Импульсная следящая система

 

Изобретение относится к машиностроению и авиационной технике и может быть использовано для управления станками с числовым программным управлением, роботами-манипуляторами , пилотируемыми и беспилотными летательными аппаратами, локаторами и т.д. Целью изобретения являГ ется повышение точности, быстродействия, КПД и надежности системы. Поставленная цель достигается за счет того, что в зависимости от величины рассогласования меняется величина управляющего воздействия на исполнительный механизм. При больших сигналах рассогласования на исполнительный механизм действует постоянный сигнал , при мал ых-единичные импульсы, а при промежуточных значениях сигнала рассогласования - импульсный сигнал скважности два. Кроме того, особенностью системы является то, что в ней сигнал задания и регулируемая координата предварительно подвергаются широтно-импульсной модуляции и в дальнейшем все последующие действия осуществляются только над импульсными сигналами. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. С/ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (22) 28.10.86 (46) 07.07,92.Бюл.N25 (75) А.И.Жунь (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 300874. кл. G 05 0 11/00, 1969, Авторское свидетельство СССР

N1228070,,кл. G 05 В 11/01. 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1366980,,кл. G 05 D 11/01, 23.03.86. (54) ИМПУЛЬСНАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к машиностроению и авиационной технике и может быть использовано для управления станками с числовым программным управлением, роботами-манипуляторами. пилотируемыми и беспилотными летательными аппаратами, локаторами и т.д. Целью изобретения явля.: Изобретение относится к машиностроению и авиационной технике и может быть использовано для управления стайками с числовым программным управлением, роботами-манипуляторами, пилотируемыми и беспилотными летательными аппаратами, локаторами и т.д.

Целью изобретения является повышение точности, быстродействия, системы, а также КПД и надежности системы.

На фиг.1 представлена структурная схема системы с первым вариантом выполнения блока импульсов; на фиг.2 принципиальная электрическая схема второго варианта выполнения блока сравнения импульсов; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу системы.На чертежах приняты следующие обозначения: Ы,, 1746359 А1

s G 05 В 11/26, 11/01 ется повышение точности, быстродействия, КПД и надежности системы, Поставленная цель достигается за счет того, что в зависимости от величины рассогласования меняется величина управляющего воздействия на исполнительный механизм. При больших сигналах рассогласования на исполнительный механизм действует постоянный сигнал. при малых — единичные импульсы, а при промежуточных значениях сигнала рассогласования — импульсный сигнал скважности два. Кроме того, особенностью системы является то, что в ней сигнал задания и регулируемая координата предварительно подвергаются широтно-импульсной модуляции и в дальнейшем все последующие деиствия осуществляются только над импульсными сигналами. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. преобразователь 1 положение — код. элементы ИЛИ вЂ” HE 2 и 3. дифференцирующий конденсатор 4. потенциометр 5, масштабирующий резистор 6, выходной вал 7 электродвигателя 8, измеритель 9 рассогласования, RS-триггер 10, элементы

И-Н Е 11 и 12, усилитель 13 мощности, якорь

14 электродвигателя 8, формирователь 15 импульсов, элементы ИЛИ вЂ” НЕ 16 и 17, Отриггер 18, диод 19, масштабирующий резистор 20, дифференцирующий конденсатор

21, масштабируюший резистор 22. дифференцирующий конденсатор 23, ждущий мультивибратор 24, элемент ИЛИ вЂ” НЕ 25 и

26, масштабирующий резистор 27, дифференцирующий конденсатор 28, диод 29, согласующий резистор 30, масштабирующий резистор 31. транзисторы 32-37, масштзбй1746359 рующие резисторы 38-40, интегрирующий и дифференцирующие конденсаторы 41 и

420 блок 43 сравнения импульсов, дифференцирующий конденсатор 44, масштабирующий резистор 45, общая шина 46, элементы И-HE 47-50, конденсаторы 51 и

52, элементы И-НЕ 53 и 54, задатчики 55, источники 56 напряжения питания, согласующий резистор 57,механическая передача

59, интегрирующий конденсатор 58, источник 60 питания, ключ 61, 1-й выходной сигнал i-го элемента или блока системы, Xex— выходной сигнал задатчика 55, т.е. сигнал задания, Х вЂ” выходной сигнал преобразователя 1 положение — код, т.е, регулируемая координата. 0 и 0 — выходные сигналы RSтриггера 10. устройство работает следующим образом.

Входной сигнал Хвх задатчика 55, полезная информация в котором содержится в ширине импульса (фиг.3), запускает преобразователь 1 положение — код, вырабатывающий сигнал Х, длительность импульсов которого изменяется и зависит от положения движка потенциометра 5 (фиг.3). Сигналы X„X поступают на входы измерителя

9 рассогласования, на выходах элементов которого формируются сигналы 14т — X» X, U48 =. Xex X U49 = ХвхX и 05о = ХвхX (фиг.3 .

