Система автоматического управления телескопом

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 13. 05.80 (21) 2942069/18" 24

G 05 В 11/01, с присоединением заявки М (23} Приоритет боударотвтиный комитет

СССР вв дмаи наобретений к отарытнй (53у УЙК 62- 0 (088. 8) Опубликовано 15. 11. 82. Бюллетень J6 42

Дата опубликования описания l . 1 1 . 82

1 :

Л.А. Сенько, Е.П. Лыков и,"..A,Б -.:Орлов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (4) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ТЕЛЕСКОПОМ

Изобретение относится к системам автоматического управления объектами с малыми углами поворота (т.е. углами, меньще одного оборота выходного вала силового редуктора ), и может быть использовано .при управлении радио и оптическими телескопами, антеннами радиолокационных станций

И Теде

Известна система автоматического 10 ,управления, содержащая измерительный редуктор, двигатель выборки механических люФтов, исполнительный двигателb выход которого механически связан с нажииным винтом и первым входом измерительного редуктора, управляемый источник питания, выход которого электрически связан со входом двигателя выборки механических люфтов, пепервый вход - с выходом задатчика на20 пряжения покоя двигателя выборки механических люфтов, а второй входс выходом тахогенератора, вход которого механически соединен с выхо" дом измерительного редуктора, выход двигателя выборки механических люфтов механически соединен со вторэм входом измерительного редуктора 1.1 3.

Недостатками известной -системы являются ее низкие точность и быст- родействие.

Известна также система управления телескопом с компенсацией люфта в редукторе, содериащая исполнительный двигатель (двигатели ), редук" тор, нагрузку, усилители, двигатель (двигатели ), создающий электромеханическую оттяжку редуктора,задатчик характеристики электромеханической оттяжки редуктором и измерительнйй блок, на первый и вторые входы которого поступают соответственно сигналы управляющего воздействия и корректирующих обратных связей, третий вход измерительного блока электрически соединен с выходом нагрузки, 3 974334 4 а выход через усилитель сигнала ошиб- передачи, что приводит к дополнительки соединен со входом исполнительного ным энергетическим затратам на управдвигателя, первый выход которого ме- ление. При малых углах поворота объханически соединен с первым входом екта регулирования (меньше одного оборедуктора, второй вход редуктора ме- S рота выходного вала редуктора) и ханически соединен с выходом двигате- при постоянной полярности сигнала от ля, создающего электромеханическую от" задатчика начальной компенсации люфтяжку редуктора, а выход редуктора - та в известной системе осуществляется со в:<одом нагрузки, первый вход усили- неравномерный односторонний износ вытеля канала компенсации люфта соеди- 10 ходных шестерен редуктора. Кроме тонен с выходом задатчика характеристи- го, когда момент, воздействующий на ки электромеханической оттяжки редук" выход механической передачи, изменятора, а выход " со входом двигателя, ется по сложному закону, не учитываесоздающего электромеханическую от- мому задатчиком характеристики комтяжку редуктора (2 3. 1$ пенсации люфта, тогда люфты в механи«

В этой системе компенсация люфтов ческой передаче оказываются нескомпенв механической передаче (редукторе ) сированными, что приводит к уменьше1 осуществляется с помощью введения в: нию точности и быстродействия из(систему управления двигателя выборки вестной системы. люфтов механической передачи, кото- 20 Наиболее близкой к предлагаемой рый создает принудительный натяг в по технической сущности является сисэлементах механической передачи. тема автоматического управления телеСигналы управления на двигатель скопом, содержащая последовательно совыборки люфтов механической переда- единенные первый сумматор, первый усичи поступают от задатчика характерис- 2$ литель, первый исполнительный двигаа тики компенсации люфта или, при дру- тель, редуктор, выходной .вал которогой схеме управления, от задатчика го соединен со входом телескопа, напряжения покоя (постоянного по ве- выход которого соединен с одним личине и знаку) и от тахогенератора, из входов первого сумматора, и соединенного через редуктор с нагруз- 30 последовательно соединенные иской. точник опорного напряжения, второй сумматор, второй усилитель и

