專利名稱：新型的雙重積分給定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型的給定裝置及其制造方法，用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生給定信號(hào)。
本發(fā)明作出以前，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)典型的給定器由3個(gè)運(yùn)算放大器作成。如

圖1，其中(V1)構(gòu)成一個(gè)很大放大系數(shù)的比例放大器，(V2)形成一個(gè)反相器，(V3)做成一個(gè)積分器。當(dāng)其輸入端加上如圖2所示的階躍信號(hào)Ur時(shí)，其輸出信號(hào)Uc隨時(shí)間t而變化的波形也示于圖2中。當(dāng)該Uc波形作為速度給定信號(hào)時(shí)，顯然，其起動(dòng)(O點(diǎn))、進(jìn)入恒速(A點(diǎn))、減速開(kāi)始(B點(diǎn))和停機(jī)(C點(diǎn))等處發(fā)生突變，從而使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生電的和機(jī)械的沖擊，損傷設(shè)備;用于載人系統(tǒng)，將使乘客產(chǎn)生不舒適感。
目前電梯中，廣泛應(yīng)用典型的給定積分器加上一個(gè)平滑器(或稱轉(zhuǎn)換器)來(lái)實(shí)現(xiàn)給定信號(hào)的平滑過(guò)渡。但這種平滑的過(guò)渡曲線只是一種近似的雙重積分曲線，與理論計(jì)算速度有差異，同時(shí)其平滑程度的調(diào)整比較困難。
客運(yùn)索道中現(xiàn)普遍采用一個(gè)如圖1所示常用的給定積分器及能分段改變其積分常數(shù)的控制器來(lái)產(chǎn)生折線式的信號(hào)曲線，以避免給定速度曲線的突變。但它增加了加減速的運(yùn)行時(shí)間，影響了效率(《起重運(yùn)輸機(jī)械》，1987·8，P6～P9)。
“Electrie”，28(1974)，H、7P371～374公開(kāi)的技術(shù)提供了另一種改善過(guò)渡特性的方法，主要是利用零極點(diǎn)對(duì)消原理來(lái)調(diào)整速度和加速度。但當(dāng)運(yùn)行中系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，就難以保持零極點(diǎn)對(duì)消;同時(shí)調(diào)試需與整個(gè)系統(tǒng)一道進(jìn)行，較為麻煩。
“ISR”雜志，1975、2，第49～55頁(yè)公開(kāi)了一種雙重積分的給定器，它主要由兩個(gè)很高放大系數(shù)且主要工作在限幅狀態(tài)的比例放大器(1)、(2)，兩個(gè)積分器(4)、(5)及一個(gè)反相器(3)組成(見(jiàn)圖3)。當(dāng)加入輸入信號(hào)Ur，其隨時(shí)間t而變化的波形便如圖4所示。因?yàn)殚_(kāi)始加入正信號(hào)Ur時(shí)，由于放大器(1)的放大系數(shù)很高，故其輸出U1即達(dá)到其負(fù)限幅值;放大器(2)在該限幅值的作用下，輸出值U2也立即達(dá)到正限幅值;經(jīng)過(guò)反相器(3)，其輸出為-U2;積分器(4)在恒定信號(hào)-U2的作用下積分，輸出由零而線性增加的信號(hào)U4;積分器(5)再將U4積分便得到一平滑過(guò)渡的拋物線輸出信號(hào)Uc(如圖4中Uc波形的OM段)。當(dāng)積分器(4)的輸出U4增加到其大小與U1的大小相等即｜U4｜＝｜U1｜時(shí)，由于兩者極性相反，故放大器(2)的輸入為零;則(2)的輸出U2便由其限幅值返回至零，即積分器(4)的輸入為零，則其輸出U4便保持原值不再增加;而積分器(5)在固定值U4的作用下積分，就得到一大小直線上升的Uc，如圖4中的MA段。(為了清楚地進(jìn)行比較，圖4中將U4和Uc的反相波-U4和-Uc分別與U1和Ur畫(huà)在一個(gè)座標(biāo)內(nèi)。)當(dāng)Uc增加到幅值與Ur的幅值相等即｜Uc｜＝｜Ur｜時(shí)，由于Uc、Ur極性相反，故放大器(1)的輸入為零，其輸出U1回復(fù)為零;這時(shí)(2)的輸入就只是U4，故其輸出U2便立即達(dá)到負(fù)限幅值;通過(guò)反相器(3)改變極性，(4)在-U2作用下積分，輸出U4開(kāi)始線性減少，但在U4降到零以前，由于(2)放大系數(shù)很高其輸出U2始終保持限幅值不變，因此U4不斷線性減少直至零;因U4直線減少故(5)積分后Uc形成平滑的拋物線，又因U4始終大于零所以積分后Uc的幅值仍不斷增加，如圖4Uc波形的AN段。