Цифровая следящая система

 

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. Целью изобретения является упрощение цифровой следящей системы. В системе в качестве датчика положения ротора использован двухфазный фазовращатель. Раздельно формируются код углового положения ротора и код углового положения статора электродвигателя , причем последний изменяется . при переходе из непрерывного режима работы системы в дискретно-шаговый при помощи логических устройств. При больших рассогласованиях исполнительный электропривод работает как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным регулятором, а начиная с момента времени, когда ошибка системы уменьшается до определенного значения, исполнительный электропривод переводится в режим шагового двигателя. Система содержит измеритель рассогласования 1, блок выделения модуля 2, пороговый элемент 3, преобразователь код-частота 4, формирователь кодов длительности импульсов и знаков 5, широтноимпульсный модулятор б, коммутатор 7, бесконтактный двигатель постоянного тока 8, фазовращатель 9, многофазный генератор 10, блок формирования импульсов 11, блок формирования адреса статора 12, счетчик положения ротора 13. 3 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4340458/24 (22) 26. I 0.87 (46) 23,02.93. Бюл. N. 7 (71) Белорусский государственный университет им, В.ИЛенина (72) И.Д.Заплечников, В.В.Кузьменков, В.Д.Любецкий и А.С.Михалев (56) Авторское свидетельство СССР

N 1667000, кл. G 05 В 11/01, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Nò 1730610, кл, G 05 В 11/01, 1987. (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) 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, Целью изобретения является упрощение цифровой следящей системы, В системе в качестве датчика положения ротора использован двухфазный фазовращатель, Раздельно формируются код углового положения ротоИзобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных роботах и других устройствах автоматики s качестве исполнительной следящей системы.

Целью изобретения является упрощение цифровой следящей системы.

На фиг, 1 представлена блок-схема заявляемой следящей системы; на фиг.2— блок формирования адреса статора; на фиг.

3 — блок формирования импульсов, „„Я) „„1797093 А1 ра и код углового положения статора электродвигателя, причем последний изменяется . при переходе из непрерывного режима работы системы в дискретно-шаговый пр» помощи логических устройств. При больших рассогласованиях исполнительный электропривод работает как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным регулятором, а начиная с момента времени, когда ошибка системы уменьшается до определенного значения, исполнительный электропривод переводится в режим шагового двигателя. Система содержит измеритель рассогласования 1, блок выделения модуля

2, пороговый элемент 3, преобразователь код-частота 4. формирователь кодов дли- . ф тельности импульсов и знаков 5, широтноимпульсный модулятор 6, коммутатор 7, бесконтактный двигатель постоянного тока

8, фазовращатель 9, многофазный генератор 10, блок формирования импульсов 11, блок формирования адреса статора 12, счетчик положения ротора 13. 3 ил. ююЪ

Система содержит измеритель рассогласования 1, блок выделения модуля (БВМ)

2, пороговый элемент (ПЭ) 3, преобразователь код-частота (ПКЧ) 4, формирователь кодов длительности импульсов и знаков 5, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 6, коммутатор (ППК) 7, бесконтактный двигатель постоянного тока (БДПТ) 8, фазовращатель (ФВ) 9, многофазный генератор (МФГ)

10, блок формирования импульсов (Б ФИ) 11, блок формирования адреса статора (БФАС)

12, счетчик положения ротора (СПР) 13, сум1797093 блока 12 таким образом, что при больших рассогласованиях AO >AUn на выходе счетчика имеет место Мод, отличающийся от кода углового положения ротора Ж.р на 90 эл.град (знак "+" или "-" определяется в зависимости от sign Лб). При малых рассогласованиях hOI AUn в счетчик 25 заносится код углового положения ротора . электродвигателя hLp и дальнейшее изме"0 нение выходного сигнала 12 Ж происходит при помощи выходного сигнала ПКЧ 4 пропорционально рассогласование системы, Таким образом, задавая в зависимости от величины рассогласования при помощи

БФАС 12 угловое положение магнитного поля статора, реализуются два режима рабаты электродвигателя цифровой следящей системы: при больших рассогласованиях ! ЛО > AUn поля ротора и статора электродвигателя разнесены на 90 эд,град, т.е. реализован режим БДПТ 8с релейным регулятором. При малых рассогласованиях ! ЛО > hUn поля ротора и статора пространственно совмещены и изменение углового положения поля статора происходит пропорционально рассогласованию, т.е, реализован дискретно-шаговый режим работы электродвигателя, Для обеспечения указанных режимов

