Цифроаналоговая следящая система Советский патент 1990 года по МПК H03M1/38 G05B15/02 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью.вычислительных устройств.20

Цель изобретения - расширение диапазона рабочих углов.

На фиг.1 представлена функциональная схема цифроаналоговой следящей системы; на фиг.2 - эпюры сигналов. 25

Цифроанапоговая следящая сидтема содержит (фиг,1) синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)1, электропривод 2, объект 3 регулирования, генератор 4 опорной частоты, пер-зд вый компаратор 5, первый 6.и второй 7 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 8 и второй 9 фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), первый 10 и второй 11 переключатели, второй 12 и третий 13 компараторы, третий 14, четвертый 15, пятый 16 и шестой 17 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент 18 сравнения, третий 19 и четвертый 20 переключатели, усилитель 21, первый 22 и второй 23 4п делители напряжения, блок 24 вычитания, синусно-косинусный цифроаналого- вый преобразователь 25.

Синусно-косинусный цифроаналоговый преобразователь 25 содержит (фиг.1) д5 синусный 26 и косинусный 27 преобразователи, первый 28 и второй 29 циф- роанапоговые преобразователи (ЦАП). Цифроаналоговая следящая система работает следующим образом. сп

Генератор 4 опорной частоты формирует напряжение синусоидальной формы 11 , которое питает обмотку возбуждения СКВТ 1 (фиг.2, эпюра а). Напряжение U сравнивается с нулем ,, компаратором 5; когда U 0, напряжение Uj на выходе компаратора 5 равно нулю если 1), то напряжение U.j равно единице (фиг.2, эпюра е).

На выходных обмотках СКВТ 1 формируются напряжения, пропорциональные синусу (фиг,2, эпюра б) и косинусу (фиг.2, эпюра в) угла oi поворота выходного вала

U1K -cosK cot;

U0 n sinK o6sino t, где n - коэффициент трансформации

СКВТ 1; К - число пар полюсов СКВТ

(электрическая редукция).

Формируемые на выходных обмотках СКВТ 1 и( и U поступают на информационные входы первого 8 и второго 9 ФЧВ, где происходит их выпрямление с учетом фазы опорной частоты. ФЧВ работает следующим образом. Если на управляющем входе ФЧВ присутствует О, то напряжение на его выходе равно напряжению на его информационном входе, если напряжение на управляющем входе равно I, то напряжение на выходе ФЧВ равно по абсолютной величине, но противоположно по знаку напряжению на его информационном входе. На управляющие входы ФЧВ 8 и 9 подается напряжение U5 с выхода компаратора 5, имеющее такую же частоту tj, как и напряжение U.. ФЧВ 8 и 9 работают то- как аналоговые инверторы, то как повторители, и смена режимов происходит синхронно с напряжением U4 U0sintt/t, поэтому на выходе ФЧВ 8 и 9 выделяютс огибающие сигналов U,c.

Для правильной работы системы необходимо привести эти сигналы к одному (первому) квадранту /К, хотя в действительности оЈ может изменяться в пределах от 0 до 360 /Кг гд К - число пар полюсов используемого СКВТ I.

Для приведения сигналов t в первый квадрант используются

первый 6, второй 7 и пятый 16 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также первый 10 и второй 11 переключатели. Два старших разряда n-й и (п-)-й управляющего входа подаются на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. На выходе последнего получается сигнал с периодом,равным периоду n-го разряда, но сдвинутый относительно него на 90° (фиг.2, ю эпюры ж,з,и). Сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 а также n-й разряд управляющего входа подаются на вторые входы первого 6 и второго 7 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Когда на 1 вторые входы элементов 6 и 7 поступают сигналы, равные О, то они работа- ют как повторители и передают сигнал с выхода компаратора 5 без изменений для управления первым 8 и вторым 9 2 ФЧВ. Если на вторые входы элементов 6 и 7 поступают сигналы, равные 1, то они работают как инверторы, и фаза сигнала И изменяется на 180е. Благодаря тому, что синхронно с- переходом функций sinKct и cosKd через нуль изменяются фа:н управляющих сигналов Ut и U7 на выходах первого 8 и второго 9 ФЧВ, сигналы положительны.

преобразуются соответственно в функции косинуса и синуса входного кода N. Сигналы sinN и cosN подаются на цифровые входы соответственно второго 29 и первого 28 ЦАП. В каждом ЦАП 28 и 29 происходит перемножение сигналов, поступающих на их аналоговые и цифровые входы, поэтому на выходе первого ЦДЛ 28 формируется сигнал ,равный U l ncoeNsinK , а на выходе второго ЦАП 29 - сигнал U,равный U23 U0nsinNcosKc/. Сигналы 11гди поступают на входы блока 24 вычитания и вычитаются в нем. На выходе блока 24 появляется сигнал U,., равный UQn(sinNcosK o( - cosNsinKoO Uensin(N-oO, т.е. сигнал, пропорциональный разности между кодом управляющего кода и углом с/ вь-ходного вала. Сигнал рассогласования поступает на вход электропривода 2,который стремится свести рассогласование к нулю. Так работает следящая система при плавном изменении кода N управляющего входа.

