Цифровая следящая система

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и>934446 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 10.80 (2l ) 2998907/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.06.82. Бюллетень М 21

Дата опубликования описания 10.06.82 (51)М. К,п.

GO5 В 19/19

Гоаударетвелый квинтет

СССР (53) УДК 621ЛОЗ. .65(088.8) аа делаи кзабретеннк н аткрыткй (72) Авторы изобретения

А. М. Щербаченко и Ю. И. Юрлов

Институт автоматики н электрометрии".Снбирског (7L ) Заявитель (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в устройствах позиционирования станков с программным управлением, прецизионных фотограмметрических устройствах и лазерных фотопостроителях.

Известна цифровая следяшая система управления перемещением, в которой физическое перемещение объекта фиксирует ся при помощи информации реверсивного счетчика. Система содержит реверсивный счетчик, операционный усилитель, преобразователь скорости перемещения объекта в постоянное напряжение, формирователь управляющего сигнала с усилителем мощности, исполнительное устройство, и частотный датчик (1) .

Недостатком системы является пониженное быстродействие.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные усилитель, исполнительное устройство, объект управления и частотный датчик перемещения, три формирователя импульсов, выходы которых соединены со входами усилителя, два реверспвных счетчика, информационные выходы разрядов которых соединены с

% первым и вторым преобразователями .кодчастота, выходы преобразователей кодчастота соединены со входами первого и второго формирователей импульсов, а вход третьего формирователя подключен к имте пульсному выходу частотного датчика перемещения, входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с выходами соответственно первого и второго число-импульсных сумматоров, входы пер13 вого импульсного сумматора подключены ко входам блока, задающего величину перемещения объекта, н частотного датчика величины перемещения объекта, а входы второго - к выходам частотного датчика перемещения и логического узла, подклточенного входами к первому преобразователю код-частота и знаковому разряду первого реверсивного счетчика 2), 3 9344

Недостатком такой системы является ограниченное быстродействие, вызванное тем, что коэффициент обратной связи по скорости во время позиционирования остается неизменным. 5

11ель изобретения - повышение быстродейс твия сис темы.

Укаэанная цель достигается тем, что цифровая следящая система, содержащая первый и второй блоки алгебраического о суммирования, первый и второй преобразователи код - частота, выходы которых подключены к импульсным входам первого и второго формирователей импульсов соответственно и третий формирователь i5 импульсов, выход каждого из формирователей импульсов подключен к соответ. ствующему входу усилителя, выход которого через исполнительный механизм соединен со входом объекта управления, вход которого подключен ко входу датчика перемещений, информационный выход второго блока алгебраического суммирования соединен с входом второго преобразователя код — частота, содержит также делитель частоты, дешифратор и шифратор, вход которого подключен ко входу дешифратора и к информационному выходу первого блока алгебраического суммирования, знаковый выход которого соединен с управляющими входами второго блока алгебраического суммирования и первого формирователя импульсов, а управляющий и счетный входы — с знаковым и импульсным выходами датчика

35 перемещения соответственно, выход шифратора соединен со входом первого преобразователя код — частота, выход которого подключен к счетному входу второго блока алгебраического суммирования, вход

40 установки в ноль которого соединен с одним выходом дешифратора, другой выход которого подключен к управляющему входу делителя частоты, имрульсный вход которого соединен с импульсным выходом

45 датчика перемещений, а импульсный выход - с импульсным входом третьего формирователя импульсов, управляющий вход которого подключен к знаковому выходу датчика перемещений, знаковый выход второго блока алгебраического измере50 ния соединен с управляющим входом второго формирователя импульсов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы; на фиг. 2 — схема дешифратора и делителя частоты; на фит". 3диаграммы, поясняющие принцип работы системы.

