Цифровая следящая система Советский патент 1980 года по МПК G05B15/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной техдшке и может быть использовано при проектировании систем автоматизации электроприводов производственных меха1шамов. Известен следящий привод, содержащи кодовое устройство ввода, сумматор,, преобразователь код-напряжение, регулируемый по скорости электропривод в составе задатчика скорости, формирователя, усилителя мощности, двигателя, датчика скорости, а также механизм, дат чик голожешга, преобразователь аналогкод l. Недостаток известного привода заклю чается в том, что при рассогласованиях, меньших дискретности преобразователя ан лог-код, привод становится неуправляемым, что при высоких значениях добротности (коэффициента усиления) может привести к колебаниям привода и потому к снижению точности отработки заданной велич1шы, к тому же реализация широкодиапазонного преобразователя ан.алорКОД на час-тотах сигнала датчика положе1ШЯ, составляющих единицы килогерц, представляет известные трудности. Наиболее близкой по технической сущности является система, содержащая вычислительное устройство, вход которого соединен с выходом устройства управления, второй вход - с первым выходом преобразователя аначог-код, а через преобразователь код-аналог - с первым входом сумматора, выход которого через электропривод подключен ко входу объекта управления 21. Недостаток данной системы - низкая точность. Цель изобретения - повышение точности системы. Эта цель достнгаеггся тем, что в известную цифровую следящую систему г.водены блок формирования разности фаз, формирователь импульсов, квантователь и фазовращатель, первый вход которого соединен с выходом объекта управления, второй вход - со OTOpfiiM выходом прообразователя аналог-код а выход через формирователь импульсов - с первыми входами бл.ока формироваш- я разности фаз и квантователя, второй вход которого подключен к третьему выходу преобразователя аналот код, а выход - ко входу преобразователя аналог-код и второму входу блока формирования разности фаз, выход которого соединен со вторым входом сумматора. На фиг. 1 приведена функциональная схема цифровой следящей системы; на фиг, 2 - диаграммы, .лояснжощие работу ее отдельных элементов. .Цифровая следящая система (фиг. l) содер шт устройство 1 управления, вычислительное устройство 2, преобразователь код-аналог 3, сумматор 4, привод (регулируемый по скорости) 5, объект 6 упраааения, фазовращатель 7, формиро ватель 8 импульсов, квантователь 9, преобразователь аналог-код Ю, и блок 11формирования разности фаз. На фиг. 2 представлены выходной код 12устройства управле1шя 1,выходной код 13 гфеобразователя аналог-код 10 в функции пути5(в момент р, его значение пркьыто равным нулю, а дискрета кода преобразователя аналог-код выбран равной десяти условно), выходной код 1 вычислительного устройства 2 пути (в момент о его значение становится равным f25), выход 15 преобразователя код-аналог 3 в функции S причем усло но принято, что преобразователь код-ана лог 3 преобразует один к одному код в условные единицы аналогового сигнала, поэтому в моментfep на выходе преобразователя код-аналог 3 возникает сигнал величиной -+25, единиц, выход 16 фазовращателя 7, обратная свяаь через фазовращатель 7 начинает работу при пол жительном направлении перехода через нулевое значение сигнала фазовращателя 7, т.е. в момент t выход 17 формирователя импульсов 8, формирующего перепад напряжегшя при переходе сиг- нала фазовращателя 7 через нулевое значение, т.