Следящая система Советский патент 1984 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к следящим системам и может быть использовано в автоматических и вычислительных комплексах, в комплексах передачи угла с ограниченным углом поворота выходного вала и нерегулярньял обновлением информации об угловых положениях входного вала, например в комплексах наведения телескопов, .визирных колонок, антен и т.д. Известна- следующая система, соде жащая источник сигнала управления, первая клемма которого через последовательно соединенные первый и вто рой выпрямители и электродвигатель подключена к второй клемме источник сигнала управления, параллельно каж дому из выпрямителей включены контакты концевых выключателей, которы механически подключены к валу электродвигателя i . .Недостаток данной системы - низк КПД. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является си стема, содержащая последовательно с единенные синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, синусн косинусный вращающийся трансформато приемник , первый усилитель, первый синхронный детектор, сумматор, моду лятор и исполнительный двигатель, выходной вал которого через последовательно соединенные тахогенерато и корректирующее устройство подключ к второму входу сумматора, а через редуктор - к механическим входам блока концевых выключателей, синусно-косинусного,вращающегося трансформатора-датчика угла поворота выходного вала системы и синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника,первый вход которо через Последовательно соединенные второй синхронный детектор, первый .инвертор, первый -элемент И и третий усилитель подключен к третьему входу сумматора, второй выход синуснокосинусного вращающегося трансформатора датчика угла поворота выходного вала системы через последовательно соединенные третий синхронны детектор, второй инвертор и второй элемент И соединен с вторым входом третьего усилителя, выходы второго и третьего синхронных детекторов по ключены к вторым входам соответстве но первого и второго элемента И, выход блока концевых выключателей соединен с вторым входом второго ус лителя. При включении известной системы для приема заданного угла исполнительный двигатель ведет ее выходной вал в заданное положение только через рабочую зону, что достигается анализом фаз напряжений, снимаемых с синусных обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и дополнительного синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика угла поворота выходного вала системы, причем в случае несовпадения фаз указанных напряжений исполнительный двигатель управляется напряжением, которое подается с выхода усилителя на третий вход сумматора, а при совпадении - сигналом рассогласования, который подается на вход первого усилителя с синусной обмотки синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника . Анализ фаз напряжений , снимаемых с синусных обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и синуснокосинусного вращающегося трансформатора-датчика угла поворота выходного вала системы осуществляется с помощью синхронных детекторов инверторов, элементов И и второго усилителя 2 . Недостатком известной системы является обязательное наличие синуснокосинусного вращающегося трансформатора-датчика угла поворота выходного вала системы, что усложняет конструкцию системы, поскольку для его соединения с выходным валом системы необходимы элементы крепления и передачи вращения, и делает ее энерго- емкой , так как обмотка возбуждения указанного трансформатора потребляет около 4-5 Вт. Кроме того, дополнительную механическую нагрузку, создаваемую синусно-косинусным вращаю щимся трансформатором-датчиком угла поворота выходного вала системы преодолевают путем дополнительного потребления мощности тремя усилителями . Цель изобретения - повышение КПД системы. Поставленная цель достигается тем, что в следующую сиетему,содержащую первый синхронный детектор, последовательно соединенные синуснокосинусный вращающийся трансформатордатчик, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-приемник, первый усилитель, второй синхронный детектор, первый сумматор, модулятор, второй усилитель, исполнительный дви гатель и редуктор, выходной вал которого соединен с механическими входами нагрузки, блока концевых выключателей и синусно-косинусного вращающегоя трансформатора-приемника, первый вход которого через последовательно соединенные третий синхронный детектор, первый инвертор, первый элемент И и третий усилитель подключен к второму входу первого сумматора, и второй инвертор, выходом подключенный к первому входу второго элемента И, вторым входом подключенного к выходу третьего синхронного детектора, а выходом к второму входу третьего усилителяj выход блока концевых выключателей подключен к второму входу второго усилителя, дополнительно введены четвертый и пятый синхронные детекторы, первый и второй перемножители и второй сумматор, входами подключенный к выходам первого и второго перемножителей, а выходом - к второ входу первого элемента И и входу второго инвертора, первый вход первого перемножителя подключен к выходу третьего синхронного детектора а его второй