Следящая система

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в автоматизированных электроприводах. Цель изобретения - повышение точности. Система содержит шаговый двигатель 9, датчик 11 регулируемой координаты, датчик 12 шагов шагового двигателя, коммутатор 6 обмоток шагового двигателя, блок 8 усилителей мощности, сумматор 16, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, 20, 21, D-триггер 18, элемент 17 задержки, блок 7 формирования кода положения ротора, задатчик 1, блок 2 сравнения, пороговый блок 3. Сигналы с выхода датчика 12 шагов преобразуются логическим блоком 7 в двоичный код, к которому при определенной скорости вращения вала двигателя 9 добавляется поправочный угол для опережения коммутации. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (siis G 05 В 11/14, 19/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4388837/24-24 (22) 04.03.88 (46) 15.07,90. Бюл. М 26 (72) В.В.Ледерер (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР (Ф 585474, кл. G 05 В 11/14, 1975, Авторское свидетельство СССР

М 1081622, кл. G 05 В 11/14, 1982. (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в автоматизированных электроприводах. Цель изобретения — повы„„5U „„1 578695 А1 шение точности. Система содержит шаговый двигатель 9, датчик 11 регулируемой координаты, датчик 12 шагов шагового двигателя, коммутатор 6 обмоток шагового двигателя, блок 8 усилителей мощности, сумматор 16, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 19, 20, 21, 0-триггер 18, элемент 17 задержки, блок 7 формирования кода положения ротора, задатчик 1, блок 2 сравнения, пороговый блок 3. Сигналы с выхода датчика

12 шагов преобразуются логическим блоком

7 в двоичный код, к которому при определенной скорости вращения вала двигателя 9 добавляется поправочный угол для опережения коммутации. 3 ил, 1578695

10

45 противном случае — единице.

Система работает следующим образом.

Задатчик 1 задает требуемое положение обьекта 10 регулирования в виде напря- 50 жения или цифрового кода. Датчик 11 регулируемой координаты определяет фактическое положение объекта 10 регулирования и выдает сигнал в виде напряжения или цифрового кода, соответствующий фактиче- 55 скому положению объекта 10 регулирования. Сигнал с выходов задатчика 1 и датчика

11 сравниваются в блоке 2 сравнения, с выхода которого снимается сигнал ошибки

Ог, равный разности сигналов на его,входах, Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в автоматизированном электроприводе.

Цель изобретения — повышение точности системы.

На фиг. 1 показана функциональная схема; на фиг. 2 — электрическая схема двигателя с датчиком шагов;. на фиг, 3 — временные диаграммы, поясняющие работу следящей системы, Устройство содержит задатчик 1, блок 2 сравнения, пороговый блок 3, аналоговый ин вертор 4, делитель 5, коммутатор обмоток .шагового двигателя 6, блок формирования кода положения ротора 7, блок 8 усилителей мощности, шаговый двигатель 9, объект регулирования 10, датчик 11 регулируемой координаты, датчик 12 шагов шагового двигателя, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 13-15, сумматор 16, элемент 17 задержки, 0-триггер 18, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 — 21, делитель 22;

Датчик 12 шагов содержит подвижный кодовый диск 23, жестко связанный с ротором 24 шагового двигателя 9, и неподвижные чувствительные элементы 25 — 28, например, фотоэлектрического типа. Количество выступов у кодового диска 23 равно числу пар полюсов ротора 24 шагового двигателя 9, Для простоты изложения в качестве примера рассматривается шаговый двигатель 9, имеющий на роторе одну пару полюсов, а на статоре — четыре обмотки 29 управления, Однако, для уменьшения количества коммутаторов и усилителей, обмотки

29 управления соединены попарно (последовательно или параллельно). Расположение чувствительных элементов 25-28 относительно обмоток 29 и кодового диска

23 относительно ротора 24 должно быть таким, как описано на фиг. 2. Если кодовый диск 23 перекрывает световой поток данного чувствительного элемента 25 (или 26, 27, 28), то его выходной сигнал равен нулю, в т,е. пропорциональный величине ошибки положения объекта 10 регулирования, Пороговый блок 3 определяет знак ошибки, Сигнал с его выхода Оз = 1, если Ог>0 и Оз = О, если Ог<0. Аналоговый инвертор 4 изменяет знак напряжения, приложенного к его входу на противоположный, т.е. U4 = -Ог.

