Устройство для автоматического управления
Патент 868699
Авторы
Классы МПК
Устройство для автоматического управления
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ. Св ЕТЕЛЬСТВУ
Сеюз Советских
Соцналнатнчесиик
Республнк («)868699 (61) Дополмительмое к авт. саид-ву 9 442456 (22) 3аявлено 250180 (21) 2875335/18-24 с присоедмнемием заявки йо (23) Приоритет
Опубликовано 300981. Бюллетень Но 36
Дата опубликования описания 300981 (51)PA. Кл 3
G 05 В 11/16
ГосударстаенныЯ «оюнтет
СССР ао делам нзобретеннб н от«рытнй (53) УДН62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения
Е.Г.Извольский, В.П.Кузин и Е.М.Табачный
Московский ордена Ленина авиационный институт имени Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Изобретение относится к кваэиоптимальному по быстродействию управлению колебательным линейным объек том второго порядка, уравнение которого имеет вид у + а у + а у = К0, где у — регулируемая координата;,О— входная координата; К вЂ” коэффициент передачи объекта; Wag — собственная частотат = а„ /2 — параметр затухания, с помощью сервомотора постоянной скорости, может найти применение при управлении технологическими процессами в цветной металлургии, при. построении автопилотов пилотируеьаах и беспилотных летательных аппаратов и .авторулевых надводных и подводных кораблей, судов на воздушной одушке.
По основному авт. св. В 442456 известно устройство для автоматического управления, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый релейный усилитель, сервомотор и измеритель его выходной величины, а также измеритель -и задатчик регулируемой величины, связанные со входом элемента сравнения, первый дифференциатор, выход которого через выпрямитель подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с измерителем выходной
1ИУличины сервомотора, а выход — с первым входом суьеюатора, второй дифференциатор и второй сумматор, входы которого соединены с выходами элемента сравнения непосредственно и через дифференциатор первый выход ьторого сумматора связан со вторым входом первого сумматора, а второй выход— со входом первого днфференциатора
1О <,>
Недостатком известного устройства является его низкое быстродействие при отработке ступенчатых задающих воздействий, 15 Цель изобретения — повышение . быстродействия устройства при отработке ступенчатых задающих воздействий.
Поставленная цель достигается тем,20 что в устройстве дополнительно установлен второй релейный усилитель, причем выход измерителя выходной величины сервомотора соединен со вторым входом блока умножения через вто25 рой релейный усилитель.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — фазовый портрет устройстват на фиг. 3 — результаты моделиро3Q вания устройства.
868699
Устройство включает первый сумматор 1, первый релейный усилитель
2, сервомотор 3, элемент 4 сравнения, задатчик 5 выходной величины объекта, измеритель 6 выходной величины объекта, первый дифференциатор 7, второй сумматор 8, второй дифференциатор 9, блок 10 умножения, выпрямитель 11, измеритель 12 выходной веI личины сервомотора, объект 13 и второй релейный усилитель 14.
На Фиг. 2 и 3 обозначены у и у
1 соответственно выходная величина объекта 13 и ее первая производная; Й— значение относительной ошибки; g— нормированное ступенчатое задающее воздействие; Π— Функция переключения; - производная сигнала ошибки устройства.
Устройство работает следующим образом.
При подаче ступенчатого задающего, сигнала g эадатчик 5 выходной величины объекта вьщает на элемент 4 сравнения сигнал, который сравнивается с сигналом у, идущим с измерителя 6 выходной величины объекта. С выхода элемента сравнения сигнал ошибки (рассогласования) Я = у — у подается на один из входов второго сумматора
8 и на вход второго дифференциатора
9. С выхода второго дифференциатора
9 сигнал первой производной подается на второй вход второго сумматора
8, на выходе которого формируется сигнал„ пропорциональный Ey d.E,,подаваемый на первый вход первого сумматора 1 и на вход первого дифференциатора 7. С выхода первого дифференциатора 7 сигнал сЯ+ Е подается на вход выпрямителя 11. Сигнал/о 9+ Я/ с выхода выпрямителя 11 идет на первый вход блока 10 умножителя. На второй вход блока 10 умножителя приходит сигнал С sign@ с выхода второго релейного усилителя 14, на вход которого подается сигнал с измерителя 12 выходной величины.сервомотора. После перемножения сигналов в блоке 10 умножения,сигнал, пропорциональный
/j+ j/С signp, с выхода блока 10 умножения подается на второй вход первого сумматора 1, где и Формируется закон управления 4cI :Î в в 2кЕр
"ъ д, (< z < + a4 + Е ) о= Е оР 4=Я (1) где ° причем на последнем интервале движе ние к началу координат происходит по нулевой фазовой траектории (фиг. 2, траектория CFO) .
