Цифровая следящая система Советский патент 1993 года по МПК G05B15/02 

Изобретение относится к цифровым системам автоматического управления и регулирования и может быть использовано для управления различными динамическими объектами, выходная координата которых является непрерывной величиной.

Целью изобретения является повышение точности системы в переходном режиме.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифровой следящей системы; на фиг. 2 - реализация формирователя импульсов управления.

Следящая система (фиг. 1) содержит последовательно включенные задатчик 1, цифровой вычитатель 2, регистр 3, цифровой перемножитель 4, цифроаналоговый преобразователь 5, усилитель мощности 6, двигатель 7, редуктор 8, преобразователь угол-код 9, цифровой измеритель скорости 10, сумматор 11, выход которого подключен ко второму входу цифрового вычитателя 2, а второй вход сумматора 11 подключен к выходу преобразователя угол-код 9, причем

второй вход цифрового перемножителя 4 подключен к выходу мультиплексора 13, информационные входы которого подключены к выходу постоянного запоминающего устройства 14, а управляющий вход мультиплексора 13 подключен к первому выходу формирователя импульсов управления 12, второй выход которого соединен со вторым входом регистра 3, первый вход формирователя импульсов управления 12 подключен к выходу цифрового вычитателя 2, а второй вход формирователя импульсов управления подключен к выходу генератора опорной частоты 15, который подключен также ко второму входу цифрового измерителя скорости 10. В предлагаемой цифровой следящей системе сигнал рассогласования на выходе цифрового вычитателя 2 будет равен нулю, когда выход системы (угол поворота выходного вала редуктора 9) и скорость его изменения равны входу и скорости его изменения, поступающему с задатчика 1. Если сигнал рассогласования в не равен

w

I

00

00

со

00

со ел

(1)

нулю, то на вход усилителя 7 поступают управляющие воздействия,которые представляют собой периодически повторяющиеся с периодом Т Nh последовательность из N прямоугольных импульсов длительностью h

с амплитудами mv, где v 1, 2N - номер

шага регулирования: Т- длительность одного интервала регулирования: h - шаг квантования системы, равный длительности одного шага регулирования; N - количество шагов регулирования, равное порядку дифференциального уравнения, которым описывается непрерывная часть системы.

Значения ту определяются с помощью метода переменного коэффициента усиления. Например, для системы, в которой используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, имеющим пе- редаточную функцию вида

G(s) S(iV5)

передаточная функция непрерывной части системы, без учета квантования по уровню, но с учетом обратной связи по скорости будет иметь вид:

ftTblИ

Тогда амплитуды управляющих воздействий, обеспечивающих отработку скачкообразного входного воздействия при нулевой скорости изменения выхода системы в момент поступления входного воздействия, можно рассчитать по следующим формулам

Ш1 ();

m2 )1(3)

где В е , $ - значение сигнала рассогласования в момент начала цикла регулирования длительностью Т Nh,

Выражение (3) для расчета амплитуд управляющих воздействий могут быть представлены в виде:

mi Ki $;

m2 K2ft,(4)

v bI/b В

где к., Gh( , N2 - h d-(1 -B)

постоянные коэффициенты, зависящие только от параметров передаточной функции непрерывной части системы, которые могут быть рассчитаны и хранится в постоянном запоминающем устройстве. В предлагаемой системе коды коэффициентов mv(v 1, 2,,..N) задаются путем подключения соответствующих входов мультиплексора 13 к уровням логического О и логической 1,а выражение(4)реализуется с помощью цифрового перемножителя 4, на

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

первый вход которого поступает код рассогласования в с выхода регистра 3, а на второй вход цифрового перемножителя 4 с выхода мультиплексора 13 поступают коды коэффициентов mv . Управление мультиплексором 13 осуществляется импульсами управления мультиплексором (ИУМ), которые формируются в формирователе импуль- сов управления 12 (см. фиг, 2) и представляют собой двоичный номер текущего шага регулирования h.

Эпюры, поясняющие процесс работы системы, приведены на фиг. 3.

Цифровая следящая система работает следующим образом. При включении питания счетчики ДД5, ДЦ7 и RS-триггер (ДД2. 1, ДД2.2) (см. фиг. 2) устанавливаются в вое состояние, при этом разрешается прохождение тактовых импульсов ТИ от генератора опорной частоты 14 (фиг. 1) через схему совпадения ДД6.1.

Первый же тактовый импульс, прошедший через схему совпадения ДД6.1, опроки- дыва.ет RS-триггер (ДД2.1, ДД2.2) тем самым запрещается прохождение через ДД8.1 последующих тактовых импульсов, но разрешается прохождение через схему совпадения ДД6.2 импульсов с выхода счетчика ДД5, период следования которых равен h.

