Следящая система Советский патент 1989 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для стабилизации приборов, установленных на качающемся ос- новании.

Цель изобретения - повышение точности следящей системы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема системы; на фиг.2 - пример оптимальной реализации фазовращателя на фиг.З - пример оптимального выполнения блока подавления квадратурной составляющей; на фиг.4 - то же, первого выпрямителя; на фиг.5 - то же, блока формирования опорных напряжений; на фиг.6 - эпюры основных сигналов системы.

Следующая система содержит дистанционный измеритель 1 рассогласования усилитель 2, фазовращатель 3, блок 4 подавления.квадратурной составляющей первый выпрямитель 5, первый блок 6 сравнения, сумматор 7, широтно-им- пульсный модулятор 8, бесконтактный двигатель 9 постоянного тока, редуктор 10, фазоопережающий фильтр 11, реле 12 реверса, блок 13 умножения, тахогенератор 14, дифференцирующее звено 15, второй блок 16 сравнения, второй выпрямитель 17, блок 18 формирования опорных напряжений, источник 19 опорного напряжения.

Фазовращатель 3 (фиг.2) содержит конденсаторы 20 и 21, резистор 22, вход 23 фазовращателя, резистор 24, операционный усилитель 25, резистор 26, конденсаторы 27 и 28, резистор 29, выход 30 фазовращателя.

Блок 4 подавления квадратурной составляющей содержит (фиг.З) электронный ключ 31, резисторы 32 и 33, конденсатор 34, апериодическое звено 35, сглаживающий RC-фильтр 36, дифференцирующее звено 37, электрон- ный ключ 38, конденсаторы 39 и резистор 40, электронный ключ 41, информационный вход 42, первый 43 и второй 44 опорные входы и выход 45.

Первый выпрямитель 5, выполненный в виде двухтактного детектора, содержит (фиг.4) два электронных ключа 46,47, информационный вход 48, инвертор 49, первый 50 и второй 51 опорные входы, резисторы 52,53, вы- ход 54, сглаживающий конденсатор 55.

Блок I8 формирования опорных напряжений содержит (фиг.5) усилитель- ограничитель 56, согласующий резис5

0 5

0

5

0 5

0 5

тор 57, транзисторный ключ 58 и элемент НЕ 59, вход 60, первый выход 61 и второй выход 62.

Следящая система работает следующим образом.

Измеритель 1 рассогласования, выполненный в виде сельсинной пары, формирует сигнал рассогласования с несущей опорного напряжения частотой fon, амплитуда и фаза огибающей сигнала частотой fc несет в себе полезную информацию о значении и направлении рассогласования (фиг.6а,б). В результате дистанционной передачи сигнала рассогласования последний, кроме полезной составляющей, содержит и другие гармоники помех, наибольшей из которых является квадратурная составляющая (фиг.бв). Кроме этого, сигнал рассогласования на выходе усилителя 2 имеет сдвиг фазы по отношению к фазе опорного питающе- го напряжения. В результате эффективность подавления квадратурной составляющей может оказаться низкой, поскольку вероятности подавления полезного сигнала и его помехи одинаковы. Сигнал рассогласования с выхода усилителя 2 поступает на вход (23) фазовращателя 3, который сдвигает фазу сигнала рассогласования до совпадения ее с фазой опорных напряжений (фиг.6г,д), поступающих на входы (43,44) блока 4 подавления квадратурной составляющей с первого б и второго 62 выходов блока 18 формирования опорных напряжений. Последний формирует опорные напряжения из напряжений питания, поступающего с источника 19 опорного напряжения, одновременно запитывающе- го и измеритель 1 рассогласования.

Фазовращатель 3 представляет собой полосовой усилитель на базе операционного усилителя 25. Нижняя полоса пропускания этого усилителя определяется Т-образным RC-фильтром, состоящим из резистора 22 и конденсаторов 20,21, а верхняя полоса - таким же фильтром из резистора 29 и конденсаторов 27,28, т.е. отношение резисторов 24 и 26 определяет коэффициент усиления усилителя 25.

Резисторы 22 и 29 выполнены регулируемыми по величине. Вследствие этого имеется возможность смешать положение полосы пропускания усилителя относительно частоты f0n в ту или

10

15

20

25

J 147287

другую сторону. Кечи максимум полосы пропускания не совпадает с частотой fen., то усилитель сдвигает фазу, причем сдвиг тем больше, чем больше расстройка. Затухание сигнала по амплитуде при этом компенсируется увеличением коэффициента усиления с помощью подбора резисторов 24,26. Указанный усилитель компенсирует сдвиг фаз до +.60 , что оказывается достаточным для правильного их совмещения.

