Следящая система

 

Изобретение относится к областиавтоматического управления-и контроля , приборостроения и может быть использовано в различных устройствах автоматики и измерительной техники при контроле, измерении и регулировании различных параметров. Изобретение позволяет повысить точность обработки задающего сигнала в следящей системе и расширить ее область применения за счет применения в структуре системы кольца импульснофазовой автоподстройки частоты и реверсивного счетчика 15 импульсов. Такое техническое решение способствует строгой синхронизации передних фронтов импульсов в каналах измерения и управления благодаря организации новых связей с фазочувствительными вьтрямителем 8, генератором 11 линейно изменяющегося напряжения, Аналоговым сумматором 12, двумя компараторами 13, 17, двумя ключами 1Д, 18, реверсивным счётчикбм 15 и преобразователем 16 код-напряжение. Кроме того, применение в системе реверсивного счетчика создает условия для расширения функциональных возможностей системы в целом в смысле сопряжения следящей системы с микропроцессором или микроэвм. 3 ил. с «с (Я Ь СО о ю ел Фи.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБ ЛИК (59 4 С 05 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3926494/24-24 (22) 08.07.85 (46) 15.02.87. Бюл. ¹ 6 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е. Жуковского (72) Е.К. Алехина, В.Ф. Симонов, В.Г. Рубанов и Е.А. Милькевич (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 903804, кл. G 05 В 11/26, 1982 °

Авторское свидетельство СССР № 453668, кл. С 05 В 11/26, 1974. (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к области . автоматического управления.и конт- роля, приборостроения и может быть использовано в различных устройствах автоматики и измерительной техники при контроле, измерении и регулировании различных параметров. Изобретение позволяет повысить точность обработки задающего сигнала в следя„„SU„„1290251 А 1 щеи системе и расширить ее область применения за счет применения в структуре системы кольца импульснофазовой автоподстройки частоты и реверсивного счетчика 15 импульсов.

Такое техническое решение способствует строгой синхронизации передних фронтов импульсов в каналах измерения и управления благодаря организации новых связей с фазочувствительными выпрямителем 8, генератором 11 линейно изменяющегося напряжения, аналоговым сумматором 12, двумя компараторами 13, 7, двумя ключами 14, 18, реверсивным счетчиком 15 и преобразователем 16 код-напряжение.

Кроме того, применение в системе реверсивного счетчика создает условия для расширения функциональных возможностей системы в целом в смысле сопряжения следящей системы с микропроцессором или микроЭВМ. 3 ил.

1290? 51

Изобретение относится к автоматическому управлению и контролю, приборостроению и может быть использова»о в различньж устройствах автоматики и измерительной техники при конт- 5 роле, измерении и регулировании различных параметров.

Цель изобретения — повьппение тбчности обработки задающего сигнала и расширение области применения системы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема следящей системы; на фиг. 2— схема импульсной фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ); на фиг. 3— .15 временные диаграммы сигналов в характерных точках схемы следящей системы.

Следящая система содержит источ ник $ напряжения переменного тока, формирователь 2 опорного напряжения, элемент 3 сравнения, редуктор 4, шаго вый двигатель 5, блок 6 управления усилитель 7, .фазочувствительный выпрямитель 8, фильтр 9 низких частот, блок 10 импульсно-фазовой автоподстройки частоты, генератор 11 линейно изменяющегося напряжения,.аналоговый сумматор 12, первый компаратор 13, первый ключ 14, реверсивный счетчик 15, преобразователь 16 коднапряжения, второй компаратор 17 и второй ключ 18.

Блок 10 импульсно-фазовой автоподстройки частоты содержит фазовый 35 детектор 19, первый вход которого соединен с выходом формирователя опорного напряжения 2, а выход — с последовательно соединенными фильтром низких частот 20, интегратором

21, генератором 22 управляемым напряжением, и-разрядным двоичным счетчиком импульсов 23, последний и-й выход которого связан одновременно с вторым входом фазового детектора 19 и входом формирователя биполярных прямоугольных импульсов 24.

