Графопостроитель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистических

Республик

l (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.07.78 (2! ) 2647284/18-10 с присоединением заявки .% (23)Приоритет

/40

Гасударстввниый комитет ло делам изобретений н открытий

- (72 ) Автор изобретения

Л. P. Фрейдель (7!) Заявитель (5 4) ГРАФОПОСТРОИТЕЛ Ь

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в графических аналоговых и аналого-цифровых двухкоординатных регистрирующих устройствах. Для регистрации данных, поступающих от аналоговых вычислительных машин (АВМ), обычно импользуются графопостроители, включающие в свой состав каналы записи входных аналоговых сигналов по.

10 оси абсцисс и оси ординат, построенные по известной схеме следящего уравновешива

-ния. $1), Эти графопостроители могут быть иопользованы и для регистрации информации, 15 поступающей от UBM. В этом случае циф-. ровые данные преобразуются с помощью цифро-аналогового преобразователя в напряжения, поступающие на входы аналоговых следящих систем графопостроителя.

Метрологические показатели указанных графопостроителей в ряде случаев уже не удовлетворяют современным требованиям, В связи с возрастанием объема информа2 ции в настоящее время необходимо увеличивать производительность, т.е. быстрдействие графических устройств, при сохранении высокой точности регистрации данных, близкой к точности, достигаемой и статическом режиме.

Известно графическое двухкоординатное устройство, содержащее основную следящую систему и корректирующую, включенную параллельно основной f21 ., Обе следящие системы охвачены обшей отрицательной обратной связью по положению. Построение графопостроителя по такой схеме позволяет повысить точноЬть регистрации, однако эффективность коррекции погрешностей основной следящей системы в этой схеме недостаточна.

Кроме того, максимальное значение результирующей добротности следящей системы, состоящей из двух параллельных каналов, ограничивается условиями устойчивости.

Повышение точности регистрации в таком графопостроителе достигается за счет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19 (53) Й (53,087. .6(088.8)

Дата опубликования описания 27,05.80

3 7359 подъема частот с помощью корректирующего канала, При правильном выборе коэффициентов передаточной функции дифференциатора, которые связаны с другими параметрами сле-5 дяших систем определенной зависимостью, погрешность регистрации в ограниченном диапазоне час от входных сигналов мо-, жет быть минимизирована 3) .

Однако минимизация погрешностей ре- 10 гистрации при построении графопостроителя по рассматриваемой схеме достигается лишь при идеальной настройке в нормальHbIx условиях, а при изменении параметров узлов следящих систем под воздействием внешних дестабилизирующих факторов (температуры, напряжения, питания, износа механических деталей, старение элементов и т.п.) приращения погрешности практичес-, ки не отличаются от соответствующих при- 20 ращений в известных графопостроителях, не имеющих корректирующих каналов.

Наиболее близким по технической суд ости к предлагаемому является графопостроитель, который содержит каналы за- 25 циси входных сигналов на оси абсцисс и оси ординат, лентопротяжный механизм, преобразователь вращательного движения в поступательное, механически связанный с регистрирующим органом, каждый канал 30 записи иходных сигналов содержит основную и корректирующую следящие системы, .

"Причем основная следящая система содержит устройство сравнения и последовательно соединенные усилитель и двигатель, ме-35 ханически связанный с.регистрирующим

Органом и с обратным преобразователем, - -ьйход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с источииком входного сигна- 40 ла, а корректирующая следящая система содержит устройство сравнения и последовательно соединенные усилитель и двигатель, механически связанный с обратным преобразователем, выход которог о соеди- 45

HeB c первым входом устройства сравнения P4).

Построение графопостроителя по рассмат риваемой структурной схеме позволяет ,снизить погрешности регистрации не толь- . ко в статическом режиме, но и динамичеокие погрешности, при изменении входных сигналОв с постОЯннОЙ скоростью, ПОВыше» ние точности достигается благодаря тому, что сигнал, пропорционалы ый погрешности Основной следящей системы, поступает Ha вход корректирующей следящей системы и преобразуется последней в перемешение

19 4 второй каретки, которое суммируется с перемещением первой каретки и компенсирует тем самым погрешность основной сл . дящей системы, Однако это устройство имеет, следую-щие существенные недостатки: снижение точности регистрации при переменной скорости изменения входного сигнала и низ кое быстродействие.