Сигналы ХвхХ и 048 =,хвхХ и 049 = ХвхХ поступают соответственно Hà R u S-входы

RS-триггера 10, который определяет знак сигнала рассогласования, т.е. определяет направление вращения якоря 14 электродвигателя 8. С выходов Q I4 Q RS-триггера 10 сигналы знака (т.е. направления вращения) поступают на управляющие входы ключа 61 (фиг.3).

Сигнал Uso = ХР(с выхода элемента

И-НЕ 50 измерителя 9 рассогласования поступает на информационный вход формирователя 15 импульсов, где импульс U» даже бесконечно малой длительности расширяется до импульса UIg длительностью т1(фиг.3) необходимой и достаточной для максимально возможной скорости вращения вала 7 электродвигателя 8. но с соблюдением условий устойчивости системы (без перерегулирования), что определяется параметрами RS -цепочки. состоящей из масштабирующего резистора 20 и дифференцпрующего конденсатора 21. номиналы которых выбираются исходя из динамических характеристик исполнительного механизма, функционально состоящего из усилителя 13 мощности, исполнительного электродвигателя 8 и механической передачи 59. Расширенные импульсы поступают на информационный вход ключа 61,0 на одном из выходов которого появляются импульсные сигналы X (фиг.3)

СИГНаЛ U47 = Хвх Х С ВЫХОда ЭЛЕМЕНта

И-НЕ 47 измерителя рассогласования 9 через дифференцирующую цепочку, состоящую из масштабирующего резистора 22 и дифференцирующего конденсатора 23, по10, ступает на информационный вход ждущего

55 мультивибратора 24, который по положитЕЛЬНОМу ПЕрЕПаду СИГНаЛа 14 = ХВх X (фиг.3) вырабатывает импульс 024 длительностью г2 (фиг.3). Этот сигнал поступает на

С-вход триггера 18, на D-вход которого поСТУПаЕт СИГHBJI Uso = Хвх@Х С ВЫХОДа ЭЛЕМЕНта И вЂ” НЕ 50 измерителя 9 рассогласования.

Если длительность импульса Uz4 меньше длительности импульса Uso = X

На выходе ключа 61 формируется сигнал Оу (фиг.3). Транзисторы усилителя 13 мощности открываются и на якорь 14 электродвигателя 8 поступает постоянное напряжение.

Его вал 7 развивает полный крутящий момент.

По мере изменения положения вала 7 исполнительного электродвигателя 8 изменяется положение движка потенциометра 5, что приводит к изменению длительности импульса сигнала X на выходе преобразователя 1 положение — код. Это приводит к уменьшению длительности сигнала U =- Хвх

9Х на выходе элемента И-НЕ 50. Когда она станет меньше длительности г2 D-триггер

18 опрокидывается. На его инверсном выходе появляется напряжение с уровнем "1", которое через диод 29 и резистор 30 поступает на вход элемента И-НЕ 26 ждущего мультивибратора 24 и корректирует длительность t импульсов U24 е сторону их уменьшения до величины zz . При этом, если длительность тз импульса U меньше длительности импульса сигнала Uso =- XsxОХ на выходе элемента И-НЕ 50, то на прямом выходе D-триггера 18 и на выходе блока 43 сравнения импульсов появляется напряжение U43 с уровнями "1" и "О" (фиг,З) и через каждый период сигнала задания Хвх (режим

3) электродвигатель 8 развивается 50% мощности.

Если длительность т з импул „а и24 больше длительности импульса сигнала U;g

1746359

=.- Хе„& Х, то нэ прямом выходе D-триггера устанавливается сигнал "D", Таким образом, при больших сигналах рассогласования, т,е. если длительность импульса U24 меньше длительности импульса Uso = Хех(9Х, то на электродвигатель 8 поступает постоянное напряжение и он развивает полную мощность (режим 2, фиг.3).

По мере уменьшения величины рассогласования уменьшается длительность импульса

Uso = Хех 6K. В том случае, когда длительность импульса U24 больше длительности импульса Uso = Xex 9 Х, а длительность тз импульса Up4 меньше длительности импульса Uso = Xs>&X, то на электродвигатель поступает импульсный сигнал скважности два, т.е; он развивается 50% своей мощности (режим 3. фиг.3). Когда длительность импульса Uso = Хях ® X становится меньше длительности тз импульса и24 (режим 1, фиг.3), D-триггер 18 выключается. На его прямом выходе устанавливается сигнал "0", а в каждый период сигнала задания Хех на электродвигатель 8 поступает импульс длительностью т1 для точной установки валЭ 7 электродвигателя 8 на требуемый угол отклонения или точного передвижения рейки исполнительного механизма нэ требуемую длину.

