Цифровой следящий привод

 

Союз Советских

Социалистических

Республик iii734607

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 10.07,78 (21) 2630351/18 2 (51)М. Кл.

C 05 В 11/1< с присоединением заявки J%

Государственный комитет (23) Приоритет но денем изобретений н втхритий

Опубликовано 15.05.80. Бктляетень ¹ 18 (5З) УДК 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 16;05.80 (72} Авторы изобретения

В. М. Буянкин, Л. И. Вышецкий, А. A. Корбут, В. И. Криворук, B. А. Кудинов, В. Г. Полетаев„А. И. Соловьев, M. В. Чиликина, A. С. Шаталов, Ю. A. Шаталов и В. И. Яковлев

Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков.(71) Заявитель (54) ПИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИБОЙ

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано, например, в устройствах числового программного управления металлорежущими станками.

Известный цифровой следящий привод

5 имеет высокую стабильность характеристик регулирования (1) .

Недостаток этого привода — неудовлетворительные динамические характеристики, Наиболее близким техническим решением является устройство преобразования

"перемещение-код-фаза", содержащее последовательно соединенные первый ревер15 сивный счетчик и первыМ сумматор, последовательно соединенные генератор импульсов, первый делитель частоты, второй сумматор, логический блок, блох ключей, датчик перемещения, усилитель, второй выход первого делителя частоты соединен со. вторым входом первого сумматора, второй выход первого реверсивного счетчика соединен со вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен со вторым входом логического блока (21 .

Недостатком известного устройства преобразования перемещение-код-фаза" является аналоговый характер сигналов, соответствующих скорости и ускорению измеряемого перемещения, что затрудняет его применение в цифровом приводе.

Цель изобретения — повышение точности цифрового следяшогo электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой следящий привод содержит, интерполятор, третий и четвертый сумматоры, выходы которых соединены со входами первого реверсивного счетчика, второй и третий делители частоты, пятый, шестой и седьмой сумматоры и последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота, Вхоа которого соединен с выходом усилителя, коммутатор, второй реверсивный счетчик, третий реверсивный счетчик, первый счетчик с пе ременным коэффициетьтом деления, вос

734607 мой сумматор, четвертый реверсивньтй счетчик, второй счетчик с переменным коэффициентом леления, девятый гуммаI îð, пятый реверсивный счетчик, третий счетчик с переменным коэффициентом деления, десятый сумматор, шестой реверсивный счетчик, преобразователь код-фаза, блок управления и двигатель, выход которого связан со вхолол1 датчика перемещения, другие выходы первого делителя 10 частоты соелинены со счетными входами первого, второго и третьего счетчиков с переменным коэффициентом леления и с управляющим входом коммутатора, первый вхол пятого сумматора соединен со втсърым выходом первого счетчика с переменным коэффициентом деления и с первым входом третьего делителя частоты, а выход пятого сумматора соелинен со вторым входом четвертого реверсивного счетчика и с первым входом четвертого сумматора, первый выхол третьего делителя частоты связан с первым входом шестого сумматора, второй выход третьего лелителя частоты связан со вторым вхолом р девятого сумматора, а второй вход третьего делителя частоты связан с первым выходом первого счетчика с переменным коэффициентом деления, первый вь|ход ВТ030 рого счетчика с переменным коэффициентом деления связан с первым входом третьего сумматора, второй вход которого связан с выходом восьмого су;. :матора, второй выход второго счетчика с rre35 ременным коэффициентом деления связан со вторым входом четвертого сумматора и со вторым входом шестого сумматора, третий вход которого связан с первым выходом интерполятора, а четвертый вход40 с первым выходом второго лелителя частоты, выход шестого сумматора связан со вторым входом пятого реверсивного счетчика и со вторым вхолом десятого сумматора, первый выход второго реверсив45 ного счетчика связан со вторым Bxorloì восьмого сумматора и с первым входом второго делителя частоты, второй вход которого связан со вторым выходом второго реверсивного счетчика и со вторым

50 входом пятого сумматора, а второй выход второго делителя частоты связан с третьим входом левятого сумматора, четвертый вход которого связан со вторым выхолом интерполятора, первый вход седьмого сумматора связан со вторым выходом третьего счетчика с переменньпи коэффициентом деления, второй вход — с вихолом девятого сумматора, а BI.|ход — co вторым BxorloM шестого реверсивного счетчика.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где привелена блок-схема предлагаемого цифрового слелятцего привода.

