Способ коррекции систем автоматического регулирования

Способ коррекции систем автоматического регулирования

Реферат

 

Изобретение относится к нелинейной коррекции динамических свойств систем автоматического регулирования и может быть использовано в автоматических системах с управлением от вычислительных машин. Способ основан на формировании управляющего сигнала объекта управления путем суммирования сигнала ошибки регулирования и сигнала, пропорционального произведению скорости регулирования на второй сигнал, изменяемый в момент достижения ошибкой регулирования заданного значения, пропорционально заданному приращению коэффициентов характеристического уравнения замкнутой системы. 3 ил.

Изобретение относится к нелинейной коррекции динамических свойств систем автоматического регулирования и может быть использовано в автоматических системах с управлением от вычислительных машин.

Известен способ коррекции систем регулирования, основанный на формировании корректирующего сигнала отрицательной обратной связи по скорости выходной координаты и суммировании его с форсирующим сигналом, пропорциональным произведению сигналов ошибки и скорости выходной координаты, и с сигналом ошибки [1] Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ коррекции автоматических систем [2] основанный на формировании корректирующего сигнала отрицательной обратной связи по скорости выходной координаты и суммировании его с ошибкой регулирования и с сигналом, равным произведению сигнала, пропорционального скорости выходной координаты, на второй сигнал, пропорциональный ошибке регулирования. При этом переходный процесс формируют с момента достижения выходной координатой заданного значения.

Известные способы нелинейной коррекции систем автоматического регулирования не позволяют точно сформировать переходный процесс из-за наличия в форсирующем сигнале переменной величины, пропорциональной ошибке регулирования.

Целью изобретения является повышение точности формирования переходного процесса за счет исключения в форсирующем сигнале переменной величины, пропорциональной ошибке регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что формируют управляющий сигнал объекта управления путем суммирования сигнала ошибки регулирования и сигнала, равного произведению сигнала, пропорционального скорости выходной координаты, на второй сигнал, причем формируют переходный процесс с момента достижения выходной координатой заданного значения. Для повышения точности формирования переходного процесса второй сигнал произведения формируют пропорциональным требуемому приращению коэффициентов характеристического уравнения замкнутой системы.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что второй сигнал произведения формируют пропорциональным требуемому приращению коэффициентов характеристического уравнения замкнутой системы. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". В известных технических решениях коэффициенты характеристического уравнения замкнутой системы изменяются в функции ошибки, которая, в свою очередь, является функцией времени. Это приводит к тому, что настроенный в начале коэффициент характеристического уравнения на заданный переходный процесс изменяется при движении системы и в результате получается не заданный переходный процесс, а отличный от него. В предлагаемом же изобретении настраиваемый коэффициент характеристического уравнения зависит от сигнала, не зависящего от времени или изменяющегося по заданной программе, что обеспечивает повышение точности формирования переходного процесса. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "cущественные отличия".

На фиг.1 приведена блок-схема автоматической системы с коррекцией, осуществляемой по предлагаемому способу; на фиг.2 кривая переходного процесса, сформированного по предлагаемому способу; на фиг 3. кривая переходного процесса, сформированного по прототипу.

Система содержит элемент сравнения 1, входы которого подключены к задатчику перемещения 2 и к выходу объекта управления 3, а выход соединен с первым входом сумматора 4 и первым входом компаратора 5. Второй вход сумматора 4 соединен с выходом блока умножения 6, первый вход которого соединен через дифференцирующее звено 7 с выходом объекта управления 3, а второй вход через ключи 8 с задатчиками коэффициентов 9. Первый выход компаратора 5 соединен с управляющим входом первого ключа 8. Второй и третий выходы компаратора 5 соединены через элемент ИЛИ 10 с управляющим входом второго ключа 8. Второй вход компаратора 5 соединен с выходом задатчика 11 момента переключения.

Кривыми 12 и 13 изображен переходный процесс, когда система находится на границе устойчивости (предельное быстродействие).

Кривой 14 изображен переходный процесс, полученный по предлагаемому способу. В начальной стадии процесса кривые 12 и 14 совпадают.

Кривой 15 изображен переходный процесс, полученный по способу, описанному в прототипе.

