Цифроаналоговая следящая система

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами по сигналам от вычислительных устройств. В цифроаналоговую следящую систему, содержащую СКВТ-датчик 1 угла поворота, соответственно с входом 2 питания , а также с синусным 3 и косинусным 4 выходами, источник 5 переменного напряжения , блок б определения знака, первый 7 и второй 8 фазочувствительные выпрямители , коммутатор 9, преобразователь 10, состоящий из блока памяти 11 и цифроэналогового преобразователя 12, низкочастотный фильтр 13. электропривод 14, первый 15, второй 16, третий 17 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, цифровой задатчик 18, с целью повышения точности, быстродействия и увеличения запаса устойчивости системы, введены генератор 19 импульсов и D-триггер 20 Поставленная цель достигается за счет того, что скважность импульсов на выходе D-триггера 20 строго равна двум, а на его входе может быть любой, в противном случае в работу системы будет внесена ошибка 3 ил СП С

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754987/24 (22) 30.10.89 (46) 23.12.92. Бюл. N 47 (71) Самарское научно-производственное объединение автоматических систем, (72) В. В. Ледерер . (56) Авторское свидетельство СССР

М 1029143, кл. 605 В 15/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1282328, кл. Н 03 М 1/38, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1697055, кл, G 05 В 15/02, 1988, (54) ЦИФРОАНАЛОГОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА . (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами по сигналам от вычислительных устройств. В цифроаналоговую. следящую систему, содержащую СКВТ-датчик 1 угла. Предлагаемое изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами по сигналам вычислительныхых устройств.

Известна цифроаналоговая следящая система, содержащая функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, вторые входы — с выходом системы, а выход- с входом первого усилителя и последовательно соединенные вращающийся трансформатор, второй усилитель и двигатель, вал которого механически связан с ротором вращающегося трансформатора, а также дешифратор и шесть ключей, вклю А2«„1783473 А1 (51)з G 05 В 15/02, Н 03 М 1/38 поворота, соответственно с входом 2 питания, а также с синусным 3 и косинусным 4 выходами, источник 5 переменного напряжения, блок 6 определения знака, первый 7 и второй 8 фазочувствительные выпрямители, коммутатор 9, преобразователь 10, состоящий из блока памяти 11 и цифроаналогового преобразователя 12, низкочастотный фильтр 13, электропривод

14, первый 15, второй 16, третий 17 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, цифровой задатчик 18., с целью повышения точности, быстродействия и увеличения запаса устойчивости системы, введены генератор 19. импульсов и D-триггер 20, Поставленная цель достигается за счет того, что скважность импульсов на выходе D-триггера 20 строго равна двум, а на его входе может быть любой, в противном случае в работу системы будет внесена ошибка, 3 ил. ченный между первым усилителем и обмотками вращающегося трансформатора.

Недостатками данной системы является ее низкие точность, быстродействие и icтойчивость.

Известна цифроаналоговая следят.,ая система, содержащая последовательно соединенные источник опорного напряжения, функциональный цифроаналоговый .преобразователь, два фильтра, четыре ключа, два усилителя, синусно- косинусный вращающийся трансформатор, синусная и косинусная обмотки которого соединены с . выходами усилителей, а выходная обмотка соединена через ключ — прерыватель с выходом злектропривода, а также генератор

1783473 несущей частоты, выходы которого соединены с вторыми входами ключей и управляющим входом ключа — прерывателя.

Недостатком данной системы являются ее низкие точность; быстродействие и ус- 5 тойчивость.

Наиболее близкой к предлагаемой является цифроаналоговая система, по которой получено положительное решение, содер; жащая источник переменного напряжения, 10 злектропривод, датчик угла поворота, ротор которого механически соединен с валом электропривода, вал которого кинематиче4ки связан с валом нагрузки и валом СКвТдатчика;" синусно-косинусный 15 цифроаналоговый преобразователь, младшие разряды цифрового входа которого яв""ляются . " младшими .разрядами управляющего входа "истемы, коммутатор, два фазочувствительных выпрямителя, сое- 20 . диненных информационными входами с соответствующими выходами датчика угла поворота, блок определений знака, первый вход которого соединен с выходом источни-: ка переменного напряжения и входом дат- 25 чика угла поворота, а второй вход подключен к общей шине, три элемента "ис..ключающее ИЛИ", при этом первые входы третьего и второго элементов "исключающее ИЛИ" являются старшими разрядами 30

