Следящая система

Следящая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик у ,l:.- . г

3 « «

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 181180 (21) 3220891/18-24

f$g) + gg 3

G 05 В ll/16 с присоединением заявки № "

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070782.Бкзллетень ¹ 25

Ф

Дата опубликования описания (53) УДК 62. .50 (088.8) (72) Автор изобретения

А.П.Пашкевич

Г

1

1 а,". с: „ . Р минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к автоматике н предназначено для использования в следящих системах, системах стабилизации метательных аппаратов, в при" водах проьышленных роботов-манипуляторов и металлорежущих станков, в электронно-лучевых установках, сварочных и чертежных машинах, в фотолитографическом оборудовании, автоматических компенсаторах и т.д.

Известна следящая система, содержащая последовательно соединенные первую схему логического сложения, сбъект управления, нелинейный преобразователь, дифференциатор, вторую схему логического сложения и первое рзле, контакты которого подключены ко входу первой схемы логического сложения непосредственно и через контакты второго реле, вход которого соединен с выходом объекта управле ния (1) ., Недостатком такой системы является низкая точность, обусловленная неустойчивостью системы в окрестности положения равновесия.

Наиболее близкой ло технической сущности.к предложенной является следящая система, содержащая последова-. тельно соединенные элемент сравненйя, сумматор, исполнительный привод, объект управления, дифференциатор и ,функциональный преобразователь, выход которого подлючен ко второму входу сумматора, выход объекта управления соединен с вычитающим входом элемента сравнения (21., Недостатком известной системы Яв1п ляется низкая точность. Это объясняегся неустойчивостью и наличием автоколебаний в окрестности заданного .состояния.

Пель изобретения — повьииение точности системы за счет введения в окрестности .тюдожения равновесия зоны линейности и обеспечения его устой чивости.

Поставленная цель достигается тем, 2О что в систему, содержащую исполнительный механизм, подключенный к объекту, выход которого соединен со вто

pm входом первого измерителя рассогшсования, а через последовательно". соединенные дифференциатор, функцнсвальный преобразователь, первый сухьатор — со входом первого сигиум-реле, второй вход первого сумматора соединен с выходом первого измерителя расскзгласования, введены первый усилитель, последовательно соединенные

941925 второй усилитель, вторсф кзмеритель рассогласования, гпервый блок ограничения, второй сумматор к второй блок ограничения, а также последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, третий сумматор, 5 орое скгнум-реле, четвертый сумматор и трехпозиционйое реле, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, вход второго функционального преобразователя соединен, 10 с выходом дифференциатора, а через первый усилитель - со вторым входом второго измерителя рассогласования, второй вход третьего сумматора соединен 0 выходом первого измерителя рассогласования и входом второго усилителя, а выход второго блока ограничения соединен со входом исполнительного механизма, причем выход пэрвого сигнум-реле соединен со вторым входом четвертого сумматора.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы; .на фиг. 2 - схема функцио нального преобразователя.

Система содержит первый измеритель 1 рассогласования, усилитель 2, второй измеритель 3 рассогласования, первый блок 4 Ограничения, второй сумматор 5, второй блок ограничения

6, исполнительный механизм 7, объект управления 8, дифференциатор 9,. пер- 30 няй функциональный преобразователь

10, первый сумматор 11, первое сигнум-реле 12, второй функциональный преобразователь 13, третий сумматор

14, второе .сигнум-реле 15 четвер- M тый сумматор 16, трехпозиционное реле

17, усилитель 18 °

Ниже рассмотрены фунции, выполняемые отдельными структурными элементами. Первый измеритель рассогласо- 40 вания 1 формирует сигнал ошибки.

Дифференциатор 9 вычисляет скорость изменения выходной координаты объекта управления 8. На основе этой.ин формации усилители 2- 8, второй изме" 4 ритель 3 рассогласования и первый блок 4 ограничения формируют алгоритм линейного управления. Алгоритм релейного управления формируется функциональными преобразователями .