Формирование опорных напряжений, поступающих на входы 43,44 блока 4, осуществляется в блоке 18 формирования опорных напряжений, на вход 60 которого поступает опорное напряжение. Усилитель 56 (фиг.5) обеспечивает -двухстороннее ограничение поступающего напряжения по амплитуде, а транзисторный ключ 58 формирует с этого напряжения положительные импульсы прямоугольной формы. Элемент НЕ 59 меняет фазу сформированных импульсов на 180°, в результате чего на выходах 61 и 62 снимаются две последовательности прямоугольных импульсов (фиг.6, эпюры г,д). Относительно одного из них в зависимости от напряжения рассогласования выполняется регулировка сдвига фазы фазовращателем 3. Прямоугольный импульс, поступивший на вход 42 (см.фиг.3) через ключ 31, подается сфазированным с сигна- . лом рассогласования, в результате че- 35 го с выхода ключа 31 снимается последовательность импульсов, представленная на эпюре (фиг.бе).

.С выхода ключа 31 напряжение подается на сглаживающий RC-фильтр 36, 40 период интегрирования которого равен 2-3 периодам опорного напряжения, в результате чего получается малое запаздывание, но эффективность сглаживания оказывается низкой (фиг.бж). Вместе с тем уровень пульсации (соответственно, и уровень гармоник) на выходе фильтра по сравнению с изменением входного сигнала значительно ниже (фиг-.бе и ж) . Это позволяет реализовать устойчивую работу апериодического звена 35 при большом коэффициенте усиления.

В этом случае эффективность сгла30

45

50

квадратурной составляющей, то при отрегулированном соотношении фаз среднее значение в каждом периоде модуляции равно нулю, поскольку по ложительная и отрицательная части оказываются равными между собой, н противоположными по знаку (фиг.бз, заштрихованные части). Отметим, чт в случае переходных режимов работы т.е. при наличии приращений входно сигнала, эффективность подавления квадратурной составляющей оказывае ся недостаточной. Поэтому в блоке подавления квадратурной составляющ (фиг.З) используется модулятор из ключей 41,38 и звена 37 из резисто ра 40 и конденсатора 39. Ключи 38 и 41 управляются противоположными напряжениями, поэтому моменты пода чи сигнала на вход фильтра 36 и на звено 37 разнесены во времени, чем исключается сквозная передача вход ных изменений на выход 45 блока 4. Вследствие коммутирующего действия ключей 38 и 41 сигнал рассогласова ния повторно модулируется (фиг.бк) а с учетом преобразующего действия звена 37 и ключа 41 восстанавливае ся противофазная компонента, котор не пропускалась при однотактной де модуляции (фиг.6л). После прохожде ния элемента 49 противофазная комп нента (фиг.6м) демодулируется в пе вом выпрямителе 5 (фиг.4) ключом 4 и конденсатором 55. Прямая компоне та демодулируется ключом 46 и конденсатором 55. Таким образом, конденсатор накапливает амплитуду (фиг.бн) как в положительные, так отрицательные полупериоды опорного напряжения, в результате чего улуч шается соотношение сигнал/шум, при чем эффективность сглаживания при этом возрастает.

Далее напряжение рассогласовани через первый сравнивающий блок 6 и первый сумматор 7 поступает на вход широтно-ймпульсного модулятора 8, формирующего импульсы управления двигателем 9 постоянного тока, выходной вал которого через редуктор 10 связан с входом измерителя 1 ра согласования. На валу двигателя 9

живания определяется в основном коэф-« укреплен тахогенератор 14, который

цициентом усиления, а не постоянной времени RC-цепи. Таким образом, можно обеспечить сглаживание при малом запаздывании (фиг.би). Что касается

совместно с диференцирующим звеном 15 и вторым выпрямителем 17 осущес вляет гибкую отрицательную обратную связь, а в сочетании со звеном 15,

0

5

0

5

5

0

30

5

0

квадратурной составляющей, то при отрегулированном соотношении фаз среднее значение в каждом периоде демодуляции равно нулю, поскольку положительная и отрицательная части оказываются равными между собой, но противоположными по знаку (фиг.бз, заштрихованные части). Отметим, что в случае переходных режимов работы, т.е. при наличии приращений входного сигнала, эффективность подавления квадратурной составляющей оказывается недостаточной. Поэтому в блоке подавления квадратурной составляющей (фиг.З) используется модулятор из ключей 41,38 и звена 37 из резистора 40 и конденсатора 39. Ключи 38 и 41 управляются противоположными напряжениями, поэтому моменты подачи сигнала на вход фильтра 36 и на звено 37 разнесены во времени, чем исключается сквозная передача входных изменений на выход 45 блока 4. Вследствие коммутирующего действия ключей 38 и 41 сигнал рассогласования повторно модулируется (фиг.бк), а с учетом преобразующего действия звена 37 и ключа 41 восстанавливается противофазная компонента, которая не пропускалась при однотактной демодуляции (фиг.6л). После прохождения элемента 49 противофазная компонента (фиг.6м) демодулируется в первом выпрямителе 5 (фиг.4) ключом 47 и конденсатором 55. Прямая компонента демодулируется ключом 46 и конденсатором 55. Таким образом, конденсатор накапливает амплитуду (фиг.бн) как в положительные, так и отрицательные полупериоды опорного напряжения, в результате чего улучшается соотношение сигнал/шум, причем эффективность сглаживания при этом возрастает.

