Учебное пособие 1969

Рис. 3.1.

Рис. 3.2.

73

Рис. 3.3.

Рис. 3.4.

74

Рис. 3.5.

Рис. 3.6.

75

4. МОНОТОННОСТЬ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ОРБИТАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

Многие современные системы управления слабодеформированными объектами предъявляют повышенные требования как к быстродействию пе-

реходного процесса, так и к его монотонности, уменьшению, или вообще,

исключению перерегулирования. Так, например, в приводах исполнительных органов манипуляторов промышленных роботов, для предотвращения воз-

можности ударов, обеспечения невозможности выхода за пределы зоны сер-

виса, отработка траектории или заданной координаты должна производиться без перерегулирования.

Ряд новых конструктивных решений, в том числе введение внешних магнитных систем позволяет уменьшить электромеханические постоянные времени электроприводов роботов, что также увеличивает колебательность и перерегулирование, снижает демпфирование. Традиционные методы обес-

печения монотонности переходного процесса при заданном быстродействии,

такие, например, как ввод обратных связей, использование принципов оп-

тимального управления, приводит к усложнению структуры устройства управления, которое далеко не всегда оправдывается полученным резуль-

татом, зачастую приводит к снижению надежности из-за резкого увеличения числа связей и компонентов.

Цель настоящего изложения является обоснование, исследование и практическая реализация метода, позволяющего обеспечить монотонность протекания переходного процесса при заданном быстродействии в системе с инерционным слабо деформированным объектом минимум второго порядка.

Речь идет о снижении колебательности не только в пусковых режимах привода, но и с практической точки зрения более важного, обеспечения апе-

риодичности в режимах торможения привода. Этим достигается обеспече-

ние высокого качества процесса позиционирования с полным отсутствием перерегулирования при уменьшении времени регулирования.

76

Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом.

Исходный сигнал задания в форме скачкообразного воздействия от основно-

го задатчика 1, соединенного с системой управления, на основной сумматор

2 и далее, на объект управления 4, предварительно попадая на регулятор 3.

Одновременно сигнал задания подается на замыкающий вход 6 ключа 5 и за-

мыкает его, подключая основной вход 7 к выходу, тем самым создается цепь,

по которой сигнал задания подается на вход не только элемента 2, но и эле-

мента 9. Ключ 5 становится на замыкание и поддерживается в этой состоя-

нии. Когда выходная величина принимает заданное значение, т.е. на инверс-

ный вход элемента 9 подается заданное значение, достигнутое объектом,

срабатывает нуль-орган 10, который далее, запускает генератор импульса 11.

Импульс подается на вход регулятора и на вход 8 ключа, ключ размыкается,

задающее воздействие не подается на элемент 9, схема находится в режиме ожидания поступления нового задающего воздействия, после которого ре-

жим работы повторяется.

Таким образом, генератор импульса включается в работу после перво-

го достижения регулируемой величиной установившегося значения, т.е.

после прошествия времени нарастания. При этом, если, например, вследст-

вие изменения конфигурации руки робота, постоянная времени объекта из-

менится, все равно после нового времени нарастания, генератор импульса сработает, причем только один раз за время переходного процесса.

Таким образом, импульсное воздействие, как и основное управляющее воздействие, прикладывается к объекту, но знак этого импульсного воздейст-

вия противоположен знаку управляющего ступенчатого воздействия. Если реакция объекта на канал, составленный из блоков 1, 2, 3, характеризует кри-

вая 2 на рис . (переходная характеристика объекта, описываемого колеба-

тельным звеном), то кривая 4 (рис. ) характеризует реакцию на импульсное воздействие 3.

Поскольку кривые 2 и 4 разнонаправлены, суммарное воздействие ха-

78

рактеризуется кривой 5, реализация которой теоретически обеспечивает иде-

альную апериодичность при максимально возможном быстродействии, т.е.

минимальном времени нарастания. Уменьшение перерегулирования приво-

дит к улучшению переходного процесса, устранению возможности задевания за препятствия, что увеличивает производительность объекта. Введение клю-

ча с размыкающим входом исключает многократное формирование и при-

ложение к системе импульсного воздействия, ввода ее в режим автогенера-

ции из-за наличия небольшой колебательной составляющей, вызванной не-

идеальностью используемых элементов.

Время переходного процесса, даже при наличии остаточной колебатель-

ности, значительно сокращается. Например, при коэффициенте демп-

фирования, равном 0, l и постоянной времени, равной 1, время переходного процесса колебательного звена равно примерно 33 с при перерегулировании

73 %, а при использовании данного способа при этих же параметрах время регулирования равно 13с при перерегулировании 15%. Определим аналити-

чески основные соотношения, характеризующие данный метод.

Очевидно, что на основании принципа суперпозиции, при входном сиг-

нале Х0вх =1(t), на объект будет подаваться сигнал

где:

1(t) - единичная скачкообразная функция,

1 (t) - дельта-функция,

- время подачи импульса.

Выходной сигнал можно представить в виде:

где:

hк(t) - переходная функция колебательного звена,

(t- ) - смещенная импульсная функция. 79