同樣，當(dāng)輸入U(xiǎn)r為負(fù)的階躍信號(hào)時(shí)，其過(guò)程結(jié)果同上一樣，只不過(guò)各環(huán)節(jié)的波形極性相反而已。因此，這種技術(shù)所產(chǎn)生的曲線過(guò)渡平滑;并且由于是經(jīng)雙重積分產(chǎn)生，作為速度給定信號(hào)時(shí)正反映了速度與加速度、加速度變化率間的積分和雙重積分的數(shù)學(xué)關(guān)系，故準(zhǔn)確、效率高;同時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)放大器(1)和(2)的限幅值來(lái)方便地改變輸出信號(hào)曲線的一階和二階導(dǎo)數(shù)即相應(yīng)可方便調(diào)節(jié)速度給定信號(hào)的加速度和加速度變化率。但是，該雙重積分給定器是在Uc直線增加到恒值，即｜Uc｜＝｜Ur｜之后(如圖4中的A點(diǎn))才開(kāi)始產(chǎn)生緩慢增加的平滑過(guò)渡曲線(圖4中的AN段)，因此，不可避免地要出現(xiàn)超調(diào)。這在某些要求精度較高的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中是不允許的;同時(shí)這種超調(diào)還使信號(hào)在恒值階段容易產(chǎn)生振蕩。一九八四年我國(guó)長(zhǎng)江客運(yùn)索道可控硅傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用了這種給定器，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和安裝調(diào)試表明，其給定曲線過(guò)渡平滑，且加速度和加速度變化率均可方便調(diào)節(jié)，但也確實(shí)存在上述問(wèn)題。最后投產(chǎn)時(shí)被迫改用給定信號(hào)為折線變化的、分段改變其積分常數(shù)的圖1所示的積分器，并且至今仍未能改回。
本發(fā)明的任務(wù)是改善上述實(shí)施重積分運(yùn)算的信號(hào)給定器，使其給定輸出不出現(xiàn)超調(diào)。
由上述分析，造成超調(diào)的原因是因?yàn)樵谳敵鲂盘?hào)Uc直線上升到恒值，即｜Uc｜＝｜Ur｜之后才開(kāi)始出現(xiàn)平滑過(guò)渡所發(fā)生的;而開(kāi)始平滑過(guò)渡的條件就是放大器(1)的輸入變?yōu)榱?。因此，解決任務(wù)的辦法是在該給定器輸入端加上一個(gè)可變信號(hào)△u(t)(見(jiàn)圖5，圖5中其他符號(hào)同圖3(1)、(2)為高比例放大器，(4)、(5)為積分器，(3)為反相器，Ur、Uc為輸入、輸出信號(hào))，使得Uc在達(dá)到恒值之前、需要平滑過(guò)渡時(shí)起直到Uc達(dá)到恒值即｜Uc｜＝｜Ur｜時(shí)為止，始終保證｜Uc+△u(t)｜＝｜Ur｜;而當(dāng)｜Uc｜＝｜Ur｜時(shí)，使△u(t)＝0，U4＝0，從而使Uc達(dá)到并維持在恒定值。進(jìn)一步分析得知，Uc實(shí)施上述平滑過(guò)渡的條件僅僅是使放大器(2)的輸出U2由零反相達(dá)到其限幅值并保持不變;因?yàn)樵谶@個(gè)條件下積分器(4)將反相積分，U4幅值將線性減少?gòu)亩狗e分器(5)的輸出Uc為一平滑的拋物線。因此信號(hào)△u(t)的特征是在Uc平滑過(guò)渡期，｜△u(t)+Uc｜≥｜Ur｜;而當(dāng)｜Uc｜＝｜Ur｜時(shí)，△u(t)＝0，U4＝0。
可變信號(hào)△u(t)可以由外部線路產(chǎn)生，也可以由給定器本身環(huán)節(jié)的信號(hào)來(lái)控制。最佳的辦法是利用積分器(4)的輸出信號(hào)經(jīng)比例運(yùn)算來(lái)獲取(參見(jiàn)圖6)。
按本發(fā)明制成的雙重積分給定器，已經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明能產(chǎn)生無(wú)超調(diào)的、易于調(diào)試穩(wěn)定的、拋物線過(guò)渡的給定信號(hào)，且該給定信號(hào)的一階和二階導(dǎo)數(shù)方便可調(diào)。按本發(fā)明提供的產(chǎn)生可變信號(hào)△u(t)的最佳辦法制作的給定器，線路簡(jiǎn)單、調(diào)試容易，元器件少而成本低廉。
本文件共有七張附圖圖1、目前電氣傳動(dòng)典型的給定積分器原理圖;
圖2、典型給定積分器的輸出波形圖;
圖3、已公開(kāi)的雙重積分給定器方框圖;
圖4、已公開(kāi)的雙重積分給定器各環(huán)節(jié)波形圖;
圖5、本發(fā)明方框圖;
圖6、本發(fā)明最佳實(shí)施例原理圖;
圖7、最佳實(shí)施例圖各環(huán)節(jié)波形圖。