При изменениях скорости нарастания .1 или убывания входного сигнала ошибка основной следящей системы уже не является постоянной величиной. Поэтому в рассматриваемом режиме на вход корректирующей следящей системы поступает переменная величина, частотный спектр которой в линейном режиме работы определяетсч. спектром входного сигнала с полосой пропускания основной следящей системы.

Чем выше частота входного сигнала и чем меньше полоса пропускания основной следящей системы, тем больше амплиту-, да сигнала ошибки, поступа ошего Hà вход корректирующей следящей системы.

В связи с тем, что корректирующая спедяшая система характеризуется астати:-ь. мом первого порядка и ее полоса пропускания ограничена сверху частотой >g,çíàчения которой не превышают единиц или десятков герц. Сигналы с частотамии)! воспроизводятся на выходе корректирующей системы с большими погрешностями. Поэтому погрешности основного канала не будут полностью-скомпенсированы и в рассматриваемом режиме наблюдаются значи-: тельные результирующие погрешности регис грации графопостроителя.

Увеличение погрешностей при измейениях скорости входного сигнала в графопостроителе, принятом за прототип, связано также с тем, что двигатель основной следящей системы перемещает весьма тяжелую систему, содержащую не только первую и вторую каретки, но и связанный с ними двигатель корректирующей следящей системы..

Увеличение массы и соответственно момента инерции подвижных частей основной следящей системы увеличивает погрешности последней при изменениях скорости нарастания (убывания) входных сигналов, и, как следствие этого, возрастают абсо-. лютные значения погрешностей на выходе корректирующей следящей системы и результирующие погрешности регистрации графопостроителя. Увеличение массы подвижных частей приводит при прочих равных условиях к снижению быстродэйствйя гра5 7359 фопостроителя, т.е. и увеличению времени ггробега регистрирующим органом поля носителя записи по координатам Х и У.

Белью изобретения является снижение динамических погрешностей при переменной скорости изменения входного сигнала и увеличение быстроде йствия графопостроиТОЛЯ.

Перечисленные вьлпе электронные и ме" ханические узлы относятся к каналу записи входных сигналов по оси ординат, причем узлы 1, 2, 4, 5 -9 относятся к ооновной следящей системе, а узлы 3, 1020 — к корректирующей следящей системе

B канале записи входных сигналов по оси Х входной сигнал Е поступает на второй вход устройства сравнения 21, с выхода которого сигнал поступает на нхоры ннтегро-дифференцирующих звеньев 22 и 23. С выхода звена 22 напряжение, поступает на,последовательно включенные усилитель 24 и двигатель 25, который через ременную или тросовую передачу перемещает тележку 26 и связанный с не движок реохорда обратного преобразователя 27, выходной сигнал которого поступает на первый вход устройства сравнения

21.

Выходной сигнал интегрьдифференцирующего звена 23 поступает на второй вход устройства сравнения 28, выходное напря жение которого поступает на последовате« льно включенные интегрсь-днфференцир ующее

Указанная цель в предлагаемом графопостроителе достигается благодаря тому, что в каждый канал записи нходных сит палов по оси абсцисс и оси ординат, содержащий основную и корректирующую следящие системы, .введены три интегро-дифференцируюших звена, входы первого и второго интегро-дифференцирующих звеньев соединены. с выходами устройств сравне ния основной и корректирующей следящих систем соответственно, выходы первого и второго интегрсь-дифференцирующих звень ев соединены с входами усилителей основной и корректирующей следящих систем соответственно, вход пер вого интегро-дифференцирующегр звена соединен с входом третьего интегро-дифференцирующего з ве25 на, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения корректирующей следящей системы, в графопостроитель введепа зубчатая передача, которая механически соединена с преобразовате.лем вращат=-;нного движения в поступательное и с двигателем корректирующей следящей системы канала записи входных сигналов по оси ординат, а двигатель корректирующей следящей системы канала за-З писи входных сигналов по оси абсцисс механически соединен с лентопротяжным м ханизмом, На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

