СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 1997 года по МПК G05B11/01 

Предлагаемая следящая система переменного тока с ограниченным углом поворота выходного вала относится к области устройств автоматического управления с синусно-косинусными вращающимися трансформаторами (СКВТ) и может быть использована при управлении угловым положением различных приборов, а также в аналоговых электромеханических вычислительных устройствах. В известных следящих системах переменного тока ограничение угла поворота выходного вала (рабочей зоны) достигается за счет использования электромеханических концевых выключателей, сопряженных с выходным валом через кулачковый механизм. При достижении выходным валом предельного рабочего положения срабатывает соответствующий концевой выключатель, в результате чего система становится нечувствительной к сигналу данной фазы, исполнительный двигатель обесточивается, и выходной вал системы останавливается на границе рабочей зоны.

К таким системам относятся, например, устройства, выполненные по а.с. N 394752, G 05 B 11/12, N 598020, G 05 B 11/14, N 610061, G 05 B 11/01, патенту США N 3714535, G 05 B 5/01 и др. [1]
Наличие сопряженных через кулачковый механизм с выходным валом концевых выключателей усложняет конструкцию, снижает КПД за счет затрат на вращение кулачкового механизма, уменьшает показатели надежности, что является недостатком указанных систем.

Известны также следящие системы, например, по а.с. N 488187, G 05 B 11/12, N 574699, G 05 B 11/14, патенту Великобритании N 1 350084, G 05 B 9/02, содержащие пороговые устройства, предназначенные для формирования сигналов, под воздействием которых при достижении выходным валом запретной зоны система прекращает реагировать на управляющие сигналы данной фазы, в результате чего выходной вал системы останавливается.

Однако при использовании в качестве датчика СКВТ управляющий сигнал переменного тока, значение которого пропорционально синусу разности угловых положений входного и выходного валов, не дает непосредственного представления об угловом положении выходного вала.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является следящая система [2] в которой по известному синусу и косинусу углового положения входного вала (sinα и cosα) и синусу и косинусу разности угловых положений входного и выходного валов (sin(α-β) и (cos(α-β) определяется синус углового положения выходного вала (sinβ)
sinβ = cos(α-β)•sinα-sin(α-β)•cosα.
В этой системе при достижении выходным валом предельного положения (границы рабочей зоны) срабатывает соответствующий концевой выключатель блока концевых выключателей, что приводит к усложнению механической части системы, снижает ее надежность за счет дополнительных подвижных частей -электромеханических выключателей и кулачкового механизма, кулачки которого входят в контакт с концевыми выключателями при достижении выходным валом предельного положения. Кроме того, кулачковый механизм создает дополнительную нагрузку на исполнительный двигатель (увеличивается статический момент и момент инерции), что приводит к дополнительному потреблению энергии и тем самым к снижению КПД.

Указанные особенности являются недостатками известной следящей системы.

Предложенное устройство решает задачу повышения КПД и надежности за счет уменьшения количества подвижных и контактных элементов.

На фиг. 1 дана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2а,б примеры расположения запретной зоны и выполнения схемы формирования сигнала управления в запретной зоне соответственно; на фиг. 3,а-г схемы расположения запретных зон последовательно в первом, втором, третьем и четвертом квадрантах; на фиг. 4,а-з варианты расположения запретной зоны в двух смежных квадрантах; на фиг. 5, а-з варианты расположения запретной зоны в трех смежных квадрантах; на фиг. 6,а-з варианты расположения запретной зоны в 4-х квадрантах; на фиг. 7, а-г -варианты расположения рабочей зоны в первом, втором, третьем и четвертом квадрантах соответственно; на фиг. 8,а-г - варианты реализации схем формирования сигнала управления усилителем мощности по четвертому входу, соответствующие фигурам 3,а-г; на фиг. 9,а-з варианты реализации схем формирования сигнала управления усилителем мощности по четвертому входу, соответствующие фиг.4,а-з; на фиг. 10,а-з варианты реализации схем формирования сигнала управления усилителем мощности по четвертому входу, соответствующие фигурам 5,а-з; на фиг. 11, а,-з варианты реализации схем формирования сигнала управления усилителем мощности по четвертому входу, соответствующие фигурам 6,а-з на фиг. 12, а-г варианты реализации схем формирования сигнала управления усилителем мощности по четвертому входу, соответственно фиг. 7,а-г; на фиг. 13 принципиальная схема включения источника переменного тока (26), блока ограничения (35), усилителя мощности (4) и исполнительного двигателя (10); на фиг. 14 принципиальная схема следящей системы с ограниченным углом поворота исполнительного вала с использованием технического решения по а.с. N 61061, G 05 B 11/01.