Так как система будет работать до тех пор. пока разность сигналов Хе и X на выходе элемента И-НЕ 50 измерителя 9 рассогласования не станет равной нулю(точнее бесконечно малой величине с учетом сухого трения), то вал 7 исполнительного электродвигателя 8 ьсегда будет устанавливаться в требуемое положение с нулевой ошибкой

Л, точнее с ошибкой Л, равной бесконечно малой величине, зав .сящей от параметров

Л < дед/2 1к/пер

Кпер — отношение максимальной длительности импульса Xs< к его минимальной длительности. Кпер может быть выбрано любым от 1 до 100 и более. Чем больше К пер и меньше г; д. тем меньше составляющая погрешности, г зад/2 ° 1/ К пер и практически реально достижение ее знавав.,)я бесконечно малой величины третьего четвертого порядка.

Кс.п:p — коэффициент. учиты вающий работу чувствительного элемента при наличии сухого трения (кулоновского). В.ыполнение чувствительного элемента конденсаторного типа (или еще более точного) уменьшает

10

Кс пр до малой, величины. а выражение тзад/2, 1/Кпер Kc mð дает в результате уменьшение порядка бесконечно малой величины до второго — третьего порядка, Kg — коэффициент, учитывающий динамические характеристики исполнительного механизма (сервомеханизма).

Из всего сказанного вытекает следующее.

При любых- динамических характеристиках исполнительного механизма значение его мертвой зоны в данной системе можно устанавливать бесконечно малой величины второго — третьего порядка, но при

15 худших динамических характеристиках исполнительного механизма. Вращение вала электродвигателя в точном режиме слежения несколько уменьшается, что определяется параметрами резистора 20 и

20 конденсатора 21. При необходимости вве-. дения эоны нечувствительности в формирователе 15 импульсов устанавливается

RC-цепочка, постоянная времени rRc которой и является определяющей для ширины

25 мертвой зоны.

В зависимости от динамических характеристик исполнительного механизма устанавливают зоны действия режима 2 )100 мощности) и режима 3 (50% мощ: —: сти) пу30 тем подбора номиналов резистора 27 и конденсатора 28 (режим 3) и резисторов 27 и 30 (режим 2).

В данном техническом решении динамические характеристики всей системы on35 ределя ются только динамическими характеристиками исполнительного механизма, а во всех остальных традиционных .известных аналогах зависят еще и от динамических характеристик других элементов

40 системы управления. что является очень большим недостатком аналогов.

При осуществлении регулирования в данной системе на скоростях, равных скорости регулирования аналогов, в ней ширина

45 мертвой зоны будет бесконечно малой величиной второго — третьего порядка, а при осуществлении регулирования с минимальными мертвыми зонами, известными из анэ:. логов в данной системе скорости

50 регулирования увеличиваются на один-два порядка, по причине отсутствия в ней инерционных звеньев: интеграторы, дифференциаторы и т.д, Кроме того. выполнение усилителя мощ55 ность по предложенной схеме позволяет существенно повысить КПД и надежность системы так, как при изменении тока элек-. тродвигателя 8, например при изменении нагрузки, прикладываемой к выходному вэ1746359 лу 7 электродвигателя 8, изменяется ток базы транзистора 33 (или 35) и он входит в более глубокое насыщение при увеличении тока нагрузки, что приводит к более глубокому насыщению транзисторов 37 и 34 (или 5

36 и 32). При малых токах нагрузки базовые токи транзисторов незначительны, т.е. осуществляется адаптация усилителя мощности при изменениях момента. прикладываемого к выходному валу испол- . 10 нительного механизма.

В известных же технических решениях при фиксированных токах базы транзисторов усилителя мощности, которые весьма значительны, при увеличении тока нагрузки 15 транзисторы выходят из глубокого насыщения. На переходах эмиттер — коллектор этих транзисторов возрастает падение напряжения, что приводит к увеличению рассеиваемой на них мощности и к уменьшению 20 мощности, подводимой к якорю 14 электродвигателя 8.

Формула изобретения

1. Импульсная следящая система, со-, держащая ключ, формирователь импульсов 25 и последовательно соединенные усилитель мощности. электродвигатель. механиче,скую переда <у и преобразователь положение — код, выходом соединенный с первым входом измерителя рассогласования. вто- 30 рым входом подключенного к выходу задатчика. от л и ч а юща я с я тем, что,с целью повышения точности и быстродействия системы. в неи дополнительно установлен блок сравнения импульсов. соединенный инфор- 35 мационным входом с первым модульным выходом измерителя рассогласования, of10pHblt4 входом с 8TopblM модульным вы" ходом измерителя рассогласования и информационным входом формирователя 40 импульсов. а выходом — с опорным входом формирователя импульсов. соединенного выходом с информационным входом ключа, подключенного llppBhll и вторым выходами

v. первому и второму входам усилителя мощ- 45 ности, а первым и вторым управляющими входами к первому и второму знаковым выходам измерителя рассогласования, вторым модульным выходом соединенного с информационным входом формирователя импуль- 50 сов. выход задатчика соединен с входом синхронизации преобразователя положен ие — код.