10.и 13, сумматорами 11, 14 16 двумя сигнум-реле 12 и 15 и трехпозици окна реле 17. Функциональные преоб» разователи выполняются по диодной сзгеме с суммированием токов на операционном усилителе (фиг. 2) . Один сперационный усилитель использовак для инвертирования входного сигнала.

В схеме использованы операционные усилители К?УТ401В к германиевые диоцы ГД507А. 60 .принцип действия схемы основан на кусочно-линейной аппроксимации заданной зависимости и представлении ее в.виде суммы слагаемых, каждое иэ которых реализуется отдельной диодной65 ячейкой. Каждая диодная ячейка реадгзует одну кусочно-линейную функцию, Структурные элементы 10, ll. к 13, 14 гроизвЪдят вычисление двух нелинейНых функций от ошибки и скорости из мнения выходной координаты, а сиг- .нум-реле 12 и 15 определяют их знак.

Сумматор 16 и трехпозиционное релю 17 в зависимости от соотношения знаков вычисленных .функций, подают на второй вход сумматора 5 сигнал постоянный положительной или отрицательной полярности либо равный нулю, Сумматор 5 вместе со вторым блоком 6 ограничения объединяют сигналы, поступающие с контуров релейного линейного управления, и формируют на входе ис° ãþëíHòåëüHîãî механизма 7 управляющее воздействие требуемой величины и знака- Исполнительный механизм 7 воздействует на объект управления 8 и соответствующгщ образом изменяет его состояние, Измерители рассогласования l и 3, усилители 2 и 8, сумматоры 5, ll, 14, 16, функциональные преобразователи

10 и 13 реле 12, 15 и 17 и блоки ограничения 4 и 6 могут быть выполнены на серийно выпускаемых интегральных микросхемах (операционных усилителях, компараторах и т.д.). В качестве дифференцкатора 9 может быть использован тахогенератор. Исполнительный механизм 7 — электрический или электрогидравлический, в зависимости от типа управляемого объекта °

Система реализует релейно-линейный ,алгоритм управления следующего вида

U sa< (set(Sat(C Е + Ст Е ) М sgn (E+ F+(9)) t

+M span(E+P (0)jJ) где U сигнал на входе исполнительного привода 7;

Е - ошибк а;

- скорость изменения выходной координаты объекта 8;

Ф>1 - некоторое число;

" F - характеристики функциональных преобразователей 10 и 13, причем Р+(ч) Р (v); с" ст— коэффициенты передачи усилителей 2 и 18.

Система работает следующим обраsoM.

В исходном состоянии выходная координата объекта управления 8 равна сигналу на первом входе первого элемента сравнения 1, а ошибка и скорость изменения выходной координаты, формируемые, соответственно измеритежм рассогласования 1 и дифференциатором 9, равны нулю. Поэтому на входи,четвертого сумматора 16 поступаае разнополярные сигналы и трехпозиционное реле 17 находится в среднем

941925 (нулевом ) состоянии. Стабилизация исходного состояния осуществляется за счет контуров линейного управления по положению скорости. При этом управляющее воздействие, равное линейной комбинации ошибки и скорости, формируется первым и вторым измерителем рассогласования 1 и 3, усилителями 2 и 18, блоками ограничения

4 и б, сумматором 5.и дифференциатором. 9. Коэфициенты линейного управле- о ния выбираются так, чтобы обеспечить устойчивость замкнутой системы.

При скачкообразном изменении значения входного воздействия ошибка системы становится отличной от нуля.

Поэтому первый блок 4 ограничения переходит в режим насыщения и на первый вход второго сумматора 5 поступает постоянный сигнал, совпадающий по знаку с ошибкой. Сигнал ошибки 20 через сумматоры 11 и 14 поступают также на сигнум-реле 12 и 15. Поэтому на входы сумматора 16 поступают однополярные сигналы и трехпозиционное реле 17 подключает ко второму входу 25 второго сумматора 5 постоянное напряжение, совпадающее по знаку с ошибкой.

В результате выходная величина второго сумматора 5 оказывается достаточной для того, чтобы перевести в насы-g(} щение второй блок б ограничения, и на исполнительный привод 7 подается управляющее воздействие постоянной амплитуды, соответствующее первому интервалу релейного управления.

