Нелинейная следящая система

Нелинейная следящая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к следящим системам с двухканальным нелинейным корректирующим устройством и может быть использовано в следящих системах широкого профиля. Цель изобретения - расширение области применения нелинейной следящей системы за счет обеспечения точной и экономичной отработки его кусочнозадающих воздействий за заданные периоды времени. Система содержит измеритель 1рассогласования положения, измеритель 2рассогласования скорости, суммирующий блок 3, усилитель 4 мощности, исполнительный двигатель 5 с нагрузкой, датчик 6 скорости , нелинейный корректирующий блок 7, в состав которого входят блок 8 пиковых детекторов, два масштабирующих блока 9 и 16, четыре сумматора 10, 13. 17, 20, Два сигнум-реле 11, 25, два ключа 12, 26, усилитель 14, переключатель 15, три нуль-органа 18, 27, 28, интегратор 19, реле с зоной нечувствительности 21, блок управления .11, блок умножения 23, блок выделения модуля 24. Положительный эффект достигается за счет организации терминального режима управления.5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 B 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4684323/24 (22) 03,05.89 (46) 23.12.92, Бюл, N 47 (71) Минский радиотехнический институт (72) А. Д. Горбачев, И. А. Горбачев и А. Я. Родин (56) Авторское свидетельство СССР

Nã 1226403, M.êë,4 G 05 В 5/01, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1282076, M. кл.4 G 05 B 5/01, 1985 (прототип). (54) НЕЛИНЕЙНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к следящим системам с двухканальным нелинейным корректирующим устройством и может быть использовано в следящих системах широкого профиля. Цель изобретения — расширение области применения нелинейной следящей системы за счет обесйечения точ. Ж«1783468 А1 ной и экономичной: отработки его кусочнозадающих воздействий за заданные периоды времени. Система содержит йзмерйтель

1 рассогласования положения, измеритель

2 рассогласования скорости, суммирующий блок 3, усилитель 4 мощности, исполнительный двигатель 5 с нагрузкой, датчйк 6 скорости, нелинейный корректирующий блок 7, в состав которого входят блок 8 пиковых детекторов, два масштабирующих блока 9 и

16, четыре сумматора" 10, 13, 17, 20,:два сигнум-реле 11, 25; два ключа 12, 26, усилитель 14, переключатель 15, три нуль-органа

18, 27, 28, интегратор 19, реле с зоной нечувствительности 21, блок управления 22, блок умножения 23, блок выделения модуля )

24. Положительнйй эффект достйгается за счет организации термйнального режима управления. 5 ил, с, 1783468

Изобретение относится к следящим системам с двухканальным нелинейным корректирующим устройством и может быть использовано в проводах управления степенями подвижности роботов, профильно-ко- 5 пировальных станках с ЧПУ, установках сопровождения цели, устройствах отслеживания скорости, Наиболее близким к предлагаемому устройству является нелинейное корректиру- 10 ющее устройство, Оно отличается тем, что в нем дополнительно установлены последовательно соединенные интегратор, четвертый сумматор, второй релейный блок и блок управления, причем информационный вход 15 интегратора подключен к выходу ключа, вход "Сброс" интегратора — к выходу нульоргана, второй вход четвертого сумматора соединен с входом первого релейного блока, а выход блока управления является 20 .третьим выходом корректирующего устройства. Существен н ым недостатком известного устройства является его неспособность отрабатывать линейно изменяющиеся во времени задающие воздействия (скачки 25 скорости различной величины).

Известное устройство не обладает свойствами терминального управления.

Цель изобретения —. расширение области применения нелинейной следящей сис- 30 темы за счет обеспечения точной и экономичной отработки ею. кусочно-линейных задающих воздействий за заданные периоды времени.