В случае близкого к оптимальному по быстродействию управления колеба40 тельным объектом движение должно происходить за два интервала управления и интервал скользящего движения, в течение которого координаты у. прихо дят к асимптотически устойчивому положению равновесия у„. = 0 в соответ-
В соответствии с законом. Управления (1) происходит переключение первого релейного усилителя 2, управляющего движением сервомотора 3. Сервомстор 3 перемещает орган управления, воздействующий на объект, и обеспечивает приведение выходной. величины объекта 13 к заданному значению.
Динамика системы автоматического управления, в составе которой работает предлагаемое устройство, описывается следующей системой уравнений: уравнение объекта у+а.4 у+а у=К,((2) уравнение .ошибки Я =g -- у (3) уравнение приводаф =К - sign 8 (4) уравнение функции
Р переключения (7 = (g, j,, Q ) (5), где y< — выходная величина объекта
13;
К вЂ” коэффициент передачи объекта 13;.
P — выходная величина сервомото10 ра 3;
К вЂ” коэффициент передачи привоР да (сервомотора 3 с первым релейным усилителем 2);
g — ступенчатое задают.ее воздей-. ствие.
Выходная величина у объекта и ее ( первая yz и вторая у производные для указанной выше системы принимают значения
Проекции фазовых траекториЯ описанной выше системы на плоскость у, у представляют собой логарифмичесs
ЗО кие спирали с фокусами, расположенными в точке (-1; О) при sign(7= +1 и в точке (+1; О) при зщпб = -1. При отработке устройством ступенчатых управляющих воздействий g эксивалентЗ ные начальные, условия в уравнениях (2)" (5) имеют вид и, соответственно, выходная величина
40 объекта и ее производные равны си. Qg 1, =3 о; в,,* — „О в>
Р
Оптимальйая по быстродействию от4 работка таких начальных условий происходит за три интервала управления в подпространстве монотонных процессов 6= const и определяется условием
s E =вЧв(в,+ g ):-в,,в,1
868699 ствии с 4 = О. Для этого необходимо, чтобы движение системы при отработке .наскальных условий {7) происходило в области 8 = const, было ограничено нулевой фазовой траекторией (например, CFOLM для случая ц Ъ О) и чтобы в окрестности начала координат выполнялись необходимые и достаточные условия существования скользящего режимабО (О, а движение в = О было устойчивым f×4 o(.
tO
Рассматривая закон переключения в виде (=ЫE+9)i (КЕ+ Е/ й, ((О) где Й и aL — неизвестные, 15 и определяя В иц(.исходя из необходимости выполнения перечисленных усло-. вий, можно найти, чтос =2/aq, к=
cI2kt I 26
Следовательно, алгоритм переключения должен обеспечивать квазиоптимальную
:по быстродействию отработку ступенчатых задающих воздействий, причем независимо от параметра К. 30
На фиг. 3 приведены результаты цифрового и аналогового (с реальным блоками умножения, дифференцирования, выпрямления и с реальными релейныии усилителями) моделирования описанной вью систеьы управления согласно уравнениям (2)-(5) с предлагаемым устройством для управления, реалиэующнм закОн переключения (10) . Графики определяют значение относитель" ной ошибки f = — = = — в системе (2-)-(5) с законом переключения (10) в тот момент, когда оптимальный по быстродействию процесс (в гипотетической строго оптимальной системе) отработки нормированного ступенчатого задающего воздействиями=- Я д заканчивается (Е/1, / = О) . .P
Указанные графики характеризуют близость переходных процессов к оптимальным по быстродействию и Ьоэволяют определить интервал задающих воздействий, отрабатываемых с ошибкой менее 10% за минимально воэможное время (e > e ". фиг. 3).
Конструкция предлагаемого устройства позволяет повысить его быстродействие почти на 0,4II по сравнению с известным.
Формула изобретения устройство для автоматического управления по авт. св. 9 442456, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устрой" ства при отработке ступенчатых задающих воздействий, в нем дополнительно установлен второй релейный усилитель, причем выход иэмерителя выходной величины сервомотора соединен со вторым входом блока умноже-. ния через второй релейный усилитель.
Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 442456, кл. G 05 В ll/16, 1973.
868699
У,Ч
08
01
Ю
Составитель Ю.Гладков
Редактор И.Михеева Техред Т.Маточка Корректор Г.Назарова
Заказ 8326/68 Тираж 943 Подписное
BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4