30 работы системы коммутацию тактовых входов счетчика 25 необходимо проводить согласно следующим логическим выражениям: вход "+1" = foUn + Un(fm + S)

ВХОД "-1" - 0п + тщ + S (2)

При этом предполагаются следующие значения переменных Un и S:

0 если b O > hUn

40 п

1, если Л О AUn

1. если sign ЛО >0

О, если sign ЬО 0

55 матор 14, блок детекторов пересечения сигналом нулевого уровня 15, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. инвертор 17, Одновибратор 18, элемент И 19, элемент

2И-ИЛИ 20. инвертор 21, элемент ИЛИ 22, элемент 2И вЂ” ИЛИ 23, элемент ИЛИ 24, счетчик 25.

В описании приняты следующие условные обозначения: ALi — код входного угла, hQ, !ЬΠ— код и модуль кода ошибки сис-. темы, sign ЛΠ— знаковый разряд кода рассогласованиЯ (ошибки), Un — выходной сигнал порогового элемента, Ж3„— код срабатывания порогового элемента, fù — частота импульсов на Выходе преобразователя

"код-частота импульсов", U1, Uz — выходные сигналы фазовращателя, P — число пар пол асов ротора. L1, Lz — последовательности импул ьсов с длительностью, равной фазовому сдвигу сигналов U1 u Uz относительно опорного 14п — опорный сигнал ФВ, p— фазовый сдвиг выходного сигнала относительно Опорного, L — последовательность импульсов с длительностью, равной сумме фазОВых сдвиГОВ сиГналов U1 и U2 Относительно опорного, f, — частота на выходе генератора высокой частоты, а — угол поворота ротора, m — число фаз электрической машины.

В системе в качестве датчика положения ротора использован фазовращатель, причем его выходные сигналы V1 и U2 сдвинуты по фазе друг относительно друга на

180 эл.град., т.е.

01 = Asin(Wt+ p+tp);

02 = ASin(Wt+ р — ф); где ф-90 эл,град =л/2Р

Р— число пар полюсов ротора электро- . двигателя, 1р — фазовый сдвиг выходного сигнала относительно опорного.

Блок формирования импульсов 11 предназначен для выделения фазового сдвига сигналов U1. U2 и U 12 = U1+ 02 относительно опорного Upn в виде длительности импуль- 4 сов последовательностей L1, Lz и соответственно. Детекторы пересечения сигналом нулевого уровня преобразуют гармоничеСКИЕ СИГНаЛЫ U1, U2, 012, Uon В ПОСЛЕдОВательности прямоугольных импульсов, Фазовый сдвиг сигналов U1, 02, U1z относительно опорного Uon выдяляется в виде длительности импульсов L1, Lz, элементами.

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16.

Блок формирования адреса статора 12 предназначен для формирования кода углового положения поля статора электродвигателя, Ключи, реализованные на логических элементах, коммутируют входные сигналы

Логическая функция, реализуемая на входе обнуления счетчика 25, имеет вид

R = Un(S L1 + S 2) (3)

Счетчик положения ротора 13 предназначен для формирования кода углового положения ротора путем подсчета импульсов с генератора высокой частоты (на фигурах не показан) за время прохождения импульсов последовательности L, длительность которых пропорциональна фаэовому сдвигу ф сигнала U12 относительно !4п, а следовательно, пропорциональна yrny поворота ротора а.

1797093

10

25

45

55

Формирователь 5 может быть выполнен на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), Цифровая следящая система работает следующим образом. При подаче на вход системы большого скачкообразного сигнала код модуля сигнала ошибки t ЛО t превышает код срабатывания ПЭ З,на выходе которого устанавливается низкий уровень сигнала U>, соответствующий логическому

"0". Логические схемы БФАС 12 коммутируют входы счетчика 25 согласно выражениям (1 — 3) и на выхода БФАС 12 будет иметь место код hL<, отличающийся на 90 эл.град. от кода hip. Выходной код БФАС 12 посту- 1 пает на адресные входы формирователя 5, в котором записаны коды ширины импульсов и знаки m функций (например гармонических), сдвинутых на угол в 2л/m радиан, которые поступают на входы ШИМ б, где преобразуются в широтно-импульсно модулированные последовательности. На вычитающие входы широтно-импульсных модуляторов блока 6 подключен выход генератора (на фигурах не показан), который задает постоянную глубину модуляции, Выходныесигналы ШИМ бчерез ППК7подаются на обмотки БДПТ 8.

