Устройство для автоматического управления инерционными объектами при ограничении управляющего воздействия

Устройство для автоматического управления инерционными объектами при ограничении управляющего воздействия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советснмк

Соцмалмстмчесннз

Респубнмн (61) Дополннтельное к авт. свнл-ву1р 334551 (22) Заявлено 17. 12. 79 (21) 2854042/18-24 с прнсоеднненнем заявим №вЂ” (231прнорнтет—

G 05 В 13/02

)еаудэрстееккый кемктет

СССР

IIo делам кэобретвнкк

II отерытнй (53) УДК62-50 (088. 8) Опубликовано 5.09.81. Бюллетень № 34

Дата онублмкованн» опнсанна 18 .09 .8 I (72) Автор изобретения

Ф.В.Фурман

Минский радиотехнический институт (71 ) 3 а я внтел ь (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ИНЕРЦИОННЫМИ ОБЪЕКТАМИ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ

УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к автомати ческому регулированию при наличии ступенчатых задающих воздействий, может быть применено для управления инерционными объектава1, например злек трическими приводами металлорежущих

S станков, динамика которых описывается дифференциальными уравнениями второго порядка беэ позиционного члена.

По основному авт.св. 1Р334551 иэ10 вестно устройство для автоматического управления инерционными объектами при ограничении управляющего воздействия, содержащее последовательно соединенные усилитель-преобразователь

$5. и исполнительный орган, выход которого соединен со входом объекта управления, выход которого соединен со вторым входом усилителя-преобразователя, на первый вход которого подается задающее воздействие, формирователь сигнала ошибки, входы которого соединены с соответствующими входами усилителя-преобразователя, а выход соединен с первым входом сумматора и входом дифференциатора, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого через триггер соединен со вторым входом исполнительного органа (1).

Недостатками устройства являются низкое быстродействие, так как. положение его линии переключения значительнс отличается от положения линии, оптимальной Qo быстродействйю, возникновение автоколебаний н возможность потери устойчивости из-за наличия в замкнутом контуре регулирования релей-. ного элемента.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве установлен блок запуска, дополнительный сумматор, блок реверса и последовательно соединенные ключ, амплитудно-импульсный преобразователь и одновибратор, выход которого соединен со вторым входом

864245 4 совмещены, и в предлагаемом устройстве указанные функциональные блоки могут бьть заменены одним функциональным блокам.

Блок запуска 13 по переднему фронту ступенчатого задающего воздействия запускает амплитудно-импульсный преобразователь 16, а также выдает импульс, открывающий ключ 15. Выходной сигнал ключа 15 пропорционален по амплитуде сигналу ошибки. Амплитудноимпульсный преобразователь 16 формирует импульс, длительность которо-. го линейно связана с амплитудой скачка задающего воздействия.

Одновибратор 9 по заднему фронту импульса с выхода амплитудно-импульсного. преобразователя 16 изменяет состояние триггера 7. В первоначальном состоянии триггер 7 обнулен. Блок реверса 12 формирует сигнал на втором входе исполнительного органа 2 с учетом знака сигнала ошибки.

Устройство работает следующим об- разом.

На вход устройства, r.e. на первые входы усилителя-преобразователя 3 и формирователя сигнала ошибки 4 подается ступенчатое задающее воздействие х

На вторые входы укаэанных блоков подается сигнал обратной связи с выхода объекта управления I. .В измерителе рассогласования 10 усилителя-преобразователя 3 задающее воздействие сравнивается с сигналом обратной связи и формируется сигнал ошибки, который затем, в случае необходимости, усиливается и преобразуется в соответствии с выбранным законом регулирования и блока усиления, преобразования и коррекции 14 и который затем подается на первый вход исполнительного органа 2. триггера, подключенного выходом ко второму входу исполнительного органа . через последовательно соединенные дополнительный- сумматор и блок реверса, второй вход дополнительного сумматора соединен с выходом амплитудно— импульсного преобразователя, управляющий вход блока реверса соединен с сигнальным входом ключа и выходом формирователя сигнала ошибки, первы 10 вход которого соединен со входом блока запуска, подключенного выходами к соответствующим управляющим входам ключа и амплитудно-импульсного пре образователя.

Блок-схема устройства представлена на чертеже.

Она содержит объект управления 1 исполнительный орган 2, усилительпреобразователь 3, формирователь сигнала ошибки 4, дифференциатор 5, сум20 матор 6, триггер 7, коммутатор 8, одновибратор 9, измеритель рассогласования 10,дополнительный сумматор

11, блок реверса 12, блок запуска 13, 25 блок усиления, преобразования и коррекции 14, ключ 15, амплитудно-импульсный преобразователь 16, задающее воздействие Х выходной сигнал сумматора 6, сигнал ошибки, Я, сигнал

Я р на выходе коммутатора 8.

Рассмотрим функции, выполня емые отдельными структур ными элементами устройства.

Формирователь сигнала ошибки 4 совместно с дифференциатаром 5 и 35 сумматором 6 управляет работой триггера 7. Усилитель-преобразователь 3 усиливает сигнал ошибки и подает на исполнительный орган 2, который изменяет состояние объекта управления 1.

Исполнительный орган 2 имеет характеристику типа "насыщение".

