Следящая система с ограниченным углом поворота выходного вала

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с ограни энными углами поворота , например оптическими дефлекторами. Цельповышение быстродействия и точности системы достигается за счет исключения влияния моментов инерции и трения датчика скорости, прикладываемых к валу исполнительного электродвигателя. Система содержит электродвигатель 1, нагрузку 2, датчик 3 положения, блок 4 концевых выключателей , элемент 5 сравнения масштабирующий резистор б, цифроаналоговый преобразователь 7, усилитель 8 мощности, формирователь 9 сигнала управления, измеритель 10 рассогласования, задатчик 11, сигнум-реле 12, реверсивный счетчик 13, генератор 14 импульсов, формирователь 15 импульса установки, источник 16 постоянного напряжения, конденсатор 17, резистор 18, датчик скорости 19 с входами 20, 21 и выходом 22 и делитель напряжения 23, Элементы 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 23 образуют датчик 19 скорости 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сгтциАлис Ги IF:ских

РЕСПУБЛИК (<1) G 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ П АТ Е НТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю а (21) 4761478/24 (22) 21.11.89 (46) 23.12.92. Бюл, N 47 (71) Самарское научно-производственное объединение автоматических систем (72) В. В, Ледерер . (56) Ахметжанов А, А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. — М.: Энергия, 1975, с. 221, Авторское свидетельство СССР

N. 1029143, кл, G 05 В 15!02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N. 1339488, кл, G 05 В 11/14, 1987, (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА С ОГРАНИЧЕННЫМ УГЛОМ ПОВОРОТА ВЫХОДНОГО ВАЛА (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с ограни енными углами поворота, например оптическими дефлекторами.

„Ы3„„1783469 Al

Цель — повышение быстродействия и точности системы достигается за счет исключения влияния моментов инерции и трения датчика скорости, прикладываемых к валу исполнительного электродвигателя: Система содержит электродвигатель 1, нагрузку 2, датчик 3 положения, блок 4 концевых выключателей, элемент 5 сравнения масштабирующий резистор 6, цифроаналоговый преобразователь 7, усилитель 8 мощности, формирователь 9 сигнала управления, измеритель 1 0 рассогласования, задатчик 11, сигнум-реле 12, реверсивный счетчик 13, генератор 14 импульсов, формирователь 15 импульса установки, источник 16 постоян ного напряжения, конденсатор 17, резистор

18, датчик скорости 19 с входами 20, 21 и выходом 22 и делитель напряжения 23. Элементы 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 23 образуют датчик 19 скорости. 3 ил.

1783469

Изобретение относится к автоматике и ния инерции, которые приводят к появлеможет быть использовано для управления нию дополнительных ошибок позициониро.объектами с огранйченйым углом поворота, вания и удлиняют переходные процессы. например оптическими дифлекторами.

Известна следящая система, содержа- 5 Целью изобретения является повышещая функциойальный преобразователь, ние быстродействия и точности системы. первый вход которого подключен к выходу На фиг. 1 показана функциональная схегенератора опорного напряжения, вторые ма следящей системы; на фиг. 2 — эгноры входы — к входам системы, а выход — квходу рабочих напряжений; на фиг. 3 — схема, попервого усилителя, и последовательно Сое- 10 ясняющая работу датчика скорости. диненные вращающийся трансформатор, Следящая система содержит электровторой усилитель и двигатель, вал которо- двигатель 1, вал которого является выходгомеханическисвязансроторомвращаю- ным валом системы и кинематически щегося трансформатора, а также второй связан с валом нагрузки 2 и со входами функциональный преобразователь иусили- 15 датчика 3 положейия и блока 4 концевых тель. - выключателей. Первый вывод обмотки якоИзвестна следящая сйстема, содержа- ря электродвигателя 1 соедийен суммирующая функциональный преобразователь,: щим входом элемейта 5 сравнения и с первый вход которого соедйнен с выходом первым выводом масштабирующего-pewгенератора опорного напряжения, вторые 20 стара 6, второй вывод которого cîåäèíåè с . входы - с входом системы, а выход — с вхо-: аналоговым входом цифроаналогового йредом первого усилителя и последовательно образователя 7 и вторым выходом усйлитесоедйненные вращающийся трансформа- ля 8 мощйостй первый "выход которого тор, второйусили-.ель идвигатель, вал кото- соединен с вторым выводом электродвига-. рого механически связан с ротором 25 теля1,управляющий входусилителя 8мощвращающегося трансформатора, а также ности соедийен с выходом блока 4 концевых дешифратор и шесть ключей, включенных:-. выключателей, а информационный входусимежду первым усилителем и обмоткой вра- . лителя 8 — q выходом формирователя 9 сиг- щающегося трансформатора. : :: нала управления, соединейногО первым