В начальной стадии процесса кривые 13 и 15 разошлись, это и есть неточность формирования переходного процесса.

Автоматическая система по предлагаемому способу работает следующим образом.

На первый вход сумматора 4 поступает сигнал ошибки , снимаемый с элемента сравнения 1. На второй вход сумматора 4 поступает сигнал, пропорциональный произведению угловой скорости вращения снимаемого с дифференцирующего звена 7, и сигнала от задатчика коэффициентов 9. Подключение задатчиков 9 происходит ключами 8 в зависимости от соотношения сигнала ₃, снимаемого с задатчика 11 момента переключения, и сигнала пропорционального ошибке регулирования. Если > ₃, то включается первый ключ 8 и подключается первый задатчик коэффициентов 9 с коэффициентом ₁. Если _{1 3}, то включается второй ключ 8 и подключается второй задатчик коэффициентов 9 с коэффициентом ₂.

Таким образом, в зависимости от соотношения величин и ₃произведение на выходе блока умножения 6 будет разное ( ₁ или ₂ ), а это приведет к тому, что характер переходного процесса также будет меняться.

Более подробно действие системы покажем с помощью уравнений.

Предположим, что объект управления 3 описывается дифференциальным уравнением: (а₂p³ + а₁p² + а_оp)S(p) K_oU_y(p), где а_о, а₁, а₂ коэффициенты характеристического уравнения; S перемещение; К_о коэффициент; U_y сигнал задатчика перемещения 9; p оператор Лапласа, а остальные уравнения запишем согласно структурной схеме (фиг.1): U_y(p) (p) + (p), где (р) PS(p), (p) S₃(p) S(p), ошибка перемещения; коэффициент (задатчиков коэффициентов 9); S_з заданное перемещение.

Решая эту систему уравнений относительно входной и выходной величин, получим: [a₂p³ + a₁p² +(a_o +K_o )p + K_o]S(p) K_oS_з(p) характеристическое уравнение будет: a₂p³ + a₁p² +(a_o + K_o ) p+ K_o 0 Согласно критерию устойчивости Гурвица, система будет находиться на границе устойчивости (предельное быстродействие) при положительных коэффициентах характеристического уравнения, если а₁(а_о + К_о )= а₂К_о, отсюда требуемый коэффициент ₁= .

Чтобы переходный процесс был монотонным (система устойчивая), необходимо выполнение условия а₁(а_о К_о ) >> a₂K_o, а это можно достичь увеличением коэффициента , т.е. ₂ > > ₁.

В начальной фазе отработки задающего сигнала первый ключ 8 замкнут, так как выполняется условие > ₃, и на выходе блока умножения 6 появляется сигнал, пропорциональный произведению скорости выходной координаты на ₁. В этом случае система должна находиться на границе устойчивости, происходит разгон с предельной скоростью (фиг. 2, кривая 12 при t < t₁). Как только ошибка достигает заданной величины ₃(t t₁), первый ключ 8 отключается, включается второй ключ 8, и на выходе блока произведения 6 будет сигнал ₂ Коэффициент характеристического уравнения замкнутой системы а_о + К_{о 2} увеличивается и переходный процесс становится монотонным (фиг.2, кривая 14 при t > t₁). Если в характеристическом уравнении вместо коэффициента . поставить ошибку как это сделано в прототипе, то в начальной фазе отработки задающего сигнала (при t < t₁) коэффициент характеристического уравнения (а_о + К_о ) будет изменяться за счет того, что при движении системы уменьшается. А это приведет к тому, что система будет двигаться не по кривой 13, как нам хотелось, а по кривой 15 (см.фиг.3).

Таким образом, использование предлагаемого способа коррекции дает возможность повысить точность формирования переходного процесса. Предложенный способ наиболее легко реализуется при управлении приводом от вычислительной машины.

Формула изобретения

СПОСОБ КОРРЕКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, при котором управляющий сигнал создают путем суммирования сигнала ошибки регулирования и сигнала, пропорционального произведению скорости регулирования на второй сигнал, отличающийся тем, что указанный второй сигнал формируют в виде сигнала, изменяемого в момент достижения ошибкой регулирования заданного значения, пропорционально заданному приращению коэффициентов характеристического уравнения замкнутой системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3