вход через четвертый синхронный детектор - к второму выходу синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, первый и второй входы второго перемножнтеля через первый и пятый синхрон ные детекторы подключены соответственно к второму входу и первому выходу синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, На фиг.1 представлена функционал ная схема системы на фиг.2 - диаграммы, иллюстрирующие работу сист -Мы. Система содержит входной вал 1 системы, синусно-косинусный трансформатор-датчик 2, синусно-косинусн вращающийся трансформатор-приемник усилитель 4 мощности, исполнительный двигатель 5, редуктор 6, блок 7 концевых выключателей, третий 8, первый 9, четвертый 10 и пятый 11 синхронные детекторы, первый 12 и второй 13 перемножители, второй сум матор 14, первый 15 и второй 16 инверторы, первый 17 и второй 18 элементы И, третий усилитель 19, выход ной вал 20 системы, источник 21 переменного напряжения, первый усилитель 22, второй синхронный детектор 23, первый сумматор 24, модулятор 2 второй усилитель 26, а также нагруз ку 27. На фиг.2 принятые обозначения: первый 28, второй 29, третий ЗП и. четвертый 31 квадранты Ug и Иц. напряжения на синусной (первый выхо и косинусной (второй выход) обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 U - нап ряжение возбуждения синусно-косинус ного вращающегося трансформаторадатчика 2 KT и - коэффициенты трансформации синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемни 3 и синусно-косинусного вращающегос трансформатора-датчика 2; «. угол поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2; ft - угол поворота ротора синусно-косинусного вращающегося тра сформатора-приемника 3 Y - запретная зона для выходного вала системы На функциональной схеме системы (фиг.1) пунктиром обозначены вспомогательные элементы и связи системы, не оказывающие функционального влияния на работу системы (например, источник -переменного .напряжения 21 и его связи), Усилитель 4 мощности содержит первый усилитель 22, второй синхронный детектор 23, сумматор 24, модулятор 25 и второй усилитель 26 и служит для усиления выходного сигнала синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 до уровня необходимого для работы исполнительного двигателя 5. Переменное и постоянное напряжение, приходящие соответственно на первый и второй входы усилителя 4 мощности, приводятся в нем к одному виду, суммируются, суммарное напряжение усиливается и подается на вход исполнительного двигателя 5. При срабатывании соответствующего выключателя в блоке 7 напряжение, приходящее с выхода блока 7 концевых выключателей на третий вход усилителя 4 мощности, делает усилитель 4 мощности нечувствительнЕлм к своему входному сигналу данной фазы и оставляет его чувствительным к своему входному сигналу противоположной фазы. Указанными свойствами обладает, . например, серийный усилитель переменного тока УР-16 ЛМ. В качестве исполнительного двигателя 5 может быть использован электродвигатель , блок электромагнитных муфт или любое устройство, обладающее аналогичными свойствами. . Синхронные детекторы 8-11 и 23 применяются для преобразования напряжения в постоянное и представляют собой управляемые опорньл напряжением ключи, выполненные, например, на двухэмиттерных транзисторах 2Т 118А. В качестве аналоговых перемножителей 12 и 13, предназначенных для формирования напряжения, пропорционально произведению двух напряжений, могут быть использованы, например, микросхемы 525 ПС1. Сумматор 14 суммирует постоянные напряжения. Инверторы 15 и 16 служат для выработки выходных напряжений, .значения которыхсоответствуют значениям входных напряжений, а полярность выходных напряжений противоположна полярности входных. Третий .усилитель 19 необходим для суммирования постоянных напряжений, приходящих на его входы, и усиления . суммарного напряжения, которое подается на второй вход усилителя мощности 4. В качестве сумматора 14, инверторов 15 и 16 и третьегоусилителя 19 могут быть использованы операционные усилители в микросхемном исполнении например, 153 серии. Элементы И 17 и 18 предназначены для выработки выходных напряжений в случае совпадения напряжений на пер вом и втором их входах. В следующей системе применяются элементы И, на выходах которых устанавливаются высокие напряжения (логическая единица) только при совпа хении на первом и втором входах элемента И напряжений положительной полярности (логических единиц), значения которых превышают порог срабатывания элемента И. Если на первый и второй входы эл .мента И поступают напряжения отрица тельной полярности ( логические нули) , то на выходе элемента И устанавливается низкое напряжение (логический нуль). При несовпадении, если на входах элемента И не совпадают полярности напряжений, т.