SU960731A1 - Самонастраивающийс регул тор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматическому управлению и может быть ис-i пользовано дл  управлени  электроприводами , регулируемыми по току, скорости и положению, с повышенными Требовани ми к точности, быстродействию и стабильности динамических характеристик, в которых в процессе работы имеет место изменение пара-г .метров, в частности электромеханической посто нной времени: в станкостроении , в системах автоматического управлени  приводами металлорежущих станков, в роботостроении в системах автоматического управлени  приводами рабочих органов манипул ционных роботов и др.

Известен самонастраивающийс  регул тор , состо щий из последовательно соединенных задатчика, эталонной модели, измерител  ошибки, блока дифференцировани , усилител  с ограничением и сумматора, второй вход которого соединен с выходом задатчика , а выход - с входом управл емого объекта, выход которогоподключен к в-торому входу измерител  ошибки 11.

Недостатком такого регул тора  вл етс  наличие блока дифференцировани , реализаци  которого предусматридает получение производных выходной координаты управл емого объекта вплоть до (п-1)-й, где п пор док объекта. ПриИспользовании реальных дифференциаторов такой регул тор может стать неработоспособным , во-первых, из-за- вли ни  собственной динамики дифференциа10 торов на устойчивость адаптивных процессов, во-вторых, ввиду присутстви  измерительных шумов в выходной координате.

15

Наиболее близким техническим решением к изобретений  вл етс  микросхемное устройство дл  управлени  электроприводом, содержащее первый интегратор, первый сумматор, второй

20 сумматор и последовательно соединенные эталонную модель, измеритель ошибки, масштабный усилитель и нелинейный элемент, второй и третий входы масштабного усилител  под25 ключены соответственно к выходу нелинейного элемента и второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом первого интегратора, а первый вход - со вторым входом измерител  ошибки 2. Недостатком данного устройства  вл етс  ограниченный диапазон изме нени  параметров управл емого объек та (примерно 10-кратный), при котором гарантируетс  работоспособность этого устройства. Это объ сн етс  тем, что при большей кратности изменени  параметров, что характерно главным образом дл  .контурного коэффициента усилени  объекта, оценивание производной измер емой коор данаты, обеспечиваемое совместной работой первого и второго сумматоров и интегратора, становитс  слишком неточньлм, что преп тствует нормальному функционированию устройств Цель изобретени  - расширение области применени  данного устройст ва путем обеспечени  его работоспособности в услови х, когда контурны коэффициент усилени  управл емого объекта измен етс  в широком диапазоне (в дес тки раз), Такого рода нестационарность характерна, вчаст ности, дл  систем управлени  электр приводов с глубоким регулированием возбуждени  двигател  и переменным моментом инерции, например электроприводов прокатных станов и главных приводов металлорежущих станков. Так, при 10-кратном изменении поток возбуждени  в 3-5-кратном изменении приведенного момента инерции (напри мер за счет переключени  передаточного числа редуктора) привода главного движени  станка электромехани ческа  посто нна  времени и общий коэффициент усилени  контура регулировани  скорости вращени  измен ютс  в 30-50 раз. Указанна  цель достигаетс  тем, что регул тор содержит второй интег ратор и последовательно соединенные первый блок умножени , третий интег ратор, второй блок умнохсени , выход которого через последовательно соединенные второй сумматор и второ интегратор подключен ко второму вхо ду первого сумматора и второму вход первого интегратора, первый вход которого соединен с первым входом первого блока умножени  и со вторым входом второго сумматора, выход со вторыми входами первого и второго блоков умножени  и с третьим своим входом, четвертый вход - со входом эталонной модели. Введенные блоки обеспечивают сохранение точности оценки производ ной измер емой координаты при глубоком изменении контурного коэффициента усилени  управл емого объекта и тем самым сохранение в указанных услови х работоспособности всего устройства в целом. Первый интегратор, второй блок умножени , второй сумматор и второй интегратор вместе с соответствующими св з ми в совокупности образуют настраиваемую модель управл емого объекта (возможность эквивалентного представлени  системой второго пор дка , характерна дл  многих систем, в частности дл  унифицированных электроприводов с подчиненным регулированием переменных). При изменении контурного коэффициента усилени  объекта первый блок умножени  и третий интегратор осуществл ют автоматическую настройку коэффициента передачи второго блока умножени , дл  чего используетс  вырабатываемый первым сумматором сигнал рассогласовани  между измеренным значением выходной координаты объекта и ее оценкой. Благодар  такой автоматической настройке и сохран етс  точность оценки производной, сигнал по которой формируетс  на выходе второго сумматора. На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого самонастраивающегос  регул тора. Предлагаемый самонастраивающийс  регул тор, имеющий входы 1 и 2 и выход 3, содержит последовательно соединенные эталонную модель- 4, вход которой подключен ко входу 1, измеритель 5 ошибки, второй вход которого соединен со входом 2, масштабный усилитель б, выход которого подключен к выходу 3, и нелинейный элемент 7, выход которого соединен со вторым входом масштабного усилител  6. Далее регул тор содержит последовательно соединенные первый сумматор 8, вход которого подключен ко входу 2, первый интегратор 9, второй вход которого соединен со входом 1, второй блок 10 умножени , второй сумматор 11, второй вход которого присоединен к выходу сумматора 8, а выход - к третьему входу масштабного усилител  б, и второго интё:гратора 12, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора 8 и третьему входу первого интегратора 9, четвертый вход которого соединен с его выходом, а также; последовательно соединенные первый блок 13 умножени , входы которого подключены к выходам соответственно .первого сумматора 8 и первого интегратора 9, и третий интегратор 14, выход которого подключен ко второму входу второго блока 10 умножени . Эталонна  модель 4 может быть реализована, например,, в виде пассивного НС-фильтра, измеритель 5 ошибки, масштабный усилитель 6, сумматоры 8 и 11 и интеграторы 9, 12 и 14 - на операционных усилител х , например, на интегральных : микросхемах типа К553УД1В, нелинейный элемент 7-6 виде двух встречно включенных стабилитронов, а блоки умножени  10 и 13 - например, на интегральных микросхемах аналоговых перемножителей 140МА1,

