close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3160

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3160
(13)
C1
6
(51) G 05B 11/00
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 960195
(22) 1996.04.19
(46) 1999.12.30
РЕГУЛЯТОР ФУРУНЖИЕВА
(71) Заявитель: Фурунжиев Р.И. (BY)
(72) Автор: Фурунжиев Р.И. (BY)
(73) Патентообладатель: Фурунжиев
Решат
раимович (BY)
Иб-
BY 3160 C1
(57)
1. Регулятор, включающий в себя объединенные в блоки элементы преобразования и усиления выходного
сигнала для управления объектом, каналы измерения величины регулируемого параметра, скорости и ускорения изменения регулируемого параметра которого связаны со входами регулятора, выход которого подключен к исполнительному приводу, связанному с управляемым объектом, отличающийся тем, что канал
измерения величины регулируемого параметра управляемого объекта связан с первым входом первого блока, формирующего сигнал, соответствующий заданному изменению величины регулируемого параметра
управляемого объекта, выход первого блока связан со входом второго блока, формирующего сигнал управления,
соответствующий заданному изменению величины регулируемого параметра, канал измерения
Фиг. 1
ускорения изменения регулируемого параметра подключен ко входу третьего и к первому входу четвертого
блоков, формирующих соответственно сигнал управления, соответствующий фактическому динамическому состоянию управляемого объекта, и сигнал управления, компенсирующий недостатки исполнительного привода,
BY 3160 C1
канал измерения скорости изменения регулируемого параметра связан со вторыми входами первого и четвертого блоков, датчик контролируемого параметра исполнительного привода подключен ко входам пятого
и шестого блоков, формирующих соответственно сигнал управления, отражающий динамическое состояние
исполнительного привода, и сигнал управления, компенсирующий ослабление суммарного сигнала управления вследствие использования отрицательной обратной связи от исполнительного привода, выходы второго,
третьего, четвертого, пятого и шестого блоков подключены ко входам седьмого блока, формирующего из
упомянутых выше сигналов управления суммарный сигнал управления, при этом выход седьмого блока является выходом регулятора.
2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что первый блок содержит два функциональных преобразователя, три усилителя и последовательно соединенные первый и второй интегрирующие усилители, входы которых предназначены для подачи сигналов, соответствующих начальным установкам скорости изменения
регулируемого параметра и величины регулируемого параметра соответственно, при этом первый и второй
входы первого усилителя связаны с каналом измерения величины регулируемого параметра и выходом второго интегрирующего усилителя соответственно, его третий вход предназначен для подачи сигнала, соответствующего заданному значению регулируемого параметра, а выход соединен со входом первого
функционального преобразователя, первый и второй входы второго усилителя связаны с каналом измерения
скорости изменения регулируемого параметра и выходом первого интегрирующего усилителя соответственно, а выход - со входом второго функционального преобразователя, первый и второй входы третьего усилителя подключены к выходам первого и второго функциональных преобразователей соответственно, а его
выход является выходом первого блока.
3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что второй, третий и пятый блоки содержат последовательно
соединенные первый дифференциатор, второй дифференциатор и усилитель, при этом выход усилителя является выходом блока, его второй вход подключен к выходу первого дифференциатора, вход которого соединен со входом блока и с третьим входом усилителя.
4. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что четвертый и шестой блоки выполнены в виде усилителей,
входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами соответствующих блоков.
5. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что седьмой блок содержит усилитель, охваченный обратной
связью, представляющей собой два диода, включенных встречно параллельно, вход усилителя соединен с
первого по пятый входами седьмого блока, выход которого подключен к выходу усилителя.
(56)
1. Носов Г.Р. и др. Автоматика и автоматизация мобильных сельскохозяйственных машин. - К.: Вища
шк., 1984. - С. 171.
2. Средства автоматики и телемеханики / Бохан Н.И. и др. - М.: Агропромиздат, 1992. С. - 247-249, 266274 (прототип).
Изобретение относится к автоматике и касается автоматических регулирующих устройств.
Известен регулятор, включающий в себя соединенные в блоки элементы преобразования и усиления выходного сигнала управляемого объекта, а также устройства для измерения возмущающего воздействия, действующего на управляемый объект [1]. Недостатком такого регулятора является то, что регулирование
осуществляется только по измеряемому возмущению, а остальные возмущения не учитываются. Это отрицательно сказывается на точности работы регулятора.