-управляющего входа системы, вторые входы третьего и второго элементов "исключающее ИЛИ" связаны с выходом блока определения знака, аналоговый вход синусно-косинусного цифроаналогового преоб- 35 разбвателя соединен с выходом коммутатора, первый и второй информационныее входы которого подсоединены к выходам соответствующих фазочувствительных выпрямителей, выход которого элемента "иск- 40 лючающее ИЛИ" соединен с управляющим

: входом второгО фазочувствительного выпрямителя, первый

<- вход первого элемента "исключающее

ИЛИ" связан с первым входом третьего эле- 45 мента "исключающее ИЛИ", низкочастотный фильтр, выход которого соединен со входом электропривода, вторые входы третьего и второго элементов "исключающее ИЛИ" связаны со старшим разрядом 50 цифрового входа синусно-косинусного цифрраналогового преобразователя, выходом подключенного ко входу к низкочастотному фильтру, выход третьего элемента "исключающее-ИЛИ" соединен с управляющим 55 входом коммутатора, управляющий вход первого фазочувствительного выпрямителя соединен с выходом первого элемента "искл юча ющее ИЛ И", выход второго элемента

"Исключающее ИЛИ" связан со вторым входом первого элемента "Исключающее

ИЛИ".

Недостатком данного устройства является низкая его устойчивость, которая обуславливается наличием низкочастотного фильтра с постоянной времени т- RC. Данный блок вносит отрицательный фазовый сдвиг — arcing вт и уменьшает запас устойчивости системы по фазе на величину

arctg в,т, гдеа — частота среза следящей системы. Величина т должна быть равной

5 — 10 Т>, где Тн — период опорной частоты, Величину т можно уменьшить, уменьшив величину Тн, однако увеличение опорной частоты приводит к появлению дополнительных погрешностей СКВТ, и, следовательно, следящей системы в целом, поэтому опорные частоты строго определены для каждого

СКВТ. Например, для СКВТ 6465 опорная часто1 а равна 400 Гц. Введение в цепь ком-. пенсирующего звена, например дифферей цирующую цепочку, . вносящую положительный фазовый сдвиг, приводит к тому, что резко возрастает пульсация на входе усилителя электропривода. А это приводит к насыщению усилителя, паразитному разогреву обмоток двигателя и снижению точности и быстродействия следящей системы, Целью предлагаемого изобретения яв ляется повышение точности, быстродействия и увеличение запаса устойчивости следящей системы.

Поставленная цель достигается тем, что в цифроаналоговую следящую систему, содержащую цифровой задатчик, выходы (n+1)-го и (n+2)-ro разрядов которого соединены с первыми входами, соответственно первого и второго элементов "исключающее

WIN", а выход каждого i-го разряда соединен с i-ым информационным входом, где

i=1...n цифрового синусно-косинусного преобразователя, подключенного выходом к цифровому входу цифроаналогового преобразователя, аналоговым входом подключенного к выходу коммутатора, а выходом через низкочастотный фильтр — ко входу электропривода, вал которого кинематически связай с валом нагрузки и валом СКВТ— датчика, соединенного входом питания с выходом источника переменного напряжения и входом блока определения знака, а синусным и косинусным выходами — с информационными входами, соответственно первого и второго фазочувствительных выпрямителей, подключенных управляющими входами к выходам соответственно, первого и второго элементов "исключающее

ИЛИ", а выходами соответственно к перво1783473 му и ко второму информационным входам коммутатора, соединенного управляющим входом с выходом третьего элемента "исключающее- ИЛИ", подключенного первым входом к выходу(п+1)-ro разряда цифрового 5 задатчика, выход блока определения знака соединен со вторым входом второго. элемента "исключающее ИЛИ", подключенного выходом ко второму входу первого элемента "исключающее ИЛИ" согласно изобрете- 10 нию, введены генератор импульсов и

0-триггер, соециненный тактовым входом с выходом генератора импульсов, инверсным выходом со своим D-входом, а прямым выходом — с входом управления функцией преоб- 15 разования цифрового синусно-косинусного преобразователя и со вторым входом третьего элемента "исключающее ИЛИ".