е. при подаче на первый вход элемента И напряжения положительной полярности (логической единицы), а второй вход напряжения отрицательной поляр ности (логического нуля) или наоборот, на выходе элемента И устанавли вается низкое напряжение (логический нуль). Состояние элемента И, при котором на его выходе устанавливае ся низкое напряжение (логический нуль), принято за исходное. Элементы И 17 и 18 могут быть вы полнены на микросхемах 133 серии. Источник 21, выходное напряжение которого взято в качестве опорного, предназначен для питания синуснокосинусного вращающегося трансформатора-датчика 2, снабжения синхронных детекторов 8-11 и 23 опорным напряжением, коммутирующим ключи, входящие в их состав, а также для питания усилителя 4 мощности, содержащего по крайней мере, синхронный детектор 2 и модулятор 25, с помощью которых преобразуются сигналы, приходящие на его первый и второй входы. Известно, что при трансформаторно включении синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2 и синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 на выходных обмотках последнего присутствуют напряжения, значения которых пропорциональны синусу и косинусу разности .угловых положений роторов синуснокосинусного вращающегося трансформатора-датчика 2 и синусно-косинусного вращающегося трансформатораприемника 3. Выходные напряжения, снимаемые с синусной и косинусной обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, соответственно равны: U(;lJ- Tnt2b 1 05p-C050( 5«пр) -l Tn-tT -5 nU-fi), и К (005 di СОвр t sin ot 61 П и г - n- T CoeU-p). Из приведенных соотношений видно, что напряжение, снимаемое с синусной обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, подключенного по трансформаторной схеме к СКВТ синусно-косинусному вращающемуся трансформатору-датчику 2, пропорционально синусу, а напряжение с косинусной обмотки - косинусу разности угловых положений роторов синусно-косинусных вращакмцихся трансформаторов 2 и 3. Предлагаемая система работает следующим образом: В процессе синхронного слежения в рабочей зоне напряжение с первого выхода (синусной обмотки) синуснокосинусного вращаницегося трансформатора-приемника 3 через усилитель мощ ности 4 воздействует на исполнительный двигатель 5, который, реагируя на это напряжение, ведет ротор синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 в согласованное с ротором синусно-косинусного враща-. ющегося трансформатора-датчика 2 п6ложение. При достижении согласованного положения напряжение на первом входе усилителя мощности 4 становится равным нулю, поскольку при о( |. 0. Стремясь поддерживать минимальный сигнал на входе усилителя 4 мощности исполнительный двигатель 5 осуществляет таким образом сложение за соответствием положения ротора синусно-косинусного вращающегсЗся трансформатора-приемника 3 положению ротора синусно-косинусного вращакйцегося трансформатора- датчика 2. Одноврег.1енно с первого (синусного) и второго (косинусного) выходов си-. нусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2 напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора оинусно-косинусного вращающегося трансформаторадатчика 2, через третий 8 и первый 9 синхронные детекторы подаются на первые входы первого 12 и второго 13 аналоговых перемножителей. С первого и второго выходов синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 напряжения, пропорциональные синусу и косинусу разности угловых положений роторов синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2 и синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, через пятый и четвертый синхронные детекторы 11 и 10 подаются на первые входы второго 13 и первого 12 перемножителей. с ВЫХОДОБ первого 12 и второго 13 перемножителей снимаются напряжения пропорциональные произведению C06((t-)sinoi.. и ((t -)COSOi , которые подаются ни входы сумматора 14, где происходит onep aiiHH сложения co5(tt-p)si«c(,-sirt((n-fj)co5ix. С выхода второго сумматора 14 снимается напряжение, значение которого пропорционально Sin, т.е. синусу угла поворрта синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3. Следующие тригонометрические зависимости значение сигналов на перво и .втором выходах синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3: , sin(oC-fi) 6iinoC 005/i-CO Ot-Sin Р; COS(o(.-p)« C05ot COSp Sinct -51 Т f . Исключив из первого и второго уравнений Cos б 5iirt(ot-p)tC05((.5iin( COSft cosU-p)) ft COSCC приравняв правые части 5in(ot- fr C05o6-54inf C05(ot-p)-5iYlo( 5o7ACOS л находят Sin (cOsV-t ei-nVlein ( COS((i-p)si n Ct -5ir(cC-p)coec(, j sinft coe(ot-()(,-siii (oc-()co5o6 С выхода второго сумматора 14 напряжение, пропорциональное синусу угла поворота синусно-коссинусного вращающегося трансформатора-приемни 3(Sinp) , подается непосредственно на второй вход первого элемента И 1 и ч.ерез второй инвертор 16 на первы вход второго элемента И 18. Сигнал с выхода третьего синхронного детек тора 8 подается через первый инвертор 15 на первый вход первого элемента И 17 и непосредственно на .