Цифровая система для позиционногорегулирования

 

Союз Советских

Социалистических.Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ Сви ИТИЛЬСТВУ 824147 (61) Дополнительное к ввт. саид-ву (22) Заявлено 270679 (21) 2786828/18-24

Р1 М g> э

G 05 В 19/18 с присоединением заявки HP

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 230481 Бюллетень 89 15

Дата опубликования описания 230481 (53) УДК 62-50 (088. 8) (72) Авторь1 изобретения

M. С. Бабицкий, В. Л. Барб аров, М. И. Грузенберг, В. В. Грицай, М. А, Каменев, И.Д. Розов, t0.3.фельдман и В.Й.Холодный

ГЯ;- ;,,„,,„ . Украинский государственный проектный ин $ тут " -" :1 Ы

"тяжпромэлектропроект" (71) Заявитель г

/ (54) ЦИФРОВАЯ системА для позиционного

РЕГУЛИРОВАНИЯ

Из обрет ение от носи тся к автоматическому управлению и регулированию электропривода и предназначено для точной отработки рабочим органом заданного перемещения.

Известна цифровая система автоматического регулирования, содержа- . щая последовательно соединенные устройство сравнения, триггер знака, .реверсивный счетчик, преобразователь код-аналог, суммирующий усилитель, привод и преобразователь аналогкод (1J .

Недостатком системы является невысокая точность позиционирования вследствие отсутствия эффективного торможения привода при отработке заданных перемещений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является по. зиционная система регулирования, содержащая сумматор, первый вход которого соединен с блоком задания перемещения, а второй вход — с выходом реверсивного счетчика импульсов, и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, блок регулирования и двигатель, вал которого механически связан с импульсным .датчиком положения, выход которого через формирователь импульсов соединен с входом реверсивного счетчика импульсов.

В этой системе для определения положения механизма служит реверсивный счетчик с блоком формирования импульсов, поступающих от датчика перемещенйя. Блок формирования им1О пульсов служит также для определения направления вращения. Полученное в сумматоре рассогласование между заданным и фактическим положением преобразуется s цифроаналоговом преобразователе в аналоговую величину и через нелинейный преобразователь подается иа вход аналоговой системы управления скоростью привода с подчиненным контуром регулирования тока электродвигателя $2J .

Однако устройство имеет невысокую точность, вызванную зависимостью погрешности позиционирования системы от нестабильности ее элементов.

Цель изобретения - повышение точ25 .ности систеьы.

Указанная цель достигается тем, что в нее введены последовательно . соединенные функциональный преобразователь, код»частота, блок ограничеЗ0 ния разностной частоты и интегратор, 824147 выход которого соединен со входом цифроаналогового преобразователя, причем выход формирователя импульсов подключен к второму входу блока ограничения разностной частоты, а выход сумматора - к входу функционального преобразователя код-частота.

При этом функциональный преобразователь код-частота содержит генератор эталонных частот, первый выход которого через первый и второй одноканальные ключи подключен к первому и второму входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения кодов и с информационным входом первого много-1э канального ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу первого блока сравнения кодов, а выход - к первому входу линейного преобразователя код-частота, второй вход 20 которого соединен с выходом второго многоканального ключа, третий вход— с вторым выходом генератора эталонных частот, а выход — с выходом преобразователя и через третий и четвер- 25 тый одноканальные ключи — соответственно с первым и вторым входом третьего реверсивного счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения кодов,,второй вход которого соединен с входом преобразователя, с вторым входом первого блока, сравнения кодов и с информационным входом второго многоканального ключа, первый выход — с управляющими входами второго и четвертого одноканальных ключей, а второй выход — с управляющими входами первого и третьего одноканальных ключей, причем второй выход первого блока сравнения кодов подключен к 40 управляющему входу второго многоканального ключа.

На фиг. 1 приведена блок-схема цифровой системы для позиционного регулирования, на фиг.2 — то же, 45 функционального преобразователя код-частота.

Система содержит блок 1 задания перемещения, сумматор 2, первый реверсивный счетчик 3 импульсов, функциональный преобразователь 4 кодчастота, блок 5 ограничения разностной частоты, формирователь 6 импульсов, интегратор 7, цифроаналоговый преобразователь 8, блок 9 регулирования, двигатель 10, импульсный датчик 11 положения. функциональный преобразователь код-частота содержит генератор 12 эталонных частот, первый-четвертый ключи 13-16 первый и второй много- ® канальные ключи 17 и 18, второй и третий реверсивные счетчики 19 и 20 импульсов, первый и второй блоки 21 и 22 сравнения кодов и линейный преобразователь 23 код-частота. 65

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе блока 1 задания перемещения код заданного положения Ьз равен нулю.

