Следящая система

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 300381 (21) 3267727/18-24 (51) М. Кд.з с присоединением заявки ¹G 05 В 11/01 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений в открытий

Опубликовано 30.09.82, Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 300982 (53) УДК 62. So (088. 8) (72) Авторы изобретения (1

В.Г.Барановский, A Â.Åôðåìoâ и И.A Ïåòðóñeíêîi5

Ч (71) Заявитель (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к следящим системам с асинхронными двухфазными двигателями и может быть использовано в системах автоматического управления различного назначения.

Известнаследящая система, содержащая блок сравнения, корректирующее устройство,предназначенное для подавления квадратурной составляющей сигнала рассогласования, усилитель напряжения и усилитель мощности, блок корректирующей положительной обратной связи, обеспечивающий компенсацию скоростной составляющей ошибки системы, нервый масштабирующий блок (делитель напряжения), устанавливающий необходимую глубину жесткой отрицательной обратной связи с выхода тахогенератора, второй масштабирующий блок, устанавливающий величину сигнала положительной обратной связи для компенсации скоростной состанляющей ошибки системы, исполнительный двигатель, редуктор, тахогенера- тор, первый блок выделения модуля, предназначенный для выдачи сигнала одной и той же полярности при изменении знака ошибки следящей системы, второй блок выделения модуля, предназначенный для выдачи сигнала одной и той же полярности при изменении 3О знака скорости отработки, дна порогоных устройства и коммутатор (1) .

Недостатком указанной следящей системы янляется сложность конструкции, наличие жесткой тахометрической отрицательной обратной связи приводит к увеличению динамической ошибки следящей системы при гармоническом и линейном задании входного сигнала, а применение корректирующей положительной обратной связи, представляющей по существу интегрирующее звено в прямом тракте усиления, вносит запаздывание по фазе огибающей амплитудно-модулированного сигнала, что снижает запас устойчивости и ухудшает быстродействие системы. ь

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является следящая система, содержащая измерительное устройство, например, выполненное на индукционных датчиках, работающих в трансформаторном режиме, подключенное к его выходу корректирующее устройство, содержащее последовательно соединенные демодулятор, фильтр,дифференцирующий контур постоянного тока и модулятор, ныход которого подключен к входу усилителя мощности, асин962844 рых соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами (неподвижные контакты ) ключа 5, а вторые выводы подключены к средней точке последовательно соединенных резисторов 8 и 9 отрицательной обратной связи усилителя 1 напряжения, резистор 10, подключенный первым выводом к выходу усилителя 1 напряжения, а вторым к входу предварительного усилителя 11 и к второму выводу резистора 9, усилитель 12 мощности, присоединенный своим входом к выходу предварительного усилителя

11, а выходом к обмотке 13 управления асинхронного (двухфазного) двигао теля 14, фазосдвигающий конденсатор

15 в цепи обмотки 16 возбуждения двигателя 14, редуктор 17, обеспечивающий кинематическую связь вала двигателя 14 с нагрузкой 18 и измерителем

3 рассогласования.

Следящая система работает следуюцим обраэогл.

Амплитудно-модулированный входной сигнал У6„— Uùsinßt cosset (фиг. 2a) с выхода измерителя 3 paccorласования через резистор 2 поступает на вход усилителя 1 напряжения (фиг. 1), здесь U sin52t — гармонический эакон

Щ изменения огибающей сигнала; Я вЂ” углоная частота огибающей сигнала;ш— несущая угловая частота. С выхода усилителя 1 напряжения часть усиленного напряжения входного сигнала (Uo ), определяемая глубиной отрицательной обратной снязи, через резистор 10 поступает н цепь отрицательной-обратной связи усилителя 1. Далее указанный сигнал разделяется на две части: первая из них UО <через резисторы 8 и 9 поступает на вход усилителя 1 напряжения, а вторая Ug через резистор 9 — к общей точке соединения вторых выводов конденсаторов 6 и 7, первые выводы которых

5 подключены соответственно к первому и второму сигнальным входам ключа 5, который управляется опорным напряжением U