Первый выход блока 10 совпадает по частоте и фазе с выходным сигналом формирователя напряжения, второй вы- 50 ход блока 10, снимаемый с i-ro выхода счетчика 23, как и третий выход, синхронен по фазе с сигналом первого выхода блока 10, однако частоты сигналов всех выходов ИФАПЧ различны 55 и подчиняются соотношению а

f. f — — —

-Я 3

2ь- где f, — частота сигнала первого выхода блока 10;

f — частота сигнала второго

2 выхода блока 10;

f. — частота сигнала третьего э выхода блока 10

n — максимальная разрядность двоичного счетчика 23.

Следящая система (фиг. 1) работает следующим образом.

При наличии углового рассогласования между двумя механически не связанными валами элемент сравнения 3, реализованный, например, на вращающихся трансформаторах или сельсинах в трансформаторном режиме и питаемый от источника напряжения переменного тока 1 (фйг.За), выдает сигнал напряжения (фиг. 36), огибающая которого пс амплитуде пропорциональна величине, а фаза несущей соответствует знаку углового рассогласования

4 (фиг. ЗЕ). После усиления усилителем 7 этот сигнал поступает на первый вход выпрямителя 8, вьптолняющего функции активного умножителя,на второй вход которого поступают би-. полярные прямоугольные импульсы U,„„

ИЕсщ7, (фиг. 3 В), сформированные на первом выходе блока 10 при помощи блока 24 (фиг. 2). Биполярные импульсы строго синхронизированы по частоте и фаза с прямоугольными однополярными импульсами U+ (фиг. Зг), получаемыми на выхоце формирователя опорного напряжения 2 путем преобразования входного и гармонического сигнала, поступающего на формирователь от источника напряжения переменного тока

1. Следовательно, биполярные прямоугольные импульсы будут также синхронны по частоте и фазе с напряжением источника переменного тока и напряжением несущей. Строгая синхронизация сигналов обеспечивается блоком 1IO благодаря наличию в его структуре интегратора 21 (фиг.2), создающего астатизм в блоке 10 и устраняющего воэможность появления ошибки в фазе.

Фазочувствительный выпрямитель

8 осуществляет перемножение сигналов, подаваемых на его входы †. выходного сигнала (несущей) схемы сравнения П<х „(фиг. 3II ) и выходного

/ сигнала U „ „ перво-о выхода блока 10 (фиг.38), в результате чего на выходе выпрямителя появляется пульсирующее напряжение 11,,„„ (фиг. 3 ), 1290251 можно продемонстрировать в динамике на эпюрах сигналов, изображенвых на фиг. 3„-q. Если на первый вход аналогового сумматора в начальный момент времени поступает сигнал

U „H„, пропорциональный а 4, то на втором его входе будет формироваться, потактово сглаживаясь на выходе преобразователя 16, сигнал U пан (фиг. 3o) . Тогда на выходе аналогового сумматора 12 образуется сигнал (фиг. Зк), поступающий на первый вход первого компаратора 13. Одновременно на второй вход этого компаратора подается периодически повторя45

55 сглаживаемое при помощи фильтра 9 к виду напряжения U „„ (фиг. Зи), пропорциональному сигналу рассогласования и Ч (фиг. 38), которое подается на первый вход аналогового сумматора 12. При отсутствии сигнала обратной связи на втором входе аналогового сумматора, что имеет место только в первый момент времени, напряжение Б „цпередается на выход сумматора в неизменном виде и, следовательно, поступает на первый вход первого компаратора 13. Однако уже по истечении длительности, равной одному такту формирования пилообразного напряжения на выходе генератора

11, подаваемому на второй вход первого компаратора, изменится состояние выхода реверсивного счетчика 15

?О (фиг. Зо), а значит возникает сигнал обратной связи U „„(фиг. Зи), что приведет к образованию на выходе аналогового сумматора 12 сигнала ошибки преобразования Ug 11 4 Ппкн (Фиг. Зк) . Так как контур аналогоцифрового преобразования содержит в структуре интегрирующее звено (реверсивный счетчик 15), которое вносит астатизм в динамическую подсистему преобразования, то с течением времени сигнал обратной связи U „ станет равным входному воздействию

Б „„ подсистемы преобразования (фиг.З и) и, следовательно, ошибка преобразования Ug станет равной нулю. Значит, начиная с этого момента времени, выходной сигнал реверсивного счетчика будет в цифровой форме соответствовать значению Uô„ö