Недостатком описанных устройств яв- 30 входом с вйходом измерйтеля 1.0 рассоглаляется низкое качество регулйрованйя из-за сбвания, управляющий вход которого соеотсутствия в нихтахометрической обратной динен с датчиком 3 положения, а свяЗи. -.. суммирующий вход измерителя 10 соедиНаиболееблизкойкпредлагаемойявля- нен с выходом задатчика 11, Второй вход ется .следящая система с ограниченным 35 формирователя 9 сигнала управления соеуглом поворота вала, содержащая электро- дийен с выходом элемента 5 сравнения и двигатель, вал которого кинематически свя-.. входом сигнум- реле 12, соединенного с вызан с валом нагрузки и с входами датчика ходом с входом направления" счета"реверположения и блока концевых выключате- сивного счетчика 13, Счетчик 13 тактовым лей, измеритель рассогласования подклю-. 40 входом сбедйнен с выходом генератора 14 ченный суммирующим и вычитающим: импульсов, входомразрешенияустановки— входами к выходам соответственно задатчи- . с выходом формирователя 15 импульса устака и датчика йоложения, а выходом к перво-: нонки, соединенного входом с выходом исму входу формирователя сигнала точника 16 постоянного напряжения. Входы управления, второй вход формирователя 45 установки счетчика 13 соединены с общей сигнала управления соединен с выходом шиной и выходам источника 16, а выходы— датчика скорости и входом порогового бло- с .цифровыми входами цифроаналогового ка, выход которого соединен с первым вхо- преобразователя 7, выход которого соедидом элемента И, второй вход которого нен с вычитающим входом элемента 5 соединен с вторым входом усилителя мощ- сравнения. Формирователь 15 импульсов ности и выходом блока концевых выключа-. может быть выполнен из конденсатора 17 телей. В ыход элемента И соединен с и резистора 18. Элементы 5, 6, 7, 12, 13, 14, входом ключа, выходы которого подсоеди.. 15, 16 образуют датчик 19 скорости с ïåðненьг к резистору, включенному в цепь ис- . вым 20 и вторым 21 входами, выходом 22 и точника питания и обмотки возбуждения 55 делителем напряжения 23. Общая шина 24 электродвигателя,: соединена с первым выходом усилителя 8

Недостатком описанного устройства мощности. Цифроаналоговый преобразоваявлщ4тся низкие точность и быстродейст- тель 7 условно показан на фиг, 3 в виде вие, которые обусловлены тем, что датчик резисторов 25, 26, а Электродвигатель 1 — в скорости имеет собственные моменты тре- виде резистора 27 и источника 28. величина

1783469

15

25

35 пропорционального фактической. скорости 40 датчиком 19 скорости происходит следующим образом. (Ъ К1 Я +К

Вя+В6

0 R + R6K1N

RQ Q+ R6 . Rs l

U1

Обозначив + =U получим 6 К10®

50 я + Й6

U1 -01+0 . НапряжЕние на выходе элемента сравнения 5 будет равно 05=(01+

+Ц,1 07)К5=0и К5, поскольку 01=07, где К5 — коэффициент усиления элемента

55 сравнения 5. К5 выбирается таким образом, чтобы при максимальной заданной скороСТИ A)max ВЫПОЛНЯЛОСЬ РЗВЕНСТВО 05=0,10max, ГДЕ 010max — МаКСИМаЛЬНОЕ НаПРЯжЕНИЕ На выходе измерителя 10 рассогласования.