Предлагаемая следящая система содержит 1 входной вал, 2 - синусно-косинусный вращающийся транформатор датчик (СКВТ1), 3 СКВТ - приемник (СКВТ 1), 4 усилитель мощности, состоящий из: 5 первого усилителя (УС1), 6 первого синхронного детектора (СД1), 7 первого сумматора(Σ1), 8 модулятора (М) и 9 второго усилителя (УС2); 10 - исполнительный двигатель (ИД), 11 редуктор (ред), 12 выходной вал, 13 - нагрузка, 14, 18, 23, 25 второй, третий, четвертый, пятый синхронный детекторы (СД2, СД3, СД4, СД5), 15, 21, 29 первый, второй и третий инверторы (инв.1, инв. 2, инв. 3), 16, 22, 31, 33 первый, второй, третий, четвертый логические элементы И (И1, И2, И3, И4), 17 третий усилитель (УС3), 19, 24, 27, 34 первый, второй, третий, четвертый блоки перемножения (БП1, БП2, БП3, БП4), 20, 28 второй и третий сумматоры(Σ2, Σ3), 26 блок питания переменного тока ( БП), 30, 32 первое и второе пороговое устройства (ПУ1 и ПУ2), 35 блок ограничения, содержащий 36, 37, 38 первичную и две вторичные трансформаторные обмотки, 39, 40, 41, 42 диоды и 43, 44 транзисторные ключи; 45 коммутационная колодка с восемью входами.

Усилитель мощности переменного тока 4 представляет собой устройство для усиления сигнала управления до уровня, необходимого для работы исполнительного двигателя 10, например серийно выпускаемые усилители УР-16, УСС-2 и другие, которые имеют входы для управляющего сигнала переменного тока, управляющего сигнала постоянного тока, напряжения питания переменного тока и сигнала ограничения рабочей зоны.

Синхронные двигатели 14, 18, 23, 25 представляют собой устройства, предназначенные для преобразования сигналов переменного тока в постоянный и выполненные с использованием транзисторных ключей, управляемых переменным током.

Перемножители 14, 24, 27, 34 выполняют операцию перемножения аналоговых сигналов постоянного тока и могут быть выполнены с использованием микросхем 525 ПС.

Сумматоры 20, 28 предназначены для сложения сигналов постоянного тока и могут быть выполнены с использованием усилителей в микросхемном исполнении, например операционных усилителях 140 серии.

Инверторы 15, 21, 29 представляют собой устройства умножения сигнала на "минус 1" и служат для формирования выходного напряжения, равного по величине, но противоположного по знаку входному, и могут быть выполнены на операционных усилителях.

Элементы И 16, 22, 31, 33 предназначены для формирования выходных напряжений при совпадении на входах сигналов определенной полярности, например положительный (по определению "двухлинейная логическая операция над высказываниями, вырабатывающая значение "ИСТИНА" только, если оба аргумента истинны"/ и могут быть выполнены на микросхемах, например, 133-й серии.

Усилитель сумматор 17 выполняет функцию суммирования и усиление сигналов, приходящих на его входы, причем при подаче сигнала на первый вход выходной сигнал имеет противоположную полярность, а при подаче на другой - полярность без изменения. Может быть реализован с использованием микросхемы, например, 140-й серии.

Пороговые устройства 30, 32 предназначены для формирования выходных сигналов при достижении входными наперед заданного значения (порогового) и могут быть реализованы с использованием операционных усилителей.

