Цифровая следящая система

 

(72) Авторы изобретения

В. А. Казанский, С. B. Демидов, А. Ю. Мальчик и Э. С. Мучник

Особое конструкторское .:бюро станкостроения (бКБС ) (7!) Заявитель

- (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕЙЯШАЯ СИСТЕМА

Предлагаемое изобретение относится к области дискретных электронных систем управления,и цифровых регуляторов, оно может быть использовано в частности, при построении регулятора частоты вращения электродвигателя.

Известны цифровые следящие системы, ;содержащие задающее устройство, устройство сравнения, вычислительное устрой,ство, исполнительный механизм, выход которого соединен с регулирующими орга10 нами объекта регулирования, положение которого контролируется датчиком, выход которого соединен со вторым входом уст аойства сравнения (Ц .

В качестве сравнивающих устройств систем такого рода нашли широкое применение цифровые сумматоры-накопители Я

К предлагаемой. наиболее близкой по технической сущности является; цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные преобразователь коднапряжение, исполнительный электропривод, . 2 датчик обратной связи, преобразователь напряжение- код и цифровой сумматор-накопитель, второй вход которого соединен с вЫходом задающего устройства Щ

Недостатком данной системы является ее низкое быстродействие.:

Белью настоящего изобретения является повьппение быстродействия системы..

Поставленная цель достигается тем, что в системе установлены генератор стробируккаих импульсов и буферное запоминаюmee устройство, первый вход которого соединен с выходом цифрового сумматоранакопителя, второй вход с выходом преобразователя напряжение-код, а выходсо входом преобразователя код-.напряжение выход генератора стробирующих импульсов соединен с третьим входом цифрового сумматора-накопителя.

Блок-схема системы представлена на фнг. 1; на фиг. 2 приведен график зависимости результата интегрирования от времени и изменения величины периода сигнала датчика обратной связи! аа фиг.37 Г7724 4 который с помощью преобразователя напряжение-код 7 преобразуется в импульсы, частоте которых 1 пропорциональна частоте вращения (=A Р з

3, график зависимости резульч ата интегрирования от величины относительного рассогласования между регулируемым параметром и входным сигналом; на фиг.4график зависимости результата интегрирования от действующего зйачения регулируемого параметра при постоянной величине рассогласования между регулируемым параметром m входным сигналом.

Приняты следующие обозначения: задающее устройство - 1; цифровой сумматорнакопитель — 2; буферное запоминающее устройство - P; преобразователь коднапряжение †4; электропривод — 5; датчик обратной связи - 6; преобразователь напряжение-код — 7; генератор стробирующих импульсов — 8; Х „- сигнал задания; — сигнал обратной связи; F — частота вращения электропривода; U — управлчющее воздействие, результат интегрирования в цифровом сумматоре-накопителе 2;

4, T — периоды сигнала датчика обратной связи 6 при частотах вращения электропривода 5 Г„ и Р," А,  — зависимости нарастания интеграла при Х в и Х „, а, Ь „ с -результат интегри-, рования соответственно при установившейся частоте F4 переходном процессе и при установившейся частоте F, 3 момент времени, в который произошла смена величины входного сигнала.

Система работает следующим образом.

Генератор стробирующих импульсов 8 вырабатывает импульсы с частотой

При подаче каждого стробируюшего импульса на вход, цифрового сумматора-накопителя 2 h — разрядное число Х > с выхода задающего устройства 1 суммируется с содержимым цифрового сумматора-накопителя 2. Таким обрезом при непрерывной работе генераторе стробирующих импульсов в цифровом сумматоре-накопителе 2 образуется сумма числовых значений входного сигнала:

+К о вх() где Р— количество стробов-импульсов (тактов);

К вЂ” начальное число в цифровом сумматоре-накопителе 2;

1 — номер стробе, Эта сумма является дискретной реализацией интеграла входного сигнала. При постоянном значении Х и„сумма будет равна Х Q K ех.

При вращении электропривода 5 датчик обратной связи 6 вырябатывеет сигнал, где F — частота вращения электропривода 5;

Л вЂ” постоянный коэффициент, опреде10 ляемый техническими данными датчика обратной связи 6 и пре,збразоватепя напряжение-код 7. (При использовании в качестве датчика обратной связи 6 датчика с выходным сигналом в вида унитарного сигнала преобразователь напряжение-код 7 может быть исключен из системы) .

Величина периода следования этих импульсов

20 r- - ""

Aç

Эти импульсы несут информацию о по-: ложении электропривода и поступают на входы цифрового сумматора-накопителя 2 и буферного запоминающего устройства

1 . 3, прйчем каждый импульс считывает в ти мять буферного запоминающего устройства

3 с выхода цифрового сумматора-накопителя 2 результаты интегрирования и сти3.0 рает результат интегрирования в цифровом сумматоре-накопителе 2, устанавливая его содержимое в начальное состояние (число К).

