Следящая система

 

O Il И С А Н И Е (,)8427(}5

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз CooOTcNNx

Соцмапмстмческнк

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 30. 05. 79 (21) 2772646/18-24 с присоелннением эаявкн М (28) Приоритет

{51) М. Кл.

С 05 В 11/14

- }Ъоударстеекный комитет во делам кзобретевкй к аткрыткй

ОпУбликовано 30. 06. 81. Бк,лле.ень М 24 {53) УДК 62-50 (088. 8) Дата опубликования описания 30.06.81

Н. Г. Ксаверов, В. В. Лавриненко, О. Г. Юраш, Ю. В. Головяшин, В, С. Вишнев кий, Ю. А. Резниченко, О. С. Власенко и С. В. Ильина (72) Авторы нэобретення (71} Заявитель (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к автоматическому управлению и контролю, может найти применение в устройствах измерения и регулирования различных технологических параметров, где требуется высокая точность установки и поддержания нулевого положения, Известны следящие системы и устройства для автоматической отработки сигнала ошибки и поддержания нулевого положения, где исполнительный то элемент, в качестве которого применяется шаговый двигатель, используется в двух рвкимах: шагового перемещения или шагового и непрерывного !

5 перемещения в функции от величины ошибки (амплитудного .или фазового) рассогласования. Следящие системы такого типа содержат чувствительный элемент, усилители, систему селекти рования, нуль-органъr, пороговые, релейные и логические элементы, блок знака скорости, датчики шагов, интеграторы и т.д. Г1)иg).

Недостатками известных систем являются недостаточная точность отработки сигнала ошибки и поддержания нулевого положения, ограниченная применением в качестве исполнительных элементов щаговых двигателей электротехнического и электромеханического типов, а также частота следования управляющих импульсов, ограниченная частотой приемистости шаговых двигателей, которая определяет быстродействие и точность отработки следящей системы при подходе шагового двигателя к точке согла . сованного положения. Некоторое улучшение параметров шаговых следящих систем такого типа, например точности, достигается усложнением схемы и приводит к большому числу логических связей и элементов.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является следящая система, которая содержит датчик сигнала рассогласования, 842705 4

20

30

55 усилитель, генератор импульсов, блок сравнения, блок управления реверсом, блок управления скоростью шагового двигателя и шаговый двигатель ГЗ1.

К основным недостаткам системы следует отнести ограниченную точность отработки сигнала ошибки, так как шаговые двигатели (электрического или электромеханического типов), используемые в качестве исполнительного элемента, обладают сравнительно большой ценой шага (ед.градусов); малое быстродействие, зависящее от частоты отработки шагов, которая ограничивается частотой приемистости и не может быть больше ее; использование щаговых двигателей электромеханического и электротехнического типов, снижающих надежность следящей системы в целом.

Цель изобретения — повышение точности отработки сигнала ошибки и быстродействия.

Эта цель достигается тем, что исполнительный привод выполнен на двух пьезодвигателях, а в систему введены блок регулирования величины шага, второй усилитель, генератор резонансной частоты, датчик положе= ния, причем два входа блока регулирования шага соединены с соответ— ствующими выходами блока управления реверсом, а два выхода через усилители подключены к входам двух пьезодвигателей, кинематически связанных с датчиком положения, выхоц которого соединен со вторым входом блока сравнения, к третьему входу которого подключен датчик сигнала рассогласования, выход блока сравнения соединен со входом блока управления реверсом.

Такое электрическое соединение элементов следящей сис.емы позволяет сигнал с датчика углового положения ротора пьезодвигателя преобразовывать электрической схемой в радиоимпульс управления, длительность которого пропорциональна величине сигнала рассогласования, и испольэовать в этом случае свойство работы пьезодвигателя от непрерывного вращения до шагового перемещения.

В этом случае изменение величины ша" га производится не за счет изменения частоты питающего генератора импульсов, а за счет изменения длительности управляемого импульса блока сравнения, величина длительности.которого иэменяетоя пропорционально величине амплитуды входного сигнала рассогласования и равна длительности шага. Величина этого шага может изменяться в значительных пределах (от сотен угловых градусов до тысячных долей угловой секунды) .

На фиг.1 дана блок-схема следящей системы; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу следящей системы.

Система содержит блок l. управления, состоящий из генератора 2 импульсов, генератора 3 резонансной частоты и блока 4 управления реверсом, В следящую систему входит также блок 5 регулирования величины шага, усилители 6 и 7 мощности, нагрузкой которых являются пьезоэлектрические пластины пьезодвигателей 8 и 9, датчик 10 положения, блок 11 сравнения и датчик !2 сигнала рассогласовани я.

Схема работает следующим образом, При поступлении сигнала рассогласования 1 в логический блок !l срав7 нения, на выходе последнего посигHBJlbI Yy H Р4 (фиг . 2)

Сигнал 4, представляющий собой преобразованный сигнал, длительность которого b пропорциональна амплитуде ,т.е. b=f(M>) поступает в блок

5 регулирования величины шага, а Рф — cHrHan, полярность которого соответствует отклонению сигнала рассогласования, поступает в блок 4 управления реверсом, В зависимости от полярности сигнала блок управления реверсом подключает к блоку S один из электрических каналов Х нли 11, в результате чего сигнал резонансной частоты

V< по одному из них проходит на вход блока 5 регулирования величины шага.