вто рой вход второго Элемента И 18, При совпадении знаков напряжений пропорциональных Sinotn Sin )3 (это во можно в случае, когда ( и находятс в диапазоне первого и-второго квадр тов 28 и 29 или третьего и четверто квадрантов 30 и 31 на фиг.2) на вхо дах элементов И 17 и 18 знаки напря жений не совпадают, элементы И 17 и 18 остаются в исходном состоянии. Н входы третьего усилителя 19 не подаются напряжения. Выход третьего усилителя 19 обесточен. Усилитель 4мощности оперирует с напряжением, подаваемым на его первый вход с Первого вЕлхода синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 Допустимо, что запретная для вых ходного вала 20 системы зона углов у расположена симметрично во втором и третьем квадрантах 2-9 и 30 как,показано на фиг.2, а переменное напряжение, пропорциональное синусу угла, поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2,совпадает по фазе с опорным напряжением только при углах,расположенных в первом и втором квадрантах, а при углах, расположенных в третьем и четвертом квадрантах, находится в протйвофазе с опорным напряжением. Переменное напряжение, пропорциональное косинусу уг.ла поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2, совпадает по фазе с опорным напряжением только при углах, расположенных в первом и четвертом квадрантах, а при углах, расположенных во втором и третьем квадрантах, находится в протйвофазе с опорным. Кроме того, предположим, что на выходе синхронного детектора 8 (или 9, 10, 11) устанавливается напряжение положительной полярности при входном переменном напряжении, совпадающем по фазе с опорным напряжением, а при входном переменном Напряжении, находящимся в протйвофазе с опорным напряжением, на выходе, синхронного детектора 8 (или 9 10, 11) устанавливается напряжение отрицательной полярности. Допустим, что угол поворота синусно-косинусного вращающегося транс форматора-датчика 2, т.е. заданный угол, находится во втором квадранте 29, а угол поворота выходного вала 20 системы, т.е. угол поворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, находится в третьем квадранте 30 .(фиг,2), В этом случае переменное напряжение, характеризующее синус угла поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2 совпадает по фазе с опорныгл напряжением, а напряжение, характеризующее синус угла поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, находится в протйвофазе с опорным напряжением. На вход третьего синхронного детектора 8 подается напряжение, пропорциональное синусу угла поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика 2, в результате чего на выходе синхронного детектора 8 устанавливается постоян ное напряжение положительной полярности (второй квадрант 29). На выходе второго сумматора l4 устанавливается напряжение отрицательной полярности, которое характеризует синус угла поворота ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 (третий квадрант 30 на фиг.2). Поскольку с выхода второго сумматора 14 напряжение отрицательной полярности, пропорциональное Sin ft, подается непосредственно на второй вход первого элемента И 17, на первый вход которого приходит с выхода первого инвертора 15 напряжение так же отрицательной полярности, первый элемент И 17 остается в исходном состоянии. На входах второго элемента И 18 напряжение имеет положительную поля ность, так как напряжение отрицател ной полярности с выхода второго сум матора 14 инвертируется вторым инве тором 16 и подается на первый вход второго элемента И 18, на второй вх которого с выхода третьего синхронн го детектора 8 подается напряжение положительной ПОЛЯРНОСТИ. . ( Совпадение знаков положительных напряжений на входах второго элемен та И 18 переводит его из исходного состояния в рабочее. В результате этого на прямом входе третьего усили теля 19 появляется напряжение положительной полярности, которое усиливается третьим усилителем 19 и, не меняя знака, подается на второй вход усилителя мощности 4. Так как значен этого напряжения выбрано большим,чем максимально возможное значение напряжения управления, поступающего на первый вход усилителя 4 мощности с выхода синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, то система управляется выходным напряжением третьего усилителя 19. Исполнительный двигатель 5 ведет выходной вал 20 системы и ротор синусно-косинусного вращающегося трансформатораприемника 3 в согласованное с ротором синусно-косинусного вращакядегося трансформатора-датчика 2 положение и третьего квадранта 30 через четвертый 31 и первый 28 к второму квадранту -29 (фиг.2), т.е. через рабочую зону против часовой стрелки. При достижении ротором синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 первого квадранта 28 напряжение на выходе второго сумматора 14 становится положительным, поскольку синус в первом квадранте 28 положительный. В результате этого напряжение на выходе третьего усилителя 19 становится равным нулю, потому что на входах элементов И 17 и 18 не совпадают знаки напряжений. Система управляется только снимаемым с первого выхода синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 напряжением, с помощью которого и происходит согласование отрабатываемого угла с задаваемым при движении выходного вала системы 20 в ту же сторону через первый квадрант 28 во второй квадрант 29 (см.