способ компенсации статических нелинейностей

Формула изобретения

Способ компенсации статических нелинейностей, заключающийся в суммировании входного сигнала с сигналом коррекции, отличающийся тем, что сигнал коррекции для компенсации нелинейности типа «люфт» формируют в нечеткой форме при помощи фаззификации входного сигнала и его производной, производят нечеткий логический вывод с помощью процедуры использования продукционных правил, с последующей его дефаззификацией, причем упомянутые правила имеют следующий вид: если входной сигнал положительный и его производная положительная, тогда выходной управляющий сигнал положительный и равный b, если сигнал на входе положительный и его производная отрицательная, тогда выходной управляющий сигнал отрицательный и равный -b, если сигнал на входе отрицательный и его производная отрицательная, тогда выходной управляющий сигнал отрицательный и равный -b, если сигнал на входе отрицательный и его производная положительная, тогда выходной управляющий сигнал положительный и равный b, если сигнал на входе или его производная находятся в нулевой области, тогда выходной управляющий сигнал нулевой, где b - величина равная свободному ходу люфта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области систем автоматического управления, в частности к технике формирования управляющих сигналов.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ компенсации люфта в механической передаче [1], заключающийся в суммировании сигнала управления с сигналом коррекции, при этом сигнал коррекции формируют путем преобразования сигнала, пропорционального разности углов поворота входного и выходного валов механической передачи, в сигнал с тем же знаком и с постоянной амплитудой, равной половине зоны люфта.

Недостатками данного способа являются возможность реализации лишь в системах с заранее известными параметрами люфта, трудность настройки вследствие большого числа элементов.

Технический результат изобретения - увеличение точности.

Указанный технический результат достигается путем суммирования входного сигнала с сигналом коррекции, при этом сигнал коррекции формируют в нечеткой форме на основе теории нечетких множеств, а именно: фаззифицируют (перевод в нечеткую область) входной сигнал, его производную, и с помощью процедуры использования продукционных правил производят нечеткий логический вывод с последующей его дефаззификацией (процедура преобразования нечеткого множества в четкое число).

Отличительными от прототипа признаками является формирование сигнала коррекции на основе математического аппарата нечетких множеств с использованием входного сигнала или входного сигнала и его производной, что обеспечивает простоту реализации, сокращение элементной базы без потери эффективности и предотвращает влияние нелинейностей, обусловленных использованием релейных элементов и негативно влияющих на точность коррекции системы. При этом в качестве сигнала, определяющего знак сигнала коррекции, используется входной сигнал и его производная, что позволяет повысить точность и улучшить динамические характеристики системы управления.

Таким образом, предложенный способ отвечает критериям изобретения «новизна» и «положительный эффект».

На фиг.1 изображена блок схема для осуществления рассматриваемого способа при коррекции люфта, где 1 - Qвх входной (задающий) сигнал; 2 - сумматор; 3 - компенсатор; 4 - Uу сигнал коррекции; 6 - Qвых выходной сигнал; 7 - дифференцирующие звено; 8 - U сигнал ошибки; 9 - люфт.

На фиг.2 представлена отработка синусоидального сигнала без компенсации люфта: Qвх - синусоидальный сигнал; Q'вх - производная синусоидального сигнала; Qвых - выходной сигнал после отработки люфта; Q'вых - производная выходного сигнала.

На фиг.3 представлена отработка синусоидального сигнала с компенсацией люфта: Qвых1 - выходной сигнал без компенсации; Qвых - выходной сигнал с компенсацией; Uу - сигнал коррекции; U - сигнал ошибки при компенсации.

Фиг.4 - компенсация люфта предложенным способом для различных амплитуд входного сигнала Qвх (А=0.5; 7; 15).

На фиг.5 - компенсация люфта предложенным способом для различных частот входного сигнала Qвх (f=0.5; 0.9; 2 с^-1).

Корректирующий сигнал для компенсации нелинейностей формируется по предложенному способу на основе математического аппарата нечетких множеств.