Источник переменного тока 26 предназначен для снабжения питанием СКВТ-датчика 2, усилителя мощности 4, блока ограничения 35 и коммутации ключей синхронных детекторов 14, 18, 23 и 25.

Блок ограничения 35 предназначен для формирования при достижении выходным валом 12 предельного положения, сигналов, под воздействием которых усилитель мощности 4 становится нечувствительным к управляющему сигналу данной фазы, но остается чувствительным к сигналу противоположной фазы. Блок 35 может быть выполнен, например, с использованием трансформатора, одна обмотка которого 36 соединена с источником переменного тока, крайние выводы двух других обмоток 37 и 38 через диоды 39, 40, 41, 42 попарно соединены между собой, а средние выводы с сигнальными входами ключей 43, 44, управляющие входы которых соединены с первым и вторым входами блока ограничения.

При трансформаторном включении синусно-косинусных вращающихся трансформаторов датчика 2 и приемника 3 на выходных обмотках СКВТ-приемника 3 формируются сигналы, значения которых пропорциональны синусу и косинусу разности угловых положений роторов СКВТ-датчика 2 и приемника 3 (что соответствует разности угловых положений входного 1 и выходного 12 валов), то есть

где U₀ напряжение питания СКВТ-датчика 2, снимаемое с выхода источника переменного тока 26,
K_тп, K_тд коэффициенты трансформации СК Т-приемника 3 и СКВТ-датчика 2,
α,β углы поворота соответственно входного 1 и выходного 12 валов системы.

В исходном состоянии выходы первого 16, второго 22, третьего 31 и четвертого 33 элементов И, первого 30 и второго 32 пороговых устройств, усилителя-сумматора 17 обесточены, первый 43 и второй 44 ключи закрыты, ток в обмотках трансформатора блока ограничителя 35 не протекает, усилитель мощности 4 чувствителен к сигналам как совпадающим по фазе с напряжением питания, так и к сигналам противоположной фазы.

Предлагаемая система работает следующим образом. В процессе слежения выходным валом 12 за входным 1 в рабочей зоне сигнал с первого выхода (синусная обмотка) СКВТ-приемника 3 через усилитель мощности 4 воздействует на исполнительный двигатель 10, который через редуктор 11 ведет ротор СКВТ-приемника 3 в согласованное с ротором СКВТ-датчика 2 положение, то есть ведет выходной вал 12 в согласованное с входным 1 положение. При достижении выходным валом 12 согласованного положения значения сигнала на первом выходе СКВТ-приемника 3 становится равным нулю, так как при
a = β sin(α-β) = 0.
Поддерживая минимальный сигнал на входе усилителя мощности 4, исполнительный двигатель 10 осуществляет слежение выходным валом 12 за входным 1.

Одновременно с этим, поскольку выходы СКВТ-датчика 2 и СКВТ-приемника 3 подключены через первый 14, второй 18, третий 23, четвертый 25 синхронные детекторы к входам первого 19, второго 24 перемножителей, на выходах последних формируются сигналы, значения которых пропорциональны произведениям входных
cos(α-β)•sinα и sin(α-β)•cosα.
Эти сигналы подаются на вход первого сумматора 20, на выходе которого сигнал соответствует сумме выходных
cos(α-β)•sinα-sin(α-β)•cosα
или синусу угла поворота выходного вала 12 sinβ
Действительно,

Найдем cosβ из уравнений 1


Приравнивая первые части равенств, найдем sinβ

или
т.к.

т. к.
С выхода первого сумматора 20 сигнал, пропорциональный синусу угла поворота выходного вала 12, непосредственно и через второй инвертор 21 подается на первые входы первого 16 и второго 22 элементов И, вторые входы которых через первый инвертор 15 и непосредственно соединены с выходом первого синхронного детектора 14.

В случае, когда значения угловых положений входного 1 и выходного 12 валов лежат либо в I и II, либо в III и IV квадрантах, фазы сигналов, соответствующих sinα и sinβ, совпадают, в результате чего на входах первого 16 и второго 22 элементов И знаки входных сигналов не совпадают, входы усилителя
сумматора 17 обесточены и на его выходе сигнал отсутствует, усилитель мощности оперирует только с выходным сигналом СКВТ-приемника 3 и выходной вал 12 следует за входным 1 в режиме синхронного слежения.