Поставленная цель достигается тем, что 35 в нелинейное корректирующее устройство, используемое для коррекции системы и содержащее переключатель, последовательно соединенные первый мэсштабирующий блок, первый сумматор, первое сигнум-ре- 40 ле, первый ключ, второй сумматор и усилитель. последовательно соединенные второй масштабирующий блок, третий сумматор и первый нуль-орган. последовательно соединенные интегратор. четвертый сумматор, 45. релейный блок и блок управления. дополнительно введены блок пиковых детекторов, блок умножения, второй и тре ий нуль-органы, выпрямитель и последовательно соединенные второе сигнум-реле и второй ключ, 50 причем его выход связан со вторым входом второго сумматора, а вход второго сигнумреле — с входом первого нуль-органа, выходной сигнал которого подается на и ервы и уп равля ющий (разм ы ка ющий) 55 вход второго ключа. второй управляющий (замыкающий) вход которого и первый управляющий (размыкающий) вход первого ключа соединены с выходом второго нульоргана, вход которого связан с выходом первого сумматора. Выходной сигнал блока пиковых детекторов подается на вход первого и второго масштабирующих блоков, а также через выпрямитель — на первый вход блока умножения, второй вход которого связан с выходом усилителя. а выход- с первым сигнальным входом переключателя и с входом интегратора. Выходной сигнал третьего нуль-органа подается на управляющие входы блока пиковых детекторов, переключателя и на второй управляющий (замыкающий) вход первого ключа, Информационный вход блока пиковых детекторов, соединенный с вторым сигнальным входом переключателя, является первым информационным входом по производной от сигнала рассогласования. Соединенные между собой вторые входы первого, третьего и четвертого сумматоров служат вторым информационным входом устройства по скорости вращения вала исполнительного двигателя,:а вход третьего нуль-органа — третьим информационным входом устройства по сигналу рассогласования, Выходные сйгналы переключателя и блока управления являются еыходнйми сигналами устройства, Нэ фиг. 1 представлена блок-схема нелинейной следящей системы; на фиг. 2— временные характеристики основных сигналов, поясняющие работу; на фиг. 3 — амплитудная (кривая 1) и фазовая (кривая 2) частотные характеристики, позволяющие оценить динамические свойства замкнутой системы; на фиг. 4 — эпюра напряжений, иллюстрирующая алгоритм работы устройства; на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема блока пиковых детекторов и вып рямителя.

Нэ фиг, 1 приняты следующие обозначения: измеритель 1 рассогласования положения, измеритель 2 рассогласования скорости, суммирующий блок 3, усилитель 4 мощности, исполнительный двигатель 5 с нагрузкой, датчик 6 скорости, нелинейный корректирующий блок 7, в состав которого входят: блок 8 пиковых детекторов, первый мэсштабирующий блок 9, первый сумматор

10, первое сигнум-реле 11, первый ключ 12, второй сумматор 13, усилитель 14, переключатель 15, второй мэсштабирующий блок 16; третий сумматор 17, первый нуль-орган 18, интегратор 19, четвертый сумматор 20, реле с зоной нечувствительности 21, блок 22 управления, блок 23 умножения, блок выделения модуля 24, второе сигнум-реле 25, второй ключ 26, второй нуль-орган 27, тоетий нуль-орган 28, вход 29 рассогласования скорости нелинейного корректирующего блока 7, вход 31 рассогласования положения нелинейного корректирующего блока 7, 1783468

20

35 выход 32 нелинейного корректирующего блока7. Блок пиковых детекторов и выделения модуля содержит резисторы 34-43, диоды 44-49, операционные усили гели 50 — 54, конденсаторы 55 — 57, транзистор 58 и общую шину 59.

Кроме того, принять обозначения Ui— сигнал на выходе i-го Функционального блока, g=Vi<, (i=1n) — кусочнолинейное задающее воздействие, g=Vi — первая производная по времени от задающего воздействия;

0=Us — выходной сигнал системы, К вЂ” пере даточный коэффициент i-го функционального блока.

Блок 8 пиковых детекторов и блок выделения модуля 24 (фиг. 5) служат для формирования сигналов 0в=-Ч и 024= IVjl. Они реализованы по известной (3) структуре детектора абсолютных значений экстремумов, дополненной схемой выделения двуполярных пиковых значений сигнала, Операционные усилители 50 и 52 образуют амплитудный детектор положительных сигналов. Входной сигнал положительной полярности, превышающий по величине напряжение на конденсаторах 55 и 57, дозаряжает их через усилитель 50 до пикового значения. Инвертирующий амплитудный детектор, собранный на усилителях 51 и 52 обеспечивает фиксацию приращения входного сигнала отрицательной полярности на конденсаторах 56 и 57, Таким образом, на конденсаторе 57 "запоминается" абсолютное значение сигнала !\/;!, которое через усилитель 52 подается на вход блока 23 умножения. Конденсатор 55 используется для хранения амплитудных значений входного положительного сигнала, а конденсатор 56 — для хранения инвертированных амплитудных значений входного отрицательного сигнала. Повторное инвертирование этого сигнала инвертором 53 позволяет восстановить его истинную отрицательную полярность, С выхода операционного усилителя

54, который является неин вертирующим сумматором. снимается экстремальное значение входного сигнала Uz с учетом его полярности. Сброс схемы в исходное состояние осуществляется сигналом 02е поступающим с нуль-органа 28 на затвор транзисторного ключа, собранного на транзисторе 58, который, открываясь, разряжает через себя запоминающее конденсаторы 55 — 57, Блок 23 умножения может быть реализован по схеме, изображенной на рис. 2-5, с. 53 (4).

