Цифроаналоговая система позиционирования

 

Изобретение касается автоматического управления и может быть использовано в контуре регулирования положения следящих приводов моделирующих стендов и имитаторов различных систем. Цель изобретения - повышение точности системы позиционирования. Система содержит цифроаналоговые 3 и аналоговый 5 блоки выделения ошибки, преобразователь 2 перемещения в код, задатчик 1 положения, инверторы 8, 13, 14, коммутаторы 7, 12 сигналов, масштабирующий усилитель 9, сумматор 6 коррекции. В системе позиционирования используются сигналы обратной связи: цифровой с заранее определенным дискретом и аналоговый, линейно нарастающий от минимального до максимального значения в промежутках между моментами изменения цифровых значений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

05 В !3/02

g (р р "уц д в (" 1 11 .L-. ...".Ý E A

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7/ Г.ч * ,. ).. .ф 4Р - @ ; СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ .. сС у

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4337300/24-24 (22) 01,12.87 (46) 15.08.89. Бюл. № 30 (72) Д.И.Мельник, Л.Ф.Моисеев и М В.Сухов (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 442458, кл. 0 05 В 13/02, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 557351, кл. G 05 В 13/02, 1975.

„„SU„„1500!Ю2 (54 ) ЦИФРОАНАЛОГОВАЯ С11СТЕМА ПО311ЦИОНИРОВАНИЯ (57) Изобретение касается автоматического управления и может быть использовано в контуре регулирования йоложения следящих приводов моделирующих стендов и к«итаторов различных систем. Цель изобретения — повышение точности системы позиционирования.

1500997

Система содержит цифроаналоговые 3 и аналоговый 5 блоки выделения ошибки, преобразователь 2 перемещая в код, задатчик 1 положения, инверторы 8, 13, 14, коммутаторы 7, 12 сигналов, масштабирующий усилитель 9, сумматор

6 коррекции. В системе позиционирования используются сигналы обратной связи: цифровой с заранее определенным дискретом и аналоговый, линейно нарастающий от минимального до максимального значений в промежутках между моментами изменения цифровых значений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для улучшения качества процесса регулирования следящих приводов моделирующих стендов и имитаторов.

Целью изобретения является повышение точности системы.

На фи! .! приведена функциональная схема цифроаналоговой системы позиционирования; на фиг.2 — функциональная схема цифроаналогового блока.выделения. ошибки; на фиг.3 — первая и вторая кодовые дорожки кодирующего элемента с чувствительными элементами блока считывания и эпюры сигналов, поясняющие принцип работы системы поэицио ирования (а — сигналы на входах первого компаратора аналоговых сигна- 30 лов: сплошная линия — сигнал выхода ,,первого согласующего усилителя, пунктирная — сигнал выхода третьего инвертирующего повторителя; б сигналы на входах второго компаратора аналоговых сигналов; сплошная линия — сигнал выхода М второго, пунктирная — сигнал выхода первого согласующих усилителей; в, r, д — сигналы на выходах первого, второго компараторов анологовых сигналов и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; е — сигнал на выходе второго коммутатора анологовых сигналов; ж, з, и— сигнал;а выходов первого и .второго чувствительных элементов второй (более старшей) кодовой дорожки и вы-! хода цифрового коммутатора; к, л, мсигпалы выходов первого, второго и третьего младших из групп старших разрядов задатчика; н — сигнал выхода цифроаналогового преобразователя, формируемый выходными сигналами группы младших разрядов эадатчика}; на фиг.4 — примеры выполнения преобразователей перемещения в код.

Цифроаналоговая система позиционирования содержит задатчик I положения, преобразователь 2 перемещения в код, цифроаналоговый блок 3 выделения ошибки, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговый блок 5 выделения ошибки, сумматор 6 коррекции, коммутатор 7, инвертор 8, масштабирующий усилитель 9, усилитель 10 мощности, привод 11 коммутатор 12 сигналов, инверторы 13, 14.

Преобразователь 2 перемещения в код содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

15, компараторы 16, 17 сигналов, согласующие усилители 18, 19, цифровые коммутаторы 20, кодирующий элемент

21 с двоичными кодовыми дорожками 22, 23, 23i, 24, против каждой из которых расположено по два чувствительных элемнта 25, 2Ь; 27, 28; 28i, 29, 30, составляющих блок 31 считывания, ленту 32, съемник 33, полый ротор 34.

