Следящая система

 

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, содержащая последовательно соединенные задатчик , измеритель рассогласования, предварительный усилитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель и силовой редуктор , входной вал которого соединен с валом тахогенератора, а на выходном валу установлены объект регулирования и датчик положения, соединенный выходом через блок сравнения с первым входом интегратора , отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в ней второй вход интегратора подключен к выходу тахогенератора , а выход интегратора соединен с вторыми входами блока сравнения и измерителя рассогласования. (Л С о со

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1109711 з ц G 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

; ° .j с»

» 1Ю4® фиа1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3519187/18-24 (22) 03. 12.82 (46) 23.08.84. Бюл. № 31 (72) М. Д. Горбатенков и Ф. К. Фоттлер (71) Новосибирский электротехнический ин(53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 559220, кл. G 05 В 11/01, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 334556, кл. G 05 D 13/02, 1971

3. Авторское свидетельство СССР № 675975, кл. G 05 В 11/01, 1978 (прототип). (54) (57) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, предварительный усилитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель и силовой редуктор, входной вал которого соединен с валом тахогенератора, а на выходном валу установлены объект регулирования и датчик положения, соединенный выходом через блок сравнения с первым входом интегратора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в ней второй вход интегратора подключен к выходу тахогенератора, а выход интегратора соединен с вторыми входами блока сравнения и измерителя рассогласования.

Изобретение относится к следящим системам с люфтом в механической передаче и может быть использовано в металлорежущих станках, опорно-поворотных механизмах экскаваторов, моделирующих стендов и роботов-манипуляторов.

Известна следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, предварительный усилитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель и силовой редуктор, на выходном валу которого установлен объект регулирования и первый датчик положения, вторым входом подключенный к выходу второго датчика положения, а выходом через последовательно соединенные блок управления и корректирующий двигатель — к второму входному валу редуктора, вал исполнительного двигателя через измерительный редуктор соединен с входом второго датчика положения, а второй выход объекта регулирования соединен с вторым входом измерителя рассогласования (1).

Известна следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, усилитель, исполнительный двигатель и редуктор, на валу которого установлен объект регулирования на первый датчик положения, вторым входом через второй датчик положения соединенный с промежуточным валом редуктора, а выходом через дифференциатор-преобразователь — с вторым входом измерителя рассогласования, и тахогенератор, входом соединенный с выходом двигателя, а ,выходом — с третьим входом измерителя рассогласования (2).

Недостатком известных .систем является их низкая точность.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, предварительный усилитель, усилитель мощности, исполнительный усилитель и силовой редуктор, на выходном валу которого установлены объект регулирования и первый задатчик положения, вторым входом подключенный к выходу второго датчика положения, а выходом через последовательно соединенные блок сравнения и корректирующий двигатель — к второму входному валу силового редуктора, вал исполнительного двигателя через измерительный редуктор соединен с входом второго датчика положения, а через тахогенератор— с вторым- входом блока сравнения (3).

Недостатком известной системы является ее низкая точность.

Цель изобретения — повышение точности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в следящей системе, содержащей последовательно соединенные задатчик, измеритель рассогласования, предварительный усилитель, усилитель мощности, исполнительный двигатель и силовой редуктор, входной вал которого соединен с валом тахогенератора, а на выходном валу установлены объект регулирования и датчик положения, соединенный выходом через блок сравнения с первым входом интегратора, второй вход интегратора подключен к выходу тахогенератора, а выход интегратора соединен с вто-. рыми входами блока сравнения и измери 0 теля рассогласования.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы; на фиг. 2 — функциональная схема системы.

Система включает измеритель 1 рассогласования, предварительный усилитель 2, !

5 усилитель 3 мощности, исполнительныи двигатель 4, силовой редуктор 5, объект 6 регулирования; датчик 7 положения, тахогенератор 8, интегратор 9, блок 10 сравнения, задатчик 11, пропорциональное звено 12, нелинейное звено типа «люфт» 13, резисторы 14 — 23, операционные усилители 24 — 26, конденсатор 27, общая шина 28 системы, датчик 29 йоложения, U; — сигнал на выходах i-x блоков системы.

Последовательное соединение тахогенератора 8 и интегратора 9 функционально выполняет роль датчика положения.

Для исключения формирования ложных сигналов в силовых блоках следящей системы за счет возникновения собственных переходных процессов в отдельных блоках системы при включении системы в работу напряжение питания вначале подается на несил овую часть следящей системы (т. е. на блоки, формирующие закон управления), а затем с некоторой выдержкой времени напряжение подается на силовую часть системы (т. е. на усилитель 3 мощности и исполнительный двигатель 4). 3а время этой выдержки осуществляется автоматическое согласование выходного сигнала интегратора 9 и выходного сигнала датчика 7 по40 ложения в соответствии с уравнением:

— T - - +, ) 11 о где Т> и U> — постоянная времени и выходной сигнал интегратора 9;

К„- коэффициент передачи блока 10

45 сравнения;

От — выходной сигнал датчика 7 положения.

Система работает следующим образом.

Выходной сигнал задатчика U

11 и интегратора 9 по закону U — — К, (Ц,— — U ), где К, — коэффициент передачи измерителя 1 рассогласования, и поступает на вход предварительного усилителя 2.

1109711

На выходе предварительного усилителя

2 формируется сигнал U> в зависимости от выходного сигнала U< измерителя 1 рассогласования по закону U9, = К U, где К„ коэффициент передачи предварительного усилителя 2, и поступает на усилитель 3 мощности.

