Цифровая следящая система управленияперемещением об'екта

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП И -С Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свыд-ву (22) Заявлено 1Х0379 (2! ) 2736043/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубл :ковано 230181. Бюллетень Йо 3

Дата опубликования описания 230181 (51)М К, 3

G 05 В 19/403

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) VQK 621. 503. 55 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.Ì.Ùeðáà÷åíêo и Ю.И.!Орлов (71) Заявитель

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения AH СССР (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к автоматическому регулированию и .Управлению и может быть использовано, например, в устройствах позиционирования станков с программным управлением, прецизионных координатно-измерительных .устройств и фотопостроителях, в которых выходной сигнал датчика перемещения представлен в частотно-импульсной форме. 1Î

Известна цифровая следящая система управления перемещением, в которой физическое перемещение объекта фиксируется при помощи информации 15 реверсивного счетчика, содержащая реверсивный счетчик, операционный усилитель, преобразователь скорости перемещения объекта в постоянное напряжение, схему формирования управ- 20 ляющего сигнала с усилителем мощности, исполнительное устройство, объект регулирования и частотный датчик. Счетчик заполняется или освобождается при помощи направленно ориен- 25 тированных импульсов. Информация, записанная в счетчике, управляет операционным усилителем, чтобы обеспечить индикацию о положении объекта относительно нулевой точки 111 . ЗО

Известна также цифровая управляющая система с цифровым управлением, устанавливающая в определенное положение подвижной элемент и содержащая схемы сравнения счетных импульсов, в которые входят кольцевые регистры, принимающие входные дискретные сигналы от датчика, характеризующие требуемое положение устройства и сигналы обратной связи, характеризующие действительное положение объекта. В этих схемах арифметические комбинации входных сигналов компенсируются в зависимости от требуемого позиционного смещения и с помощью сигналов обратной связи вырабатываются сигналы, управляющие положением объекта (2J.

Однако системы имеют недостаточную точность и быстродействие.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является цифровая следящая система управления перемещением, содержащая программное устройство, блок программируемой частоты, цифровой интегратор, фиксирующий величину рассогласования, преобразователь ощибки рассогласования в частоту следования импульсов, компаратор частот, сравнивающий часToTHbIA сигHcUI пропорциональный

798726 ошибке рассогласования системы, с программируемой частотой, второй цифровой интегратор, соединенный с компаратором частот и частотным датчиком перемещения объекта и подключенный ко второму преобразователю 5 код-частота. Выход последнего подключен к усилителю, соединенному через исполнительное устройство с объектом перемещения (3).

Недостаток системы — низкое быст- )g родейстние, которое вызвано тем, что перемещение объекта происходит не в режиме разгон-торможение с максимально допустимым управляющим сигналом для исполнительного элемента, а формируется в цифровом интеграторе, фиксирующим в любой момент времени разность числа импульсов, прошедших от компаратора частот импульсон, поступивших от частотного датчика перемещения обьекта, т.е. н линейном режиме.

