Импульсно-фазовая следящая система Советский патент 1983 года по МПК G05B11/26 

Изобретение относится к автоматике и может найти применение в импуль сйо-фазовых системах автоматического управления и регулирования с фазовыми датчиками обратной связи; вращающимся трансформаторами, редусинами, индуктосинами. Известны следящие системы, содержащие генератор тактовых импульсов, подключенный к первому входу фазового дискриминатора через канал задания, а к второму входу - через канал обрат,ной связи 1 J, Недостатком системы является малая точность слежения. Наиболее близким к изобретению является импульсно-фазовая следящая система, содержащая генератор тактовых импульсов, подключенный к первому входу фазового дискриминатора через канал задания, а к второму входу -через канал обратной связи в состав которого входят делитель частоты , к первой паре выходов корого последовательно подключены первый триггер, первый усилитель, первый фильтр и первая обмотка вращающегося трансформатора, к второй паре выходов - второй триггер, второй у силитель., второй фильтр и вторая обмотка вращающегося трансформатора, третья обмотка которого соединена с первым пороговым элементом { 23Известное устройство характеризуется недостаточной точностью вслед ствие нестабильности напряжений, пи тающих обмотки вращающегося трансфор матора - особенно из-за неравенства 90 эл.град. сдвига фаз между напряже ниямй обмоток. Недостаток вызван pas бросом значений индуктивностей и емкостей усиливателей и фильтров канала обратной связи, а также температурным дрейфом усилителей. Цель изобретения - повышение точности системы при одновременном увеличении его надежнос-ти. Поставленная цель достигается тем ; что в импульсно-фазовую следящую сис тему , содержащую reHepatop тактовых импульсов, первый выход которого через канал задания соединен с первым входом фазового дискриминатора, а второй выход подключен к входу делителя частоты, первые выходы которого подключены через последовательно соединенные первые триггер, усили тель, фильтр к первой обмотке вращающегося трансформатора, к второй об-, мотке которого подключены последовательно соединенные вторые триггер, усилитель и фильтр, а выход через пороговое устройство подключен к второму/ входу фазового дискриминатора, введены второй и третий пороговые устройства, Ьлок сравнения, регистр, реверсивный и нереверсивньй счетчики и коммутатор, входы которого подключены к вторым выходам делителя частоты, выходы - к входам второго триг| гера, а управляющий вход - к выходу реверсивного счетчика, вход .которого соединен с Выходом канала задания и входом регистра, а счетные входы - с соответствующими выходами блока сравнения, первый вход которого подключен через первое пороговое устройство к второй обмотке вращающегося, трансформатора, первая обмотка которого через последовательно соединенные второе пороговое устройство и нереверсивный счетчик подключена к второму входу блока сравнения, третьим входом подключенного к ВЫХОДУ регистра, тактовый вход нереверсивного счетчика подключен к выходу генератора тактовых импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что ошибка в сцвиге фаз аналоговых сигналов,питающих обмотки вращающегося трансформатора, выявляется и корректируется в дискретной форме. Устройством осуществляется автоподстройка дискретной части системы в функции ошибок ее аналоговой части. Благодаря этому удается существенно повысить не только точность, но также надежность и достоверность проводимой операции. Кроме того, предложенное устройство обеспечивает аварийное отключение системы в случае обрьша одной из Цепей,, питающих обмотки вращающегося трансформатора . На фиг. 1 изображена структурная схема системы; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З - схема варианта исполнения пороговых устройств. Следящая система содержит генератор 1 тактовых импульсов, канал 2 задания, фазовый дискриминатор 3, делитель 4 частоты, первый и второй триггеры Б и 6, первый и второй усилители 7 и 8, первый и второй фильт ры 9 и 10, вращающийся трансформатор 11, первое пороговое устройство 12, второе и третье пороговые ус ройства 13 и 1, реверсивный и нере версивный счетчики 15 и 1б, блок 17 сравнения кодов, регистр 18 и коммутатор 19. Первый выход тенератрра 1 тактовых импульсов через канал задания 2 соединен с первым входом фазового д криминатора 3, а второй выход подкя чен к входу делителя частоты, который делит частоту генератора 1 тактовых импульсов на N (например, , т.