Первый реверсивный счетчик 3 импульсов и интегратор 7 наход тся в нулевом состоянии, сигнал задания скорости 0 на выходе цифроаналогового преобразователя 8 равен нулю и двигатель 10 электропривода находится в состоянии покоя.

Введенный в блок 1 задания hepeMeщения код заданного положения подается на первый вход сумматора 2. На выходе сумматора 2 возникает код рассогласованияЬ5 . Кодд5 подается на вход функционального преобразователя

4, на выходе которого при этом возникают импульсы, следующие с частотой величина которой пропорциональна коду ошибки. Импульсы частоты Е поступают на первый вход блока 5 ограничения разностной частоты. На его выходе .возникают импульсы, частота следования которых не превышает некоторого максимального значения Л f определяемого заданным темпом разгона электропривода. Вырабатываемыеблоком 5 импульсы суммируются в циф-. ровом интеграторе 7, выходная величина которого М„ преобразуется в цифроаналоговом преобразователе 8 и напряжение задания скорости U, которое подается на вход блока регулирования, управляющего скоростью двигателя 10.

При этом двигатель 10 начинает разгоняться, импульсный. датчик 11 перемещения начинает выдавать импульсы, частота следования которых пропорциональна скорости вращения п двигателя.

Эти импульсы через формирователь б импульсов подаются на второй вход блока 5 и являются сигналом обратной связи в цифровом контуре регулирования скорости.

Импульсы с выхода формирователя

6 импульсов подаются также на вход первого реверсивного счетчика 3 импульсов, производящего их алгебраи- ческое суммирование При этом код S Р на выходе счетчика 3 представляет собой фактическое поло>жние механизма и является сигналом обратной связи в цифровом контуре регулирования положения.

Разгон электропривода продолжается до тех пор, пока частота импульсов, поступающих с формирователя б не станет равной Гэ, а движение на установившейся максимальной скорости будет иметь место в том случае, если к моменту окончания разгона величина рассогласования по положению j S превышает некоторое значение аЬм, соответствующее максимальному значению задающей частоты fä,.

В процессе отработки заданного перемещения величина рассогласования

824147 по положению д5, а следовательно, и величина. задающей частоты f> уменьшаются. При достижении соотношения (f знак разностной частоты становится отрицательным и интегратор 7

3 Р работает в режиме вычитания импульсов. Код й„на выходе интегратора, а следовательно, и сигнал задания скорости U на выходе цифроаналогоаого преобразователя уменьшается и электропривод замедляется. При достижении величиной 5,„ значения равного

S рассогласование становится равным нулю и электропривод останавливается в заданном положении.

Реализацию оптимальной тахограммы торможения электропривода обеспечивает функциональный преобразователь код-частота, работающий следующим образом.

В исходном состоянии реверсивные счетчики 19 и 20 находятся в нулевом положении, а сигнал рассогласования

Д5 равен нулю. Г..ри этом на первом и втором выходе второго блока 22 сравнения кодов имеются нулевые сигналы, которые подаются на управляющие входы одноканальных ключей 13 и 14 и запрещают прохожцение импульсов эталонной частоты 1 с первого выхода генератора 12 на входы счетчика 19 На первом выходе первого блока 21 сравнения кодов имеется .единичный сигнал, открывающий многоканальный ключ 17, а на втором выхо де имеется нулевой сигнал, закрывающий многоканальный ключ 18. Так как код, записанный в реверсивном счетчике 19 М и код gS, поступающие через указанные многоканальные ключи на вход линейного преобразователя

23 код-частота, равны нулю, то на выходе последнего сигнал также равен нулю.

При появлении отличного от нулясигнала g S на втором выходе блока 22 возникает единичный. сигнал, открывающий одноканальный ключ 13, и на первый вход счетчика 19 поступают импульсы первой эталонной частоты

ff. С этого момента код N< на выходе счетчика 19 начинает увеличиваться. Этот код через многоканальный ключ 17 подается на вход преобразователя 23, в результате чего на выходе последнего возникают импульсы, следующие с частотой

2, d5 (4)

В дальнейшем, начиная с момента времени с, соотношение (4) сохраня20 ется при любом изменении кода Ь 5 относительно значения, зафиксированного в момент времени t. При увеличении кода gS работа блока аналогична, При уменьшении кода д5 единичный

25 сигнал появляется на первом выходе блока 22 и импульсы частот Г и поступают через одноканальные ключи

14 и 16 на вторые входы соответст- венно счетчиков 19 и 20, уменьшая

30 их содержимое, пока не достигается равенство Q S = N .