По мере отработки заданного рассогласования ошибка уменьшается, а скорость изменения выходной координаты увеличивается. Поэтому наступает момент, когда входная величина блока 4Q ограничения 4 изменяется настолько, что он работает на линейном участке статической характеристики. Однако изменение управляющего воздействия, поступающего на исполнительный привод 45

7, не происходит, так как ++ трехпозиционного реле 17 выбирается по крайней мере в два раза больше, чем максимальный сигнал блока ограничения 4. В результате к концу первого интервала релейного управления элемент 4 вновь входит в насыщение,, но уже по другой ветви статической характеристики.

Смена знака релейного управления происходит тогда, когда меняет знак один из сигналов, формируемых функциональными преобразователями 10 и 13, сумматорами 11 и 14 и сигнум-реле

12 и 15. При этом трехпозиционное реле 17 переключается в среднее состо- 60 яние, сигнал на втором входе второго сумматора 5 становится равным нулю и элемент б переходит в тот же режим, что и элемент 4. Поэтому на вход исполнительного привода 7 поступает! постоянное управляющее воздействие другого знака, соответствующее второму интервалу релейного управления, Перевод системы с релейного управления на линейное происходит в момент,,когда выходят из насыщения элементы

4 и б. Дальнейшая доводка объекта 8 до заданного состояния осуществляется линейным управлением.

Характеристики функциональных пре-, образователей 10 и 13 выбираются. таким образом, чтобы линия переключений релейного управления совпадали с фазовыми траекториями, происходящими через заранее выбранные точки второго и четвертого координатных углов плоскости ошибки и ее:производной. Эти точки, в свою очередь, выбираются так чтобы заключительный участок переход-. ного процесса, соответствующий линейному управлению, отвечал заданным требованиям качества. Поэтому переходный процесс в предложенной системе состоит из двух участков, первый из которых (релейный) соответствует оптимальному по быстродействию движения в заданную точку фаэовой плоскости, а второй (линейный) — гладкому затуханию процесса в окрестности положения равновесия.

Применение данной системы в стан.ках с программным управлением, приводах роботов-манипуляторов и т.д. позволяет повысить их производительность и.ул.;чшить качество выпускаемой продукции (за счет более точного соблюдения технологических режимов).

Система отличается простотой настройки, надежностью работы и обеспечивает устойчивость заданного состояния объекта. Применение ее для управления движением координатного стола фотолитографической установки позволяет.довести точность позиционирования до долей мкм.

Формула изобретения

Следящая система, содержащая исполнительный механизм, подключенный к объекту, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя рассогласования, а через последовательно соединенные дифференциатор, функциональный преобразователь,.первый сумматор — c входом первого сигнум-реле, второй вход первого сум.-. матора соединен с выходом первого измерителя рассогласования, о,.т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы в нее введены первый усилитель, последовательно соединенные второй усилитель, второй измеритель рассогласования, первый блок ограничения, второй сум. матор и второй блок ограничения, а также последовательно соединенные

941925 второй функциональный преобразователь, третий сумматор, второе сигнум-. реле, четвертый суьиатор и трехпозиционное реле, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, вход второго функционального преобразователя соединен с выходом дифференциатора, а через первый усилитель - с вторыч входом второго измерителя рассогласования; второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого iO измерителя рассогласования и входом второго усилителя, а .выход второго блока ограничения соединен с входом и:цолнительного механизма, причем ияход первого сигнум-реле соединен с вторым входом четвертого сумматора.

Источники информации, гринятые во внимание при экспертизе

1. Синтез позиционных систем программного управления. Под ред. A.Вавылова. Л., Машиностроение ., 1977, с. 183.

2. Павлов А.A. Синтез релейных

Систем, оптимальных по быстродействию.

М., Йаука, 1966, с. 98-102 (прототип) .

941925

Составитель В.Грибова

Техред К.Июцьо Корректор И.Нуска

Редактор П.Коссей

Эаказ 4836/35 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35 Раувккая наб., д. 4/5

Ю ЙВ Ю

Филиал ППП "Патент", r. Ужгороду Ул Проектнаяю 4