Цифровая следящая система
Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных работах и других устройствах автоматики в качестве исполнительной следящей системы. Цель изобретения состоит в упрощении системы и повышении ее быстродействия. В цифровую следящую систему входят измеритель 1 рассогласования, блек 2 формирования модуля , первый 3 и второй 4 пороговые элементы , цифровой широтно-импульсный преобразователь 5, реле 6 реверса, коммутатор 7, бесконтактный двигатель 8 постоянного тока, редуктор 9, датчик 10 положения ротора, первый 11 и второй 12 умножители, сумматор 13 и преобразователь 14 код-частота. Изобретение может найти наибольшее применение в манипуляционных роботах, где при изменении нагрузочного момента в широких пределах требуется высокое быстродействие и недопустимо перерегулирование. 2 ил. СО
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 В 11/01
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (Л
С 4 (лЭ
О (:
О (21) 4227328/24 (22) 06.03.87 (46) 30,04.92. Бюл. М 16 (71) Белорусский государственный университет им, В,И.Ленина (72) И.Д.Заплечников, В.B. Кузьменков, В.Д.Любецкий и А,С.Михалев (53) 62-50(088-.8) (56) Дискретный злектропривод с шаговыми двигателями/Под ред. М.Г.Чиликина.
М.: Энергия, 1971, с,49, рис.1.18.
Авторское свидетельство СССР
N 1667000, кл. G 05 В 11/01, 1986, (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных работах
ЫЛ„„1730610 А1 и других устройствах автоматики в качестве исполнительной следящей системы. Цель изобретения состоит в упрощении системы и повышении ее быстродействия. В цифровую следящую систему входят измеритель 1 рассогласования, блок 2 формирования модуля, первый 3 и второй 4 пороговые элементы, цифровой широтно-импульсный преобразователь 5, реле 6 реверса, коммутатор 7, бесконтактный двигатель 8 постоянного тока, редуктор 9, датчик 10 положения ротора, первый 11 и второй 12 умножители, сумматор 13 и преобразователь 14 код — частота. Изобретение может найти наибольшее применение в манипуляционных роботах, где при изменении нагрузочного момента в широких пределах требуется высокое быстродействие и недопустимо перерегулирование. 2 ил.
1730610
Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных роботах и других устройствах автоматики в качестве исполнительной следящей системы.
Цель изобретения состоит в упрощении системы и повышении ее быстродействия.
На фиг, 1 представлена блок-схема цифровой следящей системы; на фиг, 2 — блоксхема цифрового широтно-импульсного преобразователя для трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока, В цифровую следящую систему (фиг, 1) входят измеритель 1 рассогласования, блок
2 формирования модуля, первый 3 и второй
4 пороговые элементы, цифровой широтноимпульсный преобразователь 5, реле 6 реверса, коммутатор 7, бесконтактный двигатель 8 постоянного тока, редуктор 9, датчик 10 положения ротора, первый 11 и второй 12 умножители, сумматор 13 и прео 6 разо вател ь 14 код-частота.
В цифровой широтно-импульсный преобразователь (фиг, 2) входят блок 15 формирования адреса, блок 16 преобразования адреса, постоянное запоминающее устройство 17, первый 18, второй 19 и третий 20 широтно-импульсные модуляторы, генератор 21.
В тексте приняты следующие сокращения и обозначения:
ЦШИП вЂ” цифровой широтно-импульсный преобразователь;
БДПТ вЂ” бесконтактный двигатель постоянного тока;
П КЧ вЂ” и реоб разо ватель код-частота;
ДПР— датчик положения ротора;
БФА — блок формирования адреса;
БПА — блок преобразования адреса;
ПЗУ вЂ” постоянное запоминающее устройство, Ш ИМ вЂ” широтно-им пульс н ый модулятор;
БФМ вЂ” блок формирования модуля;
0, 0(О), О, Лй, AO(), ЛΠ— входной, выходной углы, ошибка следящей системы и их цифровые коды соответственно;
i ЛО! — модуль кода ошибки системы, ЛОл — код срабатывания пороговых элементов;
sign ЛΠ— знаковый разряд кода рассогласования (ошибки) системы;
sign в — знак направления вращения электродвигателя;
fuj — частота импульсов на выходе преобразователя код — частота импульсов;
MH — момент нагрузки на валу двигателя;
Мо — максимальный синхронизирующий момент двигателя;
4р, Фс — магнитный поток ротора и статора электродвигателя соответственно;
t — момент времени переключения системы из непрерывного в дискретно-шаговый режим, ЦШИП 5 предназначен для преобразования угла. поворота ротора в систему трех широтномодулированных последовательностей, Глубина модуляции указанных последовательностей определяется цифровым кодом UD, при этом в непрерывном режиме U остается постоянной, а в дискретно-шаговом изменяется согласно закону преобразования ПКЧ 14.