Пусть запретная зона γ₁+γ₂ расположена во втором и третьем квадрантах.

Условимся также, что положительным значениям синусов углов α и β соответствуют положительные значения сигналов постоянного тока.

Допустим, что в момент включения системы выходной вал 12 имел угловое положение, соответствующее третьему квадранту, а входной 1 второму.

Тогда сигнал с выхода первого сумматора 20, соответствующий синусу угла выходного вала 12, будет положительной полярности, в результате чего на первом входе первого элемента И 16 будет присутствовать рабочий сигнал.

В свою очередь значение синуса угла входного вала будет отрицательно (третий квадрант), на выходе первого синхронного детектора 14 установится сигнал отрицательной полярности, который после первого инвертора 15 принимает положительную полярность и приходит на второй вход первого элемента И 16.

Под воздействием двух одновременно присутствующих рабочих сигналов на входах логического элемента И 16 на выходе последнего формируется сигнал, который подается через усилитель-сумматор 17 на второй вход усилителя мощности 4. Так как этот сигнал превышает максимально возможный сигнал на первом входе усилителя мощности 4, то исполнительный двигатель 10 управляется через усилитель мощности 4 сигналом с выхода усилителя-сумматора 17 и ведет выходной вал 12 в согласованное с входным положением, минуя запретную зону против часовой стрелки.

При достижении ротором СКВТ2 1-го квадранта напряжение на выходеS22 (20) становится положительным, поскольку синус в 1-м квадранте положителен. В результате напряжение на выходе УСЗ (17) становится равным нулю, потому что на входах элементов И1 и И2 не совпадают знаки напряжений.

Система управляется теперь только снимаемым с первого выхода СКВТ2 напряжением, с помощью которого и происходит согласование отбрасываемого угла с задаваемым при движении выходного вала системы в ту же сторону через первый квадрант во второй, поскольку оставшийся неотработанный угол меньше π по крайней мере на величину g₁
В случае, когда ротор СКВТ2 находится во 2-м квадранте, а ротор СКВТ1- в 3-м, сигнал появляется на выходе И2, причем его полярность такова, что ИД (10) будет отрабатывать рассогласование в противном направлении, т.е. по часовой стрелке, минуя запретную зону.

После согласования углового положения выходного вала 12 с входным валом 1 система устанавливается в режим синхронного слежения, в результате чего разность угловых положений валов близка к нулю.

Таким образом, предлагаемая следящая система осуществляет синхронное слежение выходного вала за входным и согласование при включении выходного вала с входным.

1. Пусть запретная зона расположена так, как это показано на фиг. 2,а.

В процессе слежения выходной вал 12 достигает предельного положения (границы рабочей зоны), т. е. угла (180-γ₁) Для предотвращения его в запретную зону необходимо иметь информацию о том, в каком квадранте находится ротор СКВТ 2 и какова величина углов, ограничивающих запретную зону. Основываясь на этой информации, можно сформировать соответствующий сигнал для управления работой УМ (4) в граничной зоне.

2. Для идентификации квадранта, в котором находится граница запретной зоны, знания sinβ недостаточно, т. к. эта функция неоднозначна, т.е. sin(180-γ₁) = sinγ₁ Это означает, что ротор СКВТ2 может находиться как в 1-м, так и во 2-м квадранте. Для исключения неопределенности нужен дополнительный признак, в качестве которого может быть использован cosβ, поскольку cos(180-γ₁) = -cosγ₁. Таким образом, если граница запретной зоны находится в 1-м квадранте, то есть должны соответствовать "+sinβ" и "+cosβ", если во 2-м, то "+sinβ" и "-cosβ" если в 3-м, то "-sinβ" и "-cosβ", если в 4-м, то "-sinβ" и "+cosβ".
Выше была описана схема формирования sinβ состоящая из блоков 14, 18, 19, 20, 23, 24 и 25. Аналогично из блоков 14, 18, 23, 25, 27, 28 и 34 формируется cosβ = cosα•cos(α-β)+sinα•sin(α-β)
Информация о величине углов, ограничивающих запретную зону, закладывается в ПУ1 и ПУ2, порог срабатывания которых устанавливается в соответствии с границами рабочей зоны (180-γ₁) и (180-γ₂) причем пороговые устройства реагируют на сигналы только положительной полярности.

