

Как видно из (18), в момент t напряжение на выходе первого интегратора

24 равно истинной величине полузоны люфта

Таким. образом, в интервале (to, t,) в устройстве производится идентификация истинной величины полуз оны люфта q

Если Я, ), то ., с О, третий формирователь У8 вырабатывает сигнал управления шестым ключом 23.

Таким образом, в интервале времени (1, 1„) в этом случае отрицательное опорное напряжение — U п подается на вход первого интегратора 24 через открытые шестой и четвертый ключи 21 23. Напряжение на выходе первого интегратора 24 уменьшается

Ц (1) = i 2о! i

В момент 1, это напряжение равно

U3("4)= 1Z I и о4t4 1ак ак в момент t пилообразное напряжение равно 131, а 2. с. О, то из (! 4) следует

Пп() =Кп(,- а ) = 131-1= I Z,I - М.

С учетом (! 7) выражение (19) для выходного напряжения первого интегратора 24 примет вид

U3(tg )= 1Zo(-(12 ..1- )= g. (21) Отсюда видно, как и в предыдущем случае, напряжение на выходе первого интегратора 24 в момент t< равно величине полузоны люфта . С момента t „четвертый ключ 21 закрыт, напряжение на выходе первого интегратора 24 перестало изменяться и остается постоянным и равным Q . Идентификация окончена. Как видно из (16), 1)ОЗЭВ7 (20) и (!4), время идентификации (t, t„) определяется и истиннои раз— постыл Я между величиной полузоны люфта и амплитудой сигнала коррекции. Отсюда следует, что при точной компенсации (E = g время идентификации равно нулю, т.е, идентификация не производится.

С момента „ нормально открытые ключи 19, 20 открыты. На первый вход элемента 26 сравнения подается сигнал с выход первого интегратора 24 через второй ключ Т9, а на второй вход — сигнал с выхода второгс интегратора. 25 через третий ключ 20.

Второй интегратор 25 отрабатывает сигнал отклонения g = Ug — U< на выходе элемента 26 сравнения

При этом выходном сигнал U< второго интегратора 25 будет изменяться до тех пор, пока не станет равным Ug, Когда сигнал на выходе второго интегратора 25 равен сигналу на выходе первого интегратора 24:

U =U = 7 сигнал отклонения у на выходе элемента 26 сравнения равен нулю, изменение выходного сигнала второго интегратора 25 прекращается.

Сигнал на выходе второго интегратора, представляющий собой амплитуду, сигнала коррекции, будет оставаться постоянным и равным величине полузоны

10 люфта. Люфт точно компенсирован, Таким образом, с момента окончания идентификации t< производится перестройка амплитуды сигнала коррекции до истинной величины полузоны

15 люФт а.

Если по какой-либо причине истинная величина полузоны люфта изменяется, то в устройстве снова производится идентификация, а затем пе2О рестройка.

Предложенное устройство позволяет точно компенсировать люфт в случае, когда точно известна величина полузоны люфта, в случае когда эта величина априори неизвестна, а также в случае, когда она меняется в процессе работы.

1108387

al tf 62

4 1 2

Фиг.л

ВНИИПИ Заказ 5862/32 Тираж 842 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4