1или сигналу рассогласования Ч меха40 нически не связанных валов. Итак, процесс преобразования сигнала U+„u в контуре преобразования аналог — код ющееся пилообразное напряжение Б „„„, генератора линейно изменяющегося напряжения 11. Длительность такта, а значит и частота пилообразного на- . пряжения U щ„ определяется частотой следования импульсов с второго выхода блока 10 (например, импульсная последовательность U „„(фиг.Зе) для цфап случая i=(n-2),т.е. сигнал второго выхода блока 10 снимается с (п-2), выхода двоичного счетчика импульсов

23 (фиг. 2). Отсюда видно, что в предлагаемой следящей системе легко изменить в нужном направлении период преобразования непрерывного. сигнала рассогласования кМ в дискретный код путем простого изменения номера i-ro разряда двоичного счетчика импульсов 23 (фиг. 2), т.е. перекоммутации требуемого промежуточного выхода счетчика 23 на второй выход блока 10. Это позволяет гибко повышать точность преобразования сигнала рассогласования аМ при увеличении скорости вращения механически несвязанных валов в большом диапазоне изменения скоростей. Импульсы передним фронтом запускают генератор

11, а выходное напряжение U Ä„ ис..пользуется первым компаратором !3 для преобразования непрерывного сигнала

Ug в широтно-модулированную импульсную последовательность 6„0,.д (фиг.Зл), формируемую на выходе первого компаратора 13, которая поступает на первый вход первого ключа 14. Одно- . временно на второй вход этого ключа подается импульсная последовательность Б„ „ (фиг, 3 ) с третьего выхода блока 10. Импульсные последовательности U+ Б„ „„, Б„, U„ (фиг. 3i-ж,л) имеют строгую синхронизацию по передним фронтам за счет астатизма блока 10 (фиг.2), вводимого интегратором 21 и позволяющего исключить появление фазового рассогласования. Это способствует повьппению точности преобразования непрерывного сигнала рассогласования л%, так как устраняет пропадание четных импульсов U „ „ (фиг. 3 е) sa пф1к-кь счет несовпадения передних фронтами импульсной последовательности U«„„

I и Б рад фиг. Зл,лс), подаваемых соответственно на первый и второй входы первого ключа 1ч. Ключ 11 работает таким образом, что пры наличии йа его первом входе импульсов Б„„„„,.

5 1 положительной полярности, а на втором счетных импульсов высокой частоты следования U также положиИФап тельной полярности на выходе первого ключа формируются пачки счетных импульсов U:, положительной поляр6йхкя ности с числом импульсов в пачке, пропорциональным амплитуде сигнала ошибки преобразования U > в момент равенства по модулю напряжений U и U, „, подаваемых на входы перво л Н го компаратора с противоположными знаками. Если же на первом входе первого ключа 14 появляются импульсы U,„„((ф иHTг. 3„) отрицательной полярности, что соответствует отрицательному значению ошибки преобразования U5 на выходе аналогового сумматора 12, а на втором входе первого ключа счетные импульсы U „„„положительны, то на выходе ключа 14 формируются пачки импульсных последовательностей U „,„ „ отрицательной полярности (фиг.З ) за счет инвертирования, предусмотренной схемой ключа 14.

Счетные импульсы U „подаются щц кяя на реверсивный счетчик 15, в результате чего на его выходе с течением времени образуется числовая последовательность, которая может быть использована при сопряжении следящей системы с микропроцессором,Цифровое значение сигнала на выходе реверсивного счетчика 15 может изменяться на каждом такте преобразования при наличии ошибки предбразования Ug так как если U > О, т.е.