3. Теперь можно сформировать схему управления работой УМ (4) при вхождении ротора СКВТ2 в запретную зону. Продолжая начатый пример, покажем, как она выглядит для данного конкретного случая (фиг. 2б).

При превышении ротором СКВТ2 угла γ_1/ сигнал на 4-й вход УМ (4) не поступает. Действительно, на 1-м входе И3 (31) имеем +sinβ (1-й квадрант), на втором входе сигнал отсутствует, т.к. cosβ (первый квадрант) с выхода-cosβ3 (28) преобразуется инв. 3 (29) в -sinβ а ПУ1, как и ПУ2 реагируют только на сигналы положительной полярности. На 1-м входе И4 (33) имеем +sinβ, на 2-м +cosβ. а на 2-м сигнале также отсутствует. Таким образом, у обеих схем И нет совпадения на входах положительных сигналов и, следовательно, их выходные сигналы равны нулю. При дальнейшем движении ротор входит в действительно запретную зону, расположенную во 2-м квадранте. В этом случае на 1-м входе будет по-прежнему -sinβ На 1-м входе И 4 будет +cosβ а на 2-м (180-γ₁) Следовательно, срабатывает И3 и выдает сигнал о вхождении ротора в запретную зону. Этот сигнал поступает на первый вход БО (35), соединенный с управляющим входом ключа 43.

Ключ 43 открывается, в результате чего в верхней вторичной обмотке возникает ток, который подается на четвертый вход усилителя мощности 4 в качестве сигнала, под воздействием которого усилитель мощности 4 становится нечувствительным к управляющему сигналу, снимаемому с первого выхода СКВТ-приемника 5, данной фазы. При этом исполнительный двигатель обесточивается и выходной вал 12 останавливается на границе рабочей зоны γ₁
В таком положении выходной вал 12 системы будет находиться, пока входной вал 1 не займет угловое положение, соответствующее рабочей зоне, то есть не войдет в рабочую зону. В этом случае сигнал на первом входе усилителя мощности 4 изменит фазу на противоположную, к которой усилитель мощности 4 остался нечувствительным, и на его входе появляется напряжение, под воздействием которого исполнительный двигатель 10 приходит в рабочее состояние и отводит выходной вал 12 от границы запретной зоны (180-γ₁) в рабочую (180-γ₂) При этом значение сигнала на входе первого порогового устройства 30 становится отличным от установленного и устройство 30 устанавливается в исходное состояние (выход его обесточен), сигнал на первом входе элемента И 31 принимает нулевое значение, соответственно обесточивается и выход элементов 31, ключ 43 закрывается (переходит в исходное состояние), четвертый вход усилителя мощности 4 обесточивается, в результате чего усилитель мощности реагирует на сигналы как той, так и другой фазы, обеспечивая с помощью двигателя 10 синхронное слежение выходным валом 12 за входным 1 в рабочей зоне.

При достижении в процессе синхронного слежения выходным валом 12 второй границы рабочей зоны, то есть угла (180-гамма ₂) (третий квадрат), где значение синуса угла отрицательное, с выхода Σ3 (28) снимается сигнал отрицательной полярности, который преобразуется инв. 3(29) в сигнал положительной полярности. Под воздействием этого сигнала срабатывает второе пороговое устройство 32, значение порога срабатывания которого соответствует значению синуса угла границы рабочей зоны (180-γ₂).