Рассмотрим работу нелинейной следящей системы.

Данная система относится к классу не: линейных систем с переменной структурой, и ее качественные показатели зависят прежде всего от коэффициентов настройки первого 9 и второго 16 масштабирующего блоков и от величины тактового периода (шага квантования) То, Для определенности в дальнейшем примем Kg=1,5, К16=1, То— заранее известная постоянная величина, определенная типом следящей системы.

Кроме того, для простоты положим, что выходные сигналы первого 11 и второго 25 сигнум-реле имеют единичную амплитуду

lU>sI = !0ж! = 1, суммирование во всех четырех сумматорах 10, 13, 17, 20 происходит с единичными весами, крутизна датчика в скорости К6-1, суммирование сигналов с выхода переключателя 1.5 и датчика 6 скорости осуществляется в суммирующем блоке 3 с одинаковыми коэффициентами, равными

Кз. При этих предположениях работа устройства происходит следующим образом.

Блок 8 пиковых детектор запоминает экстремальное значение сигнала и хранит его на своем выходе до прихода сигнала на сброс с выхода третьего нуль-органа 28. В ыходные сигналы блоков масштабирования сравниваются в сумматорах 10 и 17 с текущим значением сигнала, поступающего с выхода датчика 6 скорости вращения исполнительного двигателя 5, В зависимости от результата сравнения выходной сигнал второго сумматора 13 будет принимать три различных значения, Если выполняется условие % > Vol >0, то ключи 12 и 26 замкнуты (управляющие сигналы с нуль-органов 18 и 27 отсутствуют) и выходные сигналы с сигнум-реле 11 и 25, суммируясь на втором сумматоре 13, дают на его выходе напряжение удвоенной величины (I 013 I = I 011 I + 025 =2, по знаку совпадающее с сигналом 0в=Чь

Во втором случае, когда справедливо неравенство 1,5V<> (0в! > V1 срабатывает (s момент выполнения равенства I Ug I = Чь первый нуль-орган 18 и второй ключ 26 размыкается, а первый ключ 12 остается замкнутым, так как второй нуль-орган 27 еще не сработал, Поэтому сигнал на выходе второго сумматора 13 изменяется скачком до величины !01з! = !011! =1, т.е, уменьшится по амплитуде в два раза, сохранив предыдущий знак.

Третий случай возникает как только сигнал !0в! становится равным 1,5 Чь Тогда срабатывает второй нуль- орган 27, управляющий сигнал с которого замкнет второй ключ 26 и разомкнет первый ключ 12. В результате на выходе второго сумматора 13 появится величина !01з! = I0г5I =1, но противополОжной полярности, поскольку

1783468 сигнал на выходе третьего сумматора 17 изменил свой знак (I UnI >Ч).

Кусочно-постоянный сигнал U)3 с Bblxoда второго сумматора 13 происходит через усилитель 14 с коэффициентом передачи К14 и поступает на второй вход блока 23 и умножения, на первый вход которого подается величина IVII с выхода блока выделения модуля 24. Сигнал Uz3, равный IV ) О14, разветвляется на первый информационный вход. переключателя 15 и на вход интегратора 19, Если сигнал U t на выходе измерителя 1 рассогласования положения не равен нулю, то третий нуль-орган 28 не срабатывает, и переключатель 15 пропускает на свой выход сигнал 023(015=023). Как только величина U< обнуляется, срабатывает нуль-орган 28 и переключатель 15 начинает пропускать на . свой выход сигнал Uz с выхода измерителя

2 производной рассогласования. Кроме того, срабатывание третьего нуль-органа 28 приводит к замыканию первого ключа 12 (подготовка к отработке следующего цикла) и к обнулению (сбросу) пикового детектора

8, что. в свою очередь, вызывает обнуление сигнала U23, так как величина Ч; I становится равной нулю, Возникает четвертая ситуация, характеризующая режим установившегося отслеживания скорости, Интегратор 19 преобразует кусочно-постоянную функцию (1) в кусочно -линейную, формируя тем самым требуемый профиль изменения скорости движения для расчетных значений момента сопротивления нагрузки и пара метров исполнительного двигателя (5). Сигнал О1я с выхода интегратора 19 подается на четвертый сумматор 20, где с равнивается с истинйой текущей скоростью Ое, поступающей с датчика 6 скорости. Сигнал разности, полученный в четвертом сумматоре 20, подается на вход релейного блока 21, который представляет собой реле с устанавливаемой зоной нечувствительности (см. прототип (2)).