Более точным является регулятор, включающий в себя объединенные в блоки элементы преобразования и
усиления выходного сигнала управляемого объекта, каналы измерения величины регулируемого параметра, скорости и ускорения изменения регулируемого параметра которого связаны со входами регулятора, выход которого подключен к исполнительному приводу, связанному с управляемым объектом [2].
Данный регулятор выбран за прототип заявляемого объекта. Однако и он обладает существенными недостатками:
сложностью наладки для обеспечения заданного критерия качества управления;
невозможностью одновременного удовлетворения требованиям точности и быстродействия в автоматической системе.
Это снижает универсальность использования регулятора.
Задачей, решаемой предполагаемым изобретением, является повышение универсальности и эффективности автоматического управления системами. Поставленная задача решается тем, что в регуляторе, включающем в себя объединенные в блоки элементы преобразования и усиления выходного сигнала для
управления объектом, каналы измерения величины регулируемого параметра, скорости и ускорения изменения регулируемого параметра которого связаны со входами регулятора, выход которого подключен к исполнительному приводу, связанному с управляемым объектом, имеются следующие отличительные признаки: канал
измерения величины регулируемого параметра управляемого объекта связан с первым входом первого блока,
формирующего сигнал, соответствующий заданному изменению величины регулируемого параметра управ2
BY 3160 C1
ляемого объекта, выход первого блока связан со входом второго блока, формирующего сигнал управления,
соответствующий заданному изменению величины регулируемого параметра, канал измерения ускорения изменения регулируемого параметра подключен ко входу третьего и к первому входу четвертого блоков, формирующих соответственно сигнал управления, соответствующий фактическому динамическому состоянию
управляемого объекта, и сигнал управления, компенсирующий недостатки исполнительного привода, канал
измерения скорости изменения регулируемого параметра связан со вторыми входами первого и четвертого
блоков, датчик контролируемого параметра исполнительного привода подключен ко входам пятого и шестого блоков, формирующих соответственно сигнал управления, отражающий динамическое состояние исполнительного привода, и сигнал управления, компенсирующий ослабление суммарного сигнала управления
вследствие использования отрицательной обратной связи от исполнительного привода, выходы второго,
третьего, четвертого, пятого и шестого блоков подключены ко входам седьмого блока, формирующего из
упомянутых выше сигналов управления суммарный сигнал управления, при этом выход седьмого блока является выходом регулятора.
Конкретное исполнение блоков может иметь следующие отличительные признаки:
первый блок содержит два функциональных преобразователя, три усилителя и последовательно соединенные первый и второй интегрирующие усилители, входы которых предназначены для подачи сигналов, соответствующих начальным установкам скорости изменения регулируемого параметра и величины регулируемого
параметра соответственно, при этом первый и второй входы первого усилителя связаны с каналом измерения
величины регулируемого параметра и выходом второго интегрирующего усилителя соответственно, его третий вход предназначен для подачи сигнала, соответствующего заданному значению регулируемого параметра, а выход соединен со входом первого функционального преобразователя, первый и второй входы второго
усилителя связаны с каналом измерения скорости изменения регулируемого параметра и выходом первого
интегрирующего усилителя соответственно, а выход - со входом второго функционального преобразователя,
первый и второй входы третьего усилителя подключены к выходам первого и второго функциональных преобразователей соответственно, а его выход является выходом первого блока;
второй, третий и пятый блоки содержат последовательно соединенные первый дифференциатор, второй
дифференциатор и усилитель, при этом выход усилителя является выходом блока, его второй вход подключен к выходу первого дифференциатора, вход которого соединен со входом блока и с третьим входом усилителя;
четвертый и шестой блоки выполнены в виде усилителей, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами соответствующих блоков;
седьмой блок содержит усилитель, охваченный обратной связью, представляющей собой два диода,
включенных встречно параллельно, вход усилителя соединен с первого по пятый входами седьмого блока,
выход которого подключен к выходу усилителя.