е. один импульс соответст вует одному эл.град.) и имеет две группы выходов. Первая пара выходов (а,с) участвует & формировании коси нусоидального питающего напряжения CUSчл)-Ь-Ф 2) первый импульс а поступает на S-вход первого триггера 5, открывая его, а приходящий позднее на R-вход N/2-ый импульс (в нашем примере - 180-ый) закрывает его. Сформированный меанд усиливается первым усилителем 7, а на первом фильтре 9 из него выделяется первая гармоника, питающая первую обмотку вращающегося трансформатора П. Вторая пара выхо дов (b,d) делителя частоты Л участвует в формировании синусоидального питающего напряжения ,и;4 (фиг.2) импульс (в нашем примере 90-ый через коммутатор 19 открывае второй триггер,тогда как ЗМ/4-ый импульс (270-ый) закрывает его. Сфо мированный меандр поступает через второй усилитель 8 и фильтр 10 на вторую обмотку вращающегося трансформатора 1 1. К коммутатору 19 при ключены, также, другие пары выходов делителя А частоты, сдвинутые влево и вправо относительно второй пары на ,3 и т.д. выходов. На них появляются 89 и 2б9-ый, 88 и 268-ой и т.д., или 91 и , 92 .и 272-ой и т.д. импульсы. Количество таких выходов равно количеству входов коммутатора. Эти группы выходов подключаются коммутатором 19 к входам второго триггера 6 пО сигналам, подаваемым на управляющий вход коммутатора 19 от реверсивного счетчика 15 импульсные входы которого объединены с выходами блока 17 сравнения кодов Последний срабатывает коды нерееерсивного счетчика 16 и регистра-18 в момент прохождения через йуль сигнала ,jj,f, определяемого пороговым устройством Н. Импульс другого порогового устройства 13 определяет момент начала счета счетчика 16, соответствующий прохождению через нуль сигнала . Тактовые импульсы поступают в счетчик 16 от генератора 1, а начальные коды состояний реверсивного счетчика 15 и регистра 18 передаются из канала задания 2. Третья обмотка вращающегося трансформатора 11, несущая информацию о повороте его ротора, через поре говое устройство 12 подключена к второму входу фазового дискриминатора 3. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в регистр 18 от канала 2 задания записан код, соответствующий H/k импульсам, т.е. 90 эл.град,jна которые должны быть сдвинуты Напряжения, питающие вращающийся трансформатор 11. На управляющий вход коммутатора 19 через реверсивный счетчик 15 от канала 2 задания подан код, при котором к второму триггеру 6 подключается вторая пара выходов (b,d) делителя частоты. Импульсы программы, синхронизированные в канале 2 задания тактами генератора 1 тактовых импульсов, поступают на первый вход фазового дискриминатора 3. Другая тактирующая последовательность генератора 1 в делителе k частоты разделяется На четыре равномерно смещенные по фаг зе последовательности путем снятия импульсов с промежууочных выходов де-лителя 4 частоты - с 1-го (С|) , NA-ro (Ь) , N/2-го (с) и 3A-ro(d}. Эти последовательности заставляют первый и второй триггеры 5 и 6 работать в таком режиме, при котором на их выходах появляются прямоугольные меандры со скважностью 2, сдвинутые относительно друг друга на 90 . Они усиливаются усилителями 7 и 8, после чего фильтры 9 и 10 нижних частот выделяют их перЁые гармоники, исключают постоянные составляющие и глушат высшие гарМОНИКИ. Если фильтры 9 и 10 строго идентичны, то на первую и вторую обмотки вращающегося трансформатора ll поступают сигналы соответственно