ЦШИП 5 содержит последовательно соединенные БФА 15, БПА 16 и ПЗУ 17, в котором записаны коды ширины импульсов трех функций (например, гармонических), сдвинутых на 120 . Эти коды поступают на входы трех ШИМ 18, 19 и 20, где преобразуются в широтно-импульсные последовательности. На управляющие входы задания глубины модуляции ШИМ подключен выход генератора 21. Выходы ШИМ 18, 19 и 20 подключены к реле 6 реверса, которое управляется сигналом sign ЛО, и при изменении знака последнего меняются знаки sign
1, sign 2, sign 3 сигналов LLil4Ì 1, ШИМ 2, ШИМ 3, т.е. направления токов в обмотках
БДПТ 8, коммутируемых коммутатором 7.
В системе в качестве датчика положения ротора использован инкрементальный датчи к на основе фотосчиты ва ющих чувствительных элементов, подсчет импульсов от которого позволяет получить цифровой код
АО< для замыкания главной обратной связи на измеритель 1 рассогласования. Кроме того, при использовании инкрементального датчика удается получить и направление вращения sign м
В статическом режиме ЛЯ =ЛО, и
ЛО = 0 первый пороговый элемент 3 имеет максимальный выходной код, а второй пороговый элемент 4 — нулевой сигнал на выходе.
В результате выход ДПР 10 с помощью умножителя 12 отключен от входа ЦШИП 5, а к его входу подключен выход ПКЧ 14. Поскольку ЛО= О, импульсы на вы: оде ПКЧ 14 отсутствуют, и ШИМ 18, 19 и 20 генерируют импульсы, длительность которых постоянна во времени, Поле статора БДПТ 8 неподвижно, максимально по величине, и угол поворота его относительно ротора равен
Мн а, = arcsin, Таким образом, в режиме
Мо покоя БДПТ 8 развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий
1730610
15 момент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогласовании, т,е. система обладает астатизмом по отношению к моментным возмущениям, При подаче на вход системы, например, большого скачкообразного сигнала код модуля сигнала ошибки превышает код срабатывания пороговых элементов, т,е.
i AOI > ЛUö, срабатывают пороговые элементы 3 и 4, в результате чего обнуляется выход умножителя 11, и выход ПКЧ 14 отключается от входа ЦШИП 5, Срабатывание порогового элемента 4 приводит к тому, что при помощи умножителя 12 и сумматора 13 к этому входу ЦШИП 5 подключается импульсный выход ДПР 10. Одновременно по сигналу ЛUn БПА 16 преобразует выходной код БФА 15 таким образом, что угол между магнитными потоками статора Ф, и ротора
Фр БДПТ 8 составит 90 эл. град. Код сигнала ошибки ЛВ поступает на вход ЦШИП 5, выход которого через реле 6 реверса подключен к входу коммутатора 7. Поле статора двигателя благодаря жесткой связи по угловому положению с ротором через ДПР 10 вращается синхронно с ротором, его угол с полем последнего составляет 90 эл.град., а его модуль имеет максимальное значение, Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным регулятором, отрабатывает рассогласование, Причем максимальное питающее напряжение на обмотках электродвигателя обеспечивает минимальное время отработки этого рассогласования, С уменьшением сигнала ошибки в некоторый момент времени t = t>, определяемый величиной кода срабатывания, пороговые элементы 3 и 4 срабатывают. Это приводит к тому, что обнуляется выход второго порогового элемента 4 и благодаря действию умножителя 12 разрывается связь между
ДПР 10 и ЦШИП 5. Одновременно на выходе первого порогового элемента 3 появляется сигнал высокого уровня, Это приводит к тому, что на вход ЦШИП 5 поступает через сумматор 13 и умножитель 11 сигнал с выхода ПКЧ 14, Кроме того, БПА 16 по высокому уровню сигнала 6 U> преобразует код с выхода БФА 15 так, что магнитные поля ротора и статора электрической машины совмещаются. Сигнал sign e при этом служит для выбора "правильного" направления отсчета.