Сигнал с выхода второго порогового устройства 32 подается на первый вход элемента И 4 (33), на второй вход которого подается сигнал с выхода второго инвертора 21. При этом на выходе элемента И 4 (33) формируется сигнал, который приводит в рабочее (открытое) состояние ключ 44, в результате чего в нижней вторичной обмотке трансформатора блока ограничения 35 возникает ток, который в качестве сигнала подается на четвертый вход усилителя мощности 4. С этого момента усилитель мощности 4 становится нечувствительным к сигналу данной фазы, то есть к сигналу, фаза которого соответствует движению выходного вала 12 в запертую зону γ₂ и остается чувствительным к сигналу противоположной фазы, то есть к сигналу, фаза которого соответствует движению выходного вала в сторону рабочей зоны (180-γ₂) При этом двигатель 10 обеспечивается и выходной вал 12 останавливается на границе рабочей зоны.

В таком положении выходной вал 12 может находиться до тех пор, пока входной вал 1 не войдет в рабочую зону.

При входе входного вала 1 в рабочую зону управляющий сигнал на первом входе усилителя мощности 4 меняет фазу на противоположную, и на выходе усилителя мощности 4 появляется напряжение, под воздействием которого исполнительный двигатель 10 отводит выходной вал 12 в рабочую зону (180-γ₂) Значение сигнала на выходе второго порогового устройства 32 становится отличным от порогового, и второе пороговое устройство 32, а вместе с ним элемент И 32 и ключ 44 устанавливаются в исходное состояние (выходы обеспечиваются), ток в верхней вторичной обмотке трансформатора прекращается, в результате чего четвертый вход усилителя мощности 4 обеспечивается, что приводит к восстановлению свойства усиления сигналов (синфазных и противофазных), и выходной вал 12 осуществляет синхронное слежение за входным во всем диапазоне углов рабочей зоны от (180-γ₁) слева, до (180-γ₂) справа.

Практика использования подобного рода систем предполагает многообразие величины и расположения запретных для нахождения выходного вала зон.

1. Запретная зона может занимать часть любого из квадратов (фиг. 3,а-г).

2. Запретная зона занимает определенные части двух смежных квадратов (фиг. 4,а-з), причем этим части могут быть различны по площади.

3. Запретная зона занимает полностью один квадрат и части двух смежных с ним квадратов (фиг. 5,а-з), причем эти части могут быть различны по площади.

4. Запретная зона занимает полностью два смежных квадранта и части квадрантов смежных с ними (фиг. 6,а-з).

5. Запретная зона занимает все квадранты, за исключением части какого-либо из них (фиг. 7,а-г). Различия в величинах и знаках углов, ограничивающих запрещенные зоны, обусловили определенные различия в реализации схем идентификации квадрантов. На фиг.8-12 приведены схемные реализации, соответствующие вариантам, представленным на фиг.3- 7. Как видно из приведенных фигур, в формирование сигналов, несущих информацию о вхождении ротора СКВТ 2 в запретную зону, участвуют блоки Σ2 (20); инв. 2 (21), Σ3 (28), инв. 3 (29), ПУ1 (30), ПУ2 (32), И3 (31) и И4 (33), причем способ их соединения друг с другом зависит от величины и квадратного расположения запретной зоны.

3. Для удобства перенастройки системы с одной запретной зоны на другую в нее введена коммутационная колодка (к.к.), имеющая восемь клемм, на которые выведены входы и выходы всех перечисленных выше блоков, причем на клеммы а, б, в, г выведены соответственно выходы Σ3 (28), инв. 3 (29), Σ2 (20) и инв. 2 (21), а на клеммы д, е, ж, з соответственно вторые входы И4 (33), И3 (31) и входы ПУ2 (32) и ПУ1 (31).

Пример реализации одного из вариантов размещения запретной зоны посредством коммутационной колодки был представлен на фиг. 2,б.

Конструктивно электронная часть предлагаемой следящей системы может быть выполнена в виде отдельного блока с входными и распределительными клеммами, в качестве которых может быть использован разъем. К распределительным контактам должны быть подключены все перечисленные выше входы и выходы. В этом случае при соответствующей коммутации, выполненной на ответной части разъема, реализуется любой из возможных вариантов ограничения рабочей зоны.

