Устройство для определения скорости отклонения физической величины от требуемого значения

 

Изобретение относится к устройствам для определения скорости отклонения физической величины от программного значения. Целью изобретения является повышение точности и устойчивости работы устройства в условиях воздействия виброударных нагрузок. Сущность изобретения заключается в том, что на основе дискриминации сигнала производной отклонения физической величины от требуемого /программного/ значения DΔW<SB POS="POST">I</SB>(T)/DT по отношению к эталонным импульсам управляемого генератора путем фазирования осуществляется стабилизация мгновенной скорости двигателя генератора программ на нормальном и сбойном интервалах анализа измерительной информации опытного значения физической величины - скорости W<SB POS="POST">опI</SB>(T) . Это достигается в двух контурах самонастройки, в которых отрабатываются сигналы рассогласования, что позволяет во время функционирования устройства без методической погрешности определить W <SB POS="POST">откI</SB>(T) . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д) 4 G 01 P 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Ilo изОБРетениям и ОтнРытиям

APH ГКНТ СССР

1 (21) 4078174/24-10 (22) 19. 05. 86 (46) 15.09.89. Бюл. Н - 34 (72) П.И.Кныш, В.А.Мельников и Б.Д.Володин (53) 621,317.39:541.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 972410, кл. G 01 P 15/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1 164606, кл, G 01 P 15/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ЩЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ CI(ОРОСТИ ОТКЛОНЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

ОТ ТРЕБУЕМОГО ЗНАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится х устрой— ствам для определения скорости откло— нения физической величины от программного значения, Целью изобретения является повышение точности и устойчивости работы устройства в условиях

Изобретение относится к устройствам для определения скорости отклонения физической величины от требуемого программного значения по данным расчетных параметров дискретных систем управления и обработки результатов измерения.

Цель изобретения — повышение точ- ности определения скорости отклонения физической величины от требуемого значения по данным расчетных параметров и устойчивости работы устройства путем фазировки сигналом производной отклонения физической величины от требуемого (программного) значения мгновенной скорости двигателя генератора программ на нормальном сбойном

2 воздействия виброударных нагрузок.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе дискриминации сигнала производной отклонения физической величины от требуемого (программного) значения dgW; (t)/dt по отношению к эталонным импульсам управляемого генератора путем фазирования осуществляется стабилизация мгновенной скорости двигателя генератора программ на нормальном и сбойном интервалах анализа измерительной информации опытного значения физической величины — скорости W,и„, ;(). Это достигается в двух контурах самонастройки, в которых отрабатываются сигналы рассогласования, что позволяет во время функционирования устройства без методической погрешности определять

WÎò6, (t) 2 ил участке анализа измерительной информации опытного значения физической величины.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, пояснякцие его работу.

Устройство для определения скорости отклонения физической величины от требуемого значения (фиг. 1) содержит коммутатор 1, преобразователь аналог— код 2, схему 3 сравнения, элемент

ИЛИ 4, генератор 5 программ, датчик 6, элемент НЕ. 7, триггер 8, блок 9 сравнения, усилитель 10, датчик ll, элемент И 12, авторегулятор 13 дифференцирующую цепочку 14, блок 15 стабилизации скорости, датчик 16, дифферен3 !508)7) цирующую цепочку 17, э лемент И 18, orða»»÷íòåëü 19, управляемый генератор 20, элемент И 21, вычислитель 22, дискриминатор 23, генератор 24 кода, Коммутатор 1 подключен первым входом к выходу дифференцирующей цепочки ) 7 и входу элемента И 12 и генератора 24 кода, соответственно вторым, третьим и четвертым входами — к выхо- )О дам датчиков 6, 11, 16. Преобразователь аналог — код 2 входом соединен с коммутатором 1. Схема 3 сравнения первым входом подключена к выходу генератора 24 кода, а выходом — к эле- )5 менту НЕ 7 и второму входу триггера 8., Элемент ИЛИ 4 первым входом подключен к выходу элемента И 18, вторым вхо— дом — к первому выходу генератора 5 программ, а выходом — к блоку 9 срав- 20 нения. Генератор 5 программ первым, вторым и третьим выходами соответственно подключен к вторым входам блока 9 сравнения, генератора 24 и к третьему входу блока 15 стабилизации скорости.

