Следящая система с люфом

Йоюв Советскик

Соцналнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.07.74 (21) 2046991/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.07.76. Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описания 30,10.78

Государственный комнтет ло делам изобретений н открытнй (72) Авторы изобретения В. Б. Житков, Н. А. Лакота, Б. В. Никанчиков и В. А. Челышев (71) Заявитель Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени высшее техническое училище имени Н. Э. Баумана (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА С ЛЮФТОМ

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в следящих системах с люфтом в механической передаче, для которых автоколебательный режим работы является недопустимым.

Известна следящая система с нелинейной коррекцией (1). Она состоит из регулятора, двигателя, охваченного жесткой обратной связью, редуктора и объекта модели двига- 10 теля, подключенной ко входу двигателя и нелинейной корректирующей цепи, состоящей из последовательно включенных дифференциатора и релейного элемента, на вход которой поступает сигнал ошибки си- 16 стемы, а выход соединен со входом двигателя. Выходной сигнал нелинейной корректирующей цепи достаточно быстро перемещает вал двигателя в зоне люфта. Это позволяет осуществлять компенсацию люфта в gp механической передаче для медленно меняющихся входных воздействий. Однако в силу того, что входным сигналом нелинейной корректирующей цепи является ошибка системы, вал дви-à- òåëÿ мож"т совершать не- д контролируемые дви;кения внутри зоны люфта, например, при постоянном входном воздействии на систему. При этом вал двигателя, обладая определенной энергией, может осуществлять силовые моментные воз- 60 действия на вал нагрузки, что может привести к колебаниям объекта управления при постоянном входном воздействии и сни кает точность работы всей системы. Наиболее близким техническим решением к изобретению является следящая система

f2j, состоящая из регулятора, двигателя, редуктора, обьекта управления и нелинейного корректирующего элемента типа «зона нечувствительности», HB вход которого поступает сигнал ошибки системы, а выход соединен со входом регулятора. Применение последовательного корректирующего элемента типа «зона нечувствительности» обеспечивает низкий коэффицпснт усиления в прямой цепи регулятора при малой величине регулируемой координаты и приводит к устранению автоколебаний, вызванных люфтом. Однако этот метод коррекции, обеспечивая устойчивую работу системы, приводит обычно к значительному ухудшению точностных и динамических характеристик скорректированной системы.

Предложенная система отличается тем, о «нее введены второй сумматор, нелинейное звено типа «насыщение» и дифферени:: атор, причем выходы датчиков угла двигателя и объекта упразлепия связаны со вход"-,ìè второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные

521550 нелинейный элемент и дифференциатор подключены ко входу первого сумматора.

Такое построение системы исключает колебательное движение объекта управления, вызванцое возмущающим воздействием двигателя, и тем самым повышает точность работы системы.

На чертеже представлена структурная схема предложенной скорректированной следящей системы с люфтом и приняты обозначения: 1 — регулятор; 2 — двигатель с датчиком угла; 3 — нелинейное звено типа «зона нечувствительности» вЂ” модель люфта; 4 — механическая передача без люфта и объект управления с датчиком уг- 15 ла; 5 — нелинейное звено типа «насыщение»; 6 — дифференциатор; 7 и 8 — первый и второй сумматоры; а /t/ и а„/t/ — углы поворота валов двигателя и нагрузки.

При расцеплении валов двигателя и объекта управления (вал нагрузки) BBJI двигателя попадает в зону люфта, при этом главная обратная связь отключается, и система оказывается разомкнутой и неуправляемой, что может привести к появлению 25 автоколебаний. Поэтому, если в моменты расцепления валов двигателя и нагрузки на двигатель подавать форсирующий сигнал, заставляющий его «прижиматься» к валу нагрузки, то главная обратная связь не будет отключаться. Сигнал (а„— а„), поступающий на вход нелинейного корректирующего устройства, как раз и несет информацию о моменте расцепления валов двигателя и нагрузки. 35

Передаточная функция двигателя 2 приближенно может быть представлена в виде

>д (Р

К р(т,р+ 11

40 где Тд — электромеханическая постоянная времени двигателя, обусловленная моментом вращающихся частей на валу двигателя.

Параметры нелинейного корректирующе- 45 го устройства (элементы 5 и 6) выбирают, исходя из условия

W,(p)=W„ (p)= p(T,ð+1), 5Э

К,=К,=1, С,=b, где W<(P) — передаточная функция дифференциатора 6;

Кз и К вЂ” коэффициенты усиления линейных участков нелинейных характеристик звеньев 3 и 5;

С вЂ” величина насыщения нелинейного звена 5; 2b — величина зоны нечувствительности звена 3 (величина зоны люфта) .

При этом поведение скорректированной нелинейной следящей системы с люфтом чолностью совпадает с поведением исходной линейной системы (без люфта), если пренебречь неидеальностью дифферейцйатора 6.

Физический смысл разработанной линейной коррекции заключается во введении форсирующего воздействия на двигатель; как только появляется рассогласование между углами поворота валов двигателя и нагрузки, срабатывает нелинейное корректирующее устройство, на двигатель поступает форсирующее воздействие, и он выбирает зону люфта.

Передаточная функция реального дифференциатора имеет вид р(1+ т,р) к. (1+ тф,р) (1+ т„,р)

Время прохождения двигателем зоны люфта под действием корректирующего сигнала определяется постоянными времени Tф, и Tф,, которые всегда можно выбрать достаточно малыми, чтобы ими пренебречь, по сравнению с протяженностью реальных процессов, происходящих в следящей системе. Тогда двигатель выбирает зону люфта практически мгновенно, и динамические характеристики скорректированной следящей системы с люфтом определяются характеристиками исходной линейной системы (без люфта) .

В процессе эксплуатации следящей системы люфт в механической передаче увеличивается, что приводит к ухудшению точностных характеристик. Предложенная следящая система с нелинейным корректирующим устройством позволяет повысить точность работы системы с люфтом и тем самым удлинить срок эксплуатации между профилактическими ремонтами механической передачи.

Фор мула изобретения

Следящая система с люфтом, содержащая последовательно соединенные регулятор, первый сумматор, двигатель с датчиком угла, механическую передачу объект управления с датчиком угла, отличающ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены второй сумматор, нелинейное звено типа «насыщение» и дифференциатор, причем выходы датчиков угла двигателя и объекта управления связаны со входами второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные нелинейный элемент и дифференциатор подключены ко входу первого сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвт. св. Хо 318907, кл. G 05b 11/12, 1970.

2. Нелинейные корректирующие устройства в системах автоматического управления. Под ред. Е. П. Попова и Ю. И. Топчеева. М., Машиностроение, 1971, 521550

Редактор Л. Тюрина

Заказ 1697/17 Изд. № 328 Тираж 987 Подписное

11ПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Г. Романченко

Техред В. Рыбакова

Корректоры: Л. Орлова и А. Степанова