Цель изобретения — повышение быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что н цифровую следящую систему управления перемещением объекта, содержащую последовательно соединенные первый усилитель, исполнительное устройство, объект упранления и частотный датчик перемещения, знаковый и информационный ныходы которого соединены управляющим и счетным входами первого цифрового интегратора, подключенного информационными и знаковыми входами к выходам программногоз5 блока, а информационными выходами ко входам первого преобразователя код-частота, соединенного выходом с первым входом компаратора частот, и второй интегратор, подключенный информационными выходами ко входам второго преобразователя код-частота, введены три преобразователя частоты в постоянное напряжение, формирователь максимальногo управляющего сигнала и последовательно соединенные элемент ИЛИ, первый элемент HE u первый элемент И, выход которого подключен к счетному входу второго цифрового интегратора, а второй вход — к выходу первого преобразователя код-частота и к первому входу первого преобразователя частоты в постоянное напряжение, соединенного вторым входом с первыми входами второго и третьего преобразователей частоты н постоянное напряжение и с выходом первого элемента НЕ, а третьим входом — с управляющим входом второго и со знаковым выходом первого цифровых интеграторов и с первым входом формирователя максималь- 60 ного управляющего сигнала, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому и второму выходам компаратора частот, первый и торой выходы — к первому и второ- Я му входам, соответственно, первого усилителя, а четвертый вход — к знаковому выходу частотного датчика перемещения, второй и третий нходы второго преобразователя частоты в постоянное напряжение соединены, соответственно, со знаковым и информационным выходами частотного датчика перемещения, второй и третий вхо>ды третьего преобразователя частоты н постоянное напряжение — с информационными входами второго цифрового интегратора и второго преобразователя код-частота, соответственно, а выходы первого, второго и третьего преобразователей частоты в постоянное напряжение — с третьим, четвертым и пятым входами первого усилителя, причем информационный выход часг,. тотного датчика перемещения, входы и выход элемента ИЛИ подключены, соответстненно, ко второму входу компаратора частот, к информационным выходам старших разрядон первого цифрового интегратора и к пятому нходу формирователя максимального упранляющего сигнала и тем, что формирователь максимального управляющего сигнала содержит элементы

И-ИЛИ, первые входы которых соединены, соответственно, со вторым и третьим входами формиронателя, вторые входы — с выходами вторых элементов

НЕ, а выходы . — со входами триггера, подключенного прямым выходом с первыми входами вторых элементов И, вторые входы которых соединены с пятым входом формирователя, а выходы — со входами соответствующих третьих элементов НЕ, выход одного иэ которых непосредственно, а выход другого через второй усилитель подключены ко второму и первому выходам формирователя, первый вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И и через четвертый элемент НŠ— с первыми входами пятого и шестого элементов И, четвертый вход формирователя подключен ко вторым нходам четвертого и пятого элементов И и через пятый элемент НŠ— ко вторым входам третьего и шестого элемента

И, а выходы третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И соединены со входами соответствующих вторых элементов HE.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы, на фиг. 2 — схема первого преобразователя код-частота, компаратора частот н формирователя максимального управляющего сигнала, на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип работы системы.

Цифровая следящая система регулирования содержит программный блок 1, информационный 2 и знаковый 3 выходы частотного датчика 4 перемещения объекта 5, выходы 6, 7 компаратора

798726

8 частот, знаковый выход 9 и информационные выходы 10 первого 11 цифро.— вого интегратора, второй 12 цифровой интегратор, выход 13 первого элемента ИЛИ 14, первый элемент

НЕ 15, первый элемент И 16, первый

17 и второй 18 преобразователи, первый 19 и второй 20 выходы формирователя максимального управляюще го сигнала 21, второй 22, первый 23 и третий 24 преобразователи частоты в постоянное напряжение, первый усилитель 25 и исполнительное устройство 26.

На фиг. 2 изображены генератор

27 импульсов и управляемые делители

28 частоты преобразователя :7, элементы НЕ 29 и делители 30 частоты компаратора 8 частот, вторые и третьи элементы HE 31, вторые элементы И 32, элементы И-ИЛИ 33, .триггер 34, второй 35 усилитель, пятый 36 и четвер- Щ тый 37 элементы HE и третий 38, пятый 39, четвертый 40 и шестой 41 элементы И формирователя 21.

На фиг. 3a — фазовые траектории системы, на фиг. Зб — управляющий р5 сигнал на выходе 13 элемента ИЛИ 14 диаграммы (фиг.3 н и г) отражают характер изменения максимально допустимого управляющего сигнала на выходе усилителя 26 при рассогласованиях объекта — 5 и S, на фиr. Зд — диаграмма напряжения на выходе преобразователя 23 н зависимости от рассогласования, фиксируемого интегратором 11 в зоне So, 35

Система работает следующим образом.