В первом случае обеспечивается второй исполнительный двигатель, выход изменение величины нажатия в элемен которого соединен со вторым входом тах механической передачи (в случае, 3$ редуктора, первый вход которого чередуктора - в зубьях шестерен и в эле рез датчик скорости соединен со вто.ментах связи редуктора с объектом ре- рым входом второго сумматора (3 ). гулирования ) по сигналам OT э датчика . Недостатками известной системы явхарактеристики компенсации люФта ко- ляются ее низкие точность и быстро" торый учитывает ожидаемое изменение 40 действие. момента на валу объекта регулирования (нагрузки ) т.е. при этом полага- Целью изобретения является повыj ° ° ют, что закон изменения моментов шение точности и быстродеиствия сиобъекта регулирования заранее извес- темы. тен в процессе работы системы управ- Поставленная цель достигается, тем, что в системе, содержащей последоваВо втором случае, когда на вход тельно соединенные первый сумматор, двигателя выборки flD<)TQB механической первый усилитель, первый исполнитель" передачи поступают сигнал от задатчи- ный двигатель и редуктор, выходной ка напряжения покоя (постоянный по вал которого соединен со входом телевеличине и знаку.) и сигнал от тахо- $ скопа, выход которого соединен с одгенератора, измеряющего скорость. ис" ним из входов первого сумматора, и полнительного двигателя, обеспечива- последовательно соединенные источник ется постоянство величины нажатия в опорного напряжения, второй сумматор, элементах механической передачи. ческой передачи В второй усилитель и второй исполнитель обоих случаях исполнительный двига" нительный двига- $$ ный двигатель, выход которого соедитель оказывается нагруженным значи- ыен со вторым входом редуктора, дотельным дополнительным моментом от волнительно установлены последовательдвигателя выборки люфтов механичес и фтов механической но соединенные датчик момента и нели974334 нейный корректирующий блок, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора, а вход датчика момента подключен ко второму выходу первого исполнительного двигателя. 3

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы; на фиг. 2 - примерное расположение шестерен в редукторе.

Система автоматического управления телескопом содер><ит первый сумматор 1, первый усилитель ?, первый исполнительный двигатель 3, датчик момента 4, нелинейный корректирующий блок 5, источник опорного напряжения 6, элемент управления 7, ключ 8, знакоинвертирующий элемент 9, второй усилитель 10, второй исполнительный двигатель 11, редуктор 12,телескоп 13, суммирующий элемент 14, второй сумма- 20 тор 15, вал телескопа 16, вал первого . исполнительного двигателя 17, вал второго исполнительного двигателя 18, шестерни 19-21 редуктора 12, зубья шестерен 22-29, Мо, И,M> — моменты, 23 д т соответственно, телескопа йервого и второго исполнительных двигателей, Д,Q, >.<> — скорости, соответствен л 1 *2 но, телескопа, первого и второго ис" полнителbHhlx двигателей, 30

Отдельные блоки системы имеют следующее функциональное назначение..

Датчик момента 4 производит косвенное измерение усилия (момента ) испол" нительного двигателя 3 по параметру 33 пропорциональному усилию (моменту ), например, если исполнительный двигатель 3 является двигателем постоянного тока с независимым возбуждением, то косвенное измерение момента осу- 40 ществляется по току якоря, если -, гидродвигатель, то - по перепаду давления и т.а.

Нелинейный корректирующий блок 5 обеспечивает нелинейную монотонно убывающую зависимость своего выходного сигнала от момента на валу исполнительного двигателя 3. Например, . в частном случае, величина выходного сигнала блока 5, обратно пропорциональна величине выходного сигнала датчика момента 4. Для нормального функционирования системы необходимо, чтобы выходной сигнал блока 5 равнял33 ся нулю при макси>лальном моменте на валу двигателя 3.

Источник опорного напряжения 6 выполняет функции задатчика началь" ной компенсации люфта, т.е. служит для обеспечения компенсации люфта при включении системы в работу, а так><е при малых и нулевых моментах телескопа 13 и при совпадении направлений >юментов исполнительного двигателя 3 и телескопа 13.

Элемент управления 7 представляет собой полуавтоматический (например, кнопочный ) пульт с индикацией, оператор которого может осуществлять управление ключом 8 в зависимости от графика наработки механического редуктора 15, если таковой имеется.

Ключ 8 - элемент электронного или релейного типа.

Наряду с элементами 7 и 9 ключ 8 предназначен для выполнения подгото" вительных предпусковых операций, обеспечивающих подачу на входы суммирующего элемента 14 положительных или отрицательных сигналов с выходов блока 5 и источника 6, что, в свою очередь, обеспечивает поло>нительный или отрицательный момент М двигатег ля 11 (т. е. момент, воздействующий, соответственно, на зубья 22, 23, 26, 27 или ?4, 25, 28, 29 шестерен редуктора 12 ), что необходимо для обеспечения равномерности износа зубьев шестерен редуктора. Переключение знаков выходных сигналов блока

5 и источника 6 может осуществляться раз в сутки, в месяц, в год и т.д. перед началом работы системы и в процессе ее работы не производится.

Су>лмируащий элемент 14 представляет собой пропорциональное звено с двумя суммирующими (прямыми) входами, причем слагаемые на его входах имеют одинаковые знаки.