е. в момент t сигнал 18 на выходе квантователя 9, моменты 19 фqpмиpoвйшш переднего фронта сигнала квантователя 9 (18) при непрерывном изменении фазы сигнала фазовращателя 7 внутри периода Т-, аналоговый выходной сигнал 20 блока формирования разности фаз 11 в функции пути S принято, что к MOMeirry tQero значени кулевое, и также условно npHi«TO, что аксимальной разности фаз to менсду игналами 17 и 18 соответствует сигнал, авный 1О единицам, а минимальной единиц, сигнал 21 рассогласования на ходе привода 5, равный алгебраичесой сумме сигналов 15 и 20. Система работает следующим образоц. Из устройства управления 1 поступает код заданного положения объекта управления 6. Пройдя вычислите/ibHoe устройство 2 код преобразуется в аналоговый сигнал в преобразователе коданалог 3 и далее, пройдя сумматор 4, поступает на вход привода 5 в виде сигнала рассогласования. Под воздействием входного сигнала привод 5 отбрасывает задание, приводя в движение объект 6 управления, фазовращатель 7 получает питание от преобразователя аналог код 10 и является датчиком положения объекта 6 управления, в соответствии с перемещениями объекта 6 управления выдает сигнат (с периодом Т), изменяющийся по фазе относительно опорных сигналов, вырабатываемых в преобразователе аналог-код 10. Формирователь 8 импульсов в момент перехода выходного сигнала фазовращаа еля 7 через нулевое значение формирует один раз за период Т передний фронт импульса, фиксируя фазу выходного сигнала фазовращателя 7. Выходной сигнал формирователя 8 импульсов через квантователь 9, так же синхронизированный сигналом с преобразователя аналог-код 10, поступает в преобразователь аналог-код 1О, считывая код фактического псхложения объекта 6 управления. Преобразователь 10 обеспечивает непреръшное преобразование фазы выходного сигнала фазовращателя 7 в код с учетом числа полных циклов изменения фазы от О до 2П, причем при изменении фазы в одном направлении, значение выходного кода пре- образоватапь аналог-код Ю увеличивается, а при смене направления - умень- щается. В вычислительном устройстве 2 определяется рассогласование, т.е. разность (алгебраическая) между кодами заданного (пБступает из устройства 1 управления) и фактического (поступает из преобразователя аналог-код 10) положений объекта 6 управления. Если в известных системах дискреты кодов устройства управления и преобразователя аналог-код равны, то в предлагаемой системе величина дискреты кода преобразователя код-аналог 10 может, по крайней мере, на порядок превосходит величину дискреты кода задашш. В.коде рассогласования, получаемом в вычислительномустройстве 2 ( вам его промежуточным кодом рассоглаcoBaHHHJ, не учтено фактическое положешш объекта управления 6, изменяющееся в пределах дискреты преобразователя ан лоп-код 10. Его учет производится с помощью квантователя 9, блока формиро вателя 11 и сумматора 4. Квантователь 9 прежде всего необходим для исключени неоднозначности в считывании кода в преобразователе аналог-код 10 из-за влияния помех, при значе1ши фазы сигнал фазовращателя 7, близкой к значению, в зывающему смену кода в преобразовател аналол-код 1О. Поэтому импульсы на выходе квантователя 9 всегда поквлнются во вполне определенные моменты времени внутри периода Т, и между импульсами на выходах формирователя 8 импульсов 8 и квантователя 9 всегда имеет место разность фаз, величина которой меняется в пределах дискреты преобразователя ан,алог-код 1О (максимальная величина разности фаз соответствует величине дискреты преобразователя аналогкод Ю, минимальная величина разности фаз стремится к нулю и определяется шумами соотгзетствующих аналоговых эле ментов системы, помехами извне и т.п.) Из этой ревности фаз в формировать- ле 11 формируется аналоговый сигнал рассогласования, пропорциональный фактическому положению объекта 6 управления внутри дискреты преобразователя аналог-код 1О. В сумматоре 4 этот сигнал суммируется с аналоговым сигналом промежуточного рассогласования (его получают из кода промежуточного рассогласования с помощью преобразователя код-аналог З), в результате на входе привода 5 получают полную величину рассогласования, которая уменьшается до нуля (ограничивается щумами соответствующих аналоговых элементов системы) по мере отработки электроприводом 5 заданного положения. Под действием рассогласования электропривод 5 приводит в движение объект 6 управления, под дейстИ1ем сигнала фаза сигнала 16 (фиг. 2) начинает двигаться (на диаграмме 16 от tv к tj. приводит к уменьшению разности ( (связь между смещением по времени между фронтами сиг налов 17 и 18 At и фазой определяется зависимостью f-2fC л.