Фазовращатель 9 жестко закреплен на валу БДПТ и запитывается многофазным напряжением от МФГ 10, Выходные сигналы ФВ 9 U> и 02 преобразуются блоком формирования импульсов 11 в последовательности импульсов L>, Ь, L. Выходные . сигналы БФИ 11 L> и 2 поступают на входы

БФАС 12; где используются для формирования кода углового положения поля статора . h4:. Сигнал L поступает на вход СПР 13, где формируется код углового положения ротора hLp, который поступает на измеритель рассогласования 1, Магнитное поле статора электродвигателя, благодаря жесткой связи по угловому положению с ротором через ФВ 9 и БФ И 11, вращается синхронно с ротором, его угол с полем последнего составляет 90 эд,град., а его модуль имеет максимальное значение.

Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным управлением, отрабатывает рассогласование, С уменьшением модуля сигнала ошибки

t ЛО I до значения, равного коду срабатывания порогового элемента, последний срабатывает, т.е, устанавливается высокий уровень сигнала U>, соответствующий логической "1". Логические схемы БФАС 12 коммутируют входы счетчика 25 согласно выражениям (1 — 3), при этом по фронту сигнала U, через установочные входы в счетчик

25 заносится код углового положения ротора hLp, таким образом пространственно совмещаются поля ротора и статора (т.е, система переводится в дискретно-шаговый режим). В зависимости от знака рассогласования signAO выход ПКЧ 4 подключается к одному из тактовых входов счетчика 24 и дальнейшее перемещение поля статора осуществляется по выходному сигналу ПКЧ f, т.е. двигатель отрабатывает рассогласование как шаговый, Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле статора электродвигателя перемещается в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от ПКЧ и на тактовый вход БФАС 12.

Как только код модуля сигнала ошибки

) Л О! = О, импульсы на выходе ПКЧ 4 исчезают, выходной код 4: БФАС 12 остается постоянным и ШИМ 6 генерирует импульсы, длительность которых постоянна во времени. Поле статора БДПТ 8 неподвижно, максимально по величине и угол поворота его относительно поля ротора равен

Мя а„= a resin

Мо где Мо — максимальный синхронизирующий момент электродвигателя, ̄— момент нагрузки на валу двигателя.

Таким образом, в режиме покоя БДПТ 8 развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий момент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогпасовании, т.е, цифровая следящая система обладает астатизмом по отношению к моментным возмущениям.

В цифровой следящей системе при включении не требуется режим калибровки.

Цифровая следящая система наиболее эффективно может быть использована в манипуляционных роботах, где требуется высокое быстродействие, недопустимы перерегулирования, а нагрузочный момент на валу электродвигателя изменяется в широких пределах.

1797093

Формула изобретения

Цифровая следящая система, содержащая измеритель рассогласования, первый вход которого является входом задания положения системы, а информационный выход.подключен входу блока выделения

Модуля и к входу преобразователя код-частота, выход которого подключен к тактовому входу блока формирования адреса, вход управления режимом работы которого подключен к выходу порогового элемента, а информационный выход — к входу формирователя кодов длительности импульсов и знаков, выход которого через последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и коммутатор подключен к входу бескон- тактного двигателя постоянного тока, выход которого является выходом системы, выход блока выделения модуля соединен с входом порогового элемента, знаковый выход измерителя рассогласования соединен с знаковым входом блока формирования адреса, отличающаяся тем, что, с целью упрощения цифровой следящей системы, она содержит фазовращатель, многофазный генератор, блок формирования импульсов и счетчик положения ротора, причем выход бесконтактного двигателя постоянного тока соединен с информационным входом фазовращателя, опорный вход которого соединен с выходом многофазного генератора и с опорным входом блока формирования импульсов, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами фазовращателя, а первый и второй выходы — с первым и вторым импульсными входами блока формирования адреса, информационный вход которого соединен с вторым входом измерителя рассогласования и с выходом. счетчика положения ротора, вход разрешения счета которого соединен третьим выходом блока формирования импульсов..

1797093

Составитель E.Âëàñîâ

Техред М.Моргентэл Корректор С.Лисина

Редактор Г.Бельская

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

Заказ 653 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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