Элементы 7, 8„9 и 14 функционально в;<одят в состав сумматора 15. Принципиально указанный сумматор 15 может .иметь другой конструктивный состав.

Например, он может быть реализован на дифференциальных операционных усилителях. В этом случае изменение знаков выходных сигналов блока 5 и источника 6 может осуществляться пере«лючением указанных сигналов с прямых на инвертирующие входы операционного усилителя.

Система работает следующим образо>л.

В начале работы системы выбирается направление- момента, создаваемого

9743 двигателем 11 в соответствие с графиком наработки редуктора 12, что необ,о,:,:имо длл оGG пеi:éí п Läвномерно го износа выходного органа механической передачи (например, выходной шес- 5 терни в редукторе 17 ).

Для этого с элемента управления 7 на управляющий вход ключа 8 подается управляющий сигнал, соответствующий полученному графику наработки редуктора 12 для обеспечения выбранного направления момента двигателя 11.

Ключ 8 в зависимости от значения управляющего сигнала пропускает сигналы со своего первого входа, куда подклю- 15

k< :í выход источника опорного напряженил 6, и со своего второго входа, куда подключен выход нелинейного корректирующего блока 5, либо,соответcT" венно, на первый и второй свои выходы,20 откуда они поступают на первый и вто" рой входы суммирующего элемента l4, либо на третий и четвертый свои выходы, откуда QHA через знако-инвертирующий элемент 9 поступают на те же, первый и второй входы суммирующего элемента 14, с выхода которого поступает, на вход усилителя 10, который усиливает его по мощности., При выполнении механической передачи в виде редуктора 12, у которого выходным элементом является зубчатая шестерня 19, выбор направления момента, создаваемого двигателем 11 выборки люфтов механической передачи, осущест-35 вляется в тех случаях, когда выходная шестерня 19 поворачивается íà углы, меньшие одного оборота.

Предположим, что в соответствие с требованиями регламента и графика на- 40 работки редуктора 12 подан сигнал от элемента управления 7 на управляющий вход ключа 8, такой, что выход источника опорного напряжения б подключается к первому входу, а выход нели- 45 нейного корректирующего блока 5 - ко второму входу суммирующего элемента 14, минуя знакоинвертирующий элемент 9. 0 этом случае по сигналу от источника опорного напряжения 6 (по- 5о стоянному по величине и знаку) исполнительный двигатель 11 создает момент со знаком плюс порядка Î,1 от номинального момента, создаваемого исполнительным двигателем 3. 55

Система в режиме стабилизации, когда на первый вход первого сумматора 1 поступает эффектный сигнал, 34 8 равный нулю, работает следующим образом.

Иомент со знаком плюс двигателя 11 прикладывается к выходному элементу редуктора 12, с которым механически связан телескоп 13, и стремится ьсуцествить перемещение телескопа 13. Информация о перемещении телескопа 13 поступает по цепи главной обратной связи (ГОС ) со знаком минус на второй вход первого сумматора 1, который формирует сигнал ошибки, поступающий через усилитель 2 сигнала ошибки на вход исполнительного двигателя 3, со знаком, противоположным знаку сигнала, поступающего на первый вход суммирующего элемента 14 канала компенсации люфта от источника опорного напряжения 6. Это приводит к тому, что исполнительный двигатель 3 развивает момент, противоположный по направлению и равный по величине моменту, создаваемому исполнительным двигателем 11 (о нашем случае со знаком минус ). Таким образом, телескоп 13 в режиме стабилизации при отсутствии моментов внешних сил находится в состоянии покоя и люфт редуктора 12 выбран.

При воздействии на телескоп 13 внешнего момейта, направление которого противоположно направлению момента, создаваемого исполйительным двигателем 3, этот момент воспринимается исйолнитальным двигателем 3 и люфт не образуется. При этом общий момент исполнительного двигателя 3 возрастает, датчик момента 4 производит косвенное измерение величины усилия (момента) исполнительного двигателя 3 по параметру, пропорциональному усилию (моменту)(например, если исполнительным двигателем является двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, то по току якоря, если - гидродвигатель, то по перепаду давления и т .д.), но в этом случае нелинейный корректирующий блок 5, обладающий обратно пропорцио- нальной характеристикой, не передает сигнал на второй вход суммирующего элемента .14, тем самым разгружая двигатель выбора 11, который в этом случае получает сигнал только от источника опорного напряжения 6 (постоянный по величине).

При воздействии на телескоп 13 внешнего момента, направление которого совпадает с направлением мо974334 мента, создаваемого исполнительным двигателем 3, этот момент воспринимается двигателем 11 и люфт в редукторе 12 не образуется. В этом случае общий момент исполнительного двигателя 3 уменьшается, информация об этом передается датчиком момента 4 нелинейному корректируюцему,блоку 5, который формирует форсированный сигнал, пропорциональный уменьше- 10 нию момента исполнительного двигате" ля 3, поступающий на второй вход сум мируац его элемента 14 той же поляр» ности, что и сигнал, поступающий от источника опорного напряжения 6 на первый вход суммирующего элемента,14.