結(jié)合圖6最佳實(shí)施例原理圖及其各環(huán)節(jié)波形7，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征在圖6和圖7中，(1)、(2)為很高放大系數(shù)且主要工作在限幅狀態(tài)下的比例放大器(3)、(6)為反相器;(4)、(5)為積分器;Ur、Uc分別為給定器輸入和輸出信號(hào)U1、U2、U4、U6分別為(1)、(2)、(4)及(6)的輸出信號(hào)t表示時(shí)間;-U2、-U4、-U6和-Uc相應(yīng)為U2、U4、U6及Uc的反相信號(hào)。當(dāng)Ur如圖7所示為一正階躍信號(hào)時(shí)，U1達(dá)到放大器(1)的負(fù)限幅值，則U2達(dá)其正限幅值，倒相后為-U2;經(jīng)(4)積分后，U4直線上升;再經(jīng)(5)積分，Uc為一平滑的拋物線，如圖7中Uc波形的OM段。當(dāng)｜U4｜＝｜U1｜時(shí)，放大器(2)的輸入為零，則U2＝0;則積分器(4)的輸入為零，故U4保持原值不變;所以經(jīng)(5)積分后，Uc的幅值便直線上升，如圖7中的MA段。當(dāng)U4經(jīng)(6)倒相并適當(dāng)比例運(yùn)算后得到的U6使得｜U6+Uc｜＝｜Ur｜時(shí)，(1)的輸入為零，則U1＝0;由于U4不能突變，故(2)的輸入為U4，則U2由零反相達(dá)到其負(fù)限幅值;經(jīng)(3)反相為固定的正值，則(4)積分后，U4開(kāi)始直線下降;則通過(guò)(5)的積分，Uc便形成一段拋物線過(guò)渡;隨著Uc拋物線增加，有｜Uc+U6｜＞｜Ur｜，則(1)的輸入為負(fù)，U1便達(dá)到其正限幅值;由于U1和U4均為正，故(2)的輸入為正，U2就仍為其負(fù)限幅值;倒相后經(jīng)(4)積分，U4繼續(xù)直線減少直到為零;所以(5)積分后Uc繼續(xù)拋物線增加;當(dāng)｜Uc｜＝｜Ur｜時(shí)，恰使U4＝0，U6＝0，則Uc便達(dá)到恒定值上述過(guò)程形成如圖7中Uc中的AN段。此后因｜Uc｜＝｜Ur｜，U4＝0，U6＝0，所以U1＝U2＝0，積分器(5)的輸入為零，因此其輸出Uc仍保持原值，對(duì)于速度給定信號(hào)，表明進(jìn)入恒定速度運(yùn)行。當(dāng)輸入信號(hào)Ur突變?yōu)榱銜r(shí)，其過(guò)渡過(guò)程分析完全同上，所產(chǎn)生的輸出Uc波形如圖7所示;拋物線過(guò)渡到直線下降，然后拋物線過(guò)渡到零并保持不變;對(duì)于速度給定信號(hào)，這表明減速至停車的過(guò)程;為清楚起見(jiàn)，將該過(guò)程中，給定器內(nèi)各環(huán)節(jié)相應(yīng)階段的輸出波形也一併畫(huà)在圖7中。從圖7中Uc波形可看出，本發(fā)明給定器所產(chǎn)生的信號(hào)過(guò)渡平滑，沒(méi)有超調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種雙重積分給定器，它由兩個(gè)很高放大系數(shù)且主要工作在限幅狀態(tài)下的比例放大器(1)、(2)，一個(gè)反相器(3)和兩個(gè)積分器(4)、(5)構(gòu)成。其特征在于給定器輸入端加入一個(gè)可變信號(hào)Δu(t)，使得輸出信號(hào)Uc接近恒定輸出、需要平滑過(guò)渡期內(nèi)，輸入信號(hào)Ur與Δu(t)、Uc有︱Δu(t)+Uc︱≥︱Ur︱成立；當(dāng)Uc達(dá)到恒定值即︱Uc︱=︱Ur︱時(shí)，使Δu(t)=0，積分器(4)輸出U4=0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變信號(hào)△u(t)，其特征在于△u(t)是由積分器(4)的輸出量經(jīng)運(yùn)算而產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生給定信號(hào)。
已有一種雙重積分給定器，由放大器(1)、(2)，反相器(3)和積分器(4)、(5)組成；能產(chǎn)生平滑過(guò)渡的曲線且其一、二階導(dǎo)數(shù)可調(diào)，但其開(kāi)始達(dá)到恒值時(shí)有超調(diào)。本發(fā)明給該給定器輸入一可變信號(hào)△u(t)，使輸出、輸入信號(hào)Uc、Ur及積分器(4)輸出U
文檔編號(hào)G05B6/02GK1039129SQ8810404
公開(kāi)日1990年1月24日 申請(qǐng)日期1988年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月28日
發(fā)明者張永慶 申請(qǐng)人:煤炭工業(yè)部重慶煤礦設(shè)計(jì)研究院