СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫМ ОБЪЕКТОМ

Система управления инерционным объектом
Полезная модель относится к области систем автоматического управления, в частности, к системам управления положением инерционных объектов, установленных на самоходном шасси, и может быть использована в приводах наведения радиолокаторов, мобильных робототехнических комплексов и самоходных артиллерийских орудий.
Известны системы 1, 2. Их недостатками являются низкие быстродействие и качество переходного тфоцесса. Это объясняется тем, что в известных устройствах при разгоне и торможении двигателя в процессе отработки рассогласования возникают рывки, которые при большой массе объекта управления приводят к раскачке шасси и, как следствие, к увеличению продолжительности и ухудшению качества переходного процесса.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является система с переменной структурой 3, принятая за прототип. Она содержит последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, первый детектор, усилитель, блок умножения, усилитель мопщости и электродвигатель, электрический выход которого соединен с входом датчика тока, а вал - с валом датчика скорости и входным валом редуктора, выходной вал которого связан с входом объекта управления и датчика положения, подключенного выходом к второму входу измерителя рассогласования, соединенного выходом с первым входом первого сумматора, подключенного выходом через первый релейный блок к второму входу блока умножения, второй релейный блок, соединенный входом с выходом датчика скорости и с первым входом второго сзтлматора, а выходом - с вторым входом второго сумматора, подключенного выходом к первому входу третьего сумматора, соединенного вторым входом с выходом датчика тока, а выходом - с входом интегратора, второй детектор, соединенМПК О05В13/02
ный входом с выходом второго сумматора, а выходом - с вторым информационным входом усилителя, причем выход интегратора соединен с вторым входом первого сумматора.
Недостатком этого устройства является то, что в начале отработки рассогласования и при подходе к согласованному положению возникают резкие изменения момента двигателя, которые приводят к рывку объекта управления. При большой массе объекта управления его рывки приводят к колебаниям шасси и, как следствие, к з еличению времени и ухудшению качества переходного процесса.
Полезная модель направлена на повышение быстродействия и улучшение качества переходного процесса.
Сущность технического решения заключается в следуюш,ем. Наведение инерционных объектов, размещаемых на самоходном шасси, осуществляется приводами, замкнутыми по положению объекта в инерциальной системе координат. Для сокращения времени переходного процесса при отработке рассогласований в известных устройствах стремятся обеспечить быстрый разгон и быстрое торможение объекта управления при подходе к согласованному положению. Однако при большой массе объекта управления быстрые разгоны и торможения вызывают раскачку шасси. В силу своей специфики, приводы наведения, предназначенные для работы во время стоянки самоходного комплекса, не способны отработать качку шасси с высокой точностью, что в результате приводит к существенному з еличению времени переходного процесса. Таким образом, повысить быстродействие и улучшить качество переходного процесса можно путем введения в структуру управления корректируюпщх устройств, обеспечиваюпщх плавные разгоны и торможения объекта управления за счет ограничения скорости изменения момента двигателя. С другой стороны, ограничение скорости нарастания момента двигателя не должно приводить к заметному увеличению времени, затрачиваемого на преодоление статического момента нагрузки, при отработке малых начальных рассогласований.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в систему управления инерционным объектом, содержащую задатчик, измеритель рассогласования, первый вход которого соединен с выходом задатчика, усилитель, интегратор, первый сумматор, второй сумматор, третий сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, и последовательно соединенные усилитель мощности и двигатель, механически связанный с входом датчика скорости и входом объекта управления, механически связанного с входом датчика положения, подключенного выходом к второму входу измерителя рассогласования, включены
нелинейное корректирующее звено, вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования, а выход - с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу датчика скорости, масштабный усилитель, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу интегратора, входом соединенного с выходом первого сумматора, эталонная модель усилителя мощности и двигателя, вход которой соединен с выходом второго сумматора, четвертый сумматор, первый вход которого соединен с выходом эталонной модели усилителя мощности и дврп ателя, второй вход - с выходом датчика скорости, а выход подключен к входу усилителя, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выходом соединенного с усилителем мощности.