Наличие в системе указанного блока придает ей законченность, позволяя осуществлять автоматическое согласование выходного вала с входным валом и ограничение в заданных углах рабочей зоны с необходимой точностью. При этом отсутствие традиционных электромеханических и механических подвижных элементов, а также возможность изменять угловые значения рабочей зоны путем изменения уровня (порога) срабатывания пороговых устройств (с помощью потенциометров) дают предлагаемой системе преимущества перед известной.

Реализация ограничения угла поворота выходного вала 12 может быть достигнута при использовании, например, технического решения по а.с. N 598020, G 05 B 11/19.

Принципиальная схема включения источника переменного тока 26, блока ограничения 35, усилителя мощности 4 и исполнительного двигателя 10 приведена на фиг. 13.

В усилителе мощности 4 входной трансформатор 46 подключен крайними выводами вторичных обмоток к базам выходных транзисторов 47, 48, работающих в режиме класса B, и эмиттерам дополнительных транзисторов 49, 50, коллекторы которых соединены между собой, с эмиттерами выходных 47, 48 транзисторов и общими выводами вторичных обмоток входного трансформатора 46 и трансформатора 46 и трансформатора 36. Коллекторы выходных транзисторов 47, 48 соединены с обмотками исполнительного двигателя 10, а базы дополнительных транзисторов 49, 50 подключены к внешним выводам вторичной обмотки трансформатора блока ограничения 35. Первичные обмотки трансформатора через диоды 39, 40, 41 и 42 подключены к выводам источника переменного тока 26, а общие выводы первичных обмоток трансформатора соединены через первый 43 и второй 44 ключи с общим выводом источника переменного тока 26.

При достижении выходным валом 12 границы рабочей зоны срабатывает соответствующий ключ 43, 44, как было описано выше, и в соединенной с ним обмотке трансформатора возникает ток (цепь замкнута), в результате чего во вторичных обмотках трансформатора наводится переменное напряжение. Под воздействием этого напряжения дополнительные транзисторы 49, 50 поочередно открываются и шунтируют входы выходных транзисторов 47, 48 усилителя мощности 4. При этом проводящие полупериоды дополнительных транзисторов 49, 50 совпадают с рабочими полупериодами соответствующих выходных транзисторов 47, 48. Ток в обмотках исполнительного двигателя 10 прекращается и выходной вал 112 останавливается на границе рабочей зоны.

При изменении фазы управляющего сигнала на противоположную такое совпадение не имеет места и управляющий сигнал беспрепятственно подается на входы транзисторов 47, 48 и далее на управляющий двигатель 10, который автоматически отводит выходной вал 12 от границы рабочей зоны.

На фиг. 14 также в качестве примера приведена принципиальная схема следящей системы с ограниченным углом поворота исполнительного вала с использованием технического решения по а.с. N 610061, G 05 B 11/01.

Здесь первичная обмотка трансформатора 36 соединена с выводами источника переменного тока 26, вторичные обмотки через диоды 39, 40, 41, 42 с одной стороны, и через первый 43 и второй 44 ключи с другой стороны соответственно соединены с базами и коллекторами выходных транзисторов 47, 48 усилителя мощности 4, а выводы управляющей обмотки двигателя 10 соединены с эмиттерами выходных транзисторов 47, 48.

В момент достижения выходным валом 7 границы рабочей зоны открывается соответствующий ключ 43, 44, в результате чего с выводов сопряженных с этим ключом обмоток подаются на базы выходных транзисторов 47, 48 запирающие пульсирующие однополупериодные чередующиеся напряжения, совпадающие с рабочими полупериодами выходных транзисторов. Под воздействием этих напряжений транзисторы 47, 48 поочередно запираются в рабочие полупериоды, ток в обмотках двигателя 10 прекращается и выходной вал останавливается на границе рабочей зоны.

При изменении фазы управляющего сигнала на противоположную чередующиеся однополупериодные запирающие напряжения не совпадают с рабочими полупериодами выходных транзисторов 47, 48, управляющий сигнал беспрепятственно достигает обмоток исполнительного двигателя 10, который автоматически отводит выходной вал 12 от границы рабочей зоны.