В состав усилителя-преобразователя 3 функционально входят измеритель рассогласования 10 и блок усиления 45 преобразования и коррекции 14, характеристики которого выбираются в зависимости от характеристик исполнительного органа 2 и объекта управ ления l, исходя из требований к дина- 50 мике регулирования. В простейшем случае, когда коэффициент передачи блока усиления, преобразования и коррекции 14 равен единице, усилительпреобразователь 3 и формирователь сигнала ошибки 4 становятся эквивалентными функциональными блоками, следовательно, их функции могут быть

Кроме того, в формирователе сигнала ошибки 4 задающее воздействие сравнивается с сигналом обратной связи и формируется сигнал ошибки Я который подается на сигнальный вход ключа 15. (По переднему фронту скачка задакицего воздействия блок запуска 13 открывает ключ 15 и запускает амплитудноимпульсный преобразователь 16. Амплитудно-импульсный преобразователь 16 формирует импульс отрицательной полярности, длительность. которого пропорциональна амплитуде сигнала на выходе ключа 15..

864245 6 .ния, tg получается решением сисгемы уравнений

Импульс с выхода амплитудно-нмпуль ного преобразователя 16 поступает через сумматор II, на первый вход которого поступасг нулевой сиг ал с триггера 7, на сигнальный вход блока реверса 12, которьп формирует сигнал Еф, полярность которого формируется в соответствии с полярностью сигнала ошибки, который подается на управляющий вход блока реверса 12 с выхода формирователя сигнала ошибки 4.

Сигнал Еф с выхода блока реверса

12 поступает на второй вход исполнительного органа 2. Управляющее воздействие на выходе исполнительного органа 2 формируется как сумма сигналов на его входах.

По заднему фронту импульса с выхода амплитудно †импульсно преобразователя 16 одновибратор 9 устанавливает триггер. ? в состояние "!". Выходной сигнал триггера 7 положительной полярности поступает|на первый вход сумматора 11, »а второй вход которого поступает нулевой сигнал с выхода амплитудно-импульсного .преобразователя 16. На выходе сумматора 11 в этом случае формируется сигнал положительной полярности, который затем поступает на сигнальный вход блока реверса

I2. В результате чего полярность управляющего воздействия на выходе исполнительного органа 2 меняется на противоположную. Блок запуска 13 повторно включается только при следующем скачке задающего воздействия. х, Мх+х, Х=Х„-1е 1, X =8 +1

М =-1 де х — скачок задающего воздей-: ствия

x — задающее воздействие до скачка, — коэффициент передачи амп-. литудно-импульсного преобразователя.

Из приведенных соотношений видна, что характеристика амплитудно-импульсного преобразователя 16 носит линейный характер.

Момент смены знака управляющего воздействия на выходе исполнительного органа 2 будет линейно эависить от скачка задающего воздействия. Учет запаздывания С объекта управления 1 не изменяет линейности характеристики амплитудно-импульсного преобразователя 16. Однако, на фазовой плоскости изменением величина запаздывания и.х 5 можно добиться, чтобы положение линии

30 переключения незначительно отличалось от оптимального.

Предложенное устройство обеспечивает переходные процессы, близкие к оптимальным по быстродействию. Это объясняется тем, что в закон управления вводится запаздывание объекта управления, которое учитывается в характеристике амплитудно-импульсного преобразователя 16 ° Введение за4р паздывания в закон управления позволяет получить линию переключения, по положению незначительно отличающуюся., от оптимальной.

Использование предложенного устройства для управления электропривоводами станков, динаьйку которых можно описать дифференциальным уравнением второго порядка без позицион° а Ф ного члена x +x d, позволит в три раза увеличить их производительность за счет повышения быстродействия устройства на пять процентов сравнительно простыми аппаратурныьы редсгвами.

as

В дальнейшем управляющее воздействие на выходе исполнительного органа

2 будет линейно зависеть от сигнала ошибки, поступающего с выхода усилителя-преобразователя 3.

Я

Момент t смены знака управляв1 щего воздействия будет определяться характеристикой амплитудно-импульсно" го преобразователя 16 и для объекта, описываемого выражением х х Д, будет линейно зависеть от величина задающего воздействия.

При этом t --й, + С;, где. + - пос тоянное запаздывание объекта управлеВ момент, когда комбинация О=K f+

+k (сигнала ошибки и его производной ,станет меньше заранее заданной величины, триггер 7 переключается в состояние "О" по сигналу с сумматора 6.

В этом случае сигнал Я ф станет равен нулю.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления инерционыви объектамн при ограничении управляющего воздей ствия по авт.св. В 334551, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия, в нем установлены блок запуска, дополнительный сумматор, блок реверса и последовательно соединенные ключ, амплитудно-импульсный преобразователь и одновибратор, выход которого соединен со вторым входом триггсра, подключенного выходом ко второму входу исполнительного органа через последовательно соединенные дополнительный сумматор и блок .реверса, второй вход дополнительного суммато864245 ра соединен с выходом амплитудноимпульсного преобразователя, управляющий вход блока реверса соединен с сигнальным входом ключа и выходом формирбвателя сигнала ошибки, первый вход которого соединен со входом блока запуска, подключенного выходами к соответствующим управляющим входам ключа и амплитудно-импульсно10 го преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

Ф 334551; кл. G 05 В 13/02, 1971

15 (ПРОТОТИП) .