В заявленном устройстве плавное торможение объекта управления при подходе к согласованному положению обеспечивается нелинейным корректируюпщм звеном с переменной крутизной, выходной сигнал которого отрабатывается контуром регулирования скорости привода, содержапщм интегратор, с высокой степенью точности. Для выполнения данной функции нелинейное корректирующее звено имеет большую крутизну в области малых рассогласований, уменьщающзтося по мере увеличения абсолютного значения рассогласования. Масштабный усилитель включается параллельно интегратору для повышения запасов устойчивости контура регулирования скорости привода и тем самым способствует улучшению качества переходного процесса. За счет включения интегратора в контур управления скоростью привода обеспечивается также плавность нарастания момента двигателя в начале отработки рассогласования и, как следствие, плавность разгона объекта управления. Эталонная модель усилителя мопщости и двигателя представляет собой модель усилителя мощности и двигателя без нагрузочного момента. В силу действующих на валу объекта управления нагрузочных моментов фактическая скорость двигателя отличается от выходного сигнала эталонной модели. Разность между этими сигналами выделяется на выходе четвертого сумматора и подается через усилитель, третий сумматор и усилитель мощности на двигатель, стремясь тем самым свести себя к минимуму и исключая при отработке рассогласования временную задержку, связанную с преодолением статического момента нагрузки. Таким образом, совокупность перечисленных элементов, соединенных описанным выше способом, обеспечивает плавные разгон и торможение объекта управления в переходном процессе, что исключает раскачку шасси, и в следствие этого позволяет повысить быстродействие и качество переходного процесса.
На чертеже изображена схема заявляемого устройства.
Система управления инерционным объектом (фиг.1) содержит последовательно соединейные задатчик 1, измеритель рассогласования 2, нелинейное корректирующее звено 3, первый сумматор 4, масштабный усилитель 5 и интегратор 6, подключенные к выходу первого сз лматора 4, второй сумматор 7, входы которого подключены к выходам интегратора 6 и масштабного усилителя 5, третий сумматор 8, усилитель мопщости 9, двигатель 10, механически связанный с объектом управления 11. К выходу второго сумматора 7 подключена своим входом эталонная модель усилителя мопщости и двигателя 12. Усилитель 13 соединен входом с выходом четвертого сумматора 14, а выходом - с вторым входом третьего сумматора 8. Двигатель 10 механически связан с входом датчика скорости 15. Объект управления 11 механически связан с входом датчика положения 16, подключенного выходом к второму
входу измерителя рассогласования 2. Датчик скорости 15 соединен с вторым входом первого сумматора 4 и вторым входом четвертого сумматора 14. Первый вход четвертого сумматора 14 соединен с выходом эталонной модели усилителя мощности и двигателя 12.
Система управления инерционным объектом (фиг.1) работает следуюпщм образом.
Задатчик 1 формирует ступенчатое входное воздействие. Измеритель рассогласования 2 по сигналу входного воздействия и сигналу датчика положения 16 вырабатывает сигнал рассогласования, который поступает на входы нелинейного корректирующего звена 3. Откорректированный сигнал рассогласования с выхода нелинейного корректирующего звена 3 поступает на вход первого сумматора 4, где складывается с выходным сигналом датчика скорости 15. С выхода первого сумматора 4 сигнал через масштабный усилитель 5 и интегратор 6 подается на второй сумматор 7 и далее через третий сумматор 8 и усилитель 9 на двигатель 10, который отрабатывает имеющееся рассогласование.
Сигнал с выхода второго сумматора 7 поступает также на вход эталонной модели усилителя мощности и двигателя 12, на выходе которой формируется сигнал скорости двигателя при отсутствии нагрузочного момента. На выходе четвертого сумматора 14 формируется разностный сигнал между сигналом на выходе эталонной модели усилителя мопщости и двигателя 12 и фактической скоростью двигателя 10, измеренной датчиком скорости 15. Разностный сигнал усиливается усилителем 13 и через третий сумматор 8 и усилитель мощности 9 подается на двигатель 10, обеспечивая тем самым отработку рассогласований любой величины без временной задержки, связанной с преодолением статического момента нагрузки.
В предлагаемой полезной модели при практической реализации могут быть использованы известные схемные реализации нелинейного корректирующего звена с переменной крутизной, модели усилителя мощности и двигателя и масштабного усилителя.
Список литературы
1.Патент РФ № 2071164 от 22.06.92, МПК Н 02 Р 5/06, G 05 В 11/16.
2.Заявка на патент РФ №95114272/07 от 08.08.95, МПК Н02Р5/06.
3.А.С. СССР № 1487686 от 07.12.87, МПК G 05 В 13/02.