Следящая система Советский патент 1984 года по МПК G05B11/14 

Изобретение относится к следящим системам с ограниченным углом поворота выходного вала и може.т найти применение в металлорежущих станках И в землеройных механизмах. Известна следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования предварительный усилитель, синхронный детектор, сглаживающий фильтр, двухтранзисторную ключевую ячейку Модулятор, общая точка баз транзисто ров которой подключена к одной клемЙе источника опорного напряжения, и коллекторы - через два нормально замкнутых концевых контакта блока концевых выключателей подключены к второй клемме источника опорного напряжения, выходной усилитель мощности и исполнительный двигатель, вал Которого кинематически связан со вторым входом измерителя рассогласо1вания и с кулачками блока концевых выключателей yj . Недостатками этой следящей системы являются, во-первых, то, что в не после размыкания контакта блока концевых выключателей в цепь сигнала уп равления последовательно включается переход эмиттер-блза транзистора ключевой ячейки и снятие следящей системы со стопора при изменении фазы сигнала рассогласования происходи при напряжении (0,6-0,7) В на выходе сглаживающего фильтра, в рез ьтате чего уменьшается рабочий угол (или, например, рабочее поле координатогра фа) на величину, соответствующую (с учетом масштаба) указанному напря жению, во-вторых, то, что в ней ключевая ячейка, являясь однополупериод ным модулятором, имеет на выходе напряжение, содержащее переменную составляющую частоты опорного напряжения и постоянную составляющую, которые по величине пропорциональны сигн лу рассогласования, причем одна из с ставляющих в зависимости от тока исполнительного двигателя используется в качестве управляющего сигнала, а вторая является помехой и ухудшает качество работы следящей системы, в-третьих, то, что в ней имеет место значительный- выбег исполнительног двигателя при срабатывании ключевой ячейки, поскольку торможение исполни тельного двиг&теля происходит при нулевом управляющем снунале. 802 Известна также следящая система, содержащая источник сигнала управле ния, одна клемма которого через последовательно соединенные первый и второй выпрямитель и исполнительный двигатель подключенако второй клемме источника сигнала управления, причем вал исполнительного двигателя соединен с блоком концедых выключателей, контакты которого установлены параллельно соответствующим выпрямителям 2j . Недостатками данной системы являются ее низкая чувствительность и большой выбег ее выходного вала. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является следящая система, содержащая источник сигнала управления, выходом-соединенный через последовательно соединенные первые выпрямители и ключ и через последовательно соединенные вторые выпрямитель и ключ с первым сигнальным входом корректирующего устройства, соединенного выходом через усилитель мощности с входом исполнительного двигателя и с входом блока задержки, .выходом через параллельно включенные третий и четвертый ключи соединенного со вторым входом корректирующего устройства, блок концевых выключателей, входом соединенный с валом исполнительного двигателя, вькодом - с управляющими входами ключей з 1. Недостатками известной системы являются ее большой выбег и ее низкая чувствительность и надежность. Целью изобретения является уменьшение выбега и повьш1ение чувствительности и надежности системы. Поставленная цель достигается тем, что в следящей системе, содержащей последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, предварительный усилитель, синхронный детектор и сзг-лаживающий фильтр, соединенньй выходом через последовательно соединенные первый выпрямитель и первый ключ и через последовательно соединенные второй выпрямитель и второй ключ с сигнальным входом корректирующего устройства, соединенного выходом через усилитель мощности с входом исполнительного двигателя, вал которого соединен с вторым входом измерителя рассогласования и входом блока концевых выключателей. выходами соединенного с управляющими входами первого и второго ключей, до полнительно установлен элемент ИЛИ, входами соединенный с выходами блока концевых выключателей, а выходом с управляющим входом корректирующее го устройства. На фиг. 1 дана функциональная схема следящей системы; на фиг.2 принципиальная схема. Система содержит измеритель 1 рас согласования, предварительный усилитель 2, синхронный детектор 3, сглаживающий фильтр 4, первый и второй выпрямители 5 и 6, первый и второй ключи 7 и 8, корректирующее устройство 9, конденсатор 10, первый и второй резисторы 11 и 12, усилитель 13 мощности, исполнительный двигатель 14, выходной вал 15, блок 16 концевых выключателей с первым и вторым выходами 17 и 18, третий и четвертый резисторы 19 и 20, третий ключ 21, элемент ИЛИ 22, задатчик 23, источник 24 управляющего сигнала, пятый, шестой и седьмой резисторы 25-27, операционный усилитель 28, диоды 29 и 30, общая шина 31 системы Задатчик 23, измеритель 1 рассогласования, предварительный усилитель 2, синхронный детектор 3 и сглаживающий фильтр 4 функционально входят в состав источника 24 управляющего сигнала. Система работает следующим образом. Сигнал с выхода задатчика 23 пост пает на один из входов измерителя 1 рассогласования, на другой вход кото рого поступает сигнал с выхода испол нительного двигателя 14, пропорциональный регулируемому параметру. Выходной сигнал измерителя 1 рассогласования усиливается в предварительном усилителе 2, детектируется в синхронном детекторе 3 и сглаживается в фильтре 4, выход которого является выходом источника 24, который может быть построен по любой структу ной схеме. Так, например, применение потенциометров в качестве задатчика 23 и главной обратной связи между выходом исполнительного двигателя 14 и входом измерителя 1 рассогласования и операционного усилителя в качестве измерителя 1 рассогласования позволяет исключить из источника 24 синхронный детектор 3 и сглаживающий 804 фильтр 4, не меняя при этом функциональной схемы следующей системы. Сигнал с источника 24 через последовательно соединенные первый выпрямитель 5, первый ключ 7 (или при другой полярности через выпрямитель 6, второй ключ 8), корректирующее устройство 9 и усилитель 13 мощности поступает на вход исполнительного двигателя 14, выходной вал которого изменяет положение связанного с HiiNj объекта регулирования (на фиг. 1 не показан). Сигнал с выхода исполнительного двигателя 14, пропорциональный положению объекта или какому-либо другому регуляруемому параметру, поступает на второй вход измерителя 1 рассогласования. При повороте вала 15 исполнительного двигателя 14 в допустимых пределах сигналы ца выходах 17 и 18 блока 16 концевых выключателей отсутству- ют, все три к.