2. Систем<3 flO ll,1. 0 ll M а lO LL) а 5l Ñ я тем, что измеритель рассогласования со- 55 держит первый элемент И-НЕ. первый и второй входы которого являются первым и вторым входами измерителя и соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И- НЕ, а выходом — с вторыми входами второго и третьего элементов И вЂ” НЕ, выход второго элемента ИНЕ соединен с первым входом четвертого элемента И вЂ” НЕ и R-входом RS-триггера и через первый конденсатор — с общей шиной, выход третьего элемента И-НЕ соединен с вторым входом четвертого элемента И-НЕ, S-входом RS-триггера и через второй конденсатор — с общей шиной, причем выходы первого и четвертого элементов И вЂ” Н Е являются первым и вторым модульными выходами измерителя, а первый и второй выходы триггера — первым и вторым знаковыми выходами измерителя.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и надежности системы, усилитель мощности содержит шесть транзисторов одного типа проводимости, два масштабирующих резистора и источник напряжения питания, соединенный выходом с эмиттерами первого и второго тр нзисторов, подключенных базами к эмиттерам соответственно тоетьего и четвертого транзисторов, коллектор первого транзистора соединен с коллектором третьего транзистора с эмиттером пятого транзистора и через первый масштабирующий резистор — с базой четвертого транзистора, коллектор второго транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, эмиттером шестого транзистора и через второй масштабирующий резистор — с базой третьего транзистора, базы пятого и шестого транзисторов являются первым и вторым входами усилителя, а их коллекторы соединены с общей шиной, коллекторы первого и второго транзисторов являются выходами усилителя, 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь положение — код содержит первый масштабирующий резистор, соединенный первым выводом с общей шиной и первым выводом второго масштабирующего резистора, а вторым выводом через первый дифференцирующий конденсатор — с вторым выводом второго масштабирующего резистора и первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, а выходом через второй дифференцирующий конденсатор — к обоим входам второго элемента ИЛИ-НЕ и первому выводу третьего масштабирующего резистора, Соединенного вторым выводом с первым выводом потенциометра, подключенного вторым выводом к выходу источника напряжения питания и подвижному движку потенциометра, причем второй вывод первого масштабирующего резистора является входом синхронизации преобразо1746359

10 фас/ Ц )

A f5

49 тт

ФΠ— I8

С )

J ling

/ I

41

t г----- Риа2 „ox

07 50

ХЮХ Х

OT Р разователя, а выход второго элемента ИЛИНЕ является выходом преобразователя.

5, Система поп.1,от л ича ю ща я с я тем, что блок сравнения импульсов содержит 0 -триггер, 0-вход которого является 5 опорным входом блока, С-вход соединен с выходом ждущего мультивибратора, прямой выход — с анодом первого диода, а инверсный выход через второй диод и согласующий резистор — с опорным входом 10 ждущего мультивибратора, подключенного к выходу дифференцирующей RS-цепочки, вход которой является информационным входом блока, катод первого диода является выходом блока. 15

6, Система поп.1, отл ича ющаяся тем, что блок сравнения импульсов содержит D-триггер,D-вход которого является опорным входом блока, С-вход соединен с первым выводом согласующего резистора и 20 первыми обкладками интегрирующего и дифференцирующего конденсаторов, прямой выход — с анодом диода, а инверсный выход — с второй обкладкой дифференцируя ющего конденсатора, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к общей шине, причем второй вывод согласующего резистора является информационным входом блока, а катод диода — выходом блока, 7. Система по п,1, отличающаяся тем, что формирователь импульсов содержит масштабирующий резистор, соединенный первым выводом с общей шиной и первой обкладкой интегрирующего конденсатора, вторым выводом — с первой обкладкой дифференцирующего конденсатора и первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, подключенного выходом через согласующий резистор к второй обкладке интегрирующего конденсатора и обоим входам второго элемента ИЛИ вЂ” НЕ, выход которого является выходом блока сравнения и соединен с второй обкладкой дифференцирующего конденсатора, причем первый и второй входы первого элемента ИЛИ.— НЕ являются опорным и информационным входами формирователя, 1746359

»»1 н

Ъ», а ч

3-у + . 4 .. ьВ ) Составитель Г.Федотова

Техред M,Mîðãåíòýë Корректор Т,Палий

Редактор Г.Гербер

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

Заказ 2395 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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