Если истинная скорость Ug будет меньше требуемой расчетной Ощ, то релейный блок 21 выдает положительный сигнал на вход блока 22 управления. Поэтому сигналу блок 22 управления переводит суммирующий блок 3 из режима линейного суммирования в режим форсировки напряжения, и усилитель мощности выдает на вход исполнительного двигателя 5 максимально допустимое для него напряжение. Сигнал форсироки длится до тех пор, пока разность

Ое-Ом не станет равной заданной величине д, которая определяет зону нечувствительности релейного блока 21, Если же истинная скорость Ug превышает значение требуемой Ощ на величину д, то реле с зоной нечувствительности 21 выдает отрицательный сигнал на вход блока

22 управления, который переводит суммирующий блок 3 в режим выработки отрицательного формирующего напряжения, При этом усилитель 4 мощности подает на исполнительный двигатель 5 максималь10 но допустимое тормозящее напряжение до тех пор, пока разность Ug-U>g не войдет в зону д.

Если параметры исполнительного двигателя 5 с нагрузкой соответствуют расчет15 ным, то сигнал форсировки отсутствует

Формула изобретения

Нелинейная следящая система, содержащая исполнительный двигатель с нагрузкой, выход которого является выходом

20 системы и соединен с входом датчика скорости и вычитающим входом измерителя рассогласования по положению, суммирующий вход K0Topol0 является входом систЕмы по положению, выход датчика скорости

25 соединен с первым входом суммирующего блока, два других входа которого соединены с первым и вторым выходами нелинейного корректирующего блока, а выход измерителя рассогласования по положе30 нию соединен с входом рассогласования по положению нелинейного корректирующего блока, который содержит первый и второй масштабирующие блоки, входы которых

35 объединены и выход первого из которых соединен с суммирующим входом первого сумматора, выход которого через первое сигнум-реле соединен с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с первым входом второго суммато55 чен к выходу блока управления суммированием, вход которого через реле с зоной нечувствительности соединен с выходом четвертого сумматора, первый информаци- .. онный вход переключателя через интеграра, выход которого соединен с входом усилителя, выход второго масштабирующего блока соединен с суммирующим вхо. дом третьего сумматора, выход которого

45 соединен с входом первого нуль-органа. первый управляющий вход первого ключа объединен с управляющим входом переключателя, выход которого является первым выходом нелинейного корректирующего

50 блока, вычитающие входы первого и третьего сумматоров и суммирующий вход четвертого сумматора подключены к входу по скорости нелинейного корректирующего блока, второй выход которого подклю1Т83468

8и

jo

И 4å

Ту

М

7р тор соединен с вычитающим входом четвертого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, в нее введены усилитель мощности и измеритель рассогласования по скорости, э в нелиней- 5 ный корректирующий блок дополнительно введены блок пиковых детекторов, блок умножения, второй и третий нуль-органы, блок выделения модуля, второе сигнум-реле и второй ключ, суммирующий вход измерите- 10 ля рассогласования скорости является входом системы по скорости, вычитающий вход соединен с.выходом датчика скорости, а выход соединен с входом рассогласования скорости нелинейного корректирующего 15 блока, вход исполнительного двигателя с нагрузкой через усилитель мощности соединен с выходом суммирующего блока, вход рассогласования положения нелинейного корректирующего блока через третий нуль- 20 орган соединен с управляющими входамй переключателя первого ключа и блока пиковых детекторов, выход которого соединен с объединенными входами масштабирующих блоков и через блок выделения модуля — с первым входом блока умножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя, а выход — с входом интегратора, вход рассогласования скорости нелинейного корректирующего блока соединен с информационным входом блока пиковых детекторов и вторым информационным входом переключателя, выход первого сумматора черезъторой нуль-орган соединен с вторыми управляющими входами первого и второго ключей, выход третьего сумматора через второе сигнум-реле Соединен с информационным входом второго ключа, первый управляющий вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, 1783468

Корректор А.Мотыль

" Редактор

Заказ 4514 Тираж... Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул, Гагарина, 101 1

Составитель А, Родин

Теехред М.Моргентал