Предположим, что код N управляющего входа скачком изменяется на 180°/К (фиг.2, эпюра ж, точка ю).Вследствие инерционности электропривода 2 и

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью вычислительных устройств. Система содержит генератор опорной частоты, усилитель, синусно-косинусный цифроаналоговый преобразователь, четыре переключателя, электропривод, соединенный выходным валом с объектом регулирования и ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора. С целью расширения диапазона рабочих углов, введены три компаратора, шесть элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фазочувствительных выпрямителя, блок вычитания, два делителя напряжения, элемент сравнения. 2 ил.

Сигналы с выходов ФЧВ 8 и 9 посту- зо объекта 3 регулирования выходной угол

пают на входы переключателей 10 и 11, на управляющие входы которых подается (п-1 )-й разряд управляющего входа,

поэтому, когда сигнал на (п-1 )-м разряде равен О, сигнал с выхода ФЧВ 8 .„ поступает на аналоговый вход второго ЦАП 29, а сигнал с выхода ФЧВ 9 - на аналоговый вход первого ПАП 28, Когда (п-1)-й разряд равен 1, сигнал с выхода первого ФЧВ 8 поступает на 40 вход первого ЦАП 28, а сигнал с выхода второго ФЧВ 9 - на вход второго ЦАП 29. Если на управляющий вход переключателя подается О, то к его выходу подключается первый вход (нормально замкнутый), если на управляющий вход переключателя подается 1, то к его выходу подключается второй вход (нормально разомкнутый).

На аналоговые входы первого 28 и второго 29 ЦАП поступают сигналы Uftf и U.,,, приведенные к первому квадранту (фиг.2, эпюры к,л). Сигналы U1ft и U представляют собой приведенные ункции соответственно косинуса и t 55 синуса угла о( . Сигналы с младших

(п-2)-х разрядов управляющего входа поступают на входы синусного 26 и осинусного 27 преобразователей, где

.

50

„ 0 5

о( не может сразу измениться на заданную величину. Полярность сигнала U.J4 рассогласования изменяется и возможно уже не соотнетствует требуемому направлению вращения вала для уменьшения величины рассогласования. Однако большое изменение кода N управляющего входа (больше 90°/К) неизбежно вызывает изменение одного или обоих старших разрядов. Это в свою очередь приводит к изменению управляющих сигналов на вторых входах первого 6 и (или) второго 7 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к изменению фазы управляющего сигнала Uj.. . Изменение фазы сигнала U уже не сопровождается синхронным переходом через нуль сигналов cosK о/ и sinKo(, поскольку выходной вал еще не отработал заданное воздействие и, следова- тельно, сигналы U« и U g на выходах первого 8 и второго 9 ФЧВ уже не положительны.

Сигналы U о и U0 поступают на ино °

вареные входы соответственно второ- го 12 и третьего 13 компараторов. Если сигнал U g (U9) больше нуля, то сигнал (Uf3) на выходе компаратора 12 (13) равен О, если Ug(Uj) Ј0, то Ufl() равен 1. Сигналы U 1г

0

и UjjC выходов компараторов 12 и 13 поступают на первые входы третьего 14 и четвертого 15 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, которые определяют «сходные знаки функций sinKo H , поступающих на информационные входы ФЧВ 8 и 9. Действительно, на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 подаются те же сигналы, что и на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и 7. При подаче 1 на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и 7 или элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 они работают по первому входу как инверторы. Двойное инвертирование означает возврат к первоначальному знаку сигнала. То же происходит при Подаче на их вторые входы О, только в этом случае имеются два повторения подряд. Таким образом, на выходах элементов 14 и 15 будут сигналы, показывающие исходные знаки функций cosKo/ и sinKV Зная знаки этих функций, можно определить в каком квадранте находится ходной вал; в первом квадранте 0 сЈ 90°/К, sinKcOO, cosKo O; во втором квадранте 90°/К о( 180 /К sinKo O, cosKo 0; в третьем квадран

те 1800/К оС 2700/К, sinKo/ О, cosKo 0; в четвертом квадранте 2706/К a«36Q0/K, sinICc/ 0,cosKo(0 Если sinKo/ 0, то U 15 О, если , то U 15 I, если cosKo(0, то U 14 0, если cosKo 0, то U м 1. Чтобы получить номер квадранта в двоичном коде, напряжения 1т14и U 15 подаются на входы шестого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17. При этом выход элемента 15 является старшим, а выход элемента 17 младшим разрядом двоичного кода. Фактический квадрант местонахождения вала подается в виде двоичного кода на первые входы элемента 18 сравнения, а на его вторые входы пода ются старшие разряды управляющего входа, т.е. код квадранта, в котором должен находиться выходной вал. Если коды заданного и фактического квадран- . тов совпадают, то на обоих входах ( элемента 18 сравнения присутствуют нули. При этом переключатели 19 и 20 подключают к своим выходам первые входы (фиг.1) и на вход усилителя 21 повы-

ступает сигнал с выхода блока 24 вычитания. Если коды заданного и фактического квадрантов не совпадают, например угол выходного вала находится в третьем квадранте, а должен находимы

Ш

, 15

20

30

35

д

ся в первом (фиг. 2, точка к) , то на выходе Больше присутствует 1, а на выходе Меньше О. При этом на управляющий вход переключателя 19 подается 1 и к выходу подключается его второй вход.