-Ь / Т , сигнал 20 изменяется при этом от О до 10 единиц, что ведет к уменьшеш1ЕС сигнала рассопласова1шя 2J. (с 25 до 15 единиц). К моменту fc Mw становится равной нулю, и тогда момент формирования фронта сигнала квантователя 9 скач; ообразно меняетсяс Это приводит к тому, что вопервых: код преобразователя аналог-код 10увеличивается на 1 дискрету (код НО), а во-вторых: разность фаз Чу увеличивается с нулевой до максимальной H.ij,,) . Первое приводит к уменьщению вычислительного устройства 2 с 425 до 4-15 (диаграмма 14), соOTBeTCTBeiffio выходной сигнат преобразователя код-аналог 3 скачком меняется с +25 до -5-15 (диаграмма 15). Второе приводит к изменению выходного сигнала блока формнроваьпш разности фаз11скачком с -10 до О единиц (диаграмма 20). Сигнал же рассогласова1ия останется раиым 15 един1щам. В последующем, по мере изменешм разности фаз от ,,.до нуля, выходной сигнал формирователя сигнала рассогласования 11 будет изме1шться от О до -10 единиц, что приводит к дальнейшему плавному уменьшению сигнала рассогласования с +15 до +5 едншщ и т.д. Отработка задания устройства управлеилш 1 законЧ1ГГСЯ к моменту, когда алгебра)гчсская сумма преобразователя код-аналог и формирователя сигнала рассогласовать 11 (диаграммы 15 и 20) станет равной нулю, что соответствует нулевому сигш-лу рассогласоваш1я на входе электропривода 5 (диаграмма 21). Аналогичные процессы происходят при задании движения в обратном налравлешш. Использование изобретения позволяет (обрабатывать ос нов нон объем информации .в цифровой форме без внесен1Ш при этом в контур пути следящей системы квантования по фовню, свойственного цифровому представлению информации. Тем самым создается потенциальная возможность изменения сигнала рассогласования на Входе электропривода 5 в более широком диапазоне, особенно в сторону уменьшения сигнала, что важно для достижения высокой точности позиционирования и работы следящей системы в режиме электрического за)5а1ма (когда электропривод после околча}П1я отработки адания остается во вклгочекном состоянии, сохраняя достигнутое положение И непрерывно восстанавливая его в СЛУ7чае каких-либо внешних возмущений, в постоянной ротовности к обработке следующего задания, заменяя тем самым механический зажим, имеющий определенные недостатки; возможность смещения достигнутой тояки при зажиме механизм шкзкое быстродействие и т.п.). Ф ор мула изобретения Цифровая следящая система, содержащая вычислительное устройство, первый вход которого соединен с выходом уст рой,ства управления, второй вход - с первым выходом преобразователя аналогкод, а выход через преобразователь коданалог - с первым входом сумматора, выход которого через привод подключен ко входу объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит блок формирования разности фаз, 38 формирователь импульсов, квантователь и фазовращатель, первый вход которого соединен с выходом объекта управления, Второй вход - со вторым выходом преобразователя аналог-код, а выход через формирователь импульсов - с первыми входами блока формирования разности фаз и квантователя, второй выход которого подключен к третьему выходу преобразователя аналог-код, а выход - ко входу преобразователя аналог-код и второму входу блока формирования разности фаз, выход которого соединен со вторым входом сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бай Р. Д. и др. Управление следящими электроприводами с применением цифровых устройств. М., Энергия, 1969, с. 26, рис. 8а. 2.Авторское свидетельство СССР № 3399О5, кл. Q О5 В 15/02, 15.О2.1971 (прототип).