Блок 1 формирует в прямом позиционном коде величину рассогласования и записывает его н интегратор 11 со @> знаком, характеризующим величину рассогласования относительно исходного положения объекта 5. Значение величины рассогласования преобразуется с помощью преобразователя 17 в частоту следования импульсов, пропорциональную величине рассогласования. Частота F преобразователя 17 поступает на компаратор 8. Значение частоты опрецеляется из выражения

Fo 5Î

Fq =—

Bu з где F - частота следования импульсов генератора 27; N< — число, соответствующее ошибке рассогласования,  — основание системы счисления ин- у тегратора 11; п — число информационных разрядов интегратора 11.

Компаратор 8 сравнивает частоту

F с частотой Р, датчика 4 и, если частота F< больше частоты F, форми- 46 рует на выходе б импульсные сигналы с частотой F< jl0. Если частота Г, больше частоты F то импульсные сигналы с частотой F /10 формируются на выходе 7 компаратора 8. 45

Если значение рассогласования S превышает значение S то элемент

ИЛИ 14 формирует сигнал, разрешающий работу формирователя 21, а выходной сигнал элемента HE 15 запрещает поступление счетных импульсов на вход интегратора 12 и запрещает работу преобразователей 22, 23 и 24, ныходное напряжение которых равно нулю.

Рассмотрим формирование сигналов для управления исполнительным элементом н случае, когда значение рассогласования объекта 5 равно — S, при (S2/ >/So/, а скорость объекта равна нулю.

B момент записи кода рассогласонания в интегратор 11 частота на выходе преобразователя 17 ниже частоты

Р, соотнетстнующей реальной скорости. перемещения объекта. Выходной сигнал усилителя 25, управляющий исполнительным элементом, соответствует максимально допустимому для данной системы. Объект перемещения начинает приближаться к точке позиционирования с максимально допустимой скоростью, причем скорость движения объекта возрастает. B некоторый момент, когда частота F превышает частоту и происходит переключение тригreра 34, выходной сигнал усилителя 26 изменяет знак, но значение управляющего сигнала остается по-прежнему максимальным. Объект 5 начинает тормозиться с максимально допустимым ускорением, при этом частота датчика 4 начинает падать.

Когда частота Р, датчика 4 станет меньше Е происходит повторное вклю- чение управляющего сигнала, обеспе— чинающего разгон объекта 5 с максимальным ускорением. Такой режим управления объектом существует до тех пор, пока значение рассогласования не становится меньше значения Б . о.

В общем случае значение знаков рассогласования S и направления cKQ» рости U, а также соотношений частот и F могут быть различны.

При любом соотношении знаков рассогласования и скорости сигнал формирователя 21 заставит объект 5 переместиться в зону /S<>/ . В момент вхождения объекта перемещения в зону выходной сигнал элемента ИЛИ 14 отключает от входа усилителя 25 управляющие сигналы формирователя

21, а сигнал элемента НЕ 15 разрешает поступление через элемент И 16 импульсов преобразователя 17 на вход интегратора 12, а также разрешает работу преобразователей 22, 23 и 24.

В этом случае сигнал управления устройством 26 равен сумме трех составляющих

U=U+U+Uэ, "Ф, где U< = K< (N+- j F+dt) - выходное напряжение преобразователя 23, пропор798726

Формула изобретения

1. Цифровая .следящая система управления перемещением объекта, содержащая последовательно соединенные первый усилитель, исполнительное устройство, объект управления и частотный датчик перемещения, знаковый и информационный выходы которого соединены с управляющим и счетным входами первого цифрового интегратора, подключенного информационными и знаковыми входами к выходам программного блока, а информационными выходами — ко входам первого преобразователя код-частота, соединенного выходом с первым входом компаратора частот, и втор эй интегратор, 50

60 б5 циональ ное ошибке рассогласования, U К 1(й - g F+dt) - выходное напряжение йреобразователя 24, пропорциональное интегралу ошибки рассогласования; U = K> F - выходное напряжение преобразователя 22, пропорциональное скорости движения объекта, и — число, соответствующее ошибке рассогласования, записанное в интегратор 11 от блока 1; К„, К, КЗ— коэффициенты пропорциональности.

Следовательно, в зоне рассогласования So система является системой с интегральным управлением, в которой управляющий сигнал на исполнительном элементе, пропорционален ошибке . рассогласования системы, ее производной и интегралу, а в таких системах статическая ошибка в установившемся регистре при отработке заданной величины рассогласования равна нулю.