46 4 цифровая следящая система содержит управляющий 1, счетный 2, информационный 3 входы, информационный 4 и знаковый выход 5 первого блока алгебраического суммирования, первый блок 6 алгебраического суммирования, шифратор 7, первый преобразователь 8 код-частота, управляющий 9, счетный 10, установки в нулевое состояние 11 входы, и информационный 12 и знаковый 13 выходы второго блока алгебраического суммиро- вания, второй блок 14 алгебраического суммирования, второй преобразователь 15 код — частота, импульсный 16, управляк>щий 17 вхопы и импульсный 18 выход делителя частоты, делитель 19 частоты, дешифратор 20, первый 21, второй 22 и третий 23 формирователи импульсов, усилитель 24, исполнительный механизм

25, объект 26 управления, импульсный

27 и знаковый 28 выходы частотного датчика, частотный датчик 29, первый и второй элементы И-HE 32 и 33, логические узлы 34, третий и четвертый инверторы 35 и 36, элемент ИЛИ-HE

37, счетный 38,,управляющие 39 и суммирующие 40 входы счетчика 41, рассогласование в системе 5 частоты на импульсных выходах преобразователя 8 и датчика 29 F< и Fq, коэффициент деления делителя 19 .

Система работает следующим образом.

Величина рассогласования в прямом позиционном коде со знаком плюс или минус со входов 3 заносится в блок 6.

Значение рассогласования S преобразуется с помощью преобразователя 8 в частоту следования импульсов F пропорциональную коду числа, формируемому шифратором 7. Как видно из фиг. 3, преобразователь 8 обеспечивает линейное изменение частот в пределах некоторой малой зоны рассогласования Sc,. Вне этой зоны обеспечивается постоянство частоты F< . Последовательность импульсов с частотой F и знаковый сигнал с выхода 5 блока 6 поступает на формирователь 21, вырабатывающий импульсы постоянной длительности и амплитуды, причем знак амплитуды соответствует знаку величины рассогласования. Эти импульсы поступают на вход усилителя

24, который преобразует их в сигнал управления механизмом 25, который приводит в движение объект 26 и закрепленный на нем датчик 29 в таком направлении, при котором значение рассогласования„формируемое блоком 6, стремится к нулю. Если значение рассогласования

934446

5 превышает зону „, на вход усилителя поступает от формирователя 23 частота, пропорциональная скорости движения объекта 26. Частота на выходе формирователя 22 при этом равна нулю, так как до 5 тех пор пока объект 26 не переместится в зону 5@ на входе 11 блока 14 дешифратор 20 поддерживает сигнал, удерживающий триггеры счетчика в нулевом, состоянии. Во время позиционирования дешифратор 20 определяет зону 5„ (где

1 = 1,. 2, 3, ...), в которой находится объект позиционирования. Значение каждой эоны, начиная со второй, может быть определено из выражения .!5

5 - (в" "- ) Б;, (1) где  — основание выбранной системы счисления.

Если ошибка рассогласования превышает зону g, Hà >-ных выходах де- 20 шифратора имеется только один разрешающий сигнал, который поступает на один иэ управляющих входов счетчика 41. На вход 38 этого элемента поступает через инвертор 36 частота датчика 29. Для каждой из зон дешифратор 20 устанавливает вполне определенный коэффициент деления частоты датчика 29. Значение

I этого коэффициента для эоны (где =

= 2, 3, 4, ...) равно 30 л =В vl„,ó ° (2)

Поскольку следящая система при рас.согласовании, превышающем зону 5 является системой с пропорционально-дифференциальным управлением, В установившемся режиме значения частот на выходе формирователей 21 и 23 должны быть равны. (Это означает, что при движении в зоне 5<, где 17t2, реальная скорость объекта будет в В раэ больше, 4р .4 чем максимальная скорость перемещения внутри зоны 9, где коэффициент деления частоты датчика принят за единицу.

На фиг. 3 этой скорости соответствует частота Fy на выходе 27 датчика 29.

В момент, когда объект управления, входит в зону Sq, иа входах 39 счетчика

41 будут запрещающие потенциалы, при этом разрешающий потенциал на выходе инвертора 35 разрешает поступление импульсов датчика через элемент И-НЕ37 на вход. 40 счетчика 41. Следовательно, на выходе 18 элемента 40 присутствуют все импульсы датчика перемещения объекта. S5

Сигнал на выходе 11 дешифратора 20 разрешает также счет импульсов преобразователя 8 блоком 14. При этом на вход формирователя 22 начинают посту6 пать импульсы, частота которых пропорциональна интегральной составляющей ошибки рассогласования. Знак амплитуды импульсов на выходе формирователа 22, определяет знаковый разряд блока 14.