Связь канала измерения величины регулируемого параметра управляемого объекта с первым входом первого блока, формирующего сигнал, соответствующий заданному изменению величины регулируемого параметра управляемого объекта, а также связь выхода первого блока со входом второго блока, формирующего
сигнал управления, соответствующий заданному изменению величины регулируемого параметра, и подключение
канала измерения ускорения изменения регулируемого параметра ко входу третьего и к первому входу четвертого блоков, формирующих соответственно сигнал управления, соответствующий фактическому динамическому состоянию управляемого объекта, и сигнал управления, компенсирующий недостатки
исполнительного привода, и, кроме того, связь канала измерения скорости изменения регулируемого параметра со вторыми входами первого и четвертого блоков позволяет сообщить фактическое динамическое состояние управляемого объекта первому блоку для формирования желаемых свойств движения выходной
переменной, а третьему и четвертому блокам - для формирования соответственно компонент управления,
обеспечивающих упомянутые свойства.
Недостатками исполнительного привода могут быть, например, присущие используемым силовым исполнительным механизмам свойства: противоЭДС в электроприводе, утечки рабочего тела в гидро- и пневмоприводах. Компенсация этих недостатков, в конечном счете, создает предпосылки для повышения
точности и быстродействия регулятора. Подключение датчика контролируемого параметра исполнительного
привода ко входам пятого и шестого блоков, формирующих соответственно сигнал управления, отражающий динамическое состояние исполнительного привода, и сигнал управления, компенсирующий ослабление
суммарного сигнала управления вследствие использования отрицательной обратной связи от исполнительного привода, а также подключение выходов второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков ко входам
седьмого блока, формирующего из упомянутых выше сигналов управления суммарный сигнал управления,
при этом выход седьмого блока является выходом регулятора, направлено на получение различный вариантов выходной переменной исполнительного привода для повышения универсальности использования регулятора.
Конкретное выполнение первого блока, содержащего два функциональных преобразователя, пять усилителей, в том числе, два интегратора с упомянутыми выше связями, позволит формировать в каждый момент
времени желаемые свойства движения выходной переменной минимальным количеством элементов автоматики.
3
BY 3160 C1
Конкретное выполнение второго, третьего и пятого блоков, содержащих по два дифференциатора и усилитель с приведенными выше связями, направлено на формирование компонент выходного сигнала седьмым
блоком тоже минимальным количеством элементов.
Конкретное выполнение четвертого и шестого блоков, содержащих усилители с упомянутыми выше связями, необходимо для формирования компонента управления, соответствующего недостаткам исполнительного привода, а также компонента управления, компенсирующего априори введенную отрицательную
обратную связь по выходной переменной исполнительного привода. Данные свойства устройства способствуют расширению его функциональных возможностей и повышению качества работы.
Конкретное выполнение седьмого блока, служащего для формирования упомянутого суммарного сигнала
и содержащего усилитель и два диода с упомянутыми выше связями, направлено на суммирование выходных сигналов с выходов второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков и ограничение, при необходимости, минимальных и максимальных величин упомянутого суммарного сигнала. Это позволит также
повысить универсальность использования устройства с привлечением минимального количества элементов
электроники.
Сущность заявляемого изобретения поясняется иллюстрациями. На фиг. 1 представлена функциональная
схема регулятора, соединенного с управляемым объектом через исполнительный привод. Для упрощения
пояснений показана одноканальная система. На фиг. 2 показана функциональная схема конкретного выполнения первого блока регулятора.
Регулятор 1, воздействующий через исполнительный привод 2 на управляемый объект 3, включает в себя
объединенные в блоки 4-10 элементы преобразования и усиления выходной переменной объекта управления
и ее производных. Информация на регулятор поступает через измерительные каналы 3а-3в.
Канал 3а служит для измерения выходной переменной x объекта управления, а каналы 3б и 3в - для измерения соответственно скорости x и ускорения x выходной переменной. Эти каналы связаны со входами
блоков 4-7 регулятора 1. Причем канал 3а связан со входом 4а блока 4, выход 4б которого служит для передачи выходного сигнала f функционального преобразователя 11 блока 4 на вход 5а блока 5. Канал 3б связан со входом 4в блока 4 и входом 7а блока 7. Канал 3в связан со входом 6а блока 6 и входом 7б блока 7.
Выход 2а привода 2 соединен со входом 3г объекта 3. Он связан также со входами 8а и 9а соответственно
блоков 8 и 9.