На второй вход устройства сравнения

1 основной следящей системы канала записи по оси ординат поступает входной сигнал E . Выходное напряжение устройства сравнения поступает на входы интег45 ро-дифференцирующих звеньев 2 и 3, а выходной сигнал звена 2 — на вход последовательно включенных усилителя 4 и двигателя 5. Выходной вал двигателя 5 передает свое вращение оси 6, имеющей лыо5б ку по всей длине, которая обеспечивает поступателЬное перемещение втулки -7 по

/ оси 6 с возможностью вращения втулки 7 от оси 6. Втулка 7 с помощью ременной

51 или тросоврй передачи связана с кареткой 8, на которой установлен движок; перемещающийся по реохорду обратного пре, образователя 9 (этот преобразователь

19 6 может быть выполнен и бесконтактным).

Выходное напряжение преобразователя 9 поступает на первый вход устройства срав= ненни 1. Выходной сигнал интегро-дифференцирующ@го звена 3 поступает на второй вход устройства сравнения. 10, выходное напряжение которого подается на последовательно включенные интеграл-дифференцирующее звено 11, усилитель 12 и двигатель 13, который механически связан с обратным преобразователем 14 (o6ратный преобразователь может быть, на пример, выполнен в виде кругового раохорда) . Выходной сигнал преобразователи

14 поступает на первый вход устройства сравнения 10.

Двигатель 13 передает вращение не только движку обратного преобразователя

14, но и управляющей оси 15, которая имеет лыску по всей длине, что обеспечивает возможность перемещения втулки 16 по оси 15 с одновременным вращением этой втулки при вращении оси- 15.

Вращение втулки 16 передается оси 17 с помощью зубчатой передачи, например червячной или конической передачи 18.

Конструкция оси 17 аналогична конструкциям осей 6 и 15, благодаря чему она передает вращение втулке 19, которая является частью преобразователя вращательного движения оси 17 в поступательное перемещение ползуна 20, несущего орган регистрации графопостроителя, 7359 звейо 29, усилитель 30 и двигатель 31, который через механическую передачу передает вращение лентопротяжному механизм- уу 32, обеспечивающему поступательное перемещение носителя записи, например диаграммной ленты 33.

Двигатель 31 передает вращение также обратному преобразователю 34 (который может быть выполнен, например, в виде кругового реохорда или быть бесконтакт 1о ным, например, оптоэлектронным). Выходное напряжение преобразователя 34 поступает на первый вход устройства сравнения 28, В канале записи по оси абсцисс к основной следящей системе отно- 15 сятся узлы 21, 22, 24, 25, 26, 27, а к корректирующей — узлы 23, 28 -34.

Узлы 8, 9, 17 — 20 установлены на тележке 26, которая вместе с втулками

7 и 16 может перемешаться вдоль осей щ

6 и 15 ио координате Х.

Устройство работает следующим образом.

Подлежащие регистрации сигналы Е> (1)1 и Е (Ф.) поступают на входы устройств 25

Ъ сравнения 1 и 21 соответствующих каначов записи по оси ординат и оси абсцисс.

Основная следящая система канала э писи сигналов обеспечивает перемещение каретки 8 и связанного с ней ползуна 20 30 с регистрирующим органом по оси ординат, а основная следящая система для записи

: сигналов Е, () обеспечивает перемещение ,тележки 26 с кареткой 8 по оси абсцисс.

В результате регистрирующий орган вы-. черчивает на диаграммной ленте 33 функциональную зависимость Е = Г (E „ ).

Корректирующие следящие системы осуществляют коррекцию погрешностей основных следящих систем.

Таким образом, построение графопостроителя по предлагаемой схеме п озволяет снизить погрешности, возникающие при скачкообразных изменениях скорости . входного сигнала по крайней мере в 10 раэ по сравнению с соответствующими погрешностями прототипа.

Вторым важным преимушеством предлагаемого графопостроителя является значительно большее быстродействие, в осо- . бенности по координате У по сравнению с быстродействием устройства, принятого за прототип.