Сущность предлагаемого изобрете-.. ния поясйяется чертежом, где на фиг, 1 по- 20 казана блок-схема цифроаналоговой следящей системы, на фиг. 2 — таблица значений функций, на фиг, 3 — эпюры, поясняющие работы системы.

Цифроаналоговая следящая система 25 (фиг, 1) содержит СКВТ вЂ” датчик 1 угла поворота, выполненный в виде косинусно-синусного преобразователя (в качестве которого используется синусно-косинусный вращающийся трансформатор СКВТ) соответствен- 30 но с входом 2 питания, а также синусным 3 и косинусным 4 выходами, источник 5 переменного напряжения, блок 6 определения знака, первый 7 и второй 8 фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), коммутатора 9, 35 цифровой синусно-косинусный преобразователь 10, выполненный s виде блока 11 памяти и цифроаналогового преобразователя 12, низкочастотный фильтр 13, электропривод 14, первый 15, второй 16 и третий 17 40 элементы "исключающее ИЛИ" цифровой задатчик 18, генератор 19 импульсов Дтриггер 20, общую шину 21, конденсатор

22, резистор 23, нагрузку 24, и ри этом выход источника 5 переменного напряжения соединен с входом 2 питания и входом блока 6 определения знака, общая шина 21 соединена с входом 2 питания и синусным 3 и косинусным 4 выходами СКВТ вЂ” датчика 1, информационные входы первого 7 и второго

8 ФЧВ соединены соответственно с синусным 3 и косинусным 4 выходами CKBT— датчика 1, а выходы — с информационными входами коммутатора 9, соединенного управляющим входом с выходом третьего 17 55 элемента "исключающее ИЛИ", управляющие входы первого 7 и второго 8 фазочувст-. вительных выпрямителей подключены к выходам. соответственно, первого 15 и второго 16 элементов "исключающее ИЛИ" выл ход коммутатора 9 подключен к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя 12, выход которого через низкочастотный фильтр 13, содержащий резистор 23 и конденсатор 22, соединенный с общей шиной

21, соединен с электроприводом 14, вал которого кинематически связан с валом нагрузки 24 и валом CKBT-датчика 1, (и+1) разряд цифрового задатчика 18 соединен с первыми входами первого 15 и третьего 17 элементов "исключающее ИЛИ", (и+2) разряд цифрового задатчика 18 соединен с первым входом второго 16 элемента

"исключающее ИЛИ",второй вход которого соединен с выходом блока 6 определения знака, а выход — со вторым входом первого

15 элемента "исключающее ИЛИ", выход ге- . нератора 19 импульсов соединей с тактовым входом D-триггера 20, инверсный выход которого соединен с его Д-входом, а прямой выход — со вторым входом третьего

17 элемента "исключающее ИЛИ" и с Входом управления функцией преобразователя цифрового синусно-косинусного преобразователя 10 (блока памяти 11), выход каждого !-го разряда цифрового задатчика 18 соединен с i-м информационным входом, где i=1 и-цифрового синусно-косинусного преобразователя (блока памяти 11),ïoäêëtoчен ного выходом к цифровому входу цифроаналогового преобразователя 12, Работает следящая система следующим образом. Источник 5 переменного напряжения формирует напряжение U5=Upsln cut, которое подается на вход 2 питания CKBT— датчик 1, блок 6 определения знака выдает

"1", когда U5>0 и 0" когда 05 0 (см, фиг. 3).

На выходах 3, 4 СКВТ вЂ” датчика 1 формируются напряжения, пропорциональные сину- су и косинусу угла а поворота вала . 3 =Uo K sloa slA 0 т р

U4 =uo К cosa сов ом, где К вЂ” коэффициент трансформации СКВТ вЂ” датчика 1. Для простоты положим Оо K=1, Младшие разряда управляющего сигнала N от цифрового задатчика 18, поступают на вход блока 11 памяти, преобразователя 10, в котором записаны функции slnN u cosN.