Цифровой следящий электропривол содержит генератор 1 импульсов, первый лелитель 2 частоты, первьЛ и второй сумматоры 3 и 4, первый. реверсивный счетчик 5, логический блок 6, блок 7 ключей, датчик 8 перемещения, усилитель 9, преобразователь 10 напряжсниечастота, коммутатор 11, второй реверсивный счетчик 1 2, третий реверсивный счетчик 13, первый счетчик 14 с переменным коэффициентом деления, восьмой сумматор 15, пятый сумматор 1 6, четвертый реверсивный счетчик 17, второй счетчик 18 с переменным коэффициентом деления, третий сумматор 19, четвертый сумматор 20, девятый сумматор

2l, шестой сумматор 22, второй и третий делители 23 и 24 частоты, интерполятор 25, пятый реверсивный счетчик 26, третий счетчик с переменным коэффициентом деления 27, лесять|й сумматор 28, седьмой сумматор 29, шестой реверсивHbJJi счетчик 30, преобразователь код-фаза 31, блок 32 управления, двигатель

33.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы тактовой частоть, -от генератора 1 импульсов поступают на вход первого делителя 2 частоты. (,одержимое первого делителя 2 частоты в прямом коде поступает на входы первого и второго сумматоров 3 и 4. !1а друг re вхолы сумматоров 3 и 4 поступает содержимое первого реверсивного счетчика 5 соответственно в прямом и обратном коле.

Выходы старших разрядоа сумматоров

3 и 4 поступают на логический блок 6, на выходе которого формируются лве последовательности ш иротно-молулированных импульсов, скважность которых опрелеляется содержимым первого реверсивно- го счетчика 5.

Эти широтно-модулированные импул сы через блок 7 ключей поступают нл входные обмотки датчика 8 перемещения.

Выходной сигнал датчика 8 пост упает на полосовсй усилитсль 9, на выходе которого формируется синусоилальное напряжение, частота которого равна частоте сигнала, формируемого нл Brrxna старшего разряла первого делителя " частоты, а амплитуда пропорциональна величи7346«)7

50 не рассогласования между мгновенными значениями измеряемого угла поворота вала датчика перемещения 8 и измеренного значения этого угла с, пропорционального содержимому первого реверсивного счетчика 5. Б зависимости от знака рассогласования этот синусоидальн«-«й сигнал синхфазен или противофазен прямоугольному сигналу, формируемому на выходе старшего разряда первого лели- «О теля частоты 2. Преобразователь напряжение-частота 10 вырабатывает серию импульсов с мгновенной частотой

f.=le 3%KU «, гле (— мгновенная частота на вь«холе

«5 преобразователя напряжениечастота 10; — оп орна я част от я;

U — напряжение рассогласования на выходе полосового усилителя 9;

К вЂ” глубина модуляции.

Эти импульсы через управляемый старшим разрядом первого делителя 2 частоты коммутатор 11 поступают на суммируюг5 щий вход второго реверсивного счетчика

12 в течени положительного полупери< ла прямоугольного управляющего сигна.«Q и на вычитающий вход этого реверсивного счетчика — в течение отрицательного полупериода этого сигнала. Реверсивный счетчик 1 2 выполняет роль цифрового фильтра, так как при положительном знаке рассогласования на выходе прямого переноса реверсивного счетчика 12 фор35 мируется серия импульсов частоты, пропорциональной величине рассогласования.

При отрицательном знаке рассогласования серия импульсов частоты, пропорциональной величине рассогласования, формирует- 40 ся на выходе обратного переноса реверсивного счетчика 12. ти импульсы поступают соответственно на суммипующий и вычитающий входы третьего реверсивного счетчика 13, который управляет пер45 вым счетчиком с переменным коэффициентом деления 14. Счетчик 14 осуществляет деление частоты, поступающей с прол4ежуточного вь«хода первого лелителя частоты 2, причем в зависимости от знака кода, содержашегося в третьем реверсивном счетчике 13, импульсы частоты, пропорциональной абсолютной величине этого кода, формируются на одном из двух выходов первого счетчике с

55 переменным коэффициентом деления 14.