На вход усилителя 21 поступает сигнал положительной полярности с выхода делителя 22 напряжения. Выходной вал вращается, например,по часовой стрелке, и при достижении первого квадранта на обоих выходах элемента 18 сравнения появляются нули, и система переходит из режима грубой в режим точной настройки. Если, наоборот, угол поворота выходного вала находится в первом, а требуется переместиться в четвертый квадрант, то на выходе Больше элемента 18 сравнения присутствует О, а на выходе Меньше 1м. При этом на управляющий вход переключателя 20 подается .и к его выходу подключается зторой вход, 25 На ВХ°Д усилителя 21 подается напряжение отрицательной полярности с выхода делителя 23 напряжения, и выходной вал вращается против часовой стрелки,

В обоих приведенных примерах напряжение на выходе блока 24 вычитания не совпадает по знаку с требуемым направлением вращения выходного вала. Напряжение на выходах делителей 22 и 23 выставляется предварительно таким, чтобы выходной вал вращался из одного квадранта в другой с оптимальной скоростью. Для того, чтобы моменты перехода функций sinKo и cosKc точно совпадали с моментами смены сигналов в старших разрядах управляющего входа, требуется или механическая подстройка положения ротора СКВТ 1 или внесение поправки в код управляющего сигнала внутри ЭВМ.

Значения сигналов для различных вариантов, переходящих из одного квадранта в другой, показаны в таблице.

Цифроаналоговая следящая система может использовать прецизионные СКВТ с электрической редукцией больше единицы. Такие СКВТ обладают наиболее высокой точностью, следовательно, и предлагаемая следящая система -также обладает высокой точностью. Если в известной системе использовать такой СКВТ, то следящая система работает неустойчиво, так как при скачкообразных изменениях управляющего кода входного сигнала возможны ошибки в опреде50

55

лении направления вращения выходного вала. В результате этого выходной вал вращается в неправильном направлении, доходит до упора и стопорится. Работоспособность следящей системы не обеспечивается. В предлагаемой системе осуществляется непрерывный контрол положения выходного вала. Если гькодной вал находится не в заданном квад- ранте, то вначале осуществляют вывод вала в заданный квадрант, а затем точную установку его в требуемое положение. Рабочий диапазон цифроаналоГОБОЙ следящей системы составляет 360°/К.

Формула изобретения Цифроаналоговая следящая система,

содержащая генератор опорной частоты, усилитель, синусно-косинусный цифро- аналоговый преобразователь, четыре пе реключателя, электропривод, соединенный выходным валом с объектом регулирования и ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора, о т л и чающаяся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих углов, введены три компаратора, шесть элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фазочувстви- тельных выпрямителя, блок вычитания, два делителя напряжения, элемент сравнения, выход генератора опорной частоты подключен к обмотке возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора и первому входу первого компаратора, соединенного вторым вхо дом с общей шиной, а выходом - с входами первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенных выходами к входам управления соответственно первого и второго фг.зочувствитель- ных выпрямителей, информационные входы которых соединены соответственно с косинусной и синусной обмотками синусно-косинусного вращающегося трансформатора, а выходы подключены к первым информационным входам первого и второго переключателей и первым входам соответственно второго и третьего компараторов, вторые входы кото,-

рых соединены с общей шиной, а выхо

20

,д

25 ,,. 35

40

45

50

ды - о входами соответственно третьего и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы пятого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к двум старшим раарядам входа цифроаналоговой следящей системы, причем первый вход - к младшему из них, а также к входам управления первого и второго переключателей, второй вход - к вторым входам второго и четвертого элементов ИСКПЮЧАЮШЕЕ МИ, а выход - к вторым входам первого и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом шестого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и входу старшего разряда первой группы входов элемента сравнения, а выходом - к входу младшего разряда первой группы входов элементов сравнения, соединенного второй группой входов поразрядно с двумя старшими разрядами входа цифроаналоговой следящей системы, а выходами - с управляющими входами третьего и четвертого переключателей, выходы второго и первого фазочувствительных выпрямителей подключена к вторым информационным входам соотпетственно первого и второго переключателей, соединенных выходами соответственно с входами опорного напряжения каналов синуса и косинуса синусно-косинусного цифроана- логового преобразователя, информационный вход которого соединен с младшими разрядами входа цифроаналоговой следящей системы, а выходы подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к первому информационному входу третьего переключателя, соединенного выходом с первым информационным входом четвертого переключателя, выход которого через усилитель соединен с входом электропривода, а вторые информационные входы третьего и четвертого переключателей подключены к выходам делителей напряжения, входы которых соединены с шинами раэнополярного напряжения.