ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1968 года по МПК H03M1/46 

Известны цифровые управляющие устройства, содержащие узел сравнения с двумя регистрами-счетчиками, соединенный с преобразователем кода в аналог, схемы считывания входного кода и кода обратной связи, генератор импульсов, генератор низкой частоты, усилитель, преобразователь аналог-код.

Предложенное устройство отличается тем, что в нем входы параллельной записи регистров-счетчиков подключены соответственно к схемам считывания входного кода и кода обратной связи, входы последовательной записи объединены и через вентили связаны с генератором импульсов и генератором низкой частоты, выходы же регистров-счетчиков через логическую схему выделения временного интервала подключены к усилителю.

Это упрощает устройство, позволяет повысить надежность устройства и улучшить его динамические характеристики.

Функциональная схема предложенного устройства изображена на чертеже.

Устройство состоит из следующих основных узлов:

узла сравнения УС, состоящего из двух регистров-счетчиков PC₁ и РС₂, которые выделяют цифровую ошибку рассогласования и преобразуют ее во временной интервал;

схемы управления СУ, состоящей из стандартных логических элементов;

релейного усилителя РУ, подключающего обмотку двигателя к источнику напряжения при подаче на его вход сигнала;

исполнительного механизма, состоящего из двигателя Д с редуктором Р;

преобразователя аналога (угла поворота) в код ПАК.

Импульсом первого генератора тактовых импульсов ГТИ₁ схема возвращается в исходное состояние, т.е. регистры-счетчики PC₁ и РС₂ и триггер Т₁ переводят в нулевое положение, а триггеры Т₂, Т₃ - в положение, при котором вентили B₁ и В₂ закрыты, а вентиль В₃ - открыт. После того как триггеры перейдут в указанные положения, в регистры-счетчики импульсов от ГТИ₁ через линию задержки ЛЗ₁ записываются числа А и Б в обратном коде: в PC₁ - исходный входной код А, преобразуемый устройством в угловое перемещение, а в РС₂-код Б, характеризующий угловое положение выходного вала.

После записи с помощью схем считывания кодов А и Б в регистр-счетчик импульсом с ГТИ₁ через линии задержек ЛЗ₁ и ЛЗ₂ триггер Т₂ переводится в положение, при котором вентиль В₂ открывается. С этого момента на входы регистров-счетчиков через вентили B₁ и В₃ начинают поступать счетные импульсы с генератора импульсов ГИ₁. Частота импульсов этого генератора выбирается равной максимальной частоте, с которой могут работать регистры-счетчики PC₁ и РС₂.

Так как в регистры-счетчики записаны обратные коды А и Б, то для заполнения этих регистров-счетчиков до полной емкости на их входы необходимо подать N=X+l импульсов, где X - числовое содержание кода. Так, на вход PC₁ необходимо подать N₁=X₁+l импульсов, а на вход РС₂ N₂=X₂+1 импульсов (где X₁ - числовое содержание кода А, а Х₂ - числовое содержание кода Б).

Количество элементарных временных интервалов (между двумя счетными импульсами) на единицу меньше числа импульсов. Поэтому количество элементарных временных интервалов, которые необходимо подавать до полного заполнения счетчиков, соответственно равно числовому содержанию обратного кода, записанному в регистр-счетчик (N-1=Х). В результате этого после заполнения одного из регистров-счетчиков до заполнения другого регистра-счетчика на его вход необходимо подать такое количество импульсов, которое соответствует Х₁-Х₂ элементарным временным интервалам. Следовательно, временной интервал между полными заполнениями обоих регистров-счетчиков состоит из элементарных временных интервалов, число которых равно разности числовых содержаний записанных кодов, т.е. цифровой ошибке рассогласования. Это и используется для преобразования цифровой ошибки рассогласования в пропорциональный временной интервал. Временной интервал, пропорциональный цифровой ошибке рассогласования, выделяется с помощью импульсов, образующихся на выходе регистров-счетчиков при их заполнении. Так, при заполнении одного из регистров-счетчиков образующийся на его выходе импульс через логическую схему «ИЛИ» перебрасывает триггер Т₁ в состояние «1». Момент переброса триггера в состояние «1» означает начало временного интервала, а время пребывания триггера Т₁ в состоянии «1» определяет величину временного интервала. После заполнения другого регистра-счетчика до полной его емкости образовавшийся на его выходе импульс снова перебрасывает триггер в состояние «0», что означает конец временного интервала.