Таким образом, в предлагаемой следящей системе переменного тока с ограниченным углом поворота выходного вала для реализации возможности ограничения рабочей зоны отпадает необходимость в установке традиционных электромеханических концевых выключателей, кулачков и кинематической пары винт-гайка, сопряженной с выходным валом. Это преимущество достигнуто в системе с СКВТ за счет формирования сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла выходного вала sinβ и cosβ по известному синусу и косинусу угла поворота выходного вала sinα и cosβ и синусу и косинусу разностного угла [sin(α-β) и cos(α-β)] и предложенного использования сформированных сигналов.

Предлагаемая следящая система может быть использована при управлении угловым положением различных объектов, например оптических телескопов, визирных колонок, антенн радиолокаторов, а также и аналоговых счетно-решающих приборах.

Изобретение относится к области систем автоматического управления с использованием синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ) и может быть использовано при управлении угловым положением различных приборов. Цель изобретения : повышение КПД и надежности за счет уменьшения количества подвижных и контактных элементов. Система содержит последовательно соединенные входной вал, СКВТ-датчик, СКВТ-приемник, усилитель мощности переменного тока, исполнительный двигатель, редуктор и выходной вал, соединенный с объектом управления, а также элементы И, блоки перемножения, пороговые устройства, сумматоры, синхронные детекторы, инверторы и коммутационную колодку. Система осуществляет синхронное слежение выходного вала за входным за счет формирования сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла выходного вала по известным синусу и косинусу угла поворота входного вала и синусу и косинусу разностного угла, и соответствующего использования сформированных сигналов. 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Следящая система переменного тока с ограниченным углом поворота выходного вала, содержащая последовательно соединенные входной вал, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-приемник, усилитель мощности переменного тока, состоящий из последовательно включенных первого усилителя, первого синхронного детектора, первого сумматора, модулятора и второго усилителя, исполнительный двигатель, редуктор и выходной вал, соединенный с нагрузкой и механическим входом синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, подключенные к первому выходу синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика последовательно соединенные второй синхронный детектор, первый инвертор, первый логический элемент И и третий усилитель, выходом подключенный к второму входу первого сумматора, подключенные к второму выходу синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика последовательно соединенные третий синхронный детектор, первый блок перемножения, второй сумматор, второй инвертор и второй логический элемент И, выходом подключенный к второму входу третьего усилителя, подключенные к второму выходу синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника последовательно соединенные четвертый синхронный детектор и второй блок перемножения, выходом соединенный с вторым входом второго сумматора, включенный между первым выходом синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника и вторым входом первого блока перемножения пятый синхронный детектор, а также блок питания переменного тока, подключенный к вторым входам всех синхронных детекторов, синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и модулятора, при этом выход второго синхронного детектора соединен с вторыми входами второго блока перемножения и второго логического элемента И, а выход второго сумматора соединен с вторым входом первого логического элемента И, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные третий блок перемножения, подключенный входами к выходам третьего и четвертого синхронных детекторов, третий сумматор и третий инвертор, последовательно соединенные первое пороговое устройство и третий логический элемент И, последовательно соединенные второе пороговое устройство и четвертый логический элемент И, а также четвертый блок перемножения, блок ограничения и коммутационная колодка, при этом четвертый блок перемножения входами подключен к выходам второго и пятого синхронных детекторов, а выходом к второму входу третьего сумматора, блок ограничения первым и вторым входами соединен соответственно с выходами третьего и четвертого логических элементов И, третьим входом с выходом блока питания переменного тока, а выходом с вторым входом второго усилителя, выходы третьего сумматора, третьего инвертора, второго сумматора и второго инвертора соединены с входными клеммами коммутационной колодки с первой по четвертую, вторые входы четвертого и третьего логических элементов И и входы второго и первого пороговых устройств соединены с выходными клеммами коммутационной колодки с первой по четвертую. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок ограничения содержит трансформатор, диоды и два ключа, причем одна обмотка трансформатора соединена с третьим входом блока, крайние выводы двух других обмоток через соответствующие диоды соединены с выходом блока, средние выводы этих обмоток соединены с сигнальными входами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока, а их выходы подключены к общей шине. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каждое из пороговых устройств выполнено с регулируемым уровнем порога.