Процесс формирования корректирующего сигнала состоит из трех этапов.

Первый этап - формирование функций принадлежности, необходимых для перевода четких параметров входного сигнала и его производной в лингвистические, в этом случае компенсатор будет иметь два входа. Определяется вид функций принадлежности - например треугольный, как для самого сигнала, так и для его производной. Количество функций принадлежности входного сигнала задается равным трем, это связанно с принадлежностью его к положительной, отрицательной или нулевой области, что достаточно для выработки определенного сигнала коррекции по предложенному способу. Аналогичное действие выполняется и с производной сигнала.

Второй этап - определение вида и характера управляющего воздействия. Очевидно, что для компенсации нелинейности вида «люфт» возможны три различных корректирующих сигнала:

1) положительный - соответствующий свободному ходу слева b,

2) отрицательный - соответствующий свободному ходу справа -b,

3) нулевой - характерный для случая, когда входной сигнал равен нулю.

Используем в качестве алгоритма нечеткого логического вывода, например, алгоритм Сугено 0-го порядка, в качестве метода дефаззификации метод «wtaver» - взвешенное среднее, реализация логической операции И методом «prod» - умножение, логической операции ИЛИ методом «probor» - вероятностное.

Необходимо также учесть при настройке диапазон изменения сигнала, в рассматриваемых примерах он был выбран -100 до 100.

Третий этап - создание продукционных правил, необходимых для нечеткого логического вывода. Таблица правил будет включать следующие строки:

1. If (input1 is mf2) and (input1 is mf2) then (output1 is mf2), если сигнал на входе положительный и его производная положительная, тогда выходной корректирующий сигнал положительный и равный b,

2. If (output1 is mf2) and (input1 is mf1) then (output1 is mf1), если сигнал на входе положительный и его производная отрицательная, тогда выходной корректирующий сигнал отрицательный и равный -b,

3. If (input1 is mf1) and (input1 is mf1) then (output1 is mf1), если сигнал на входе отрицательный и его производная отрицательная, тогда выходной корректирующий сигнал отрицательный и равный -b,

4. If (input1 is mf1) and (input1 is mf2) [hen (output1 is mf1), если сигнал на входе отрицательный и его производная положительная, тогда выходной корректирующий сигнал положительный и равный b,

5. If (input1 is mf3) or (input1 is mf3), then (output1 is mf3), если сигнал на входе или его производная находиться в нулевой области, тогда выходной корректирующий сигнал нулевой.

Способ компенсации статических нелинейностей, заключающийся в суммировании входного сигнала с сигналом коррекции, отличающийся тем, что сигнал коррекции для компенсации нелинейности типа «люфт» формируют в нечеткой форме, при помощи фаззификации входного сигнала и его производной производят нечеткий логический вывод с помощью процедуры использования продукционных правил, с последующей его дефаззификацией, причем упомянутые правила имеют следующий вид: если входной сигнал положительный и его производная положительная, тогда выходной корректирующий сигнал положительный и равный b, если сигнал на входе положительный и его производная отрицательная, тогда выходной корректирующий сигнал отрицательный и равный -b, если сигнал на входе отрицательный и его производная отрицательная, тогда выходной корректирующий сигнал отрицательный и равный -b, если сигнал на входе отрицательный и его производная положительная, тогда выходной корректирующий сигнал положительный и равный b, если сигнал на входе или его производная находиться в нулевой области, тогда выходной корректирующий сигнал нулевой, где b - величина сигнала, равная свободному ходу люфта.

Сравнение графиков изменения входных и выходных сигналов (фиг.2, 3, 4), полученных путем математического моделирования, показывает эффективность коррекции нелинейности типа «люфт» в широком спектре изменения амплитуды и частоты входного (задающего) сигнала.

Источники информации

1. Авторское свидетельство № 531127, кл. G05В 5/01. //В.Б.Житков, Н.А.Лакота, Б.В.Никанчиков, В.А.Челышев. Способ компенсации люфта в механической передаче. Заявлено 24.07.74.