Датчик 6 входом соединен с входами датчиков 11, 16 и выходом авторегулятора )3, а выход датчика 6 подключен ,.к входу дифференцирующей цепочки 17 и второму входу элемента И )8, Элемент НЕ 7 выходом подключен к первому входу элемента И 12. Триггер 8 первым

«ходом соединен с выходом элемента

И 12. Блок 9 сравнения первым выходом 35 подключен к входу авторегулятора 13 и второму входу вычислителя 22, а

Bторым выходом — к входу дифференци— рующей цепочки 14 . Усилитель 10 входом соединен с выходом блока 15 ста- 40 билизации скорости, а выходом — с первым входом генератора программ. Дифференцирующая цепочка 14 выходом соедипена с ограничителем 19.

Бчок 15 стабилизации скорости вторым выходом подключен к четвертому входу дискриминатора 23, Элемент И 18 первым входом подключен к выходу триггера 8,, Ограничитель 19 выходом соединен с первым входом дискриминатора 23, Управляемый генератор 20 первым, вторым и третьим выходами соот-ветственно соединен с третьим входом вычислителя 22, вторым входом блока

15 стабилизации скорости, вторым входом дискриминатора 23 и вторым входом элемента И 21. Последний первым входом подключен к второму выхо—

4 ду триггера 8. Вычислитель 22 первым входом соед»нен с выходом элемента

И 21, Дискриминатор 23 выходом соединен с входом управляемого генератора

20, а первым входом — с выходом блока 15 стабилизатора.

Сущность изо5ретения заключается в том, что на ocнове дис криминации сиги ала прои з водной о гклон ения фи зической величины от требуемого (программного) значения dye;(t)/пс по отношению к эталонным импульсам правляемого генератора путем фазирования осуществляется стабилизация мгновенной скорости двигателя генератора программ на нормальном и сбойном интервале анализа измерительной информации по опытному значению физической величины скорости )1ц„> (t). Это достигается в двух контурах самонастройки, в которых отрабатываются сигналы рассогласования, что позволяет во время функционирования устройства без методической погрешности определять Ыaгi(t).

В первом контуре дискриминации и самонастройки (генератор программ, элемент ИЛИ, блок сравнения, дифферепцирукщая: елочка, ограничитель, дискриминатор, управляемый генератор, блок стабилизации скорости, усилитель„ генератор программ) производится грубая фазировка двигателя, поскольку в сигнале, измеряемом датчиками-интеграторами, имеется добавочная составляющая скорости за счет действия виброударов на устройство.

Во втором контуре самонастройки (генератор программ, блок стабилизации скорости, усилитель, генератор программ) уточняется положение фазы двигателя посредством точной фазировки двигателя, При воздействии виброударных нагрузок на устройство наблюдаются перерывы (сбои) измерительной информации

Vo ) (t), -a следовательно, и скорости отклонения 1, ; (г.) ° После перерыва информации необходимо с точностью до одного импульса опытной и программной скорости определять W r; (t) >f zozopaa пропорциональна разности времен положения соответствующих друг другу порядковых импульсов. Для этого необходимо обеспечить синхронную и синфазную работу устройства. Это обеспечивается путем запоминания частоты управляемого генератора программ, Если

5 15081 под влиянием возмущений фаза ротора двигателя генератора программ изменит—

cR то последовательность программных импульсов сдвинется относительно эта5 лонных импульсов, поступающих на первый вход дискриминатора с управляемого генератора, Вследствие этого изменится положение импульсов производной отклонения физической величины от требуемого значения, а следовательно, и напря..(ение на выходе ди криминатора., которое подано на вход блока стабилизации скорости, При этом фаза питающего напряжения с выход=- блока стабилизации скорости, питающего двигатель генератора. программы, изменится так, чтобы скомпенсировать влияние возмущений, Фазировка сигналом производной 20 отклонения физической величины от программного значения по отношению к эталонным импульсам в процессе анализа информации позволяет исключить методическую погрешность в определе- 25 нии скорости отклонения ()-,„). (t).