На выходах блока 11 памяти будет функция

s1nN, если на его старшем (условно) входе присутствует "0" и созй, если присутствует

It1 II

Генератор 19 импульсов формирует последовательность импульсов, частота со, которых значительно больше частоты а) и которая поступает на тактовый вход D- yurгера 20. С приходом каждого импульса 0триггер 20 изменяет свое состояние на противоположное. С выхода D-триггера им1783473 пульсы имеющие форму меандра и частоту оъ/2 поступают на старший адресный вход блока 11 памяти.

Следовательно, на выходах блока 11 памяти поочередно появляются функции sinN и cosN.

Напряжения Оз и 04 поступают на информационные входы первого 7 и второго 8 — ФЧ В, которые работают следующим образом: если на управляющем входе ФЧВ присутствует "0", то напряжение на его выходе равно напряжению на его входе Овх=Овых, если на управляющем входе ФЧВ присутствует "1", то напряжение на его выходе равно по абсолютной величийе напряжению на его входе, но противоположно по знаку

Овых= — Usx.

В первом 7 и втором 8 ФЧВ происходит фазочувствительное ab! прямление напряжений Оз и Од, которые затем поочередно с частотой коммутации в/2 подаются по. средством коммутатора 9 на аналоговый вход ЦАП 12.

Причем при алых углах рассогласования между N и а обеспечивается условие, при котором на входах ФЧВ 7 и 8 напряжения U7 и Ов имеют разные знаки. Для чего в первом квадранте (фиг, 2) сигналы U1s и U

ИЛИ" изменяются синфазно, Функции синуса и косинуса в диапазоне от "0" до 90 имеют положительные знаки, но поскольку синусный 3 и косинусный 4 выходы (обмотки) СКВТ вЂ” датчика 1 включены в противофазе, то напряжения U7 и Us будут противоположны по знаку (U7 — отрицательно, Us — положительно). Во втором квадранте сигналы U>s и U1g изменяются в противофазе (Uz — положительно, Us — отрицательно); В третьем квадранте От<0; Us>0, е четвертом О7>0, Us<0 (cM. фиг, 2 и 3).

В первом квадранте значения напряжений О7 и Us равны От= sin а; Us=cos а, а значения разрядов Un+2=0 и Un+1=0. В те моменты времени, когда О20=0 и соответственно 017=0 на выход коммутатора 9 будет подаваться функция cos а. В это же время на выходе блока 11 памяти преобразователя 10 присутствует функция sinN. ЦАП i2 перемножает сигналы присутствующие на

его цифровых и аналоговых входах, поэтому на выходе ЦАП 12 будет функция sinN cos а, При появлении "1" на выходе D-триггера 20 и на выходе элемента 17 "исключающее ИЛИ" коммутатор 9 подключит к своему выходу функцию sin й, а на выходе блока 11 памяти появится функция созй, следовательно. сигнал на выходе ЦАП 12 будет—

cosN sin а, Так как сигнал на выходе

Д-триггера 20 непрерывно изменяется с частотой ап/2, то после усреднения на низкочастотном фильтре 13, напряжение на выходе последнего будет равно.

5 Uis< 0,5(сова sinN — sina cosN)=0.5

sin(N- а), Для малых значений (N — а) О 1зй0,5(N — а).

Напряжение Uig подается на электропривод

14, который отрабатывает ошибку, устрем10 ляя ее к нулю.

При поступлении команды перехода во второй квадрант Un+1=1, Од+2-0 на (и+1) разряде кода N появится "1". Это приведет к изменению сигнала на выходе элемента 15 i5 "исключающее ИЛИ" на противоположный, и соответственно к изменению знака напряжения От. Оно станет положительным, также как и напряжение Us и,следовательно, напряжение И1з будет заведомо положи20 тельным и электропривод 14 будет двигаться в сторону второго квадранта. Когда угол достигнет второго квадранта, сменится знак напряжения Us.за счет смены знака функции cos й, при переходе а через угол 900.

25 Напряжения U7 и Оа вновь будут иметь противоположные знаки„электропривод остановится при заданном угле.