Самонастраивающийс  регул тор работает следующим образом.

Задающий сигнал, поступающий на вход 1 и  вл ющийс  одновременно задающим сигналом дл  управл емого объекта - электропривода, подаетс  на эталонную .модель 4. На ее выходе формируетс  сигнал, соответствующий желаемому (заданному) переходному процессу в электроприводе при стандартном (скачкообразном) воздействи Одновременно с этим поступающий на вход 2 сигнал, пропорциональный регулируемой выходной координате электропривода (скорости вращени ), вз той с противоположным знаком, вместе с выходным сигналом эталонной модели 4 поступает на вход измерител  5 огтшбки. На выходе последнего , таким образом, формируетс  сигнал, который своей формой, длительностью и амплитудой характеризует степень отклонени  реального переходного процесса в.электроприводе от эталонного процесса, задаваемого моделью 4, а также его устойчивость при изменении параметров и характеристик электропривода, например, при изменении контурного коэффициента усилени , при работе в режиме прерывистых токов, изменении нагрузки и т.д. Далее сигнал с выхода измерител  5 ошибки подаетс  на входмасштабного усилител  б,в о ратную св зь которого включен нелинейный элемент 7,обеспечивающий завсимость коэффициента усилени  масштабного усилител  6 от уровн  входного сигнала; на малых уровн х масштабный усилитель имеет очень большой коэффициент усилени  (более 200), а при больших уровн х на его выходе устанавливаетс  посто нное напр жение ограничени  (пор дка 10 В)-. Благодар  этому при наличии рассогласовани  между эталонным и реальным переходными процессами, т.е. при наличии сигнала ошибки на выходе измерител  5 О1шбки, на выходе масштабного усилител  6 (выходе регул тора 3) формируетс  сигнал , воздействующий на управл емый электропривод таким образом, чтобы стремитьс  уменьшить указаннуюошибку до нул .