Импульсы, формируемые на выходах счетчика 1 4 поступают на вхоль«восьмого и пятого сумматоров 15 и 16. Ня другие входы этих сумл«аторов посту-

1 лают сигналы с выходов второго реверсивного счетчика 12. Блоки 13-16, соединенные указанным образом, выполняют роль цифрового интегратора частоты, охваченного цепями форспровки. Импульсы с выходов восьмого и пятого сумматоров 15 и 16 поступают на входы аналогично описаннол1у выше цифрового интегратора частоты, охваченного цепями форсировки и выполненного на четвертом реверсивном счетчике 17, втором счетчике с переменным коэффициентом деления 18, третьем и четвертом сумматорах 1 >, 20. Импульсы с в«.«ходов сумматоров 9 и 20 поступают соответственно на суммирующий и вычитяющий входы первого реверсивного счетчика 5.

В описанной цифровой следя«лей« измерительной системе с астатизмом второго порядка содержимое первого реверсивного счетчика 5 соответствует измеряемому углу поворота К, содержимое четвертого реверсивного счетчика 17— угловой скорости Р, я содержимое третьего реверсивного счетчика 13 — угловому ускорению ) вяла датчика перемещения 8.

Импульсы с выходов второго реверсивного счетчика 12 и первого счетчика с переменным коэффициентом делаю«я 14 поступают соответственно на входы девятого и шестого сумматоров 21, 22 через второй и третий делители частоты

23 и 24. На другие входы сумматоров

21 и 22 поступают импульсы с выходов второго счетчика с переменнь«л«коэффициентом деления 18 и с выходов интерполятора 25. Импульсы с выходов сумматоров 21 и 22 поступяют соответственно на суммирующий и вычитаюшпй входы пятого реверсивного счетчика 26.Содержимое пятого реверсивного с етч««кя 26 описывается слелующей зависимостью

М =Ы-4+К >+К

rae Й вЂ” содержимое пятого реверсивного счетч« кя 26; — задание от интерполятора 25;

k К вЂ” постоянные коэффициенть«, за1> 2 даваемые соответственно третьим и вторым делителями частоты 24 и 23.

Пятый реверсивный счетчик 26 управляет третьим счетчиком с переменным коэффициентом леле««ия 27. Третий счетчик с переме««н«.«м коэфф««цие««тол« леления 27 осуществляет деление ч;и.— тоты, ноступа «щей с проме <уточног<>

734607 выхода первого делителя частоты 2.

Выходы третьего счетчика с переменным коэффициентом деления 27 соединены со входами десятого и седьмого сумматоров 28, 29, импульсы с выходов которых поступают на входы суммирования и вычитания шестого реверсивного счетчика 30 соответственно. На другие входы десятого и седьмого сумматоров 28, 29 поступают импульсы с выходов шесто-1»1 го и девятого сумматоров 22 и 21 соот-ветственно. Содержимое шестого реверсивного счетчика 30 оп сывается выражением

N2 М1 К 1И1d

15 где К - коэффициент, определяемый частотой импульсов, поступающих с промежуточного выхода первого делителя частоты 2 на счетный вход третьего счетчи70 ка с переменным коэффициентом деления 27;

И - содержимое шестого реверсивнсъго счетчика 30.

Код с выхода шестого реверсивного

25 счетчика 30 поступает на синхронизированный от сети переменного тока преобразователь код-фазе с арккосивусокдельной статической херектеркси кой 31, который- формирует управляющие импульсы зо зажигания для "иристорного блока управления 32. Иапряжение с выхода блока управления 32 поступает на»1внгетель постоянного тока 33, вал которого ме енически связан с валом датчика перемещ=л 35 ния 8.

Зля обеспечения устойчивости, а также высокой динамической к статической точHocTB B предложенном цифровом след»пнем

4О электроприводе использованы указанные обретцые связи по ускорению, скорости и углу поворота выходного вала двигате,ля 33 и применен пропорционально-интегральный закон регулирования, обратные

45 связи по ускорению, скорости и углу поворота вала двигателя значительно уменьшают влияние нестабильностей в приводе, а использование синхронизированного от сети переменного тока преобразовате56 ля код-фаза с арккосинусоидальной статической характеристикой позволяет компецсировать нелинейности, присущие двигателю и тиристор ому блоку управления, ЧТО обеспечивает пОстоянство. динамических ч статических характеристик этого цифрового приводе при различных установив»пихся скоростях Вращения вала двигателя, Использование изобретения позволит обеспечить высокую точность, стабильность и надежность цифрового следя»пего привода. Особым достоинством этого привода является значительное по сравнению с существующими устройствами расширение диапазона регулирования, благодаря использованию B нем BblcoKo÷àñтотной цифровой следящей измерительной системы с астатизмом второго порядке, которая обеспечивает получение точной цифровой информации об измеряемых перемещении, скорости и ускорении вела датчика. Зто позволяет отказаться от применения тахогенератора в электроприводе. Благодаря этому обеспечивается стабильная работа предложенного цифрового следящего приводе даже при малых скоростях вращения вала двигателя.