Выходы 5б, 6б, 7в, 8б и 9б блоков 5-9 служат для передачи преобразованных сигналов выходной переменной и ее производных, а также выходной переменной исполнительного механизма z в виде компонент
управления u1-u5 на входы блока 10, который через свой выход 10б связан со входом 2б исполнительного
привода 2.
Блок 4 необходим для формирования желаемых свойств движения f выходной переменной управляемого
объекта.
Блок 5 предназначен для формирования компонента u1 управления, соответствующего желаемому динамическому состоянию управляемого объекта 3 в каждый момент времени.
Блок 6 служит для формирования на основе фактической величины ускорения выходной переменной
компонента u2 управления, отражающего фактическое динамическое состояние управляемого объекта 3 в
каждый момент времени.
Блок 7 необходим для формирования на основе фактических величин скорости x и ускорения x выходной переменной компонента u3 управления, отражающего недостатки используемого исполнительного механизма привода 2.
Блок 8 служит для формирования на основе фактической величины выходной переменной z исполнительного привода 2 компонента и4 управления, отражающего динамическое состояние исполнительного привода 2 в каждый момент времени.
Блок 9 необходим для формирования на основе фактической величины выходной переменной z исполнительного привода компонента u5 управления, если в исполнительный привод априори вводится отрицательная обратная связь для ограничения величины выходной переменной исполнительного механизма.
Блок 10 предназначен для формирования результирующего выходного сигнала u регулятора 1.
Для выполнения своих функций блок 5 снабжен двумя дифференциаторами 12, 13 и усилителем 14; блок
6 снабжен двумя дифференциаторами 15, 16 и усилителем 17; блок 8 снабжен двумя дифференциаторами 19,
20 и усилителем 21.
В блоках 5 и 6 некоторые выходные сигналы дифференциаторов 12, 13 и 15, 16 могут исключаться путем
выбора соответствующих коэффициентов передач усилителей 14 и 17. Аналогично, в блоке 7 выходной сигнал, связанный с ускорением, может исключаться путем выбора соответствующего коэффициента передачи
усилителя 18, а в блоке 8 некоторые выходные сигналы дифференциаторов 19 и 20 могут исключаться путем
выбора соответствующих коэффициентов передач усилителя 21.
Блок 9 включает в себя усилитель 22.
Блок 10 состоит из усилителя 23. Выходной сигнал этого усилителя ограничивается диодами 24. Некоторые из
компонент управления, образующих суммарный выходной сигнал регулятора, могут исключаться путем выбора соответствующего коэффициента передачи усилителя 23.
4
BY 3160 C1
Исполнительный привод 2 представлен укрупненно в виде одного блока 25. Он может состоять, например, из
преобразователя и исполнительного механизма. Так, электрический привод в этом случае включает тиристорный преобразователь и электродвигатель (исполнительный механизм). Гидропривод может состоять из
золотникового распределителя и гидродвигателя (исполнительный механизм).
Управляемый объект 3 для пояснения принципа работы представлен в виде трех последовательно соединенных элементов: функционального преобразователя 26 и двух интеграторов 27 и 28.
Вариант исполнения блока 4 представлен на фиг. 2. Он содержит два функциональных преобразователя,
пять усилителей, в том числе два интегратора. Причем своим входом усилитель 29 связан с каналом 3а, а выходом - со входом первого функционального преобразователя 30. Кроме того, своим входом второй усилитель
31 связан с каналом 3б, а выходом - со входом второго функционального преобразователя 32, выход которого, также как и выход функционального преобразователя 30, связан со входами усилителя 33. Выход усилителя 33 связан со входом 5а блока 5. При этом выход интегратора 34 одновременно связан со входом усилителя
31 и входом интегратора 35, выход которого связан со входом усилителя 29. На интеграторах 34 и 35 устанавливаются начальные значения x 0 и x 0 соответственно скорости выходной переменной x и выходной
переменной x .
Регулятор 1 может быть реализован либо в виде набора аналоговых элементов, либо в цифровом исполнении.
Регулятор работает следующим образом.
Перед эксплуатацией регулятора 1 осуществляется адаптация блока 4 к заданным свойствам движения
выходной переменной управляемого объекта 3. Это производится путем настройки функциональных преобразователей 30 и 32. Например, путем настройки функционального преобразователя 32 на осуществление заданных диссипативных свойств, а функционального преобразователя 30 - на обеспечение желаемых
частотных свойств при отработке системой постоянного командного сигнала x .