Делители 5 и 22 уменьшают прикладываемые к ним напряжения в Vg раз. Поэтому Us

=: Ог/ 1 2, Огг = О4/ 2

Для того, чтобы ротор шагового двигателя 9 вращался, на определенные обмотки в определенной полярности в соответствии с.положением ротора необходимо подавать

5 напряжение, пропорциональное сигналу ошибки О . Для того, чтобы определить положение ротора 24, используется кодовый диск 23 и чувствительные элементы 25-28.

Сигналы с чувствительных элементов 25 и

0 27, а также 26 и 28 (фиг, 3, в,г,д,е) попарно

Сравниваются по модулю.два элементами

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и 14 (фиг. 3, з,ж).

Сигналы с выходов этих схем вновь сравни- . ваются по модулю два элементом ИСКЛЮ5 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 (фиг. 3, и); Сигналы, показанные на эпюрах и, з, е (фиг. 3) фактически представляют собой соответственно младший, средний И старший разряды трехразрядного двоичного кода. Таким образом, 0 на шинах и, з, е мы имеем информацию о положении ротора 24 шагового двигателя 9.

В зависимости от положения ротора 24 коммутатор 6 подключается к обмоткам 29 шагового двигателя 9, через блок усилителей 8, 5 сигналы Ог, или О, или Оа или Огг, или же подается сигнал, равный нулю.

В режиме нейтральной коммутации на вторых входах (В1, 02, В3) сумматора 16 присутствует информация о положении ротора 24, а на первых входах (А1, А2 и А3 сигналы равны нулю, угол опережения rp= О.

Следовательно, сигналы на выходах сумматора 16 равны сигналам íà его вторых входах, так как прибавление или вычитание нуля результат не изменяет (фиг. 3 эпюры к, л), В- этом такте коммутации подключена только одна пара обмоток 29. Под воздействием протекающего по ним тока, ротор 24 начинает поворачиваться и при повороте его на 450 состояние чувствительных элементов изменится, на выходе сумматора появится комбинация 001. Теперь Иб = Иь =

Иг/vg, следовател ьно Ов уменьшится в Vg раза, во столько же раз уменьшится и ток через первую пару обмоток 29. Но зато подключится вторая пара обмоток От = О = Об.

Включение двух пар обмоток 29, ток в которых уменьшен в /2 раза, создает такой же момент как и одна обмотка с номинальным

1578695 появится "единица", которая приложится к D-входу 0-триггера 18. Если до того, как на выходе элемента 17 задержки появится

"единица", на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 появится "единица", последняя приложится к тактовому входу

D-триггера 18 и запишет в него "нуль и на его инверсном выходе появится "единица", Появление "единицы" на инверсном выходе

D-триггера 18 свидетельствует о том, что

55 током. Но вектор поля статора смещается на 45, В следующем такте коммутации (сочетание на выходе сумматора 010), 0ь = О, От =- 0г, Следовательно, первая пара обмоток 29 будет отключена., а вторая пара 5 включена на полный ток. Момент не изменится, а вектор поля статора повернется еще на 45 . В четвертом такте коммутации (сочетание на выходе сумматора 011), Ug =

Uгг =-Огl /WQ; U7 = U ь = Ого . В этом 10 случае токи через обмотки 29 равны по величине, но противоположны по знаку и уменьшены в Vg раз. Величина момента не изменится, а вектор поля статора повернется еще на 45О, B пятом такте коммутации 15

Us = 04 = -Ог; Ут= О (комбинация на выходе сумматора 100), т.е. включается только первая пара обмоток 29 в обратной полярности на номинальный ток. В шестом такте коммутации (комбинация на выходе сумматора 20

0г.

101) 06= U22 =: U7 = U22 =; T e /2 обе пары обмоток 29 включены на пониженный ток в обратной полярности. В седьмом такте (комбинации на выходе сумма- 25 тора 110), Us = 0; Цу = Un = -U2. И в восьмом такте коммутации (комбинация на выходе сумматора 111), Uo = Ue = Ог/ /2;

07 =. 0гг = -0г/ /Vg . Таким образом подключаются то одна пара обмоток 29 на полный 30 ток, то две пары обмоток 29 с уменьшением в Vg раз током, При этом момент не меняется, а вектор поля статора поворачивается всякий раз на 45О, отслежлвая положение ротора и обеспечивая непрерывное его вра- З5 щение, При обратном вращении коммутация происходит в обратной последовательности.