Это условие выпоЛняется при которой пропорциональна угловой скорости ротора электродвигателя, Устройство работает следующим образом.

Требуемый закон вращения ротора электродвигателя 1 задается задэтчиком 11, Напряжение с выхода задатчика 11 подается на суммирующий вход измерителя 10 рассогласования, на вычитэющий вход которого подается напряжение с датчика 3 положения. Измеритель 10 рассогласования сравнивает зти напряжения и на выходе создает напряжение, пропорциональное их разности, которое задает необходимую скорость вращения электродвигателя 1, С выхода измерителя 10 рассогласования напряжение поступает на первый вход формирователя 9 сигнала управления, на второй вход которого подается напряжение с выхода схемы сравнения 5, пропорциональный фактической скорости вращения электродвигателя 1, С выхода формирователя 9 сигнала управления напряжение, пропорциональное разности между заданной и фактической скоростями вращения ротора электродвигателя 1, подается через усилитель 8 мощности и масштабирующий резистор 6 на обмотку электродвигателя 1, Ротор электродвигателя 1 на пинает вращаться и перемещает нагрузку 2. Вращение ротора происходит до тех пор, пока нагрузка 2 йе встанет в положение, определяемое задатчиком 11, KBK только нагрузка 2 встанет в требуемое положение, обмотка электродвигателя 1 обесточивается. Обмотка электродвигателя 1 обесточивается также по сигналу с блока 4 концевых выключателей, если ротор повернется нэ угол больший,чем допустимо. Формирование напряжения

В момент включения формирователь 15 импульса установки формируется импульс, который прикладывается к входу разрешения установки реверсивного счетчика 13. На выходах последнего устанавливаются сигналы, соответствующие сигналам, которые присутствовали на его входах установки, Предварительно при настройке системы входы установки реверсивного счетчика 13 были подключены к общей шине 24 и шине питания таким образом, чтобы при заторможенном роторе электродвигателя 1 напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7 было равно напряжению на первом выводе электродвигателя 1. При этом напряжение на первом выводе электродвигателя 1 равно

08 Rq

01=В +К где 08 — напряжение на выходе усилителя 8 мощности;

R> — сопротивление обмотки якоря электродвигателя 1 (резистор 27) на фиг. 2;

R6 — сопротивление резистора 6.

Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7 равно

U8 В25

R25 + R26 где R25 — сопротивление резистора 25 (фиг. 2);

R2S — сопротивление резистора 26 (фиг. 2). 25

Соотношение + определяется 25 + RZ6 двоичным кодом, подаваемым на цифровые входы преобразователя 7, Поскольку коэффициент деления цифроаналогового преобразователя 7 определяется состоянием выходов реверсивного счетчика 13, то, соединяя входы установки последнего с общей шиной(ноль) или шиной питания (единица), добиваются, чтобы

U1--07. поскольку оба эти напряжения подаются на входы элемента 5 сравнения, на его выходе напряжение 05=0, так как оно . пропорционально разности напряжений на его входах.

Выражение 01=0y справедливо при заторможенном роторе, Предположим, что скорость вращения ротора электродвигателя 1 не равна нулю. При этом на якорной обмотке электродвигателя 1 появится злектродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции, равная К1 м, где К1 — конструктивная постоянная электродвигателя 1;

o) — скорость вращения ротора. Напряжение 01 на первом выводе электродвигателя 1 станет равным

1783469

010(щах) { + R6) К1 мпах R6

При эксплуатации с течением времени, а также в зависимости от температуры окру- 5 жающей среды значения сопротивлений йя и Re могут изменяться, что может привести к нарушению равенства между напряжениями Ui и 07. А это может привести к дополнительной ошибке в работе системы. "0

Для исключения влияния „изменении значений R8 и R6 на работу системы напряжение Us подается на первый (прямой) вход сигнум- реле, которое выдает "0" если Us<0, и "1" если Us > О, Допустим, Uz="1", тогда

"1" с Сигнум-реле 12 прикладывается к входу направления счета реверсивного счетчика

13 и он работает на суммирование (считает ймпульсы, приходящие с генератора 14), число, записанное s нем, будет увеличиваться, что приведет к увеличению напряжения