Алгоритм расчета W,„; (t) по данным расчетных параметров заключается в следующем.

В дискретных системах управления по скорости управляющие сигналы являются медленноменяющимися, частота измерения которых не превышает

15-20 Гц. Частота опроса при контроле таких сигналов, как правило, не больше 100=200 Гц, Сигнал управления по скорости отклонения физической величины от требуемого значения И()(н; (t) формируется следующим образом. 40

На основе подсчета суммы цен импульсов контактного датчика 6 на интервале анализа Т определяется опытное значение физической величины по формуле 45 где t и t;. — значения времени срабатывания контактного элемента датчика, которые представляют ранжиро— ванный ряд порядковых статистик времени положения импульсов (ььь(ti (ceo

Программное значение физической величины определяется как.

w,p, (г-) = w„,,(г;- ;-(), (3) 71 где tl и t, — время, соответствующее замыканиям (размыканиям) контактного датчика, определенное программой.

Отклонение физической величины от требуемого значения определяется соотношением

ЬИ; (t) 1 1ол () Wgpi (t) ° (4)

Факты срабатывания контактного датчика (моменты размыканий — замыканий) контролируются путем сравнения цифрового кода физической величины, соответствующе го состоянию первого, второго и третьего датчиков в данный момент времени, с эталонным кодом генератора 24 кода.

В случае несравнения (на сбойных . участках информации, когда устройство теряет виброустойчивость) величина д4 ;(t) = О, так как М type topi, при этом Woni (t) Иnpi (t) при входе в программу.

Скорость отклонения физической величины от требуемого значения определяется выражением

w„ ((t) = Ж (t) ьК(t 1 11 (г)+1 н при 6К(с) > О, где ДК() — отклонение коэффициента усиления датчика от номинального значения К„.

Рассмотрим работу устройства для определения скорости отклонения физической величины от требуемого значения, В исходном состоянии сигналы с датчиков 6, 11, 15 и генератора 5 программ не поступают. Функционирование устройства начинается в момент запуска генератора 5 программ и измерений датчиками 6, 11 и 15 сигнала опытного значения физической величины.

Датчики 6, ll, 15 расположены на одной оси координат по направлению составляющей линейной скорости движущегося объекта — опытного значения физической величины. Частота следования импульсов с датчиков второго и третьего в кратное количество еще раэ выше по отношению к сигналу первого датчика.

Датчик-интегратор представляет собой тяжелый гироскоп, у которого ось вращения внутренней рамки смещена от центра тяжести в сторону одного иэ

1508171 концов оси вращения рг тора. На гироскоп в направлении внешней рамки действует ускорение Ы „; {t) в результате этого к внутренней рамке приложен

5 момент, пропорциональный ускорению. . гол поворота внешней рамки будет аналогом опытной скорости физической величины 110,„;(t).

Через систему передачи угла поворота внешней рамки (одноламмельный контактный датчик) физическая величина преобразуется г. сигнал код — аналог физической величины U (t) (фиг.2б1.

Моменту времени замыкания контактного 15 датчика соответствует уровень напрял 11 11 у 1 жени я О, а мом":..нту р азмыкания уровень замыкания (раэмыкания) контактного датчика — амплитуда напря;кения, снимаемого с его выхода, ког- 20 да контактный элемент находится (не находится) на токопроводящей части ламели, Период оборота контактного датчика соответствует фиксированной цене физической величины, например, . 25 для первого датчика — 16 м/с, для второго датчика — 8 м/с, для третьего датчика — 4 м/с, Коммутатор 1 последовательно опрашивает датчики 6, 11, 16., Сигналы 30 с датчиков изменяются в соответствии с опытной скоростью и поступают на преобразователь 2 аналог — код, который формирует цифровой код сигнала, необходимый для проверки совпадения кодов в схеме 3 сравнения с эталонным кодом генератора 24 кода.

Поскольку уровни сигналов с выхода датчиков разные„ то " выхода преобразователя 2 появится цифровой сиг — 1г1 нал, имеющий различное количество разрядов„ характерных для своего датчика. Это необходимо для работы схемы 3 сравнения, которая осуществляет проверку идентичности цифровых кодов, поступающих íà ее входы на интервале анализа Т, На нормальном участке функционирования, когда устройство не теряет виброустойчивости, коды в схеме 3 сравнения будут совпадать, а на сбойном участке совпадения не будет, проверка осуществляется на моменты времени раэмыкания контактного датчика 6.