тпоча 7, 8 и 21 замкнуты и в этом случае постоянный сигнал (с выхода сглаживающего фильтра 4 положительной или отрицательной полярности) поступает, соответственно, через первый 5 или второй 6 выпрямители, через первый 7 или второй 8 ключи, через корректирукнцее устройство 9 и усилитель 13 мощности на вход двигателя 14, при этом четвертый резистор 20 зашунтирован замкнутым третьим ключом 21 и не оказывает влияния на передаточную функцию корректирующего устройства 9, рассчитанную исходя из требуемых динамических характеристик следящей системы. При достиясении выходным валом 15 исполнительного двигателя 14 границы ДОПУСТ1Ф10Й области, например, при положительной полярности сигнала на выходе сглаживающего фильтра А, на выходе 17 блока 16 концевых выключателей появляется сигнал, который раамыкает первьи ключ 7 и прерывает прохождение сигнала положительной полярности с выхода сглаживающего фильтра 4 на вход корректирующего устройства 9. Одновременно размыкается третий ключ 21 при появлении сигнала на любом из двух выходов 17 (или 18) блока 16 концевых выключателей благодаря наличию элемента ИЛИ 22 и при этом последовательно второму резисТару 12 подключается четвертый резистор 20. После отключения сигнала от входа корректирующего устройства 9 в нем начинается экспоненциальньгй ра ряд конденсатора через первый резистор 11 и через цепь, состоягпую из резисторов третьего, второго и четвертого 19, 12 и 20. При этом полярность сигнала на входе усилителя 13 мощности меняется на гфотивоположную и обеспечивается торможение исполнительного двигателя 14 противовключением. Амплитуда тормозного импульса на входе усилителя 13 мощности определяется сопротивлением второго, чет вертого и третьего резисторов 12, 20 и 19 и величиной сигнала на входе кбрректирующегр устройства 9 непосре сфвенно перед размыканием ключа 7, с;которой связана частота вращения (кинетическая энергия) выходного вала 15 исполнительного двигателя 14 в начале торможения, Длительность тормозного импульса определяется величинами сопротивлений резисторов 11, 12, 20 и 19 и емкостью конденсатора 10, т.е. постоянной времени раз ряда конденсатора 10. Выбором величины сопротивления четвертого резистора 20 можно подобрать такие амплитуду и длительность тормозного импульса, чтобы весь процесс торможения исполнительного двигателя 14 до полной его остановки проходил в режиме противовключения, т.е. с максимальной интенсивностью. Необходимост введения четвертого резистора 20 обу ловлена тем, что постоянная времени корректирующего устройства 9,рассчитанная по условиям устойчивости следящей системы, обычно в несколько (5-10) раз меньше электромеханической постоянной времени исполнител ного двигателя с нагрузкой на валу и недостаточна для эффективного тор може ния. Ограничение угла подзорота при отрицательной полярности напряжения на выходе сглаживающего фильтра происхо дит аналогично, при этом работают выпрямитель 6, ключ 8 и ключ 21. 80 На фиг, 2 приведена одна из возможных схем однополупериодного прецизионного выпрямителя, построенная на базе операционного усилителя 28, Высокая линейность такого выпрямителя достигается благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей выпрямительный диод 29 (или 30). Предлагаемая следящая система не уменьшает область допустимых углов благодаря высокой линейности выпрямителей 5 и 6. В предлагаемой следящей системе устройство ограничения, содержащее ключи 7, 8 и 21, элемент ИЛИ 22 и блок 16 концевых выключателей не вводят в сигнал управления никаких помех, кроме того, в системе осуществляется интенсивное торможение исполнительного двигателя 14 противовключением и исключается выбег выходного вала 15. Таким образом, изобретение позволяет примерно в четыре раза повысить надежность и качество следящей системы за счет улучшения следующих ее качественных показателей, а именно за счет повышения примерно в три раза отношения сигнал - шум в следящем режиме работы системы, повьшгения примерно в четыре раза интенсивности торможения при срабатывании ключей 7,, 8 и 21, Повышения примерно в два с половиной раза чувствительности системы при автоматическом снятии выходного вала 15 со стопоров, повышения в шесть раз запаса устойчивости системы, а также за счет уменьшения в полтора раза установившейся ошибки и колебательности системы. Технической эффект от использования изобретения подтвержден проверкой работы следящей системы при постановке на стопоры, при снятии со стопоров и в следящем режиме.

-СЬ

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, содержащая последовательно соединенные за- . датчик, измеритель рассогласования, предварительный усилитель, синхронный детектор и сглаживающий фильтр, соединенный выходом через последовательно соединенные первый выпрямитель и первый ключ и через последовательно соединенные второй выпрямитель и второй ключ с сигнальным входом корректирующего устройства, соединенного выходом через у силитель мощности с входом исполнительного двигателя, вал которого Соединен с вторым входом измерителя рассогласования и входом блока концевых вьгключателей, выходами coeдинeннo o с управляющими входами первого и второго ключей, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения выбега, повьппения чувствительности и надежности системы, в ней дополнительно S установлен элемент ИЛИ, входами соединенный с выходами блока концевых (О выключателей, а выходом - с управляющим входом корректирующего устройства.