От на выходе цифроаналогового преобразователя 7. Это, в свою очередь, приведет к . уменьшению напряжения Ов, так как напряжение От подается на инверсный вход эле- 25 мента сравнения 5. Так будет продолжаться до тех пор, пока Us станет < О. Это приведет к тому, что 02 станет ="0". Реверсивный счетчик 13 станет работать на вычитание, С этого момента число, записанное в нем, бу- 30 дет уменьшаться, напряжение 07 уменьшается, а напряжение 06 возрастает (но уменьшается по абсолютной величине). Таким образом, сигнум-реле 12 задает такое направление счета реверсивного счетчика 35

13, которое устремляет напряжение 0 к нулю.

В процессе работы следящей системы направление вращения ротора электродвигателя 1 непрерывно меняется, при враще- 40 нии в одну сторону Us>0. в другую Ов<0, а поскольку угол поворота ротора ограничен, то за достаточно большой промежуток времени Л t можно считать время, в течение которого он вращался в другую сторону. 45

Следовательно, усредненное значение напряжения U за время Лt равно О. Или

ht

J U dt=0. Поэтому содержимое счетчика 13, . о 50 несмотря на постоянные изменения знака напряжения Ов. от этого напряжения зависеть не будет (частота генератора 14 подбирается такой, чтобы за максимальное время вращения ротора в одну сторону 55 содержимое счетчика 13 изменилось незначительно). Поскольку усредненное значение 0 равно нулю, то содержимое счетчика 13 будет определяться медленно изменяющимися от времени и от температуры значениями Rg и R6. При скорости и = О напряжение Ов также равно нулю.

Таким образом происходит постоянная подстройка тахометрической обратной связи, Отсутствие в предлагаемой системе датчика скорости как электрической машины позволяет повысить ее быстродействие и точность, так как исключается влияние моментов инерции и трения указанного датчика, прикладываемых к валу электродвигателя. Кроме того, исключается механическая передача от вала электродвигателя к валу датчика скорости, что позволяет уменьшить вес и габариты всего устройства.

Формула изобретения

Следящая система с ограниченным углом поворота выходного вала, содержащая измеритель рассогласования, подключенный суммирующим и вычитающим входами к выходам соответственно задатчика и датчика положения, а выходом — к первому входу формирователя сигнала управления, вторым входом соединенного с выходом датчика скорости и выходом с информационным входом усилителя мощности, подключенного управляюгцим входом к выходу блока концевых выключателей, а первым выходным выводом — к первому выходу якорной обмотки электродвигателя, вал которого кинематически связан с валом нагрузки и с входами датчика положения и блока концевых выключателей. о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности системы, в ней первый и второй входные выводы датчика скорости подключены соответственно к второму выводу якорной обмотки электродвигателя и к второму. выходному выводу усилителя мощности, а датчик скорости содержит источник постоянного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульса установки, генератор импульсов, сигнум-реле, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, масштабирующий резистор и элемент сравнения, подключенный суммирующим входом к первому выводу масштабирующего резистора. вычитающим входом к выходу цифроаналогового преобразователя, а выходом — к входу сигнум-реле, соединенного выходом с входом направления счета реверсивного счетчика, подключенного тактовым входом к выходу генератора импульсов, входом разрешения установки — к выходу формирователя импульса. установки, входами установки — к выходным выводам делителя напряжения, а выходами — к цифровым входам цифроаналогового и реоб разо вател я, 1783469

Составитель. 8. Ледерер

Техред М.Моргентал .Корректор А; Козориз

Редактор

Заказ 4514 Тираж:: . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательскИй комбинат "Патент", г. УжгОрод, ул.Гагарина, 101 соединенйого аналоговым входом с вторым выводом масштабирующего резистора, выход источника постоянного напряжения соединен с входом формирователя импульса установки и с первым входным выводом делителя напряжения, подключенного вторым входным выводом к общей шине системы, причем первый и второй выводы масштабирующего резистора являются первым и вторым входными выводами датчика скорости, 5 . а выход элемента сравнения является выходом датчика скорости.