Фазовая следящая система с комбинированным управлением

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 746423 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 05.04.78 (21) 2604989/18-24 (51) М, Кл. с присоединением заявки N

G 05 В 19/16

Государстееииый комитет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 62 — 50 (088.8) Опубликовано 07.07.80. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 07.07.80 по делам изобретений и открытий (72) Ав.торы изобретения

В. П. Нещеретов, Г. А. Пурвин и Н. К. Лычагин (71). Заявитель (54) ФАЗОВАЯ СЛЕДЯ1ЦАЯ СИСТЕМА С КОМБИНИРОВАННЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к системам программного управления и предназначено для точного

i управления положением рабочего органа за . счет выделения и введения в закон регулирования сигнала пропорционального скорости задаю5 щего воздействия (скорости изменения фазы) в фазовых системах числового программного управления с магнитной лентой.

Известно устройство, реализующее способ получения скоростного сигнала с магнитного носителя, содержащее последовательно соединенные усилитель и фазовый дискриминатор, другой вход которого через линию задержки подключен к выходу усилителя, в котором скоростной сигнал получают в виде напряжения,,пропорционального разности фаз между сигналом, считанным непосредственно с ленты, и сигналом, задержанным по времени 11).

Однако это устройство не может быть реализовано для современных промышленных систем программного управления, так как сдвиг межау сигналом, считанном с ленты и задержанным должен быть не менее полупериода изменения данных сигналов. При опорных частотах, принятых в промышленных системах программного управления, этот сдвиг должен составлять 4-5 мкс.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является фазовая следящая система с комбинированным управлением 12), содержащая последовательно соединенные фазовый дискриминатор, усилитель-сумматор и исполнительный двигатель, выход. которого связан с блоком скоростной обратной связи и датчиком положения, выходы которых соединены соответственно с первым входом усилителя-сумматора

° .. и первым входом первого фазового дискриминатора, а также задатчик, первый выход которого подключен к входу датчика положения и преобразователь "частота-напряжение", выход которого соединен со вторым входом усилителя сумматора (2) .

Недостатком известной системы является малая динамическая точность.

В данной системе скоростной сигнал получается в виде разности двух напряжений пропорциональных частотам сигналов управляющего и опорного каналов, полученных путем

746423

3 преобразования частот этих сигналов в две серии нормированных по амплитуде и длительности треугольных импульсов, с последующим выделением из каждой серии импульсов постоянной составляющей.

Поскольку скоростной сигнал выделяется как разность двух приблизительно равных напряжений, точность выделения этого сигнала невелика.

Цель изобретения — повышение точности системы путем повышения точности выделения сигнала, пропорционального скорости задающего воздействия в фаэовой системе программного управления.

Это достигается тем, что в систему введены вычитатель частот, первый и второй блоки выделения девиации частоты, первый и второй формирователи импульсов, генератор импульсов, три триггера, причем первый и второй входы преобразователя "частота — напряжение" подклюины соответственно к первому и второму выходам вычитателя частот, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков выделения девиации частоты, а первый и второй выходы эадатчика соответственно через первый и второй 5 формирователи импульсов подключены к первым входам первого и второго выделителей девиации частоты, выход второго формирователя импульсов соединен со вторым входом первого фазового дискриминатора, а первый и второй выходы генератора импульсов соединены соответственно с входами первого и второго триггеров, выходы которых подключены к вторым входам первого и второго блоков выделения девиации частоты, третьи входы которых соединены с выходом третьего триггера, а его вход— . с выходом второго триггера, причем каждый блок выделения девиации частоты содержит второй фазовый дискриминатор, первый вход которого подключен к первому входу блока, а первый и второй выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, а их выходы — с первым и вторым входами сумматора, выход которого через делитель частоты соединен с вторым входом второго фазового дискриминатора и выходом блока, а третий вход сумматора и вторые входы элементов И подключены соответственно ко второму и третьему входам блока.

На чертеже приведена функциональная схема

50 фазовои системы программного управления.