Использование тахогенератора в этом режиме неэффективно вследствие низкого значения отношения сигнал/шум на его выходе. Крсьме того, достигается универсальность применения этого цифрового следящего электропривода, например, при кспользовании линейных электродвигателей к датчиков перемещения типа

"индуктосин", когда использование тахогенератора затруднительно. Настоящее изобретение обеспечивает также возможность быстрой перестройки параметров и структуры привода сравнительно простыми средствами, Формула изобретения

Цифровой следящий. привод, содержащий последовательно соединенные первый реверсивный счетчик и первый сумMBTGp, последов:-.-тельно с»-единенные генератор импульсов, первый целитель частоты, второй сумматор, логический блок, блок ключе, датчик перемещения, усилитель, второй выход nepecI C ".елктеля частоты сое е4нен со вторым входом первого сумматора, второй выход первого реверсивного счетчике соединен со вторым входам второго сумматора, выход первого сумматора соединен со вторым входом логического блока, о т— личающийся тем,что,сцелью повышения точности привода, в него введены кнтерполятор, третий и четвертый сумматоры, выходы которых соединены со входами первого реверсивного счетчика, второй к третий делители частоты, пятый, шестой и сельмой сумматоры и

734607

10 последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом усилителя, коммутатор, второй реверсивный счетчик, третий реверсивный счетчик, первый счетчик с переменным коэффициентом леления, восьмой сумматор, четвертый реверсивный счетчик, второй счетчик с переменным коэффициентом деления, девятый сумматор, пятьш реверсивный счетчик, третий счетчик с переменным коэффициентом деления, десятый сумматор, шестой реверсивный счетчик, преобразователь код-фаза, блок управления и двигатель, выход которого связан со входом датчика перемешения, другие выходы первого делителя частоты соединены со счетными входами первого, второго и третьего счетчиков с переменным коэффициентом деления и с управляюшим входом коммутатора, первый вход пятого сумматора соединен со вторым выходом первого счетчика с переменным коэффициентом деления и с первым входом третьего делителя частоты, а выход пятого сумматора соединен со вторым входом четвер того реверсивного счетчика и с первым входом четвертого сумматора, первый выход третьего делителя частоты связан с первым входом шестого сумматора, второй выход третьего делителя частоты связан со вторым входом девятого сумматора, а второй вход третьего делителя частоты связан с первым выходом первого счетчика с переменным коэффициентом деления, первый выход второго счетчика с переменным коэффициентом деления связан с первым входом третьего сум;матора, второй вход которого связан ! с выходом восьмого сумматора, второй выход второго счетчика с переменным коэффициентом деления связан со вторым входом четвертого сумматора и со вторым входом шестого сумматора, третий вход которого связан с первым выходом интерполятора, а четвертый вход — с первым входом второго делителя частоты, выход шестого сумматора связи со вторым входом пятого реверсивного счетчика и со вторым входом десятого сумматора, первый выход второго реверсивного счетчика связан со вторым входом восьмого сумматора и с первым входом второго делителя частоты, второй вход которого связан со вторым выходом второго реверсивного счетчика и со вторым входом пятого сумматора, а второй выxoll второго делителя частоты связан с третьим входом девятого сумматора, четвертый вход которого связан со вторым выходом интерполятора, первь|й вход седьмого сумматора связан со вторым

25 выходом третьего счетчика с переменным коэффициентом деления, второй вход — с выходом девятого сумматора, а выход — со вторым входом шестого реверсивного счетчика. зо

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Мо 2244201, кл, G 05 В 19/18, (3 23 С 3/00, 1 967.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке No 2444424/18-24, кл. G 08 С 9/00, 1977 (прототип).

Составитель .Д. Лащев

Редактор H. Горват Техред М. Петко Корректор M. Пожо

Заказ 2218/9 Тираж 956 Подписное

Ц1-1ИИГ1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

) 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/:) Филиал 1ГП11 Патент", г. Ужгород, yh. Прсн.итиля, 1