С выхода датчика 6 сигнал Ug(t) (фиг. 2б) поступает на вход дифференцирующей цепочки 17 и на второй вход элемента И 18. Коммутатор 1 запускается импульсами с выхода дифференцирующей цепочки 17. Положитель-. ные импульсы U (t) (фиг. 2ж), которые являются производной от напряжения опытного значения физической величины U-„{t) {фиг. 2б}, г.оступает на управляющий вход коммутатора I> а также на вход элемента И 12 и считывающий вход генератора 24.

Схема 3 сравнения управляет тригrepoM 8. При сравнении кодов триггер 8 устанавливается в состояние

"1" U" {t) (фиг. 2ж), При несравнении кодов инвертируемый сигнал .в соответствии с голожительными импульса-" ми с. выхода дифференцирующий цепочки 17 через элемент И 12 при условии наличия управляющего напряжения с выхода элемента HF устанавливает

II u триггер 8 в состояние О

При сос-оянии триггера 8> соответствующем нормальному участку анали:.а информации, сигнал 11г„„„ (t) в виде напря>кения U {t) (фиг. 2б) поступает на первый вход блока 9 сравнения через элементы И 18 и ИЛ11 4, На второй вход блока 9 сравнения поступает программное значение физической величины в виде напряжения Ug(t) (фиг. 2а) с второго выхода генератора 5 программ.

Генератор 5 программ {фиг. 5) работает следующим образом, По сигналу "Протяжка 1, .оступаю=. щему с II>льта запуска дискретной сНс темы управления, включается двигатель генератора программ (ДГП). Б момент хода двига7 еля по сигналу Протяж ка 2" осуществляется считывание эта— лонного кода с ленты генератора 5 программ, Эталонный код поступает на вход первого генератора 24, который хранит код на моменты размыкания контактного датчика. 6. В качестве генератора 24 кода может быть использована схема регистрации. Для контактной программы поведения скорости на всем интервале анализа код постоянный.

Блок 9 сравнения вырабатывает сигнал ошибки по фазе в ьиде нагряжения

Ug(t) (фиг. 2з), Это напряжение поступает на первый вход вычислителя 22 и авторегулятора 13. Вычислитель 18 рассчитывает скорость отклонения

Ы,>т„; (t) по формуле (4). Авторегулятор 13 управляет коэффициентом усиления LK(t) датчиков 6, 11, 16.

8 момент начала сбойного участка

Т сь сигнала физической величины Uq(t ) 9 1508) (фиг. 2б) триггер 8 устанавливается в состояние 0". Сигналом с нулевого выхода триггера 8 осуществляе гся управление генератором 5 программ. На

5 интервале Т ь с первого выхода генератора 5 программ на второй вход элемента ИЛИ 4 поступает напряжение U (t) (фиг. 2а), Вместо напряжения сигнала физической величины Uy(t) (фиг. 2б) 10 на блок 9 сравнения поступает программное значение сигнала Ц (t) (фиг, 2а). На выходе блока 8 сравнения напряжение Ug, (t) (фиг. 2з) будет равно нулю, так как ) = toni -tnpi =О. l5

Измеряемый коэффициент усиления h (t) =

0, а скорость отклонения физической величины от требуемого значения, определенная вычислителем 22, 4 -, {t) О, так как DM;(t)=0. Управляемый генера- ?О тор 20 формирует признаки 6ю (t) (фиг. 2к), которые в виде импульсов поступают на третий вход вычислителя и свидетельствуют о наличии сбойных участков информации. 25

Сигнал рассогласования между опытной скоростью 1) ь, (t) и программной скоростью V др; (t) в виде напряжения

U {t) (фиг. 2г) поступает на выходы блока 9 сравнения, в виде двух полярньг импульсов — на вход дифференцирующей цепочки 14. Дифференцирукицая цепочка 14 вырабатывает импульсы Uq(t) (фиг. 2д), которые после ограничения в ограничителе !9 поступают в виде 35 однополярных импульсов U () (фиг, 2д) на выход дискриминатора 23, На второй вход дискриминатора 23 с выхода управляемого генератора 20 поступают импульсы Ug(t) (фиг. 2в). Дискримина- 40 тор 23 осуществляет сравнение времен положения импульсов Ug{t) (фиг. 2в) и U5(t) {фиг. 2д) и выдает информацию на управляемый генератор 20.