Фаэовая система состоит из задатчика 1, выполненного в виде механизма 2 ввода программы, магнитного носителя, например, ленты, с программой 3, считывающих головок рабочего

55 канала 4 и опорного канала 5, первого формирователя импульсов опорного канала 6, второго формирователя импульсов рабочего канала 7, первого фазового дискриминатора 8, усилителя4 сумматора 9, исполнительного двигателя 10, блока 11 скоростной обратной связи, датчика

12 положения, первого блока 13 выделения девиации частоты опорного канала, состоящего вз второго фазового дискриминатора 14, первого элемента 15 И, второго элемента 16 И, сумматора 17 и делителя 18 частоты, второго блока

19 выделения девиации частоты рабочего канала, состоящего иэ второго дискриминатора 20, первого элемента 21 И, второго элемента 22

И, сумматора 23 и делителя 24 частоты, первого триггера 25, второго триггера 26, третьего триггера 27, генератора 28 импульсов, вычитателя 29 частот, преобразователя 30 „частота-напряжение", входной цепи 31 усилителя-сумматора.

Формирователь 6 импульсов, первый блок выделения девиации частоты 13 образуют опорный канал, а формирователь 7 и второй блок

19 выделения девиации частоты образуют рабочий канал системы.

Коэффициенты деления делителей 18 и 24 частоты одинаковы и численно равны цене периода фазы сигнала, поступающего с фазовращательного задатчика 1.

Фазовая следящая система работает следующим образом.

Информация о задающем воздействии на систему записывается на магнитной ленте 3 в виде изменения начальной фазы напряжения рабочей дорожки:

Ор= U Sin 2Я tfo+ fp()+ Хп(1)1 (1) относительно фазы напряжения дорожки опорного канала

Uo= 0 $1п 2Я 1о + п ® J, (2) где U>, Uo — напРЯжениЯ Рабочего и опоРного каналов соответственно;

1о — опорная частота;

1 (т) — девиация частоты, пропорциональная скорости задающего воздействия;

fn(t) — девиация частоты от нестабильности задающего генератора записывающей аппаратуры и нестабильности скорости лентопротяжных механизмов записывающей и воспроизводящей аппаратуры.

Рассмотрим случай отсутствия девиации частоты от помех в сигналах рабочего и опорного каналов f„(t) =О.

В исходном состоянии задающее воздействие на систему отсутствует, т. е. тр(1) =О, частоты сигналов рабочего и опорного каналов фаэовращательного задатчика 1 равны, фазы напряжений, поступающих на первый фазовый дискриминатор 8 через формирователь 7 с фазовращательного задатчика 1 и датчика 12 положения, индукторная обмотка которого питается напря5 746423 жением опорного сигнала фазовращательного Из синусоидального напряжения канала рабозадагчика 1, находятся в согласованном состоя- чего сигнала -на выходе усилителя 4 формировании, выходной сигнал фазового дискриминато- тель 7 ф тель формирует прямоугольные импульсы, ра 8 равен нулю, и система находится в 1токое. длительность которых ра н ьность которых равна половине периода

Если системе задано движение, то f (,t) = О, р()= напряжения на выходе усилителя 4. Эти импульчастота сигнала рабочего канала станет неравной сы подаю ся н сы подаются на первыи вход фазового дискричастоте сигнала опорного канала, спустя некото- мин o 20. H минатора . а второй вход этого фазового выявит азность дискриминатора подаются прямо -,о т разность фаз между сигналом рабочего пульсИ с выхода делителя 24, причем длительканала фазовращающего задатчика 1 и выход- 1О ность этих импульсов равна половине периода ным сигналом датчика 12 положения и выделит следованйя их. напряжение, пропорциональное этой разности г сигнала из синусоидальфаз. Напряжение с выхода первого фазового ного импульса с выхода у льса с выхода усилителя 5 формиродискриминатора 8 складывается на входных ватель 6 формирует прямоугол нь формирует прямоугольные импульсы, цепях 31 усилителя-сумматора 9 с выходным 1ч длительность которых равна половине периода напряжением блока 11 скоростной обратной напряжения на выходе усилителя 5. Эти импульсвязи и выходным напряжением преобразова- сы поступают на первый вход фазового диск ителя "частота-напряжение" 30, усиливается уси- минатора 14. На второй вход этого фазового дилителем 9 и подается на яко ь исполнительного р сполнительного скриминатора подаются импульсы с выхода делидвигателя 10. Исполнительный вигатель двигатель 10 теля! 8. В исходном состоянии частота и фаза вращается так, что частота напряжения на выхо- этих импульсов равны частоте и фазе импульде фазовращающего датчика 12 положения ста- сов на выходе делителя 24. Предположим, что нет равной частоте сигнала рабочего канала.