Однако вырабатываемый масг.пгабным усилителем 6 сигнал еще не  вл етс  окончательно сформированным дл  управлени  электроприводом. Это объ сн етс  тем, что регулируемый электропривод как объект управлени  имеет пор док не ниже второго,и подча указанного сигнала на вход элект ропривода не обеспечивает устойчивости процесса согласовани  переходных процессов в электроприводе с движением, предписываемым эталонной моделью 4. Поэтому дл  обеспечени  устойчивости на вход масштабного 5 усилител  6 должен быть подан также сигнал, пропорциональный скорости изменени  ошибки рассогласовани  реального и эталонного процессов либо - поскольку эталонный процесс

0 всегда устойчив - просто сигнал, пропорциональный скорости изменени  выходной координаты объекта. Этот сигнал вырабатываетс  на выходе второго сумматора 11 благодар  совместной работе блоков 8-14, что

происходит следующим образом. Бло1чИ 9-12 образуют настраиваемую эквивалентную модель управл емого объекта. Если параметры этих блоков, в том

0 числе коэффициент передачи второго блока 10 умножени  по первому входу, зыбраны в соответствии с номинальны ми параметрами объекта, то при поступлении на вход интегратора9 задающего Сигнала с входа 1 регул тора выходной сигнал интегратора 12 будет воспроизводить изменение во времени выходной координаты электропривода (скорости вращени ), а выходной сигнал сумматора 11 - изменение ее производной. Дл  того, чтобы оценивание указанных координат оставалось достаточно точным при изменении параметров электропривода, а также дл  обеспечени  возможности

5 задани  скорости сходимости Оценок, вырабатываемых вторым сумматором 11 - и вторым интегратором 12, к их истинным значени м, сигнал ошибки оценивани  выходной коордм0 наты, вырабатываемой сумматором 8, подаетс  на входы первого интегратора 9 и (через второй сумматор 11) второго интегратора 12, благодар  чему ошибка оценивани  стремитс 

5 к нулю, и выходной сигнал второго сумматора И, таким образом,  вл етс  оценкой производной выходной координаты.

Коэффициент передачи второго

0 блока ГО умножени  по первому .входу (от первого интегратора 9 к второму сумматору 11), т.е. выходной сигнал третьего интегратора 14, соответствует номинальному значению контурного коэффициента усилени  объекта. Предположим,что контурный коэффициент усилени  объекта изменилс , например вследствие регулировани  потока возбуждени  или изменени  момента инерции привода. Поскольку

0 в этом случае нарушаетс  соответствие между, параметрами объекта и настраиваемой модели, то на выходе первого сумматора 8 по витс  сигнал ошибки. Этот сигнал, проход  через

5 п-ервый блок 13 умножени , будет

Claims (1)

1. Формула изобретения Самонастраивающийся регулятор, содержащий первый.интегратор, пер вый сумматор, второй сумматор и последовательно соединенные эталонную модель, измеритель ошибки, масштаб•ный' усилитель и нелинейный элемент, второй и третий входы масштабного 5 усилителя подключены соответственно к выходам нелинейного элемента и второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом первого интегратора, а первый вход 10 со вторым входом измерителя ошибки, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения , он содержит второй интегратор и последовательно соединенные первый 15 блок умножения, третий интегратор, второй блок умножения, выход которого через последовательно соединенные второй сумматор и второй интегратор подключен ко второму входу Л» первого сумматора и второму входу первого интегратора, первый вход которого соединен с первым входом первого блока умножения и со вторым входом второго сумматора, выход 25 со вторыми входами первого и второго блоков умножения и с третьим своим входом, четвертый вход - со входом эталонной модели.