В зоне 5. система является системой с интегральным управлением, в которой управляющий сигнал на исполнительном устройстве пропорционален алгебраичес- кой сумме ошибка рассогласования, ее производной и интегралу ошибки.

Таким образом, как и в известной системе, статическая ошибка в точке позиционирования равна нулю.

Если в качестве частотного датчика перемещений использовать лазерный интерферометр, то диапазоны изменениа величины перемещения и скорости могут составлять соответственно (10 — 10 )

В

° о и (10" - 10 ) 4y, где dg — шаг квантования перемещения, d„ - щаг кввнтования скорости, в то время как диапазон преобразования последовательности импульсов в напряжение, управляющее исполнительным устройством, может составлять (10 — 10 ) Д,„, где dy —.шаг

4 квантования напряжения.

Поэтому в следящей системе (2) отработка рассогласования в диапазоне

f перемещений, превышающем (10 - 10 )

° д может осушествлатьса с ограничен6, ной постоянной скоростью, не пропорцие» нальнбй ошибке рассогласования.

Повышенп быстродействия в предлагаемой системе достигнуто благодаря ступенчатому изменению коэффициента демпфирования при позиционировании объекта в зонах, значения которых определяются в соответствии с выражением (1). При больших рассогласованиах демпфирование мало, а по мере приближения к положению равновесия оно увеличиваетсяс я.

При выбранных в соответствии с (1) и (2) значениями зон и коэффициентов деления для.частоты, пропорциональной скорости движения объекта, перемещение последнего вне .зоны пропорциональ

I ного управления 5 .. может быть определено из выражения

Чд„- = В" "Мч г где Ч вЂ” максимальная скорость объекта в зоне точного управления;

V,, — — скорость движения объекта в

91 зоне;

1 — номер зоны.

Это означает, что при отработке боль ших расс тласований перемещения объекта

7 9344 позиционирование производится с большей скоростью, чем в системе, выбранной за прототип, что в конечном счете уменьшает общее время позиционирования объекта. S

Формула изобретения цифровая следяшая система, содержа- щ шая первый и второй блоки алгебраического суммирования, первый и второй преобразователи код - частота, выходы которых подключены к импульсным входам первого и второго формирователей импульсов соответственйо и третий формирователь импузп сов, выход каждого из формирователей импульсов подключен к соответствующему входу усилителя, выход которого через исполнительный механизм соединен со входом объекта управления, выход которого подключен ко входу датчика перемешений, информационный выход второго блока алгебраического суммирования соединен с входом второго преобразователя код — частота, о т л ич а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия системы, она содержит делитель частоты, дешифратор и шифратор, вход которого подключен ко входу дешифратора и к информационному выходу первого блока алгебраического

46 8 суммирования, знаковый выход которого соединен с управляюшими входами второго блока алгебраического суммирования и первого формирователя импульсов, а управляюший и счетный входы — с знаковым и импульсным выходами датчика перемещения соответственно, выход шифратора соединен со входом первого преобразователя код - частота, выход которого подключен к счетному входу второго блока алгебраического суммирования, вход установки в ноль которого соединен с одним выходом дешифратора, другой выход которого подключен к управляюшему входу делителя частоту, импульсный вход которого соединен с импульсным выходом датчика перемешений, а импульсный выход - с импульсным входом третьего формирователя импульсов, управляющий вход которого подключен к знаковому выходу датчика перемешений, знаковый выход второго блока алгебраического суммирования соединен с управляющим входом второго формирователя импульсов.

Источники информа ции, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3571685, кл. 318-603, опублик. 1974.

2. Патент США № 3555392, кл. 318-603, опублик. 1969 (прототип) .

934446

Составитель Н. Белинкова

Редактор Л. Горбунова Техред З.Фанта Корректор M- »

Заказ 3935/44 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

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