Начальная фаза сигнала (опорного напряжения) на управляющем входе ключа 5 выбрана так, что первый сигнальный вход подключен к нуленой шине в течение нечетных полупериодон несущей частоты опорного напряжения, а второй сигнальный вход — в течение четных полупериодов. В результате сигнал U ответнляющийся н цепь ключа 5, в течение нечетных полупериодов опорного напряжения по цепи выход усилителя 1 напряжения — резистор 10 — резистор 9 цепи отрицательной обратной связи усилителя 1 напряжения прикладывается к второму

Следящая система содержит усилитель 1 напряжения (переменного тока), вход которого через первый резистор

2 соединен с выходом измерителя 3 рассогласования, задаюций блок 4, ключ 5, управляющий вход которого подключен к эадаюцему блоку 4, конденсаторы 6 и 7, первые выводы кото- 65 хроиный двухфазный двигатель, обмотка управления которого подключена к выходу усилителя моцности, а обмотка возбуждения через фаэосдвигающий конденсатор — непосредственно к зажимам источника питания переменного тока, редуктор, обеспечивающий механическую связь между двигателем и ртрабатывающим датчиком измерительного устройства и нагрузкой (2), Недостатком известной следяцей системы является наличие перерегулирования и большая длительность переходнЬго процесса при отработке входных воздействий, обусловленные наличием запаздывания в тракте усилителя, Ьносимого инерционностью фильтров демодулятора и модулятора корректирующего устройства. Кроме того, наличие демодулятора и дифференцирующего контура постоянного тока в трак те усилителя существенно уменьшает отношение полезный сигнал/шум. Укаэанные недостатки ограничивают, а в некоторых случаях делают невозможным применение известной следящей системы.

Цель изобретения — повышение быст родействия и точности, обеспечение отработки рассогласования без перерегулирования и расширение области применения системы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую усилитель напряжения и последовательно.соединенные предварительный усилитель, усилитель мощности, асинхронный двигатель, кинематически связанный с измерителем рассогласования, второй вход которого соединен с выходом задающего блока, введены ключ, два конденсатора и четыре резистора, причем 40 вход усилителя. напряжения соединен через первый резистор с выходом измерителя рассогласования и через последовательно соединенные второй и третий резисторы со входом предваритель- 4 ного усилителя, а выход — через четвертый резистор с входом предварительного усилителя, управляющий, вход ключа соединен с выходом задающего блока, сигнальный выход — с нулевой шиной, а сигнальные входы через параллельно соединенные конденсаторы— с общей точкой второго и третьего резисторов.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемой следящей системыу на фиг.2 — диаграммы напряжений.

962844

Формула и з о бре тени я

Следящая система, содержащая усилитель напряжения и последовательно выводу конденсатора 6, а в течение четных полупериодов по указанной цепи - к второму выводу конденсатора

7. В течение нечетных полупериодов опорного напряжения происходит заряд конденсатора б, а в течение четных конденсатора 7 до амплитудного значения огибающей напряжения U причем полярность заряда конденсаторов неодинакова и в данном случае будет такой, как показано на фиг.1. Посколь-10 ку в следующий полупериод несущей частоты напряжение входного сигнала изменит своя полярность, а ключ 5 замкнет цепь через второй сигнальный вход, то полярность напряжения на 15 конденсаторах 6 и 7 не изменится. При размыкании цепи первый (второй) сиг нальный вход — выход ключа 5 разряда конденсаторов б и 7 не происходит (пренебрегая утечками). Поэтому на- 2О пряжение на конденсаторе б (7) остается равным амплитудному значению и

Б огибающей, зарядный ток равен нулю. Следовательно, в установившемся режиме сигнал U отрицательной 25 обратной связи не ответвляется к общей шине следящей системы через конденсаторы б и 7, а практически полностью поступает на вход усилителя 1 напряжения.

Вторая часть усиленного усилителем 1 напряжения входного сигнала

К Ug (К вЂ” коэффициент передачи усилителя 1 напряжения) через резистор 10 поступает на вход предварительного усилителя 11, где происходит дальнейшее усиление сигнала и подавление его квадратурной составляющей. Окончательное усиление сигнала осуществляется усилителем 12 мощности, выход которого подключен к об- 40 мотке 13 управления асинхронного двигателя 14. Обмотка 16 возбуждения двигателя 14 присоединена к сети переменного тока последовательно с конденсатором 15, обеспечивающим фа- 45 эовый сдвиг V = 90o между токами обмоток управления и возбуждения.