В схеме 5 сигнал Ч модулируется напряжением 9 по длительности в ра3 диоимпульс 9 и поступает на один из входов усилителей 6 или 7 мощности.

Усиленный сигнал раднонмпульса Чь подается соответственно на один из пьезодвигателей 8 нли 9. Происходит отработка сигнала ошибки, количественная величина которого контролиРуется датчиком 10 положения и в виде выходного сигнала Ув поступает на второй вход блока 11 сравнения.

По иере отработки сигнала ошибки длительность сигнала Уу уменьшается до нуля (фиг. ф, где гi ) Ь ... ) 1in.

Предлагаемая следящая система вляется одной из составных частей .разрабатываемого автоматического комплекса, где ее используют в качестве прецизионной системы отработки и поддержания нулевого положения.

Свойства пьезодвигателя работать в диапазоне непрерывных и дискретйых перемещений (с ценой шага до 0 01 угл.с.) позволяет создать следящую систему измерения и регулировки различных технологических параметров с высокой точностью установки и поддержания нулевого положения.

Увеличение точности быстродействия отработки сигнала () получается вследствие изменения в широких пределах длительности 7, управляющего импульса У логического блока сравнения величина длительносI ти которого изменяется пропорционально величине амплитуды входного сигнала и равна длительности шага пьезодвигателя.

Высокая точность отработки следящей системы практически достигается прежде всего тем, что импульсы, выра батываемые генератором тактовых импульсов, синхронизируют работу блока сравнения генератора резонансной час тоты, что позволяет получать на выхо де блока 5 регулирования величины шага радиоимпульсы, у которыХ несущая частота и частота огибающей в начальный момент времени равны между собой. Длительность этого радиоиипуль са 4 равна длительности импульса управления У, величина которого плавно меняется в диапазоне от г..г до Гп (фиг.2) пропорционально изменению величины сигнала рассогласования.

Диапазон изменения длительности им- 45 пульса управления V может лежать от десятков наносекунд до ф1 -се- кунд и определяется частотой следования тактовых импульсов и величиной сигнала рассогласования. Минимальная длительность импульса управления отрабатываемая системой, определяется параметрами исполнительного элемента, в качестве которого использован пьезодвигатель. 55

Пьезоэлектрический двигатель, позволяющий осуществлять плавный переход от режима непрерывного вращения до

1 шагового, используемый в качестве

Формула изобретения

Следящая система, содержащая датчик сигнала рассогласования, первый. усилитель, последовательно соединенные генератор иипульсов и блок сравнения, а также последовательно соединенные блок управления реверсои и исполнительный привод, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при обработке сигнала ошибки или поддер842705 6 исполнительного элемента при работе в шаговом режиме, способен отрабатывать шаги длительностью, равной длительности импульсов управления. Минимальная длительность шага, отрабатываемая пьезодвигателем, зависит от параметров пьезоэлектрической пластины и может составлять единицы-десятки микросекунд.

1о При отработке сигнала ошибки пьезодвигатель практически не вносит погрешностей, свойственных электрическим шаговым двигателям, и ие влияет на точность отработки следящих

15 систем. Это вытекает прежде всего из самой физической сущности работы пьезодвигателя °

На ротор пьезодвигателя пьезопластина (пьезореэонатор) давит с

2о усилием до 20Н, практически исключает влияние различных механических факторов (момент инерции, проскальзывание, трение) на точность отработки.

Минимальная величина шага, полученная на эксперииеитальном образце, составляет 0,008 угл.с. Кроме того, пьеэодвигатель является быстродействующим исполнительным элементом. зо Быстродействие его определяется прежде всего размераии пьезопластины, образец с цьезопластииой размерами

60х14х3,5 мм и стальным ротором 18 ми, с нагрузкой на валу 400 г ° см проворачивается на 3 sa время 0,5 мс.

Применение ньеэодвигателя в качестве исполнительного элеиеита позволяет существенно повысить надежность следящей системы в целом, преиде все4о го за счет простоты, надежности конструкции самого пьеэодвигателя и упрощения электрической схемы, содержащей сравнительно малое число элементов с простш4и логическими связями

842705 жания нулевого положения, исполнитель- ный привод выполнен на двух пьезодвигателях, а в систему введены блок регулирования величины arara, второй усилитель, генератор резонансной частоты, датчик положения, причем два входа блока регулирования вага соединены с соответствующими выходами блока управления реверсом, а два выхода через усилители подключены к входам двух пьезодвигателей, кинематически связанных с датчиком положения, выход которого соед.анен со вторым входом блока сравнения, 8 к третьему входу которого подключен датчик сигнала рассогласования,выход блоха сравнения соединен со входом блока управления реверсом. э

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР

В 585474, кл. G 05 В 11/14, 1975. е 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 566237, кл. G 05 В 11/30, 1975.

3, Авторское свидетельство СССР

У 237228, кл. G 05 В 11/30, 1967 (прототип).

842705

5096/55 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

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

Составитель В. Грибова

Редактор Н.Кешеля Техред Ж.Костелевич Корректор M. Поко