Тактовый импульс, прошедший через схему совпадения ДД6.1 является импульсом записи (ИЗ), который поступает на второй вход (см. фиг. 1) регистра 3 и обеспечивает запись в регистр кода рассогласования в, который хранится в регистре в течение всего интервала регулирования Т Nh. При установке счетчика ДД7 в нулевое состояние код ИУМ принимает такое значение, при котором на выходы мультиплексора 13 проходит код коэффициента Ki, который поступает на второй вход цифрового перемножителя 4 и перемножается с кодом рассогласования 0. поступающим на первый вход цифрового перемножителя 4 с выхода регистра 3. Произведение этих сомножителей, которое равно коду амплитуды управляющего воздействия m на первом шаге регулирования, поступает на вход циф- роаналогового преобразователя 5 в течение длительности шага регулирования h.

Импульсы, прошедшие через схему совпадения ДД6.2 поступают на вход счетчика числа шагов регулирования ДД7 (см. фиг. 2), на выходе которого формируется двоичный код текущего номера шага регулирования (ИУМ). Переключатели S1-S4 и схема совпадения ДД8.1 обеспечивают формирование

заданного числа шагов регулирования N, длительностью h, каждый.

. При поступлении на вход счетчика ДД7 импульса, соответствующего моменту начала N + 1, шага регулирования, сигнал с выхода схемы совпадения ДД8.1 проходит через схему ИЛИ ДД4.1 и возвращает схему формирователя импульсов в состояние, соответствующее началу нового цикла регулирования длительностью Т Nh, т. е. устанавливает в нулевое состояние счетчики ДД5, ДД7 и RS-триггер (ДД2.1, ДД2.2). т. е. следующий ИЗ формируется через время T Nh.

Коды управляющих воздействий, поступающие с выхода цифрового перемножите- ля на вход цифроаналогового преобразователя 5 преобразуются в управляющие воздействия, которые через усилитель 6 воздействуют на двигатель 7. отрабатывая сигнал рассогласования. Текущее положение угла поворота выходного вала редуктора 8 и скорость изменения угла поворота измеряются преобразователем угол-код 9 и цифровым измерителем скорости 10, складываются в цифровом сумматоре 11, с выхода которого поступают на второй вход вычитателя 2.

Таким образом осуществляется удержание системы в исходном состоянии.

При поступлении с задатчика 1 кода ступенчатого входного воздействия, значение которого превышает зону нечувствительности устройства синхронизации (микросхемы ДД1, ДД8, фиг. 2) на выходе б микросхемы ДД9 типа К155 АГЗ сформируется короткий импульс, который проходит через схему ИЛИ ДД4.1 и устанавливает счетчики ДД5. .ДД7 и RS-триггер (ДД2.1, ДД2.2) в нулевое состояние, тем самым прерывая текущий цикл формирования управляющих воздействий и начиная новый цикл, обеспечивающий отработку поступившего ступенчатого воздействия за время Т Nh. Далее система удерживается в новом состоянии так, как

было описано выше.

Таким образом, благодаря введению в цифровую следящую систему новых элементов и связей обеспечивается уменьшение ошибки и повышение точности системы в

переходном режиме.

Формула изобретения Цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик. вычитатель, регистр, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель, двигатель, редуктор, пре- образователь угол-код, а также формирователь импульсов, отличающ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы в переходном режиме, в нее введены генератор опорной частоты последовательно соединенные цифровой измеритель скорости и сумматор,

последовательно соединенные блок памяти коэффициентов, мультиплексор и перемножитель, второй вход которого соединен с выходом регистра, выход - с входом цифро- аналогового преобразователя, выход сумматора подключен к знаковому входу вычитателя, второй вход к выходу преобразователя угол - код и первому входу цифрового измерителя скорости, второй вход и тактовый вход формирователя импульсов

соединены с выходом генератора опорной частоты, информационный вход формирователя импульсов соединены с выходом вычи- тателя, первый выход формирователя импульсов соединен с синхровходом записи

регистра, второй выход - с управляющим входом мультиплексора.

Изобретение касается автоматического управления и регулирования и может быть использовано для управления различными динамическими объектами, выходная координата которых является непрерывной величиной. Целью является повышение точности системы в переходном режиме. Цифровая следящая система содержит задатчик 1, вычитатель 2, регистр 3, перемножитель 4, цифроаналоговый преобразователь 5, усилитель 6, двигатель 7, редуктор 8, преобразователь угол-код 9, измеритель скорости 10, сумматор 11, формирователь импульсов 12, мультиплексор 13, постоянное запоминающее устройство 14, генератор опорной частоты 15. 1-2, 3-4-5-6-7-8-9-10-11-2, 2-12-13-4, 14-3, 15-12, 15-10,9-11. 2 ил.