Указанные коммутации приводят к тому, что начиная с момента времени t = тл, двигатель и система в целом начинают работать как дискретно-шаговые. Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле
55 статорных обмоток БДПТ 8 перемещается в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от ПКЧ 14, При этом знак момента на валу электродвигателя определяется взаимной ориентацией магнитных потоков ротора Ф и статора Ф .
В момент переключения t = t> магнитные потоки ротора и статора электродвигателя совпадают, но уже в следующий момент времени при t = to + 1 ротор опередит поток статора и двигатель развивает тормозящий момент, причем момент пульсирует с приходом каждого импульса от ПКЧ
14 на вход ЦШИП 5, С уменьшением кинетической энергии ротора он начнет "отставать" от потока статора, и двигатель развивает положительный вращающий момент, уменьшающий рассогласование в системе до нуля.
Таким образом, при больших рассогласованиях (t = tn — 1) БДПТ 8 управляется релейным регулятором, что, как известно, обеспечивает максимальное быстродействие.
В момент переключения t = tn магнитные потоки статора и ротора совмещаются, что также приводит к увеличению быстродействия системы. Действительно, в системе-прототипе после перевода БДПТ 8 в шаговый режим (при этом модуль Ф увеличился до максимума), т.е. после момента времени t = tn, еще какой-то промежуток времени до момента совмещения 4, и Фр на ротор действует "ускоряющий" момент, что приводит к необходимости "гасить" его в последующие промежутки времени, а следовательно, к увеличению времени переходного процесса системы в дискретно-шаговом режиме, Сразу после переключения в шаговый режим двигатель развиваеттормозящий момент, а следовательно, переходный процесс системы в дискретно-непрерывном режиме существенно меньше, Формула изобретения
Цифровая следящая система, содержащая первый и второй умножители, соединенные первыми входами с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, а выходами — с первым и вторым входами сумматора, подключенного выходом к информационному входу цифрового широтно-импульсного преобразователя, выход которого соединен с информационным входом реле реверса, выход которого через последовательно соединен ные коммутатор и бесконтактный двигател постоянного тока соединен с входом редук тора, выход которого является выходом си
1730610
Фиг. 2
Составитель М,Никитина
Техред М,Моргентал Корректор Н.Ревская
Редактор Н,Швыдкая
Заказ 1512 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 стемы, и входом датчика положения ротора, импульсный выход которого подключен к второму входу второго умножителя, а цифровой выход — к разностному входу измерителя рассогласования, суммирующий вход которого является входом системы, а выход соединен с знаковым входом реле реверса, с входом преобразователя код — частота, подключенного выходом к второму входу второго умножителя, и с входом блока формирования модуля, выход которого соединен с входами первого и второго пороговых элементов, отличающаяся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, в ней цифровой широтно-импульсный преобразователь содержит блок формирования адреса, блок преобразования адреса, постоянное запоминающее устройство, генератор и три широтно-импульсных модулятора, выходы которых являются выходом цифрового широтно-импульсного преобразователя, входы задания глубины модуляции подключены к выходу генератора, а информационные вхо5 ды — к выходам постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с выходом блока преобразования адреса, управляющий вход которого, являющийся управляющим входом цифро10 вого широтно-импульсного преобразователя, соединен с выходом первого порогового элемента, знаковый вход, являющийся знаковым входом цифрового широтно-импульсного преобразователя, — с соответст15 вующим выходом датчика положения ротора, а информационный вход — с выходом блока формирования адреса, вход которого является информационным входом цифрового широтно-импульсного преобра20 зователя.