Блок 3 содержит m (по количеству входных разрядов)инверторов 35, параллельный двухвходовый m-разрядный сумматор 36, инвертор 37, элементы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 38, цифроаналоговый преобразователь 39.

Привод 10 состоит из исполнительного элемента 40 (двигателя), который кинематически связан с нагрузкой 41 ° Цифроаналоговая система позиционирования работает следующим образом.

Сигнал по положению с выходов групп старших I 2 .. °, m-. 1, m u младших m+1 m+2, ..., и разрядов задатчика 1 в виде двоичного арифме" тического кода поступает непосредст-., венно на входы цифроаналогового блока

3 выделения ошибки и цифроаналогового преобразователя 4 соответственно ° С выхода цифроаналогового преобразователя 4 сигнал в виде периодического линейно нарастающего (при управле". нии движением в одну сторону) или линейно убывающего (при управлении в другую сторону) сигнала поступает

5 1500992 на вход аналогового блока 5 выделения ошибки. На фиг.3 (к, л, м) приведены сигналы выходов только трех младших иэ групп старыих разрядов

m-2, m-l, m, а на фиг,Зн — сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 4. С другой стороны, работающий по методу считывания преобразователь 2 формирует цифровые отсчеты также в виде двоичного арифметического кода, текущее значение которого поступает на входы блока 3 выделения "грубой" ошибки, и линейно нарастающий (убывающий) .аналоговый сигнал между моментами изменения цифровых отсчетов, текущее значение которого поступает на вход аналогового блока 5 выделения "малой" ошибки.

На фиг.3 (и, г, д) приведены снг- 20 калы выходов только трех младших разрядов: m-2, m-l, m преобразовате-. ля 2, на фиг.3 (е) — сигнал выхода коммутатора 12 аналоговых сигналов.

Пусть начиная с исходного состоя- 25 ния, при котором, например, цифровые сигналы на выходах задатчика 1 и преобарзователя 2., а также аналоговые сигналы на выходах второго коммутатора 12 и цифроаналогового 3О 1преобразователя 4 равны нулям, необходимо обеспечить перемещение привода 11 с постоянной скоростью.

Для этого код на выходах 1,2 ш, ш+1, ..., п задатчика 1 начнет возрастать. Соответственно начнет увеличиваться аналоговый сигнал на выходе преобразователя 4, что соответствует перемещению привода 11 в сторону, указанную стрелкой на фиг.3. С другой стороны, на знаковом разряде блока 3 при одинаковых входных сигналах, т.е. когда код задатчика 1 равен коду преобразователя 2 или больше кода преобразователя 2, 45 присутствует уровень "Лог.О", а когда код задатчика меньше кода преобразователя 2 — "Лог.l". Сигналом "Лог. о

О", присутствующим на входе 2 управления коммутатора 7, выходной нулевой сигнал блока 3 через первый вход коммутатора 7 и масштабирующий усилитель 9 поступает на вход сумматора 6 : коррекции. Аналоговый сигнал с выхода первого чувствительного элемента 25 (который в этот момент имеет минимальный уровень) через первый согласующий усилцтель 18 и первый вход -:. коммутатора 12 (так как на его входах управления присутствуют уровни " loI .

0") поступает на вход блока 5. Т»ким образом, поскольку сигнн.чы на входе блока 5 и и» одном н".one сум матора 6 нулевые, а .сигнал и» друг:и входе блока 5 унеличинае гся (лин Inn нарастает — см. фиг.Зн, интерннл с.,,1, то под воздействием этого сигнала на выходе блока 5 формируется сигнал

"малой" все вощрастающей ошибки, который без изменений в сумматоре 6 и усиленный по мощности усилителем 10 поступает на вход привода ll ° Когда сигнал ошибки становится равным или большим порога чувствительности привода 11, последний начинает перемещаться совместно с кодирующим элементом 21. Площадь освещенности чувствительноro элемента 25 начинает увеличиваться, что влечет за собой увеличение напряжения на выходе согласующего усилителя 18 (фиг.3а, интервал т 1 )

При равномерном нарастании сигнала на выходе преобразователя 4 так же равномерно будет увеличиваться сигнал усилителя 18, а на выходе блока 5 установится сигнал ошибки величиной, необходимой для движения привода с заданной постоянной скоростью.