При этом возрастает момент двигателя 11, располагаемая скорость и момент которого должны быть не меньше, соответственно, скорости и момента 20 исполнительного двигателя 3 и KQM пенсируется люфт редуктора 12.

Система в режиме сопровождения, при котором на первый вход первого сумматора 1 поступает задающий сигнал, работает следующим образом.

При полярности задающего сигнала одинаковой с полярностью сигнала ошибки, возникающей в режиме стабилизации, момент исполнительного двига- 30 теля 3 возрастает, не изменяя своего направления. Телескоп 13 начинает двигаться, при этом направление вращения исполнительного двигателя 3 совпадает с.направлением его момента, З а направление вращения двигателя 11 противоположно направлению развиваемого им момента. Таким образом исполнительный двигатель 3 осуцествляет . движение телескопа 13, преодолевая 40 момент двигателя 11, Возникающий внешний момент, воз" действующий на телескоп 13, не создает люфта в редукторе 12, так как в данном случае его компенсация осу" ществляется аналогично описанной в режиме стабилизации.

Система в режиме автосопровожде" ния, когда полярность задающего сигнала противоположна той,.которую имеет сигнал ошибки, возникший в режиме стабилизации, работает следующим образом.

Задающий сигнал такой полярности вызывает уменьшение сигнала ошибки по отношению к тону сигналу, который имел место в режиме стабилизации.

При этом по цепи - датчик момента 4 и нелинейный корректирующий блок 5, на

10 второй вход суммирующего элемента 14 поступает форсированный сигнал, который возрастает пропорционально возрастанию задающего сигнала этой же полярности. Таким образом, двига" тель 11 берет на себя роль исполнительного двигателя 3, у него в этом случае направление вращения и направле-, ние момента совпадает. Направление момента и направление вращения исполнительного двигателя 3 в этом случае противоположны, и он в данном случае осуществляет дополнительную нагрузку двигателя 11 моментом, который соответствует моменту исполнительного двигателя 3 в режиме стабилизации, Возникающий внешний момент, воздействуюций на телескоп 13, не создает люфта в редукторе 12, так как осуществляется его компенсация способом, аналогичным описанному в режиме стабилизации. Таким образом, вне зависимости от режима работы системы автоматического управления и от направления движения ее выходного вала редуктора 12 и знака внешнего возмущающе"

ro момента, моменты, развиваемые исполнительными двигателями 3 и 11 всегда направлены навстречу друг другу и имеют каждый свой знак, зависящий только от знака напряжения с источника опорного напряжения 6, Указанные выше отличительные особенности предлагаемой системы позволяют обеспечить разгрузку исполнительного двигателя 3 и равномерный износ выходного органа редуктора 12, а также повысить точность и быстродействие системы примерно на 43.

Кроме того, отличительные особенности предлагаемой системы позволяют. обеспечить ряд дополнительных положительных эффектов, а именно: уменьшить требования к точности изготовления редуктора 12 и расширить область применения системы, а также обеспечить возможность выбора направленйя момента, создаваемого двигателем 11 в .соответствии с графиком его фактической наработки.

Формула изобретения Система автоматического управления телескопом, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, первый усилитель, первый исполнитель11 9?" 33 > 12 ный двигатель и редуктор, выходной ход которого подключен к второму вховал которого соединен с входом теле- ду второго сумматора, а вход датчика скопа, вь ход которого соединен с од- момента подключен к второму выходу ним из входов первого сумматора, и первого исполнительного двигателя. последовательно соединенные источник З опорного напряжения, второй сумматор, Источники информации, второй усилитель и второй исполнитель- принятые во внимание при экспертизе ный двигатель, выход которого соединен 1. Авторское свидетельство СССР с вторым входом редуктора, о т л и - 360112, кл. G 05 G 23/00, 1973. ч а ю щ а я с я тем, что, с целью <в 2. Sietens Zeitschrift, 1974, повыщения точности и быстродействия T- 11, р.828-833. системы, в ней установлены последо- 3. Авторское свидетельство СССР вательно соединенные датчик момента < 515083, кл. G 05 В 11/01, 1974 и нелинейный корректирующий блок, вы- (прототип) .

974334

Составитель Г. Нефедова

Техреду И. Надь . Корректор " ьуряк

Тираж. 91я Подписное

Редактор Н. Горват

Заказ 8699/45

ОНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Рачшская наб. д. 4/5

3а х. ь у тд5»

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