И при отсутствии задающего воздействия f (т)=0 звестно, что мгновеннаи скоРость задающе- и помех " 0 в " а„н го воздействия фазовращающего задатчика про25 тоты следования импульсов на выходах делижении (1) а среднее значение ее пропорционально отношению приращения фазы напряжеканала f . Тог а ния U,âû Bàííîå дев ацией f (t), ко времен ервый слу ай, когда фазы импульсов, постув течейие которого произошло это приращение фазы.

ЗО ров 14 и 20 находится в согласованном состоянии.

Из уравнения (1) видно, чго напряжение рабочего канала наряду с полезной девиацией

f„(t) содержит девиацию частоты 1„(т), вызванную помехами Нап яжение опо ного канала фазовращательного задатчи а (2) так же имеет девиацию частоты от помех. Так как условия чего сигнала подаются запи а записи и воспроизведения рабочего и опорного сигналов на магнитной лен ф т ой ленте фазовращающего на вторые входы этих элементов с выхода триггера 27 не пройдут на входы сумматоров задатчика 1 одинаковы, то девиация частоты, б

17 по каналу опорного сигнала и сумматоров о условленная помехами, в выражениях (1) и по каналу рабочего сигнала и на выход (2) одинакова, то длЯ полУчениЯ алгоРитма " б т и „о ть имп уцут проходить импульсы только с третьих скоростного сигнала следует выделить девиа- входов. цию частоты в напряжении рабочего канала; выделить девиацию частоты в напряжении опорно- На третьи входы сумматоров 17 и 23 лого канала; вычесть из девиации частоты напря- ступают импульсы одинаковой частоты и жения рабочего канала девиацию частоты опор- сдвинутые на 90 относительно друг друга. ного канала; полученную разность девиаций Следовательно, при отсутствии импульсов на частот преобразовать в постоянное напряжение. остальных входах "этих схем, частота"импульДевиация частоты сигнала рабочего канала сов на выходах сумматоров 17 и 23 б дет фазов а ф р щаю цего задатчика выделяется блоком одинакова. Импульсы с в 17 мпульсы с выхода сумматора

19, а опорного — блоком 13, причем, выделе- поступают на вход делителя 18 и на первый ние девиации частот сигналов как рабочего, вход вычитателя частот, а импульсы с выхо29, так и опорного каналов осуществляется с да схемы 23 — на вход делителя 24 и второй помощью общих для обоих каналов элементов вход вычитателя частот 29. Т т . ак как частоты и . Рабога обоих блоков одинакова. импульсов на обоих входах вычитателя частот

Перед включением схемы в работу делителя 29 одинаков одинаковы, то на выходах этого блока им18 и 24 устанавливаются в одинаковое (нулевое) пульсы отсутствуют, на входы преобразователя состояние известным способом. "частота-напряжение" 30 ничего не поступает

6423

7 74 и на выходе его нулевой сигнал. С другой стороны, количество импульсов, поступающих на входы делителей 18 и 24, осталось одинаковым и неизменным, следовательно, фазы импульсов на выходах этих делителей тоже остались неизменными. Второй случай, когда фазы импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и ?О не согласованы. При отсутствии задающего воздействия и помех в сигналах рабочего и опорного каналов разность фаз импульсов на первом и втором входах фазовых дискриминато.ров 14 и 20 будет одинакова.