Триггер Т₄ и вентили В₄ и В₅ представляют собой схему, которая в зависимости от знака цифровой ошибки рассогласования по-разному выдает сигнал в течение временного интервала на релейный усилитель РУ. Если входной код А меньше кода Б, соответствующего углу поворота выходного вала (т.е. при отрицательной цифровой ошибке рассогласования), то сначала заполнится PC₁ и импульс, образовавшийся на выходе при его заполнении, перебросит триггер Т₄ в состояние, при котором в течение временного интервала будет открыт вентиль В₅, а вентиль В₄ закрыт.Если же входной код А будет больше кода Б (положительная цифровая ошибка рассогласования), то, наоборот, в течение временного интервала будет открыт вентиль В₄, а вентиль В₅ закрыт. Таким образом, в зависимости от знака цифровой ошибки рассогласования напряжение с триггера Т₁ (когда он находится в состоянии «1») на релейный усилитель РУ будет подаваться либо через вентиль В₄, либо через вентиль В₅. В зависимости от того, через какой вентиль подается напряжение с Т₁, релейный усилитель РУ подключает управляющую обмотку двигателя к источнику напряжения по-разному, но таким образом, чтобы двигатель вращался в сторону уменьшения цифровой ошибки рассогласования. Таким образом, цифровая ошибка рассогласования отрабатывается двигателем в сторону ее уменьшения со скоростью, пропорциональной ее величине, так как среднее значение напряжения на управляющей обмотке двигателя определяется величиной временного интервала, который, в свою очередь, пропорционален величине цифровой ошибке рассогласования.

Если ошибка рассогласования равна нулю, т.е. код А равен коду Б, то оба регистра-счетчика заполняются до полной своей емкости, и одновременно с их выходов через схему «ИЛИ» приходят в счетный вход триггера Т₁ два импульса. Для того чтобы триггер смог переброситься от каждого из этих импульсов на один из входов схемы «ИЛИ», ставится линия задержки ЛЗ₃. Тогда триггер Т₄ от первого импульса перебросится в состояние «1» и тут же импульсом через ЛЗ₃ перебросится в состояние «0». Временной интервал при этом практически равен нулю, что полностью соответствует нулевой ошибке рассогласования.

Так как частота счетных импульсов с генератора ГИ₁ очень большая, то для преобразования цифровой ошибки рассогласования в пропорциональный временной интервал используется генератор ГТИ₂, частота импульсов которого много меньше. Для этого после заполнения одного из регистров-счетчиков образовавшимся на его выходе импульсом триггер Т₃ через логическую схему «ИЛИ»₂ перебрасывается в состояние, при котором вентиль В₃ закрыт, а вентиль В₂ открыт. Чем ниже частота генерации ГТИ₂, тем больший временной интервал соответствует одной и той же величине ошибки рассогласования, а следовательно, больше среднее значение напряжения на управляющей обмотке двигателя и круче характеристика управления двигателя. Зона пропорционального регулирования определяется соотношением частот генераторов ГТИ₁ и ГТИ₂. Чем выше частота ГТИ₂ и ниже частота ГТИ_1, тем шире зона пропорционального регулирования скорости вращения двигателя. Однако максимальная разница этих частот не должна превышать величины, при которой среднее значение напряжения на управляющей обмотке двигателя при минимальной ошибке рассогласования (равной 1) будет ниже напряжения трогания двигателя.

Цифровое управляющее устройство, содержащее узел сравнения c двумя регистрами-счетчиками, соединенный с преобразователем кода в аналог, схемы считывания входного кода и кода обратной связи, генератор импульсов, генератор низкой частоты, усилитель, преобразователь аналог-код, отличающееся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности устройства и улучшения динамических характеристик, входы параллельной записи регистров-счетчиков подключены соответственно к схемам считывания входного кода и кода обратной связи, входы последовательной записи объединены и через вентили связаны с генератором импульсов и генератором низкой частоты, выходы же регистров-счетчиков через логическую схему выделения временного интервала подключены к усилителю.