cosuJ eiKTUJ и - амплитуда питающего напряжения; №- частота питающего напряжения; t - время. С выхода вращающегося трансформатора 11 на вход первого порогового элемента 12 приходит синусоидальный сигнал, смещенный по фазе относительно опорного на величину, пропорциональную углу поворота ротора вращающегося трансформатора 11. В момент перехода этого сигнала через нуль приходит импульс на второй вход фазового дискриминатора 3- Таким образом, выходной сигнал фазового дискриминатора 3 модулируется по ширине сигналом фазового рассогласования канала 2 задания и канала обратной связи.

Вторая тактовая последовательност генератора 1 тактовых импульсов неП(эерывно заполняет нереверсивный счетчик 16.

При прохождении сигнала . через нуль в положительном направлении второе пороговое устройство 13 формирует импульс обнуления нереверсивного счетчика 1б. Этот момент служит началом отсчета величины сдвига фаз питающих напряк ений. При прохождении сигнала ц, через нуль в положительном направлении третье пороговое устройство k формирует импульс, р азрешающий блоку 17 сравнения кодов сравнить содержимое счетчика 16с содержимым регистра 18 (т.е. с числом Н/Ц равным 90 эл.град.). Если коды совпадают (сдвиг фаз не нарушен),то на выходах блока 1 сигналы отсутствуют и коммутатор .19 сохраняет свое со стояние. Если код. в счетчике 16 превышает число в регистре 18 (сдвиг фаз больше 90), то на первом выходе блока 17 сравнения кодов появляется импульс и поступает на импульсный вход сложения реверсивного счетчика 15. Вследствие увеличения кода на управляющем входе коммутатора 19, последний переключит .т эиггep 6 с выходов b,d на входы Ьт1-ый и d-1-ый делителя частоты . В результате меандр синусоидального напряжения сформируется на одну дискрету раньше, компенсируя тем самым излишний сдвиг фаз, возникший в аналоговых элементах схемы.

Если проведенной коррекции окажется недостаточно ив следующем периоде вновь выявится превышение по

фазе, новый импульс с первого выхода блока 17 сравнения кодов заставит коммутатор 19 переключиться на b-2-ой и d-2-ой выходы делителя частоты, и

i раз, пока сигнал переполнения реверсивного счетчика 15 аварийно не отключит схему (на фиг.1 цепь аварийного отключения не показана). Если в результате сравнения кодов блоком 17 сравнения выявится, что код в нереверсивном счетчике 16 меньше числа в регистре 18 (сдвиг фаз меньше 90, то на втором выходе блока 17 сравнения кодов появляется импульс и поступает на импульсный вход вычитания реверсивного счетчика 15Это сразу же приводит к уменьшению кода на управляющем входе коммутатора 19 вследствие чего последний

0 переключает триггер 6 с выходов b+i , d+i на выходы b+i-1, d+i-1 делителя А частоты. В результате меандр синусоидального напряжения сформируется на одну дискрету позднее, компенсируя тем самым потерю в сдвиге фаз, возникшую в аналоговых элементах схемы. Количество подобных сдвигов (глубина компенсации ) определяется количеством входов коммутатора 15 и/или объёмом реверсивного счетчика 15.

Система реализуется на базе стандартных элементов автоматики. Возможный вариант исполнения пороговых устройств показан на фиг.3. При Ufc Oтранзистор закрывается, сопротивление его резко возрастает и на переходе коллектор-эмиттер появлается напряжение, дифференцируемое емкостью. Половина импульсов, соответствующая нерабочему участку синусоидальных сигналов, .срезается диодом V/j,. В качестве реверсивного счетчика могут использоваться микросхемы К155,ИЕб, в качестве нереверсивного счетчика К155, ИЕ5, схема сравнения кодов строится на базе микросхем К155 и Ml и элементов И-НЕ.

Погрешность системы не превышает

° 0,5 эл.град. Кроме того, обеспечивается защита схемы от аварийных режимов обрыва цепей питания вращающегося трансформатора.

Технический эффект заключается

5 в существенном повышении точности следящей системы при одновременном .увеличении ее надежности и долговечности.

11(1 ЗИ/

я

-шип -4т 1 U

ЛГ

jLL

ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВАЯ СЛЕДЯ1 |АЯ СИСТЕМА, содержащая генератор тактрвых импульсов, первый выход которого через канал задания соединен с пер- ; .вым входом фазового дискриминатора, а второй выход подключен к входу делителя частоты, первые выходы которого подключены через последовательно соединенные первые триггеру усилитель, фильтр к первой обмотке вращающегося трансформатора, к второй обмотке которого подключены последовательно соединенные вторые ,. г fi-. , 3 : ЙШЯг; fii;;, гер, усилитель и фильтр, а выход через пороговое устройство подключен к второму входу фазового дискриминатора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены второй и третий пороговые устройства, блок сравнения, регистр, реверсивный и нереверсивный счетчики и коммутатор, входы которого,подключены к вторым выходам делителя частоты, выходы - к входам второго триггера, а управляющий вход - к выходу реверсивного счетчика, вход которого соединён с выходом канала задания и входом ре гистра, а счетные входы - с-соответствующими выходами блока сравнения, первый вход которого подклюС|ен через первое пороговое устройство к второй обмотке вращающегося трансфор- матора, первая обмотка которого через последовательно соединенные второе пороговое устройство и нереверсивный счетчик подключена к второму входу блока сравнения, третьим вхоINS .дом подключенного к выходу регистра, САЭ тактовый вход нереверсивного счет1C чика подключен к выходу генератора оо тактовых импульсов.