Допустим, полярность разности фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и

20 такова, что импульсы рассогласования появляются на выходах, соединенных со входами элементов 15 и 21 И.

На вторые входы этих элементов подаются импульсы высокой частоты с выхода триггера

27. В результате, на выходах элементов 15 и

21 появятся пачки импульсов. Количество импульсов в обеих пачках одинаково и пропорционально разности фаз импульсов на входе каждого из фазовых дискриминаторов 14 и 20. Пачка импульсов с выхода элемента 15 И подается на первый вход сумматора 17, а с выхода элемента 21 И вЂ” на первый вход сумматора 23.

Таким образом, на время прохождения указанных пачек импульсов через сумматоры 17 и

23 частоты следования импульсов на их выходах увеличиваются. С некоторым сдвигом во времемени увеличиваются частоты импульсов на выходах делителей 18 и 24. Следовательно, сдвиги фаз импульсов на вторых входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 будут уменьшаться и ко времени прохождения пачки импульсов с выходов элементов 15, 21 И через делители 18 и

24 фазы импульсов на входах фазовых дискри минаторов 14 и 20 достигнут согласованного состояния.

Поскольку количество импульсов в пачках, поступивших на первые входы сумматоров 17 и 23, одинаково, и пачки эти на обе схемы приходят одновременно, то, частоты следования импульсов на выходах сумматоров 17 и 23 одинаковы в любой момент времени, следовательно, частоты импульсов, поступающих на входы вычитателя частот 29 равны„на его выходах импульсы отсутствуют, на входы преобразователя "частота-напряжение" 30 ничего не поступает и скоростной сигнал отсутствует.

Если начальная разность фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 имеет противоположный знак, то импульсы раосогласования появляются на вторых выходах указанных фазовых дискриминаторов.

Эти Импульсы поступа1от на первые входы элементов 16 и 22 И соответственно. Пачки импульсов с выхода элемента 16 И поступают на второй вход сумматора 17, а с выхода эле мента 22 И вЂ” на второй вход сумматора 23.

В результате, частоты импульсов на выходах сумматоров 17 и 23 уменьшаются на одну и ту же величину. Это приводит к изменению фазы импульсов на выходах делителей 18 и 24 так, чтобы начальные разности фазы импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 стали равными нулю. Так как частоты импульсов, поступающих на оба входа вычитателя частот 29 одинаковы, то на его выходе импульсов нет, на вход преобразователя 30 ничего не поступает и напряжение на его выходе, пропорциональное скоростному сигналу, равно нулю.

Рассмотрим случай появления девиации частоты от помех в сигналах рабочего и опорного каналов при отсутствии задающего воздействия, т. е. f„(t) ф О, à f (t) = О. В этом случае от девиации частоты f„(t) начнет нарастать разность фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20.

Так как девиащ1я частоты от помехи f„(t) в обоих каналах одинакова, то и разность фаз импульсов на обоих входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 будет нарастать синхронно и синфазно. Возникновение одинаковой разности фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20, как и при наличии начального сдвига фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20, вызовет изменение частоты импульсов на выходах сумматоров 17 и 23 на одну и ту же величину hf(t), которая с некоторым сдвигом во времени будет следовать за девацией fz(t), за счет чего будут компенсироваться сдвиги фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20. Так как частоты импульсов на обоих входах вычитателя

29 частот равны, то и в этом случае напряжение на выходе преобразователя 30 равно нулю.

Если не выполняется предположенное выше равенство частоты f o в уравнениях (1) и (2) частотам f, f2 на выходах делителей 18 и 24 в исходном состоянии, причем, в исходном состоянии 1, = 1г, то наличие разности (fo fa) = (о — 1г) равносильно наличию девиации частоты (fo — f1) в сигналах рабочего и опорного каналов одновременно. Этот случай рассмотрен выше при условиях

f„(t)70, f (t)=0.

Работа устройства при наличии в сигнале рабочего канала девиации частоты от управляющего воздействия и помех, а в сигнале опорного канала — девиации частоты от помех происходит следующим образом.