Повышение быстродействия обусловлено тем, что на тележке 26 отсутствуют ка-. кие-либо двигатели и связанные с ними механические передачи, что обеспечивает существенное уменьшение массы тележки

19 8 по сравнению с массой подвижной системы прототипа, которая (по координате У) со-. держит два двигателя и другие механичес кие узлы.

Снижение массы подвижных частей, перемещающихся по координате У, в предлагаемом графопостроителе достигнуто бла годаря введенной зубчатой передаче, обеспечивающей перемещение ползуна 20 с регистрирующим органом при вращении вала корректирующего двигателя, установленного вне тележки.

Снижение массы тележки, перемещающейся в предлагаемом графопостроителе по оси абсцисс, достигнуто благодаря то-. му, что на тележке отсутствуют какие -либо узлы, относящиеся к корректирующей ! следящей системе, а коррекция погрешностей осуществляется за счет перемещения йоси-. теля записи.

Построение графопостроителей по предлагаемой схеме обеспечивает. повышение точности и быстродействия, характеризуемое махсимальными погрешностями порядка 0,04% и 0,01% и скоростями регистрации 1 и 0,25 м/с соответственно.

Высокая динамическая точность предлагаемых графопостроителей позволяет осуществлять высокоточную запись не только медленно изменяющихся параметров, но и быстро протекающих процессов с частотным спекч ом порядка 50-100 Гц.

Повышение производительности и точности процесса регистрации измерительной информации позволяет существенно (в 510) раз сократить время проведения дорогостоящих научных экспериментов, что обеспечивает получение значительного технико-эк ономическ ого эффекта, По данным UHAM сокращение времени испытаний и снятия характеристик авиационных двигателей благодаря применению графопостроителей по предлагаемой схеме позволит получить технико-экономический эффект порядКа 200 тыс.рублей на 100 приборов за один год.

Формула изобретения

Графопостроитель, содержащий каналы записи входных сигналов по оси ординат и оси абсциСс, лентопротяжный механизм, преобразователь вращательного движения в поступательное, механически связанный с регистрирующим органом, каждый канал записи входных сигналов содержит основную и ко фектирующую следящие системы., 73591 причем основная следящая система содержит устройство сравнения и последователь» но соединенные усилитель и двигатель, м ханически связанный с регистрирующим органом и с обратным преобразователем, вМ-5 ход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с источникач входного сигнала, а корректирующая следящая система содержит устройство сравнения и последо- о вательно соединенные усилитель и двигатель, механически связанный с обратным преобразователем, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, отличающийся тем, что, с 1у целью повышения динамической точности и быстродействия, в- него введена зубчатая передача и в каждый канал записи входных сигналов введены три интегро-ди ференцирующих звена, входы первого и вто рого интегрс -дифференцирующих звеньев соединены с выходами устройств сравнения основной и корректирующей следящих сиотем соответственно, выходы первого и второго интегро-дифференцируюших звеньев 2i соединены с входами усилителей основной

9 10 и корректирующей следящих систем coom ветственно, нход первого интегро-дифференпирующего звена соединен с входом третьего интеграл -дифференцируюшего звена, выход которогс соединен со вторым входом устройства сравнения корректирующей сле» дящей системы, зубчатая передача механически соединена с преобразователем вращательного вдвижения в поступательное и с двигателем корректирующей следящей системы канала записи входных сигналов по оси ординат, а двигатель. корректирующей следящей системы канала записи входных сигналов по оси абсцисс механически соединен с лентопротяжным механизмом.

Источники информации, принятые во;внимание при эксцертизе

1. Котченко, Следящие системы автоматических компенсаторов, П., "Недра, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 579596, кл. G05 В 11/00, 1974.

3. Марголин Ш. М. дифференциальный электропривод, М., "Энергия:,- 1975, с. 163, рис.. 4-26.

4. Патент США № 3.449.754, кл. 346-29, 10.06.69 (прототип). 73591 9

Составитель В, Костин

Редактор Т, Иванова Техред А. Яеианская Корректор Л. Гриценко

Заказ 2411/32 Тираж 801 Подписное

Ш1ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб.,д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4