По достижении сигналом эадатчика l величины, при которой произойдет переход младшего из группы старших разряда ш из состояния Лог.О в состояние "Лог.1", код группы старших раз-. рядов 1, 2, ..., m-l, m эадатчика 1 примет значение 00 ... 01 и станет на единицу больше кода преобразователя 2, на выходах которого пака что присутствуют уровни "Лог.0 ". .При этом сигнал на выходе преобразователя 4 станет равным нулю, так как код младших разрядов m+I; m+2, ..., n задатчика 1 также стал равным нулю, Сигнал на втором входе блока 5 к этому моменту также .увеличится, из-за чего íà выходе блока 5 сформируется сигнал отрицательной полярности, под воздействием которого привод

11 должен изменить направление движения. Но так как код задатчика больше кода преобразователя 2, на выходе знакового разряда блока 3 сохранится уровень "Лог.О", а сформированный в блоке 3 сигнал "грубой" ошибки через первый вход коммутатора 7 и масштабирующий усилитель 9 поступит на второй вход сумматора 6 коррекции. Этот сиг1500992 чения 00 ... 010, 00 ... 011, 00

100, 00 ... 101 и т.д., а аналоговый .сигнал на выходе преобразователя 4 каждый раз будет нарастать от нуля до своего максимального значения.

Текущее значение кода обратной связи с выхода преобразователя 2 также будет возрастать и принимать те же значения 00 ... 010, 00 ... 011 и т.д., а аналоговый сигнал на выходе коммутатора 12 будет состоять из сменяющих один другого неинвертированных и инвертированных сигналов чувствительных элементов 25, 26. нал имеет положительную полярность, по амплитуде (благодаря выбранному коэффициенту усиления усилителя 9) пропорционален единице младшего из группы старших разряда m, а по модулю превышает сигнал отрицательной полярности, присуттсвующий йа первом

15 входе сумматора 6. Соответственно, на выходе сумматора 6 сформируется сигнал "малой" ошибки положительной полярности той же амплитуды, под воздействием которого привод 11 продол жит движение в том же направлении.

При дальнейшем увеличении кода :эадатчика 1 опять начнет возрастать < сигнал на выходе преобразователя 4, с тем же темпом продолжает возрастать сигнал на выходе чувствительного элемента 25 (сигнал на втором входе блока 5), и формирующий уровень напряжения "малой" ошибки на .выходе блока 5 будет постоянным, постоянными будут также сигнал управления и ско. рость перемещения привода 11. В момент, когда линейно..нарастающий сигнал чувствительного элемента 25 станет равным инверсному сигналу чувствительного элемента 26 (фиг.3а), сигнал на выходе первого компаратора

16 перейдет в состояние "Лог.l", код на выходе преобразователя 2 примет значение 00 ... 001 и станет равным коду старших разрядов задатчика 1. На информационном выходе блока 3 сформируется сигнал нулевой ошибки, которьй через первый вход коммутатора 7 и усилитель 9 поступит на вход сумматора 6. При этом на второй инверсный вход блока 5 кодом

Ol младших разрядов преобразователя

1 через последовательно соединенные второй согласующий усилитель 19, второй вход коммутатора 12 поступит аналогичный сигнал второго чувствительного элемента 26, уровень которого имеет минимальное значение. Так как на первый (неинвертирующий) вход блока 5 поступает сигнал большей величины, на его выходе сформируется сигнал "малой" ошибки той же величины, который без изменений, йо усиленный по мощности поступит на вход управления приводом 11, который под его воздействием продолжит движение с той же скоростью и в том же направлении. При дальнейшем увеличении сигнала задатчика 1 код его старших pasрядов 1, 2 ..., -2, -1, примет знапод воздействием которого привод 11 будет перемещаться в том же, противоположном направлении, и т.д.