В исходном состоянии f fq = fq, В этом случае изменение частоты следования импуль23 10 но соединенные первый фазовый дискриминатор, усилитель-сумматор и исполнительный двигатель, выход которого связан с блоком скоростной обратной связи и датчиком положения, выходы которых соединены соответственно с первым входом усилителя-сумматора и первым входом первого фазового дискриминатора, а также задатчик, первый выход которого подключен к входу датчика положения и преобразователь "частота-напряжение", выход которого соединен со вторым входом усилителя-сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены вычитатель частот, первый и второй блоки выделения девиации частоты, первый и второй формирователи импульсов, генератор импульсов, три триггера, причем первый и второй входы преобразователя "частота-напряжение" подключены соответственно к первому и второму выходам вычитателя частот первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков выделения девиации частоты, а первый и второй выходы задатчика соответственно через первый и второй формирователи импульсов подключены к первым входам первого и второго выделителей девиации частоты, выход второго;формирователя

Ыпульсов соединен со вторым входом первого фазового дискриминатора, а первый и второй выходы генератора импульсов соединены соответственно с входами первого и второго fpHlгеров, выходы которых подключены к вторым входам, первого и второго блоков выделения девиации частоты, третьи входы которых соединены с выходом третьего триггера, а его вход— с выходом второго триггера.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок выделения девиации частоты содержит второй фазовый дискриминатор, первый вход которого подключен к первому входу блока, а первый и второй выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, а их выходы— с первым и вторым входами сумматора, выход которого через делитель частоты соединен со вторым входом второго фазового дискриминатора и выходом блока, причем. третий вход сумматора и вторые входы элементов И подключены соответственно ко второму и третьему входам блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 147885, кл. G ОБ 8 19/16, 04.07.61.

2. Авторское свидетельство СССР У 318016, кл. G ОБ 8 11/06, 23.04.70 (прототип).

Формула изобретения

1. Фазовая следящая система с комбиниро55 ванным управлением, содержащая последователь9 7464 сов на выходе сумматора 23, вызванное пали чием в сигнале рабочего канала девиации . частоты

fp(t) + f (t) будет равно величине fp(t) + f„(t), а измене- 5 ние частоты на выходе сумматбра 17, вызванное девиацией частоты сигнала опорного канала

f„(t) будет равно величине f„(t). Следовательно,, на первый вход вычитателя частот 29 поступят импульсы с частотой 10 р (t) п(т) (3) а на второй — с частотой

fò + f„(t) (4) где тт частота импульсов на выходе триггеров 25 и 26.

На одном из выходов вычитателя частот 29 в зависимости от знака разности f, — f2 - появятся импульсы с частотой

f2 т п (t) п (t) т п(т) fp(t)

Эти импульсы подаются на соогветствующий

- вход преобразователя 30 "частота-напряжение"

30 и на выходе этого преобразователя появляется напряжение пропорциональное fp (t) .

Если учесть, что управляющее воздействие на фазовую следящую систему пропорционально из25 менению начальной фазы 1 р сигнала рабочего канала (1) относительно сигнала опорного канала (2), а указанная фаза пропорциональна р 1 где к — коэффициент пропорциональности

ЗО то величина 1 (т) пропорциональна скорости задающего воздействия, следовательно, напряжение на выходе преобразователя 30 "частота-напряжение" пропорционально скорости задающего воздействия. 35

Это напряжение подается на входные цепи

31 усилителя-сумматора 9.

Триггеры 25, 26 введены в схему для создания сдвига во времени для импульсов, поступающих от генератора 28 на входы сумматоров 40

17 и 23, на 90 для обеспечения надежной работы вычитателя 29 частот.

Использование предлагаемой фазовой системы с комбинированным управлением в отраслях народного хозяйства, насыщенных техникой с 45 программным управлением, позволит повысить точностные и качественные характеристики станочного парка и тем самым ликвидировать доводочную технологию для особоточных деталей. Экономия от применения предлагаемой системы только 50 на станках с ПУ предприятий отрасли составит около 200 тыс. руб.