У„„ аБ „, что указывает на несоот1 км ветствие числового значения выхода

U „(фиг, Зо) реверсивного счетчика

15 аналоговому значению преобразуемого напряжения U „„, то первый компаратор 13 и первыи ключ 14 сформируют пачку импульсов на новом такте положительной полярности с числом импульсов, пропорциональным ошибке

Ug на этом такте, которые, попадая на вход реверсивного счетчика 15, будут добавлены к предыдущему его показанию, значит числовое значение возрастет, приводя одновременно к увеличению значения U,, а следоваккм тельно, к уменьшению ошибки Ug . В случае, когда U О, т. е ..UÄ Ä ) Б первый компаратор 13 и первый ключ

14 как и ранее сформирует на новом такте иачку импульсов отрицательной полярности с числом импульсов,про90?51 6 порциональным >шибке U иа этом так5 те, которые будут вычтены из числен ного значения показания счетчика на предыдущем такте. Процесс уравновешивания выходного показания реверсивного счетчика импульсов закончится, 10

55 как тол -ко напряжение обратной связи контура преобразования U«„ станет равным напряжению U „, т.е. цифровое показание реверсивного счетчика будет точно соответствовать (с учетом цены младшего разряда) величине рассогласования валов. Как видно, ошибка

Ug в этом случае будет тождественно равна нулю ("зиг. Зк).

Ликвидация рассогласдвания валов в следящей системе производится подсистемой управления следующим образом, Напряжение с выхода преобразователя

16 пс истечении времени Т.„„.переходного процесса в канале преобразования, протекающего почти мгновенно в электронных цепях его сравнения с электромеханическими процессами в канале управления, пропорциональное сигналу рассогласования механически несвязанных валов, подается на первый вход второго компаратора 17, на второй вход которого подается пилообразное напряжение U,„„„, в результате чего после окончания указанного процесса на выходе второго компаратора 17 формируются широтно-модулированные импульсы (фиг.Зк) с шириной, пропорциональной величине рассогласования валов (фиг.ЗО) при t o T „ пп на каждом акте. Это последовательность импульсов подается на первый вход второго ключа 18. На второй его

1 вход посылаются высокочастотные импульсы с третьего выхода блока 10.

Таким образом, на выходе. второго ключа 18 формируются пачки импульсов с числом в каждой пачке (фиг.3 Р),пропорциональным ширине импульсов, формируемых вторым компаратором, т.е. сигналу рассогласования ьЧ при t > Т„„.

Полярность импульсов в пачке зависит от полярности широтно-модулированных импульсов, т.е. техническая реализация второго компаратора и второго ключа аналогична реализации первого компаратора и первого ключа соответственно. Наличие блока 10 способствует строгой синхронизации фронтов импульсов в контуре управления так же, как это имело место и в контуре преобразования. Пачки импульсов с выхода второго ключа 18 подаются на схему

1290251 управления 6, которая осуществляет распределение импульсов по обмоткам шагового двигателя. Исполнительный шаговый двигатель через редуктор в зависимости от полярности импульсов 5 вращается в ту или иную сторону, устустраняя рассогласование ь механически несвязанных валов. В случае, когда рассогласование становится равным нулю, значение U.„, будет

Фнч также равно нулю, что приведет к

1появлению нулевого значения на выходе реверсивного счетчика и соответственно на выходе ПКН, а это в свою очередь приведет к остановке шагово15 ! го двигателя в требуемом положении, соответствующем нулевому рассогласованию.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Следящая система, содержащая источник напряжения переменого тока, подключенный к формирователю опорного напряжения и к элементу сравнения, вход которого связан через редуктор с валом шагового двигателя, входом подключенного к выходу блока управления, выход элемента сравнения

30 подключен к входу усилителя, выход которого подключен через фаэочувствительный выпрямитель к входу фильтра низких частот, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности. отработки задающего сигнала и расширения области йрименения системы, в нее введен блок импульснофазовой автоподстройки частоты, генератор линейно изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый ключ, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, второй компаратор и второй ключ, причем выкод преобразователя код — напряжение .подключен к второму входу аналогового сумматора, к выходу формирователя опорного напряжения подключен блок импульсно-фазовой автоподстройки частоты, первый выход которого соединен с вторым входом фазочувствительного выпрямителя, второй выход — с входом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго компаратора, а третий выход блока импульсно-фазовой автоподстройки частоты соединен с управляющими входами первого и второго ключей, выход фильтра низких частот соединен с входом аналогового сумматора, выход второго ключа подключен к входу блока управления. l290251

Составитель П. Кудрявцев

Техред И.Ходанич Корректор А. Зимокосов

Редактор А. Гулько

Заказ 7897/43 Тираж 885

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д„ 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4