Далее напряжение рассогласования через первый сравнивающий блок 6 и первый сумматор 7 поступает на вход широтно-ймпульсного модулятора 8, формирующего импульсы управления двигателем 9 постоянного тока, выходной вал которого через редуктор 10 связан с входом измерителя 1 рассогласования. На валу двигателя 9

совместно с диференцирующим звеном 15 и вторым выпрямителем 17 осуществляет гибкую отрицательную обратную связь, а в сочетании со звеном 15,

51/47°

блоком 16, блоком 13, сумматором 7 - положительную обратную связь.

В предложенной системе повышается точность за счет эффективности фильт- 5 рации квадратурной составляющей и накопления полезного сигнала.

Формула изобретения

1. Следящая система, содержащая дистанционный измеритель рассогласования, опорный вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, причем выход измерителя рас- согласования подключен к входу усилителя, выход которого соединен с входом фазоопережающего фильтра, подключенного выходом к входу реле реверса, выход которого соединен с входом уп- равления направлением вращения бесконтактного двигателя постоянного тока и с первым входом блока умножения, подключенного выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, выход сумматора соединен с входов ши- ротно-импульсного модулятора, подклю- ченного выходом к информационному входу бесконтактного двигателя постоянного тока, выход которого через редуктор подключен к первому информационному входу дистанционного изме- рителя рассогласования, а через тахо генератор - к первому входу второго блока сравнения и входу дифференцирующего звена, -выход которого соеди- нен с вторым входом второго блока сравнения и с входом второго выпрямителя, подключенного выходом к второму входу первого выпрямителя, выход второго блока сравнения соединен с вторым входом блока умножения, вто- рой информационный вход дистанционного измерителя рассогласования подключен к входу задания системы, о т- лича.ющаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены фазовращатель, блок по- давания квадратурной составляющей и блок формирования опорных напряжений, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, причем первый и второй выходы блока формиро- вания опорных напряжений соединены Соответственно с первыми и вторыми опорными входами блока подавления

5

0

5 0 25 30 35 40 45 50 55 .

8716

квадратурной составляющей и первого выпрямителя, выход усилителя соединен с входом фазовращателя, подключенного выходом к информационному входу блока подавления квадратурной составляющей, выход которого соединен с информационным входом первого выпрямителя.

2.Система по п.1, отличающаяся тем, что фазовращатель содержит четыре конденсатора, четыре резистора и операционный усилитель, причем вход фазовращателя соединен

с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого резистора и второго конденсатора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора, подключенного вторым выводом к первым выводам третьего конденсатора и третьего резистора и к входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым выводом четвертого конденсатора, с вторым выводом третьего резистора и с выходом фазовращателя, вторые выводы третьего и четвертого конденсаторов соединены с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора и с общей шиной.

3.Система поп.1,отличаю- щ а я с я тем, что блок подавления квадратурной составляющей содержит первый ключ, информационный вход которого соединен с информационным входом блока подавления квадратурной составляющей, первый опорный вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход которого через сглаживающий RC-фильтр подключен к входу апериодического звена, подключенного выходом к информационному входу второго ключа, управляющий вход которого подключен к второму опорному входу блока подавления квадратурной составляющей, выход которого соединен с выходом дифференцирующего звена, вход которого подключен к выходам второго и третьего ключей, информационный вход последнего подключен к земляной шине,

а управляющий вход - к управляющему входу первого ключа.

4.Система по п.1, отличающаяся тем, что первый выпрямитель содержит первый и второй ключи, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым опорными входами первого выпрямителя, информационный вход которого сое цинен непосредственно с информационным входом первого ключа, а через инвертор - с информационным входом второго ключа, выход которого через первый резистор соединен с выходом первого выпрямителя, с первыми выводами сглаживающего конденсатора и второго резистора, второй вывод ко

10

8

торого подключен к выходу первого ключа.

5. Система по п., отличающаяся тем, что блок формирования опорных напряжений содержит последовательно соединенные усилитель- ограничитель, согласующий резистор, транэистор(ый ключ, выход которого соединен с первым выходом блока формирования опорных напряжений, второй выход которого соединен с выходом элемента НЕ, вход которого соединен с выходом транзисторного ключа.

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано для стабилизации приборов, установленных на качающемся основании. Цель изобретения - повышение точности системы. Система содержит измеритель рассогласования 1, усилитель 2, выпрямители 5,17, блоки сравнения 6,16, сумматор 7, широтноимпульсный модулятор 8, бесконтактный двигатель постоянного тока 9, редуктор 10, фазоопережающий фильтр 11, реле реверса 12, блок умножения 13, фазовращатель 3, блок подавления квадратурной составляющей 4, блок формирования опорных напряжений 18, источник опорного напряжения 19. В системе повышается динамическая точность за счет эффективной фильтрации квадратурной составляющей и накопления полезного сигнала. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Фиг.I

30 0

w

.«Bta.tf

60

0™

0#Јtf

55

д

& 4

+

59

62 -0

61

-#

шиишшиши

лшишшииж

,хх

Ј--

U

J

iJlflflHlfKlfbvj и

Фаз. 6