Повышение быстродействия в предлагаемой системе достигается благодаря использованию двух режимов управления, один из которых является предельным управлением, а второй линейным. Предельное управление является наиболее выгодным, поскольку оно обеспечивает максимальное использование возможностей исполнительного двигателя и дает максимальное быстродействие. Однако система с предельным управлением неудовлетворительно работает вблизи положения равновесия.

Для обеспечения высокой точности и устранения автоколебаний в этой зоне в предлагаемой системе используется линейное управление.

Значение зоны линейного управления So выбирается меньше максимально возможного значения перемещения 5 о,.

Отработка э начений рассогласования, превышающих зону S, осуществляется в режиме разгон-торможение с максимально допустимым ускорением системы что позволяет перемещать объект с большой скоростью, затрачивая меньшее время на перевод объекта иэ одного положения в другое. подключенный информационными выходами ко входам второго преобразователя код-частота, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения быстродействия системы, в нее введены три преобразователя частоты в постоянное напряжение, формирователь максимальног:o управляющего сигнала и последовательно соединенные элемент

ИЛИ, первый элемент НЕ и первый элемент И, выход которого подключен к счетному входу второго цифрового . интегратора, а второй вход — к выходу первого преобразователя код-частота и к первому входу первого преобразователя частоты в постоянное напряжение, соединенного вторым входом с первыми входами второго и тре,тьего преобразователей частоты в

ЙЬстоянное напряжение и с выходом первого элемента НЕ, а третьим входом — с управляющим входом второго и со знаковым выходом первого цифровых интеграторов и с первым входом формирователя максимального управляющего сигнала, второй и третий входы которого г.одключены, соответственно, к первому и второму выходам компаратора частот, первый и второй выходы — к первому и второму входам, соответственно, первого усилителя, а четвертый вход — к знаковому выходу частотного датчика перемещения, второй и третий входы второго преобразователя частоты в постоянное напряжение соединены, соответственно, со знаковым и информационным выходами частотного датчика перемещения, второй и третий входы третьего преобразователя частоты в постоянное напряжение — с информационными выходами второго цифрового интегратора и второго преобразователя код-частота, соответственно, а выходы первого, второго и третьего преобразователей частоты в постоянное напряжение — с третьии, четвертым и пятым входами первого усилителя, причем информационный выход частотного датчика перемещения, входы и выход элемента,ИЛИ подключены, соответственно, ко второму входу компаратора частот, к информационныи выходам старших разрядов первого цифрового интегратора и к пятому входу формирователя максимального управляющего сигнала.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что формирователь максимального управляющего сигнала содержит элементы И-ИЛИ, первые входы которых соединены, соответственно, со вторым и третьим входами формирователя, вторые входы — с выходами вторых элементов НЕ, а выходы — со входами триггера, подключенного прямыи выходом к первым входам вторых элементов И, вторые входы которых соединены с пятым

798726

10 входом формирователя, а выходы — со входами соответствующих третьих элементов НЕ, выход одного иэ которых непосредственно, а выход другого череэ второй усилитель подключены соответственно ко второму и первому выходам формирователя, первый вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И и череэ четвертый элемент

НŠ— с первыми входами пятого и шестого элементов И, четвертый вход формирователя подключен ко вторым входам четвертого и пятого элементов

И и через пятый элемент НŠ— ко вторым входам третьего и шестого элементов И, а выходы третьего, четвертого, пятого и шестого эЛементов И соединены со входами соответствующих вторых элементов НЕ.

Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе

1. Патент США 9 3571685, кл. 318-603, опублик. 1974.

2. Патент США Р 3609497, кл. 318-670, опублик. 1975.

3. Патент США 9 3539896, кл. 318-571, опублик. 1972 (прототип).

7987 2б

Its

Составитель Н.Белинкова

Техред Т.Маточка Корректор A.Ãðèöåíêî

Редактор В.Еремеева

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10045/61 тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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