фиг.2), поскольку оставшийся неотработанный угол меньше | по крайней мере на величину У . В случае, когда угол поворота ротора синусно-косинусного вращающетгося трансформатора-датчика 2 находится в третьем квадранте 30, а угол ротора синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 - во втором 29, напряжение на выходе третьего синхронного детектора 8 имеет отрицательную полярность, а на выходе второго сумматора 14 - положительную, так как синус в третьем квадранте отрицателен, а во втором - поло- жителен. Совпадение знако в положительных напряжений происходит на входах первого элемента И 17. В результате этого на инверсном входе третьего усилителя 19 появляется напряжение положительной полярности. При этом на выходе третьего усилителя 19 образуется напряжение отрицательной Полярности. Это напряжение через усилитель 4 мощности, на второй вход которого оно подается, воздействует на исполнительный двигатель 5, который ведет выходной вал 20 системы и ротор синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 из второго квадранта 29 через первый 28 к четвертому 31 (фиг.2), т.е. также через рабочую зону (по часовой стрелке) . При достижении ротором синуснокосинусного вращающегося трансформатора- -приемника 3 четвертого квадранта 31 напряжение на выходе второго сумматора 14 принимет отрицательное значение, в результате чего напряжение на втором входе усилителя мощности 4 обращается в нуль (так как ни на одном из элементов И 17 (или 18) не происходит совпадения знаков напряжений положительной полярности) и система продолжает двигаться в том же направлении по напряжению с первого выхода синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника 3, ведя выходной вал . 20 системы и ротор синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника 3 через четвертый квадрант 31 в третий 30 ( к этому моменту угол рассогласован уже меньше по крайне мере на величину у) до полного согласованияi В процессе синхронного слежения выходной вал 20 системы может достигнуть границы рабочей зоны, если входной вал 1 войдет в запретную зону. В этом случае срабатывают соответствующие контакты блока 7 концевых выключателей, в результате чего на третий вход усилителя мощности 4 подается напряжение, делающее усилитель 4 нечувствительным к управляющему напряжению данной фазы, и систе ма останавливается. При изменении фазы управляющего напряжения усилитель 4 мощности становится чувствительным к сигналу это фазы, исполнительный двигатель 5 отводит ВЫХОДНОЙ вал 20 системы от пре дельного положения, сработавшие контакты 7 концевых выключателей возвращаются в исходное состояние и система вновь приобретает чувствительность к обеим фазам-управляющего нап ряжения. Как в прототипе, так и в предлагаемой схеме возможен режим запоминания заданного угла, а также режим управления с помощью датчика команд (на схеме системы не показан), подключаемого к первому или второму вхо дам усилителя 4 мощности. В прототипе при обработке заданного угла для организации движения выходного вала системы через рабочую зону использован дополнительный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, установленный на выходном валу системы и фиксирующей его угловое положение, В предлагаемой ристеме за счет определения синуса угла поворота выходного вала с помощью дополнительно введенных четвертого 10 и пятого 11 синхронных детекторов, а также первого 12 и второго 13 перемножителей и второго сумматора 14 необходимость в установке дополнительного синусно-косинусного вращающегося трансформатора отпадает, что позволяет упростить систему и повысить ее КПД в 16-20 раз по сравнению с известной системой. Кроме того, предлагаемая система в 10-12 раз дешевле прототипа, а ее масса и габариты позволяют использовать систему в бортовых комплексах самолетов,

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА,содержащая первый синхронный детектор, последовательно соединенные синусно-. косинусный вращающийся трансформатордатчик, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-приемник, первый усилитель, второй синхронный детектор, первый сумматор, модулятор, второй усилитель исполнительный двигатель и редуктор, выходной вал которого соединен с механическими входами нагрузки, блока концевых выключателей и синусно-косинусного вращающегося т зансформатора-приемника, первый вход которого через последовательно соединенные третий синхронный детекторj первый инвертор, первый элемент И и третий усилитель подключен к второму входу первого сумматора, и второй инвертор, выходом подключенный к первому входу второго элемента И, вторым входом подключенного к выходу третьего синхронного детектора, а выходом к второму входу третьего усилителя, выход блока концевых выключателей подключен к второму входу вторЬго усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД системы, в ней дополнительно установлены четвертый и пятый синхронные детекторы,- первый и второй перемножители и второй сумматор, входами подключенный к выходам первого и второго перемножителей, а выходом - к второму входу первого элемента И.и входу второго инвертора, первый вкод (Л первого перемножителя подключен к выходу третьего синхронного детекС тора, а его второй вход через четвертый синхронный детектор - к второму выходу синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, первый и второй входы второго перег: множителя через первый и пятый синхронные детекторы подключены соответственно к второму входу и первому 00 выходу синусно-косинусного вращающе-1 гося трансформатора-приемника. со о

22 23 2 25

tfi.J 2e