Перед установкой устройства на объект движения осуществляется калибровка по опытному и программному значениям скорости таким образом, чтобы фронты импульсов 1)д, (t) и программного значения Ня, (t) совпадали при размыканиях с импульсами управляемого генератора 20. Программная функция скорости на ленте воспроизводит дис55 кретные значения аналога скорости, фактически выборочные значения, которые представлены дискретной импульсной последовательностью U <(t) (фиг,2а). 7 ) )0

Аналогично аппроксимирована опытная функция скорости Ид„., (t), Поскольку ускорение движуа:=-го объекта на коротких интервалах времени постоянно, а опытная скорость

И „, {t) изменяется линейно, то рассогласования по времени между импульсами Us(t) (фиг. 2д) и Ugt) и (фиг.2в) будут за счет нелинейностей — погрешностей, возникших под действием виброударных нагрузок„ формулаизобретения

Устройство для определения скорости отклонения физической величины от требуемого значения, содержащее первый датчик-интегратор, триггер, блок сравнения, авторегулятор, вычислитель, генератор программ, коммутатор, преобразователь аналог — код, элементы ИЛИ и НЕ, схему сравнения, генератор кода, второй и третий датчики-интеграторы, первый и второй элементы И, дифференцирующую цепочку, причем входы датчиков-интеграторов подключены к выходу авторегулятора, который входом соединен с выходом блока сравнения, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора программ, а вых од — с вторым входом вычислителя, триггер первым входом соединен с выходом второго элементаИ, а вторым входом подключен к выходу схемы сравнения и входу элемента НЕ, соединенного с входом второго элемента И, элемент ИЛИ первым входом подключен к выходу первого элемента И, а вторым входом соединен с первым выходом генератора программ, а выходом — с первым входом блока сравнения, коммутатор первым входом подключен к выходу дифференцирующей цепочки, вход которой — второй выход первого датчика-интегратора подключен к второму входу первого элемента И, четвертый, третий, второй входы коммутатора соответственно соединены с выходами первого, второго и третьего датчиков-интеграторов, выход коммутатора соединен с входом преобразователя аналог — код, выходом подключенного к первому входу схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора кода, второй вход второго элемента И соединен с выходом дифференцирующей цепочки, триггер первым выходом подключен к первому входу первого элемента Б, а вторым выходом - к входу генератора программ, который третьим выходом подключен к первому входу генератора кода, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепочки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и устойчивости п работы устройства, в него дополнительно введены вторая дифференцирующая цепочка, ограничитель, третий элемент И, дискриминатор, упр авляеи ш генератор, блок стабилизации скорости 1

H усилитель причем выхog 6JIQKG срав нения подключен к второй дифференцирующей цепочке, выход которой подключен к ограничителю, выход которого подключен к дискриминатору, третий и 26 второй входы которого соответственно соединены с первым и вторым выходами

1 12 блока стабилизации скорости, первый вход которого подключен к выходу дискриминатора, выход которого соединен с входом управляемого генератора, первым выходом поцключенного к третьему вхсду вычислителя,. з третьим выходом — к четвертому входу дискриминатора и к первому входу третьего элемента И, второй выход управляемого генератора подключен к блоку стабилизации скорости и к входу генератора кода, выход блока стабилизации скорости поцключен к усилителю и третьему входу дискриминатора, а выход усилителя соединен с третьим входом генератора. программ, который третьюл выходом соединен с первым входом блока стабилизации скорости, третий элемент

И вторым входом подключен к второму выходу триггера, а выходом — к первому входу вычис. вЂ,ителя, 1508!71

Составитель A. Кирилюк

Текред Ч,Моргеитал

Корректор Т.Иалед

Редактор И.Келемеш

Заказ 5536/48 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101