На выходе усилителя 3 мощности формируется сигнал Ц в зависимости от выходного сигнала U< предварительного -усилителя 2 по закону U = К .Ug, где К, коэффициент передачи усилителя 3 мощности, и поступает на вход исполнительного двигателя 4. Вал исполнительного двигателя 4 начинает вращаться и через редуктор 5 поворачивает объект 6 регулирования на некоторый угол, измеряемый датчиком 7 положения. На выходе датчика 7 положения формируется сигнал U в зависимости от выходного сигнала усилителя

3 мощности по закону U = К4 К, К, К U, где К4, Кв, Kg u Kq — коэффйциенты передачи соответственно исполнительного двигателя 4, редуктора 5, объекта 6 регулирования и датчика 7 положения, и поступает на первый вход блока 10 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 9.

На выходе блока 10 сравнения формируется сигнал V,o в зависимости от разности выходных сигналов Vg и U7 интегратора 9 и датчика 7 положения по закону: (-!р =К ° (Ug — 1-1т), где Кр — о ФФциент передачи блока 10 сравнения, и поступает на первый вход интегратора 9, на второй вход которого поступает сигнал с выхода тахогенератора 8.

Выходной сигнал Ug тахогенератора 8 формируется в зависимости от выходного сигнала V3 усилителя 3 мощности по закоНу: Us = К4 Кр UÇ где К4 и Kg — коэффи циенты передачи соответственно двигателя 4 и тахогенератора 8.

На выходе интегратора 9 формируется сигнал Ug в зависимости от разности выходных сигналов U< и U g тахогенератора 8 и блока 10 сравнения по закону Ug = К9 (Ug1 — 1-1я ), где К9 —— -Р- коэффициент пере9 дачи интегратора 9, Tg — постоянная времени интегратора 9, и поступает на второй вход измерителя 1 рассогласования, на второй вход которого поступает выходной сигнал U>< задатчика 11.

Указанные выше коэффициенты передачи К отдельных функциональных блоков предлагаемой системы могут принимать любые значения (постоянные, переменные, линейные, нелинейные и т.д.) в зависимости от требований, предъявляемых к характеристикам следящей системы, а также в зависимости от конкретного конструктивного выполнения указанных блоков.

Если люфт редуктора 5 выбран и вал исполнительного двигателя 4 через редуктор 5 сцеплен с валом объекта 6 регулиро50 вания, то данная следящая система эквивалентна следящей системе с редуктором без люфта. При этом выходные сигналы Ug u Vz интегратора 9 и датчика 7 положения, поступающие на блок 10 сравнения, противо-. положны по закону и одинаковы по величине, а выходной сигнал U>o блока 10 сравнения- равен нулю. Это обусловлено тем, что постоянная времени Т9 интегратора 9 равI

1 !

Т 8 k ()

k7 где k7 — коэффициент усиления датчика 7 положения;

МВ- коэффициент усиления тахогенератора о;

k =1-передаточное число силового ре дуктора 5.

В этом случае выходной сигнал !Лв тахогенератора 8 интегрируется и инвертируется в интеграторе 9 и подается на инвертирующий вход измерителя 1 рассогласования (фиг. 2), т. е. следящая система замкнута обратной связью по выходному сигналу датчика 29 положения, в состав которого входят последовательно соединенные тахогенератор 8 и интегратор 9.

Величина ошибки слежения в системе

25 определяется лишь ее статическими и динамическими свойствами и может быть как угодно малой при соответствующих условиях. Так как в системе (фиг. 1) входной сигнал U датчика 7 положения поступайГ на инвертирующий вход блока 10 сравнения, а выходной сигнал Ug интегратора 9 поступает на прямой вход блока 10 сравнения, то при движении вала исполнительного двигателя 4 в зоне люфта силового редуктора 5 проинтегрированный выходной сиг35 нал Udg тахогенератора 8 не равен выходному сигналу U датчика 7 положения и на выходе блока 10 сравнения формируется сигнал U>z, пропорциональный их разности, т. е. U)p =К,р (Ug — Uy), где К,р коэффициент передачи блока 10 сравнения

40 (фиг. 1), и поступает на инвертирующий вход интегратора 9. С выхода интегратора

9 на инвертирующий вход измерителя 1 рассогласования поступает сигнал Ug, зависящий от выходных сигналов Uq u Vg датчика 7 положения. и тахогенератора 8

45 следующим образом:

Ug = Kg Кв U4 — Кю Kg (Ug 1- ) (2) где U4, Uq, Ug — сигналы на выходах исполнительного двигателя 4, датчика положения 7, интегратора 9;

Ks- T8P, h.g-T,I, (,р-коэффициенты передачи тахогенератора 8, интегратора 9 и блока

10 сравнения;

Тфl!Т9 постоянные времени тахогенера55 тора 8 и интегратора 9.

Из выражения (2) следует, что сигнал

Uy с выхода интегратора 9 не равен нулю даже тогда, когда выходной сигнал датчи1109711

Составитель Ю. Гладков

Редактор Е. Папп Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 5647/32 Тираж 842 Hoai.èñíîå

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ка 7 положения 1/7 — — О, а вал исполнительного двигателя 4 движется в зоне «люфт» силового редуктора 5, т. е. следящая система по каналу обратной связи остается замкнутой при прохождении зоны «люфта», что позволяет формировать ее желаемые динамические свойства.

Указанные выше отличительные особенности предлагаемого технического решения позволяют существенно (т. е. примерно в шесть раз) расширить область значений коэффициента усиления разомкнутого контура следящей системы, при которой система будет устойчива, по сравнению с критическим значением коэффициента усиления в известной системе, замнутой непосредственно по сигналу датчика положения. Такая возможность увеличения коэффициента усиления разомкнутого контура следящей системы увеличивает ее добротность, т. е. примерно в семь раз улучшает статическую и

10 в девять раз динамическую точность следящей системы.