С увеличением скорости ротора 24, нейтральный режим коммутации (p= О) ста- 40 новится невыгодным из-за инерционности обмоток 29 управления. Более выгодной становится опережающая коммутация (2= 45 ). Для определения скорости служат. элемент 17 задержки и 0-триггер 18. После появления "нуля" на выходе элемента 15 элемент 17 задержки начинает отсчитывать время задержки, и через определенное, заранее установленное время на его выходе скорость вращения ротора 24 достаточно велика для включения опережающей коммутации (скорость превысила пороговое значение Qп). Если "единица "на тактовый вход

0-триггера 18 придет позже, чем "единица" на его D-вход с выхода схемы 17 задержки, то в D-триггере 18 запишется "единица", а на его инверсном выходе будет "нуль", что свидетельствует о недостаточно высокой скорости ротора 24 (скорость меньше И,), Если на инверсном выходе D-триггера 18 появляется."единица", это означает, что включается режим опережающий коммутации и к числу, поданному на вторые входы сумматора 16, должна быть прибавлена

"единица", в случае прямого вращения ротора 24, и вычтена, в случае обратного вращения, B обоих случаях это означает сдвиг вектора поля статора по отношению к вектору МДС ротора 24 на 45 в сторону направления вращения. Технически это осуществляется следующим образом, ПороcoBblA блок 3 определяет полярность сигнала ошибки Ог задающую направление вращения ротора 24. Если Ог>0, 13з = 1 (обратное направление вращения), то ко входам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, 20, 21 а также к выходу переноса сумматора

16 приложится "единица". Это означает, что элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19-20 будут работать как инверторы по второму входу, т.е. сигналы на их выходах противоположны сигналам на их вторых входах, и из числа, приложенного к входам сумматора 16, будет вычтена "единица". Если 0г<0 (прямое вращение), то 0з.= О. В этом случае элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

19-20 будут работать по второму входу как повторители, а к входу переноса сумматора

16 приложится "нуль". Это означает, что к числу, поданному на второй вход сумматора

16, прибавится "единица".

При смене направления вращения ротор 24 замедляется при скорости О режим опережающей коммутации сменяется на нейтральную, далее ротор 24 останавливается и начинает разгоняться в другую сторону. При достижении им скорости Q< режим опережающей коммутации включается снова.

Формула изобретения

Следящая система, содержащая 0-триггер, датчик регулируемой координаты, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с входом порогового блока, а второй вход— с выходом датчика регулируемой координа1578695 ты, подключенного входом к выходу объекта регулирования, вход которого кинематически соединен с датчиком шагов шагового двигателя и с выходом шагового двигателя, вход которого соединен с выходом блока 5 усилителей мощности, подключенного входом к выходу коммутатора обмоток.шагового двигателя, причем первый, второй, третий и четвертый выходы датчика шагов шагового двигателя подключены соответст- 10 венно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока формирования кода положения ротора, отличающаяся- тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены элемент задержки, первый. 15 второй, третий элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ и сумматор, причем вход порогового блока соединен с входом переноса сумматора и с информационным входом коммутатора обмоток шагового двигателя, а выход — с 20 первыми. входами первого, второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к входам первого, второго и третьего разрядов первой группы разрядных входов сумматора, выход. которого подключен к управляющему входу коммутатора, а вход первого разряда второй группы разрядных входов сумматора подключен ко второму выходу блока формирования кода положения ротора, к входу элемента задержки и к

С-входу D-триггера, D-вход которого соединен с выходом элемента задержки, а инверсный выход — к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы второго и третьего разрядов второй группы разрядных входов сумматора подключены соответственно к первому выходу и четвертому входу блока формирования кода положения ротора, вторые входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с общей шиной.

1578695 а с. Ю

t с

1

У с

М и

И

Й о

U и о

U а

Фиг. 3

Составитель Е.Власов

Техред М,Моргентал

Редактор И,Сегляник

Корректор Н.Ревская

Заказ 1916 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 415

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