Таким образом получается, что с буферного запоминающего устройстве 3 на электропривод 5 поступает управляющее воздействие U, равное результату интегрирования в предыдущем цикле, при этом время интегрирования равно Т, т.е. дли4О тельности сигнала с датчика обратной связи 6. Количество тактов интегрирования при этом будет равно

45 где Т вЂ” длительность сигнала с датчика обратной связи 6;

1 - частота генераторе стробирующих

:имйульсов 8.

Результат интегрирования при постоян$o цом Х е, в цифровом сумматоре-накопи теле 2 будет равен

Xüê T f Ьк 1

Число K подобрано так, что, если длительность периода сигнала с датчика обратной. связи соответствует Х в„, т.е. частота вращения электроприводе соответ-, ствует входному сигналу, то результат

Формула изобретения

Е1ифровая следящая система, содержа,щая последовательно соединенные преобра1 зователь код-найряжение, исполнительный электропривод, датчик обратной связи, преобразователь .,напряжение-код и цифровой сумматор-накопитель, второй вход которого соединен с выходом задающего устройства, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, в ней установлены генератор стробируюших импульсов и буферное запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом цифрового сумматоранакопителя, второй вход — c выходом преобразователя напряжение-код, а выход— со входом преобразователя код-напряжение, выход генератора стробирующих импульсов соединен с третьим входом цифрового сум матора-накопителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Круг E. Е., и др. Цифровые .регуляторы. М., "Знергия", 1986, с. 7-46.

2. Карпов P. Г. Техника частотноимпульсного моделирования. М., "Машино строение," 1969, с. 62, 94-97. ""3. Айзерман М. А. Теория автоматического регулирования. М., "Наука, 1966, с. 46-53 (прототип).

5 7 3.77 интегрирования равен нулю. Исходным условием для подбора числа К является то, что произведение Х „Т при соответствии значения регулируемого пара-. ,метра входному сигналу для всех Х является постоянной величиной, определяемой техническими характеристиками в первую . очередь датчика обратной связи 6. Одновременно вследствие того, что Х .. Т 5 =К<, число К зависит не только от параметров l0 датчика обратной связи 9, но и от частоты генератора стробирующих импульсов 8.

При переменном значении Х „результат интегрирования будет равен л т 1„,-к где Хи„- среднее значение Хвх на временном интервале Т.

Таким образом, в данном случае сигнал Х „, интегрируют с помощью цифрово- >0 го сумматора-накопителя 2, а затем че« рез буферное запоминающее устройство

3 подают на вход электропривода 5, прйчем время интегрирования определяется периодом следования импульсов с выхода 25 преобразователя напряжение-код 7.

Как видно из фиг, 2,в установившемся режиме работы, когда числовое значение входного сигнала Х40к соответствует требуемому значению регулируемого пара-З0, метра (в данном случае частоте вращения электропривода 5 Гл) результат интегриро вания близок к нулю и отличается от него на величину установившейся ошибки 4, являющейся управляющим воздействием.

В момент времени 1„происходит смейа числового значения входного сигнала Х : на Х @< . Вследствие этого числовая величина входного сигнала Х х не со ответствует в этот момент времени час40 тоте вращения электропривода F4 и результат интегрирования (управляющее воздействие) после момента времени . меняется. Изменение управляющего воздействия О вызывает изменение частоты 45 вращения электродвигателя в сторону приведения в соответствие величины периода сигнала датчика обратной связи 6 с .входным сигналом ив момент, когда часТоТВ вращения Fy станет соответствовать

51

Х в„, результат интегрирования будет равен С.

Из графика на фиг. 3 видно, что в пределах 10% эоны относительного рассогласования величина управляющего воз- 55 действия lo l зависит практически линейно от величийы относительного рассогласбва24 б ния входного сигнала и регулируемого па раметра объекта управления

Д /Х .ГДе ДЕ=/Х „-F/

При работе системы интегрирование входного сигнала усредняет его мгновейчые числовые значения, при этом время усреднения равно периоду сигнала датчика обратной связи, т,е. зависит от действующего значения регулируемого параметра, в результате чего осуществляется функция адаптивного фильтра входного сигнала. Это интегрирование не ухудшает частотных характеристик обратной связи, так как полный цикн интегрирования осуществляется внутри временного интервала дискретизации сигнала обратной связи.

Из графика на фиг. 4 видно, что за- висимость О = 1{F) носит гиперболический характер вида †" и что система обF ладает адаптивными свойствами, поскольку величина управляющего воздействия формируется пропорционально относительной, а не абсолютной величине ошибки регулирования, что позволяет повысить точность цифровой следящей системы, особен но в областях обработки малых сигналов.