При поступлении команды перехода в третий квадрант 180 < а -2700, значения ., 30 разрядов (U> 1=0; О +2=1). При этом фаза сигналов И17 не изменится, а фаза сигнала

И16 изменится на 1800, это приведет к лзменению напряжения полярности сигнала

И8 и вновь оба напряжения И7 и И8 будут

35 положительны и электропривод будет вра-. щаться в сторону третьего квадранта, При переходе через угол а =,180 напряжениеО7 сменит знак и напряжения U7 u Us вновь будут разнополярными. Электропривод ос40 тановится в третьем квадранте при заданном угле.

И, наконец, при поступлении команды перехода в четвертый квадрант (Un+i=1;

Un+2=1) фаза сигнала О16 сменится на 180 и

45 напряжение И7 станет положительным как и напряжение И8. Следовательно, и напряжение И13 будет также положительным и электропривод будет вращаться в положительном направлении в сторону четвертого

50 квадранта, где напряжения От u Us вновь станут разнополярными. Если придет команда для перехода в квадрант с меньшим номером, например из третьего во второй или из второго в первый, то в первый момент .

55 времени напряжения О7и Us, а следовательно, и напряжение О1з и электропривод 14 будет вращаться в обратную сторону„пока не достигнет заданного квадранта, Если приходит команда для перехода из первого

1783473 в третий или из второго в четвертый. или наоборот, то знак напряжения U180, то 5 противоположную. То есть электропривод

14 будет вращаться в требуемое положение, то по наиболее короткому пути, Д-триггер 20 используется в режиме делителя частоты на два, он необходим для 10 того, чтобы скважность тактовой частоты была строго равна двум, В противном слу-: чае, в работе системы появится ошибка так как при N= а напряжение U 13 не будет равно нулю. 15

В отличие QT прототипа коммутатор 9 и блок 11 памяти коммутируют функции не с частотой возбуждения СКВТ, а со значи-, тельно большей, что позволяет в десятки и даже сотни раз уменьшить постоянную вре- 20 мени низкочастотного фильтра 13. Уменьшение постоянной . времени низкочастотного фильтра приводит к уменьшению вносимого им отрицательного фазового сдвига ф, который равен на частоте 25 среза уу= -агсщ со р ° „,ãäå сд ср — частота среза системы.

А именно величина фазового сдвига на частоте среза определяет устойчивость следящей системы. С другой стороны, увеличе- 30 ние запаса устойчивости позволяет, сохранив прежний запас устойчивости, увеличить коэффициент усиления системы, поскольку они взаимосвязаны. что приведет к увеличению точности позиционированйя. 35

Следовательно, повышается и точность системы, И, наконец, снижение постоянной времени одного из звеньев системы позволяет.повысить быстродействие всей системы в целом. 40

Формула изобретения

Цифроаналоговая следящая система, содержащая цифровой задатчик, выходы (и+1)-го и (n+2)-го разрядов которого соеди;,, нены с первыми входами "оответственно первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход каждого i-го разряда соединен с I-м информационным входом, где l=1...ï, цифрового синусно-косинусного преобразователя, подключенного к цифровому входу цифроаналогового преобразователя, аналоговым входом подключенного к выходу коммутатора. а выходом через низкочастотный фильтр — к входу электропривода, вал которого кинематически связан с валом нагрузки и валом CKBT-датчика, соединенного входом питания с выходом источника ееременного напряжения и входом блока определения знака, а синусным и косинусным выходами — с информационными входами соответственно первого и второго фазочувствительных выпрямителей, подключенных управляющими входами к выходам соответственно первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; а выходами соответственно — к первому и к второму информационным входам коммутатора, соединейного управляющим входом с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; подключенного первым входом к выходу (и+1}-го разряда цифрового задатчика, выход блока определения знака соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного выходом к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, отличающаяся тем, что, с целью повышения точностй и быстродействия и увеличение запаса устойчивости системы, она содержит генератор импульсов и Дтриггер, соединенный тактовым входом с выходом генератора импульсов, инверсным выходом — со своим Д-входом, а прямым выходом — с входом управления функцией преобразования цифрового синусно-косинусного преобразователя и с вторым входом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

Иди .

1783473

Фиг.1

1783473

Редактор Г.Бельская

Заказ 4514 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

Ц

Н ll

O и

0 . Il й

Составитель В,Ледерер

Техред М.Моргентал Корректор А.Козориз

Фь

Ф

®б

Ф

Р® и

Юге

Np