Пусть необходимо с определенной постоянной скоростью осуществить перемещение привода в обратном направлении. При этом код на выходе задатчика 1 начнет уменьшаться. Соответственно начнет уменьшаться аналоговый сигнал на выходе преобразователя 4, и когда он приблизится, станет равным, а затем и меньшим аналогового сигнала, присутствующего на инвертирующем входе блока 5, текущее значение сигнала "малой" ошибки отрицательной полярности с выхода блока

5 поступит на вход привода 11 и вначале остановит его, а затем начнет . перемещать привод II в обратном направлении. По достижении аналоговым сигналом преобразователя 4 нулевого уровня и далее при уменьшении на еди. ницу кода старших разрядов эадатчика

1, с одной стороны, аналоговый сигнал на выходе преобразователя 4 ста".. нет максимальным, что приведет к по40 явлению на выходе блока 5 напряжения положительной полярности, под воздей-. ствием которого привод 1! должен был бы опять изменить направление и скорость перемещения, но, с другой сто45 роны, так как код обратной связи стал больше кода задатчика 1, на знаковом разряде блока 3 сформируется сигнал

"Лбг.l" а информационный сигнал с выхода блока 3 через инвертор 8, второй вход коммутатора 7 и масштабирующий усилитель 9 поступит на другой вход сумматора 6. Так как этот сигнал имеет отрицательную полярность и по модулю больше сигнала выхода блока

5, то на выходе сумматора 6 сформиру" ется сигнал отрицательной полярности, 1500992

Формула изобретения

1 . Цифроаналоговая система, позиционированияия, соде ржащая з ада тчик положения, подключенный группой выходов старших разрядов к первой группе разрядных входов цифроаналогового блока выделения ошибки, а группой младших разрядов †. к группе pas-,ì Ið рядных входов цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом аналогового блока выделения ошибки, а также сумматор . коррекции, подключенный выходом к входу привода, выход которого соединен с . ходом преобразователя перемещения в код, группа разрядных выходов которого подключена к Второн группе разрядных входов цифроаналогового блока выделения ошибки, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повьппения точности системы, в нее введены первый, второй и третий инверторы, первый и второй коммутаторы сиг-, 25 . налов, масштабирующий усилитель, причем информационный выход цифроаналогового блока выделения ошибки соединен с " ервым информационным входом первого коммутатора сигналов и входом первого инвертора, подключенного выходом к второму информационному входу первого коммутатора сигналов, управляющий вход которого соединен с выходом знакового разряда цифроана..

35 логового блока выделения ошибки, а выход — с входом масштабирующего уси.

1 лителя, подключенного выходом к первому входу сумматора коррекции, второй вход которого соединен с выхо- 40 дом аналогового блока выделения ошибки, второй вход которого соединен с выходом второго коммутатора сигналов, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с 45 первым и вторым импульсными тактирующими выходами преобразователя перемещения в код, первый и второй анало-. говые тактирующие выходы которого .. соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго коммутатора сигналов и с входами соответственно второго и третьего инверторов, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому информационньеi входам второго коммутатора сигналов, четвертый информационнь и вход которого подключен к опорному входу преобразователя перемещения в код.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что преобразователь перемещения в код содержит многодорожечный кодирующий элемент, оптически связанный с блоком считывания, включающим в себя по два чувствительных элемента на каждую дорожку кодирующего элемента, против которой они расположены, первый и второй согласующие усилители, первый и второй компараторы, элемент ИСКЛРЧА1ОЩЕЕ ИЛИ, а также цифровые коммутаторы, причем выход первого чувствительного элемента младшей кодовой дорожки через первый согласующий усиЛитель соединен с неинвертирующим входом первого компаратора, с инвертирующим входом второго компаратора и первым аналоговым тактирующим выходом преобразователя перемещения в код, выход второго чувствительного элемента младшей кодовой дорожки через второй согласующий усилитель соединен с неинвертирующим входом второго KoMIIapa тора и с вторым аналоговым тактирующим выходом преобразователя -перемещения в код, выходы первого и второго компараторов через элемент ИСКЛЮ-

ЧАЮЦ ЕЕ ИЛИ, а выход второго компаратора непосредственно соединены с первым и вторым импульсными тактирующими выходами преобразователя перемещения в код, опорный вход которого соединен с инвертирующим входом первого компаратора, группа выходов первого и второго чувствительных эле- ментов второй и последующих старших дорожек кодирующего элемента через соответствующие цифровые коммутатора соединены с группой разрядных выходов преобразования перемещения в код, выход второго компаратора соединен с входом управления первого цифрового коммутатора, выход каждого цифрового коммутатора соединен с входом управления каждого последующего цифрового коммутатора. 500992

1500992

Составитель Е.Власов

Реадктор А.Маковская . Техред И.Ходанич Корректор Ч.Борисова :

Заказ 4865/42 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при .ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Натент", r. Ужгород, ул. Гагарина,.101