Устройство для контроля положения самоходной машины Советский патент 1986 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к автоматическому управлению подвижными объектами, в частности для автоматического контроля положения самоходных горнопроходческих машин относительно заданного направления движения.

Цель изобретения - повышение надежности, точности и быстродействия устройства контроля.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- схема взаимодействия фотоприемника с оптическим лучом (АВ - отрезок продольной оси машины; 1 - штанга, СС - траектория движения фотоприемника, V - скорость и направление движения машины); на фиг. 3 - диаграммы, поясняюшие работу устройства; на фиг. 4 - блок выборки- хранения.

Направление движения машины задано оптическим лучом 1. На машине установлено устройство контроля положения машины содержащее привод 2, на валу которого с помошью штанги закреплен фотоприемник 3, поворотный трансформатор 4, вал которого жестко соединен с валом привода 2 фотоприемника, фазочувствительный выпрямитель 5, входы которого соединены с источником 6 опорного напряжения и обмотками поворотного трансформатора 4, блок 7 выборки-хранения, вход которого соединен с выходом фазочувствительного выпрямителя 5, формирователь 8 импульсов запуска, выход которого соединен с управляющим входом блока 7 выборки-хранения, а вход соединен с выходом усилителя сигналов фотоприемника 9, выходы блоков 7 и 8 соединены с индикатором 10 отклонения.

Чтобы устранить сбои в работе устройства при наличии перемещений машины в вертикальной плоскости, фотоприемник выполнен в виде линейки с набором фотоэлементов, расположенных в ряд, перпендикулярный плоскости движения штанги.

Устройство работает следуюшим образом.

С помощью щтанги привод 2 сообщает фотоприемнику 3 возвратно-вращательное движение. Двигаясь по дуге окружности, фотоприемник 3 пересекает оптический луч 1. В момент входа в оптический луч in (п 1, 2, 3, ...) на выходе фотоприемника появляется электрический сигнал, который через усилитель 9 поступает на вход блока 8 формирования импульсов запуска. Импульс запуска U поступает на управляющий вход блока 7 выборки-хранения. Поскольку вал поворотного трансформатора 4 жестко соединен с валом привода 2, напряжение на его выходе является функцией угла поворота штанги, несущей фотоприемник

Ui(t) Uo.S a-S«a)t,(1)

где а - угол поворота штанги, рад;

со - круговая частота источника опорного напряжения, 1/с;

Uon- амплитудное значение опорного напряжения, В.

Напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя 5 также является функцией угла поворота штанги и определяется

выражением

U2 Uort Зтпа.

(2)

С фазочувствительного выпрямителя напряжение Uz поступает на вход блока 7 выборки-хранения, на выходе которого в момент поступления на управляющий вход импульса запуска U устанавливается напряжение, пропорциональное мгновенному значению входного напряжения

(U),(3)

где Us - напряжение на выходе блока выборки-хранения, В;

К - коэффициент передачи блока выборки-хранения.

Напряжение Уз сохраняется на выходе блока выборки-хранения до поступления следующего импульса запуска. Значение измеряемого отклонения определяется выражением

X 1-5т„а„,(4)

где а„ - значение угла поворота штанги в момент входа фотоприемника в оптический луч; 1 - длина щтанги.

Из выражений (2), (3), (4) следует, что масштаб преобразования датчика положения фотоприемника не зависит от угла поворота штанги

т,---.

(5)

Поскольку блок выборки-хранения сохраняет сигнал на входе индикатора отклонения (аналого-цифрового преобразователя) 10 неизменным до поступления следующего импульса запуска, его использование позволяет устранить динамическую составляющую ошибки измерения.

Блок выборки-хранения реализован на аналоговых рещающих усилителях (фиг. 4). Следящий усилитель У1 имеет положительный коэффициент усиления KjH малое значение выходного сопротивления Квых. Усилитель хранения У2 (интегратор) имеет отрицательный коэффициент усиления и боль- щое значение входного сопротивления. Для коммутации выхода следящего усилителя с входом усилителя хранения использован

полупроводниковый токовый ключ (Кл.). При наличии импульса записи токовый ключ замкнут и блок выборки-хранения представляет собой апериодическое звено с малым значением постоянной времени, которое описывается передаточной функцией следующего вида:

-U3(P)

)

к.

Tp+f

(6)

коэффициент передачи блока выборки-хранения;

эквивалентная

постоянная

времени цепи заряда конденсатора, с;

входное сопротивление следящего усилителя, Ом.

Поскольку постоянная времени цепи заряда, конденсатора весьма мала, сигнал на выходе звена практически мгновенно принимает установившееся значение, определяемое выражением (3). При отсутствии импульса записи токовый ключ разомкнут и усилитель У2 работает в режиме хранения. На его выходе сохраняется сигнал Us, отображающий в масщтабе т значение отклонения машины от заданного направления. Для изменения масштаба преобразования

устройства контроля положения использован переменный резистор Ri.

Повышение точности достигается за счет использования в измерительной части устройства поворотного трансформатора, работающего совместно с фазочувствительным выпрямителем и блоком выборки-хранения.

Применение поворотного трансформатора с фазочувствительным выпрямителем обеспечивает во всем диапазоне измерений однозначное соответствие между отклонением и числом, получаемым на выходе индикатора отклонения, блок выборки-хранения уменьшает ошибку измерения отклонения, обусловленную длительностью процесса пре- образования аналогового сигнала в цифровой код. Повышение надежности обеспечивается за счет использования бесконтактного датчика положения фотоприемника - поворотного трансформатора.

г

dD

Фиг.3

2 KI

Составитель М. Аксенов Техред И. ВересКорректор В. Бутяга

Тираж 470Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ФиъМ