Под действием напряжения на выходе усилителя 12 мощности двигатель 14 приходит во вращение и через механи- $(} ческий редуктор 17 перемещает нагрузку 18 и вместе с ней измеритель рассогласования, пока не произойдет согласования.

При подаче на вход следящей системы скачка напряжения несущей частоты U „, модулированного прямоугольным импульсом частоты Я (фиг.28), усиленное напряжение сигнала через резистор 9 в течение нечетных полупериодов опорного напряжения Uo прикладывается к конденсатору 6, а в течение четных — к конденсатору 7, происходит интегрирование напряжения, пропорционального входному сигналу, и заряд конденсаторов до амплитудного значения огибающей U" . Через некоторое время переходный процесс заканчивается и реакция рассматриваемого корректирующего звена на скачок амплитудно-модулированного сигнала принимает вид, изображенный на фиг.26.

Переходная характеристика корректирующего звена (фиг.2в) с модулированным сигналом эквивалентна для огибающей переходной характеристики апериодического звена первого порядка. Поскольку рассматриваемое звено, имеющее коэффициент усиления (затухания) !

К и постоянную времени Т, работает в режиме, когда сигнальные входы ключа 5 замыкаются на полупериоды опор" ного напряжения несущей частоты при начальной фазе несущей частоты относительно моментов коммутации (момен" тов замыкания сигнальных входов) ключа 5 равной нулю, то оно воздействует на огибающую несущей частоты примерно так же, как интегрирующее звено постоянного тока, имеющего коэффициент усиления К и постоянную времени Т, на сигнал постоянного то" ка, совпадающий по форме с огибающей °

Операция интегрирования амплитудномодулированного сигнала рассматриваемым корректирующим звеном осущест-.. вляется с некоторой погрешностью, которая уменьшается с ростом постоянной времени звена.

Таким образом, корректирующее зве но следящей системы, содержащее два конденсатора и ключ, управляемый опорным напряжением несущей частоты, совпадающим по фазе с входным сигналом следящей системы, йредставляет собой, по существу, синхронный интегратор.

Поскольку синхронный интегратор является интегрирующим звеном в цепи отрицательной обратной связи усилителя напряжения, то обуславливаемое им запаздывание по фазе для огибающей приводит к положительному фазовому сдвигуогибающей амплитудно-модулиро1 ванного сигнала при прохождении его через главный контур регулирования следящей системы.

Таким образом, сочетание синхронного интегратора с усилителем напряжения с реэистивной отрицательной обратной связью позволяет исключить из тракта усиления следящей системы сложный дифференцирующий контур и тем самым существенно повысить быстродействие предлагаемой следящей системы, исключить перерегулирование при отработке входных воздействий, увеличить отношение сигнал/шум и ðàñширить область ее применения.

962844 соединенные предварительный усилитель, усилитель мощности, асинхронный двигатель, кинематически связанный с измерителем рассогласования, второй вход которого соединен с выходом задающего блока, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в нее введены ключ, два конденсатора и четыре резистора, причем вход усилителя йапряжения соединен через первый резистор с выходом измерителя рассогласования и через последова" тельно соединенные второй и третий резисторы с входом предварительного усилителя, а выход — через четвертый резистор с входом предварительного усилителя, управляющий вход ключа соединен с выходом задающего блока, сигнальный выход — с нулевой шиной, а сигнальные входы через параллельно соединенные конденсаторы — с общей точкой второго и третьего резисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Авторское свидетельство СССР

Р 703776, кл. G 05 В 11/01, 1979.

2. Зайцев Г.Ф. и др. Основы автоматического управления и регулирования. Киев, Техника, 1977, с.157, 15 рис.б.9 (прототип) .

962844

Ми

Составитель В.Грибова

Редактор В. Петраш Техред М.Коштура Корректор О. Билак

Заказ 7507/64 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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