В процессе торможения, при уменьшении кода рассогласования д S, задающая частота снижается в соответствии с выражением (4). При этом скорость электропривода изменяется линейно во времени с постоянным заданным замедлением. Такой процесс торможения происходит до тех пор, пока величина рассогласования gS не станет меньше кода и на выходе счетчика 19. С

1 этого момента времени на втором выходе блока 21 появляется единичный а на первом — нулевой сигнал, благодаря чему на вход линейного преобра45 зователя 23 код-частота подается код д5, а задающая частота f> изменяется пропорционально коду д5 в соответствии с выражением

50 — d+ ° (5)

5 к

Переход с параболического на линейный участок характеристики функционального преобразователя код-частота обеспечивает высокое качество переходного процесса системы, а, следовательно, и точность позиционирования. При достижении величиной

S значения, равного S „ величина рассогласования становится равной Р нулю и электропривод останавливается.

Такнм образом, предлагаемая циф ровая система позиционного регулирования обеспечивает высокую точность позиционирования при оптимальной тахограмме торможения электропривоца.

Ng

) где f - — вторая эталонная частота, К вЂ” регулируемый коэффициент, линейно возрастающий во времени.

Импульсы частоты Г поступают через одноканальный ключ 15 на первый вход счетчика 20, выходной код которого N также начинает увеличиваться. В момент времени t, когда достигается равенство кодов:N2 и д S I на втором выходе блока 22 появляется нулевой сигнал и подача импульсов .частоты f на первый вход счетчика

19 и частоты f> на первый вход счетчика 20 прекращает .я. При этом в счетчике 19 фиксируется число

N, f4 t (2) а в счетчике. 20 число

Ь й2 6 3 2 (3)

Совместное решение уравнений (1)(3) дает

824147

& случае применения системы, обладающей высоким быстродействием и повышенной точностью позиционирования, например в металлургическом приводе .нажимных винтов клетей, либо в системах безупречной подачи проката под порезку, значительно повышаются производительность оборудования в целом при высокой экономии металла, что дает значительный технико-экономический эффект.

Формула изобретения

1. Цифровая система для позиционного регулирования, содержащая сумматор, первый вход которого соединен с блоком задания перемещения, а вто.рой вход — c выходом первого реверсивного счетчика импульсов, и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, блок регулирования и двигатель, вал которого механически связан с импульсным датчиком положения, выход которого через формирователь импульсов соединен с входом первого реверсивного счетчика импульсов, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены последовательно соедйненные функциональный преобразователь код-частота, блок ограничения разностной частоти и интегратор, выход которого соединен. do входом цифроаналогового преобразователя, причем выход формирователя импульеов подключен к второму входу блока ограничения разности частоты, а выход сувеаатора - к входу функционального преобразователя код-частота.

2. Устройство rto п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что функциональный преобразователь код-частота со-. держит генератор эталонных частот, первый выход которого через первый и второй одноканальные ключи подключены к первому и второму входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения кодов и с информационным входом первого многоканального ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу первого блока сравнения кодов, а выходк первому входу линейного преобразователя код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго многоканального ключа, третий вход— с вторым выходом генератора эталонI5 ных частот, а выход — с выходом преобразователя и через третий и четвертый одноканальные .ключи — соответственно с первым и вторым входом третьего реверсивного счетчика

20 импульсов, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с входом преобразователя, с вторим входом первого блока сравнения кодов и с информационным входом второго многоканального ключа, первый выход — с управляющими входами второго и четвертого одноканального ключей, а второй выход — с управлякщими входами первого и третьего одноканальных ключей, причем второй выход первого блока сравнения кодов подключен к управляющему входу второго многЬканального ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство, СССР

М546855, кл. Ci 05 В 19/20, 1973.

2. Гарнова В.К. и др. Унифицировачные системы автоуправления элект40 роприводом в металлургии. М., "Металлургия", 1977, с. 98 (прототип).

824147

Составитель Г.НеФедова

Техред Е.Гаврилешко Корректор М.Шароши

Редактор A.|й4шкина

Филиал ППП ",Патент", г. Ужгорсд, ул. Проектная, 4

Заказ 2108/68 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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