Коэффициенты передач усилителей 14, 17, 18, 21, 22, 23, 29, 31 и 33, а также начальные условия x 0 и x 0
на интеграторах 34 и 35 предварительно настраиваются на конкретные значения, соответствующие желаемым свойствам движения выходной переменной управляемого объекта, а также свойствам привода 2 и объекта 3. Причем интеграторы 34 и 35 используются только в одноактных системах управления (например,
типа «взлет - посадка» и т.д.). В других случаях начальные условия x 0 и x 0 принимаются нулевыми.
После подключения регулятора 1 к конкретному управляемому объекту 3 через привод 2 усилитель 33
непрерывно формирует выходной сигнал f, соответствующий желаемым свойствам движения выходной переменной управляемого объекта на основании выходных сигналов функциональных преобразователей 30 и
32.
Желаемые свойства движения выходной переменной управляемого объекта 3 осуществляются следующим
образом. На усилитель 29 подается командная величина x выходной переменной, а также наблюдаемые в
режиме нормального функционирования объекта 3 выходная переменная x и ее скорость x .
Блок 5 функционирует следующим образом. Выходной сигнал блока 4 подается на вход дифференциатора 12 и усилителя 14. Выходной сигнал дифференциатора 12 подается на вход усилителя 14 и дифференциатора 13. Выходной сигнал последнего подается также на вход усилителя 14, который в каждый момент
времени формирует компонент управления, соответствующий желаемым свойствам движения выходной переменной управляемого объекта.
Блок 6 функционирует так. На вход дифференциатора 15 и усилителя 17 подается ускорение выходной
переменной управляемого объекта. Выходной сигнал дифференциатора 15 подается на вход усилителя 17 и
дифференциатора 16. Выходной сигнал последнего подается также на вход усилителя 17, который формирует компонент управления, соответствующий фактическому динамическому состоянию управляемого объекта.
Блок 7 функционирует следующим образом. Скорость и ускорение выходной переменной управляемого
объекта подаются на входы усилителя 18, который формирует компонент управления, компенсирующий недостатки используемого в силовом приводе исполнительного механизма.
Блок 8 работает так. Выходная переменная исполнительного привода подается на вход усилителя 21 и
дифференциатора 19. Выходной сигнал последнего подается на входы усилителя 21 и дифференциатора 20.
Выходной сигнал последнего также подается на вход усилителя 21, который формирует компонент управления, соответствующий динамическому состоянию исполнительного привода.
В процессе работы системы управления с регулятором 1 непрерывно наблюдается выходная переменная z
исполнительного привода 2, которая используется в блоках 8 и 9.
На основании поданных сигналов блоки 5-9 формируют соответствующие компоненты u1-u5 управляющего сигнала. Усилитель 23 на основе этих компонент формирует суммарный выходной сигнал регулятора
u. Последний является входным для привода 2, который, преобразуя и усиливая этот сигнал, благодаря связи
с объектом 3, придает управляемому объекту предписанные свойства движения. При этом знания уравнений
движения управляемой системы не требуется, т.е. не требуется использовать в системе определенную структуру функционального преобразователя 26 и параметры интеграторов 27 и 28. Моделирование управляемого
процесса осуществляется самой системой в ее естественном движении. Требуется лишь наблюдать фактиче5
BY 3160 C1
ские величины управляемой переменной x , ее скорость x и ускорение x . Используемые в регуляторе 1
переменные либо наблюдаются в режиме нормального функционирования управляемого объекта и привода, либо идентифицируются.
Предлагаемый регулятор обеспечивает оптимальность переходных процессов при осуществлении назначенных траекторий движения и поэтому является эффективным средством достижения цели в управляемых системах, функционирование которых сопровождается переходными процессами. Универсальность его
использования выражается в возможности варьировать как виды решаемых задач (стабилизация, слежение,
виброзащита и т.д.), так и желаемые свойства движения управляемого объекта, а также ограничения исполнительных механизмов привода 2. Предлагаемый для осуществления этого способа регулятор является многоцелевым регулятором нового поколения, обеспечивающим адаптивное управление. Он позволяет совместить
высокую точность и быстродействие путем использования нелинейных назначенных свойств движения.
Фиг. 2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
198 Кб
Теги
патент, by3160
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа