CN104555754A - 一种用于船舶吊机的平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于船舶吊机的平台，平台包括平台装置和伺服驱动系统；平台装置包括固定支架、数个滚轮、数根绳索、承载平台，固定支架固定设置在船舶吊机上，数个滚轮均布在固定支架的轮廓上，承载平台的轮廓上固定设有数个铰链，每根绳索的一端绕过滚轮与固定支架活动连接，另一端固定在承载平台上对应的铰链；伺服驱动系统包括传感器、控制系统、伺服电机控制器、数个伺服电机，传感器固定设置在承载平台上，伺服电机控制器分别控制数个伺服电机；本发明具有高刚度、定位精度高、具有较大的平动工作空间和较快的运动速度的优点，能够快速响应外力冲击，从而保持船舶吊机承载平台运动时的稳定性。

Description

一种用于船舶吊机的平台

技术领域

本发明涉及一种吊机的平台，特别涉及一种用于船舶吊机的平台，属于船舶工程技术领域。

背景技术

船舶吊机是舰船的重要组成部分，船舶吊机工作的稳定性直接影响到设备运载的安全性，为了提高船舶吊机运载的稳定性与可靠性，船舶吊机对其承载平台有了更高的要求。

在多种动力传动方式中，绳驱动有噪声低、清洁、不需润滑、减震、易于安装和维护费用较低的优点。绳驱动并联机构是一种新型的机构，不仅具有一般绳驱动机构的优点，并且由于驱动器可以安装在底座上，不需要杆作支撑，因此结构简单、惯性小。除此之外，该机构还具有较高的刚度、定位精度，较大的平动工作空间和较快的运动速度等特点，因此，近年来在国外得到重视和研究，并被应用于机械制造、大型射电望远镜、轮船制造、虚拟现实的力反馈装置和触角装置等方面。

船舶吊机在运载船舶辅机设备时，会受到各种恶劣环境因素的影响而产生晃动，从而会产生明显的横摇、纵摇和锤荡运动，尤其是船体在较高海况下的这些大幅度摇摆是很难补偿的。现在船舶吊机的承载平台系统基本不具有波浪运动补偿功能，使其在恶劣条件下大幅度晃动，更不用说能够始终保持相对静止状态。这样会在很大程度上影响船舶吊机运载船舶设备的稳定性与可靠性，从而制约了船舶吊机工作的安全与工作效率，因而不能满足当今船舶发展的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高平稳性的用于船舶吊机的平台。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于船舶吊机的平台，平台包括平台装置和用于驱动平台装置运动的伺服驱动系统；平台装置包括固定支架、数个滚轮、数根绳索、承载平台，固定支架固定设置在船舶吊机上，数个滚轮均布在固定支架的轮廓上，承载平台设置在固定支架的正下方，承载平台的轮廓上固定设有数个铰链，数个滚轮、绳索、铰链都一一对应，每根绳索的一端绕过滚轮与固定支架活动连接，另一端固定在承载平台上对应的铰链；伺服驱动系统包括传感器、控制系统、伺服电机控制器、数个伺服电机，传感器、控制系统、伺服电机控制器依次连接，传感器固定设置在承载平台上，传感器包括速度传感器、位移传感器、加速度传感器，上述三种传感器均分别与控制系统相连，数个伺服电机与数根绳索一一对应连接，伺服电机控制器分别控制数个伺服电机。

本发明通过以下技术方案进一步实现：

前述的一种用于船舶吊机的平台，伺服驱动系统的工作步骤如下：

(1)、船舶航行时，外界风、浪等激振因素对船体产生冲击使其产生摇摆，承载平台会与船舶一样失去稳定性产生摇摆晃动而改变姿态；设置在承载平台上的三种传感器会分别检测出承载平台的位移、速度、加速度等变化的数据；

(2)、步骤(1)中产生的数据传到控制系统，控制系统计算出每根绳索的长度数据；

(3)、控制系统将步骤(2)中的数据传输给伺服电机控制器，伺服电机控制器控制数个伺服电机转动，以调节承载平台在某一时刻的位姿所对应的绳索的长度，使承载平台保持相对静止。

前述的一种用于船舶吊机的平台，控制系统通过以下方法计算出每根绳索的长度；取承载平台上一个铰链的中心为坐标原点，以铰链中心到承载平台中心的连线为X轴，以承载平台指向固定支架的矢量为Z轴，以右手法则确定Y轴，以此建立起整个机构的坐标系；动坐标系O-XYZ建在固定支架上，静坐标系O'-X'Y'Z'建在承载平台上，在动坐标系中的任一向量R'可以通过坐标变换方法变换到静坐标系中，坐标变换公式为R＝[T]R'+P，其中：T为承载平台姿态的方向余弦矩阵，P为动坐标系原点在静坐标系中的坐标，R为R'变换到静坐标系中的向量；因此，每根绳索长度矢量l_i可在静坐标系中表示为

$l_i=a_i-b_i=\left(\begin{array}{c}{l}_x{b}_{\mathrm{ix}}+m_x{b}_{\mathrm{iy}}+X_P-a_{\mathrm{ix}}\\ l_y{b}_{\mathrm{ix}}+m_y{b}_{\mathrm{iy}}+Y_P-a_{\mathrm{iy}}\\ l_z{b}_{\mathrm{ix}}+m_z{b}_{\mathrm{iy}}+Z_P\end{array}\right),(i=\mathrm{1,2,3,4,5,6}...)$

从而得到机构的位置求解计算方程 $l_i=\sqrt{{l_{\mathrm{ix}}}^2+{l_{\mathrm{iy}}}^2+{l_{\mathrm{iz}}}^2},(i=\mathrm{1,2,3,4,5,6}...).$

前述的一种用于船舶吊机的平台，控制系统包括D/A转换电路，D/A转换电路由缓冲寄存器、二进制计数器、数值检测器、方向控制电路、比较放大器组成，这五个部件按上述顺序依次连接，传感器与缓冲寄存器相连，比较放大器与伺服电机控制器相连。

前述的一种用于船舶吊机的平台，D/A转换电路工作原理如下：D/A转换电路接收传感器的冲击载荷并转化成为数字信号，以脉宽调制的形式输出模拟电压；缓冲寄存器存放表示跟随误差的16位反码形式二进制信号，每一个采样周期，发出一个采样脉冲，将数据总线上的数据和符号读入缓冲寄存器；二进制计数器为加法计数器，缓冲寄存器的跟随误差经延迟后送入二进制计数器，二进制计数器的最高位为符号位，用于控制方向，数据置入后，开始加法计数，二进制计数器加之溢出时，二进制计数器所计脉冲数等于跟随误差绝对值，脉冲宽度与跟随误差成正比；再经过数值检测器，由数值变为脉宽后，输入方向控制电路，两个有符号位信号控制的与非门输出，就能区别方向，当符号位为0时，矩形波信号由正端输出，反之，由负端输出；然后信号进入比较放大器，输出直流指令电压信号，它的幅值表示跟随误差大小。

在风浪等各种不平衡载荷的冲击下，无论固定支架怎么摇摆，本发明通过伺服驱动系统计算出每根绳索的长度，来调节承载平台的姿态，使其保持水平状态，得到了一种刚度大、承载能力强、精度高、误差小的用于船舶吊机的平台，能够快速响应外力冲击，从而保持承载平台的稳定性与可靠性，大大提高船舶吊机运载的安全性。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的平台装置立体图；

图2是本发明的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明包括平台装置6和用于驱动平台装置6运动的伺服驱动系统；如图1所示，平台装置6包括固定支架1、六个滚轮2、六根绳索3、承载平台4，固定支架1固定设置在船舶吊机上，六个滚轮2均布在固定支架1的轮廓上，承载平台4设置在固定支架1的正下方，承载平台4的轮廓上固定设有六个铰链5，六个滚轮2、绳索3、铰链5都一一对应，每根绳索3的一端绕过滚轮2与固定支架1活动连接，另一端固定在承载平台4上对应的铰链5；伺服驱动系统包括传感器、控制系统、伺服电机控制器、六个伺服电机，传感器、控制系统、伺服电机控制器依次连接，传感器固定设置在承载平台4上，传感器包括速度传感器、位移传感器、加速度传感器，上述三种传感器均分别与控制系统相连，六个伺服电机与六根绳索3一一对应连接，伺服电机控制器分别控制六个伺服电机。

如图2所示，伺服驱动系统的工作步骤如下：

(1)、船舶航行时，外界风、浪等激振因素对船体产生冲击使其产生摇摆，承载平台4会与船舶一样失去稳定性产生摇摆晃动而改变姿态；设置在承载平台4上的三种传感器会分别检测出承载平台4的位移、速度、加速度等变化的数据；

(2)、步骤(1)中产生的数据传到控制系统，控制系统计算出每根绳索3的长度数据；

(3)、控制系统将步骤(2)中的数据传输给伺服电机控制器，伺服电机控制器控制六个伺服电机转动，以调节承载平台4在某一时刻的位姿所对应的绳索3的长度，使承载平台4保持相对静止。

以下为绳驱动并联机构运动学分析形成体系的三套方法。

一、矢量分析法：矢量分析法使运动学反解变得容易而直观，但得到主动关节、被动关节与期望位姿的关系是很困难的。

二、变换矩阵法：变换矩阵法基于D-H参数建立起机构的运动分析，其为动力学分析提供了很好的条件，但运动学反解较困难且不直观。

三、李代数法：以运动螺旋和力螺旋为基本量，以指数映射和对易运算为基本计算，指数映射就是状态空间分析中的状态转移矩阵，可以把现代控制理论引入并联机构的控制中，对易运算(李括号)是三维矢量外积的推广。

这里按李代数法建立了运动学正解的指数映射，采用解析法解决了运动学反解的问题。通过指数映射把绳驱动并联机构的运动学正解的高度非线性问题变换为关节空间的Paden-kaha子问题，基本解决了绳驱动并联机构的运动学正解的难题。并用各分支的雅可比矩阵判断施加的驱动是否无法控制某些运动，即雅可比矩阵的奇异问题。通过对实际的并联机构的实验和分析，证明了这些方法的正确性和有效性。

为叙述明确，对各个支链以及运动副都加以编号。对运动副的编号方式如下：θ_i,j(i＝1...6、j＝1...6)。其中i代表第i条支链的，j表示从固定支架1算起的第j个运动副。θ_i,j表示第i条支链、第j个运动副的关节变量，可以是线位移，也可以是角位移。并从固定支架1开始对各根绳索3加以编号，第j运动副连接j-1构件和j构件。构件0则表示为固定支架1。平台装置6的关节空间是由36个变量组成，位形空间有6个独立变量组成，由此可以得出36个关节变量只有6个是独立的，要有30个约束条件。对于滚轮2的转动副关节变量为转角，θ_i,j∈[0,nπ)，所有关节转角均在右手系中度量，对移动关节其关节变量用线位移θ_i,j∈R¹来表示。

第i条链第j个运动副方向向量如式(1)，其中P_i,j、P_i,j+1是第i条链第j个运动副轴线上的两点。第i条链第j个运动副轴线的位置矢量如式(2)，其中h是螺旋节距。第i条链第j个运动副的运动螺旋坐标如式(3)。第i条链第j个运动副的运动螺旋(其属于se(3)群)如式(4)。第i条链第j个运动副的指数映射如式(5)。第i条链的绝对坐标系指数映射见式(6)。第i条链的绝对坐标系雅克比矩阵是的6×6的矩阵见式(7)、式(8)。第i条链关节空间与工作空间的速度映射见式(9)。第i条链关节力与承载平台4所受的力存在如下的映射关系(10)。

${\mathrm{\ω}}_{i,j}=\frac{(p_{i,j+1}-p_{i,j})}{|p_{i,j+1}-p_{i,j}|}---\left(1\right)$

v_i,j＝-ω_i,j×p_i,j+h·ω_i,j      (2)

ξ_i,j'＝[v_i,j ^T,ω_i,j ^T]^T     (3)

${\widehat{{\mathrm{\ξ}}_{i,j}}}^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}0& -{\mathrm{\ω}}_{i,j}\left[3\right]& {\mathrm{\ω}}_{i,j}\left[2\right]& v_{i,j}\left[1\right]\\ {\mathrm{\ω}}_{i,j}\left[3\right]& 0& -{\mathrm{\ω}}_{i,j}\left[1\right]& v_{i,j}\left[2\right]\\ -{\mathrm{\ω}}_{i,j}\left[2\right]& {\mathrm{\ω}}_{i,j}\left[1\right]& 0& v_{i,j}\left[3\right]\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]---\left(4\right)$

${\mathrm{sd}}_{i,j}=e^{\widehat{{\mathrm{\ξ}}_{i,j}}\×{\mathrm{\θ}}_{i,j}}---\left(5\right)$

$\begin{array}{c}\mathrm{gst}({\mathrm{\θ}}_{i,1},{\mathrm{\θ}}_{i,2},{\mathrm{\θ}}_{i,3},{\mathrm{\θ}}_{i,4},{\mathrm{\θ}}_{i,5},{\mathrm{\θ}}_{i,6})=\\ s{d}_{i,1}\·{\mathrm{sd}}_{i,2}\·{\mathrm{sd}}_{i,3}\·{\mathrm{sd}}_{i,4}\·{\mathrm{sd}}_{i,5}\·{\mathrm{sd}}_{i,6}\·\mathrm{gst}0\end{array}---\left(6\right)$

${{\mathrm{\ξ}}_{i,j}}^{\′}=\left({\mathrm{Ad}}_{({\mathrm{sd}}_{i,1}\·{\mathrm{sd}}_{i,2}\·..\·{\mathrm{sd}}_{i,j-1})}\right)\·{\mathrm{\ξ}}_{i,j}---\left(7\right)$

J_i＝[ξ_i,1',ξ_i,2',ξ_i,3',ξ_i,4',ξ_i,5',ξ_i,6']     (8)

[v_x,v_y,v_z,w_x,w_y,w_z]^T＝

[ξ_i,1',ξ_i,2',ξ_i,3',ξ_i,4',ξ_i,5',ξ_i,6']·[θ_i,1,θ_i,2,θ_i,3,θ_i,4,θ_i,5,θ_i,6]^T    (9)

τ＝[ξ_i,1',ξ_i,2',ξ_i,3',ξ_i,4',ξ_i,5',ξ_i,6']^T·[f_i,1,f_i,2,f_i,3,f_i,4,f_i,5,f_i,6]^T    (10)

式中ξ_i，j'是第i条链第j个运动副的瞬时运动螺旋，其是4×4的矩阵，是李群李代数的元素。是第i条链第j个运动副的指数映射，其是4×4的矩阵。是6×6的伴随变换矩阵，用于运动螺旋的坐标表示从一个坐标系到另一坐标系的变换。

平台装置6的运动学正解的Paden-Kahan子问题的主要思想是将一个复杂的机构运动学逆解分解为若干个具有明确几何意义的逆解子问题，然后逐步加以解决，即将一个复杂的运动分解为几个连续的简单运动，各简单运动都可采用运动旋量的指数积来表示。Paden-kahan子问题主要有4种：

(1)一点绕定轴ξ旋转一角度θ。

(2)一点依次绕两个相交有序的轴旋转。

(3)一点沿定轴移动一距离。

(4)一点依次绕三个相交轴有序旋转到距一点一定距离的的位置，外加一个角度约束使运动学正问题变为逆问题，求解直观且运算简单。

承载平台4与六根绳索3相连接的铰链5相对承载平台4是固定的，而确定空间物体运动，需要物体上的三个位置固定的线段，此三条线段由方吴子问题确定了其长度，但彼此之间的方位没有体现，所以子问题4还没确定解，三条线段的方位通过三条线段之间的三个夹角确定。通过三个内积把三个约束加上，可以求出正解。

在承载平台4工作时，由于只有6根绳索3的长度是主动变量，其反解算法就快速而直观，其他的被动关节变量通过反解可以知道其变化情况，进而可以选择加速度小的路径，路径规划就有优化指标可依，此反解算法优点很多，比矢量分析法和变换矩阵法都有优越之处。

控制系统通过以下方法计算出每根绳索3的长度：取承载平台4上一个铰链5的中心为坐标原点，以铰链5中心到承载平台4中心的连线为X轴，以承载平台4指向固定支架1的矢量为Z轴，以右手法则确定Y轴，以此建立起整个机构的坐标系；动坐标系O-XYZ建在固定支架1上，静坐标系O'-X'Y'Z'建在承载平台4上，在动坐标系中的任一向量R'可以通过坐标变换方法变换到静坐标系中，坐标变换公式为R＝[T]R'+P，其中：T为承载平台4姿态的方向余弦矩阵，P为动坐标系原点在静坐标系中的坐标，R为R'变换到静坐标系中的向量；因此，每根绳索3长度矢量l_i可在静坐标系中表示为

$l_i=a_i-b_i=\left(\begin{array}{c}{l}_x{b}_{\mathrm{ix}}+m_x{b}_{\mathrm{iy}}+X_P-a_{\mathrm{ix}}\\ l_y{b}_{\mathrm{ix}}+m_y{b}_{\mathrm{iy}}+Y_P-a_{\mathrm{iy}}\\ l_z{b}_{\mathrm{ix}}+m_z{b}_{\mathrm{iy}}+Z_P\end{array}\right),(i=\mathrm{1,2,3,4,5,6}...)$

从而得到机构的位置求解计算方程 $l_i=\sqrt{{l_{\mathrm{ix}}}^2+{l_{\mathrm{iy}}}^2+{l_{\mathrm{iz}}}^2},(i=\mathrm{1,2,3,4,5,6}...).$

上式是6个独立的显式方程，其主要思想是将动坐标系中各铰链5点的坐标经过坐标变换方法变换为静坐标系中的坐标表示，就可以求出各绳索3应满足的长度才能使承载平台4保持相对稳定的位姿，继而可以通过实时控制绳长变化来实现这一目标。由承载平台4的位姿求绳索3的长度是求逆过程，输入一组绳索3的长度求承载平台4所对应的位姿是正解问题，实际上平台装置6设计的思想是先由逆解计算反馈再通过正解输入控制，这里是在保证承载平台4能够保持相对静止的条件下，求得给定一组固定支架1位姿所对应的6根绳索3应有的长度，反过来再对6根绳索3的长度的变化进行控制来满足承载平台4的相对稳定。

控制系统包括D/A转换电路，D/A转换电路由缓冲寄存器、二进制计数器、数值检测器、方向控制电路、比较放大器组成，这五个部件按上述顺序依次连接，传感器与缓冲寄存器相连，比较放大器与伺服电机控制器相连。D/A转换电路工作原理如下：D/A转换电路接收传感器的冲击载荷并转化成为数字信号，以脉宽调制的形式输出模拟电压；缓冲寄存器存放表示跟随误差的16位反码形式二进制信号，每一个采样周期，发出一个采样脉冲，将数据总线上的数据和符号读入缓冲寄存器；二进制计数器为加法计数器，缓冲寄存器的跟随误差经延迟后送入二进制计数器，二进制计数器的最高位为符号位，用于控制方向，数据置入后，开始加法计数，二进制计数器加之溢出时，二进制计数器所计脉冲数等于跟随误差绝对值，脉冲宽度与跟随误差成正比；再经过数值检测器，由数值变为脉宽后，输入方向控制电路，两个有符号位信号控制的与非门输出，就能区别方向，当符号位为0时，矩形波信号由正端输出，反之，由负端输出；然后信号进入比较放大器，输出直流指令电压信号，它的幅值表示跟随误差大小。

当船舶在海上运行时，受到外界风、浪等因素冲击会摇晃，此时固定支架1跟随船舶本体作相应的运动，船舶吊机用6自由度稳定承载平台4是承载运输相关设备的相对静止的平台，固定支架1是固定在船舶吊机上的动平台，分别在承载平台4和固定支架1上建立静坐标系和动坐标系。固定支架1与承载平台4是通过6根长度可以调节的绳索3连接的，平台的位姿与一组绳索3的长度是一一对应的关系。通过位移、速度、加速度传感器可以得到承载平台4在其动坐标系中相应的运动学及动力学数据，通过旋转矩阵转化为在静坐标系中的数据，在保证承载平台4保持相对静止的情况下，通过控制系统可以得到对应的绳索3的长度数据。这样，可以通过实时控制船舶吊机承载平台4装置6在某一时刻的位姿时所对应的绳索3的长度来调节承载平台4的位姿保持相对静止。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于船舶吊机的平台，其特征在于：所述平台包括平台装置和用于驱动平台装置运动的伺服驱动系统；所述平台装置包括固定支架、数个滚轮、数根绳索、承载平台，所述固定支架固定设置在船舶吊机上，所述数个滚轮均布在固定支架的轮廓上，所述承载平台设置在固定支架的正下方，所述承载平台的轮廓上固定设有数个铰链，所述数个滚轮、绳索、铰链都一一对应，每根绳索的一端绕过滚轮与固定支架活动连接，另一端固定在承载平台上对应的铰链；所述伺服驱动系统包括传感器、控制系统、伺服电机控制器、数个伺服电机，所述传感器、控制系统、伺服电机控制器依次连接，所述传感器固定设置在承载平台上，所述传感器包括速度传感器、位移传感器、加速度传感器，上述三种传感器均分别与控制系统相连，所述数个伺服电机与数根绳索一一对应连接，所述伺服电机控制器分别控制数个伺服电机。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶吊机的平台，其特征在于：所述伺服驱动系统的工作步骤如下：

1)、船舶航行时，外界风、浪等激振因素对船体产生冲击使其产生摇摆，承载平台会与船舶一样失去稳定性产生摇摆晃动而改变姿态；设置在承载平台上的三种传感器会分别检测出承载平台的位移、速度、加速度等变化的数据；

2)、步骤1)中产生的数据传到控制系统，控制系统计算出每根绳索的长度数据；

3)、控制系统将步骤2)中的数据传输给伺服电机控制器，伺服电机控制器控制数个伺服电机转动，以调节承载平台在某一时刻的位姿所对应的绳索的长度，使承载平台保持相对静止。

3.根据权利要求2所述的一种用于船舶吊机的平台，其特征在于：所述控制系统通过以下方法计算出每根绳索的长度；

取承载平台上一个铰链的中心为坐标原点，以铰链中心到承载平台中心的连线为X轴，以承载平台指向固定支架的矢量为Z轴，以右手法则确定Y轴，以此建立起整个机构的坐标系；动坐标系O-XYZ建在固定支架上，静坐标系O'-X'Y'Z'建在承载平台上，在动坐标系中的任一向量R'可以通过坐标变换方法变换到静坐标系中，坐标变换公式为R＝[T]R'+P，其中：T为承载平台姿态的方向余弦矩阵，P为动坐标系原点在静坐标系中的坐标，R为R'变换到静坐标系中的向量；因此，每根绳索长度矢量l_i可在静坐标系中表示为

$l_i=a_i-b_i=\left(\begin{array}{c}{l}_x{b}_{\mathrm{ix}}+m_x{b}_{\mathrm{iy}}+X_P-a_{\mathrm{ix}}\\ l_y{b}_{\mathrm{ix}}+m_y{b}_{\mathrm{iy}}+Y_P-a_{\mathrm{iy}}\\ l_z{b}_{\mathrm{ix}}+m_z{b}_{\mathrm{iy}}+Z_P\end{array}\right)(i=\mathrm{1,2,3,4,5,6}...)$

从而得到机构的位置求解计算方程(i＝1,2,3,4,5,6…)。

4.根据权利要求1或2所述的任意一种用于船舶吊机的平台，其特征在于：所述控制系统包括D/A转换电路，所述D/A转换电路由缓冲寄存器、二进制计数器、数值检测器、方向控制电路、比较放大器组成，这五个部件按上述顺序依次连接，所述传感器与缓冲寄存器相连，所述比较放大器与伺服电机控制器相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于船舶吊机的平台，其特征在于：所述D/A转换电路工作原理如下：

D/A转换电路接收传感器的冲击载荷并转化成为数字信号，以脉宽调制的形式输出模拟电压；缓冲寄存器存放表示跟随误差的16位反码形式二进制信号，每一个采样周期，发出一个采样脉冲，将数据总线上的数据和符号读入缓冲寄存器；二进制计数器为加法计数器，缓冲寄存器的跟随误差经延迟后送入二进制计数器，二进制计数器的最高位为符号位，用于控制方向，数据置入后，开始加法计数，二进制计数器加之溢出时，二进制计数器所计脉冲数等于跟随误差绝对值，脉冲宽度与跟随误差成正比；再经过数值检测器，由数值变为脉宽后，输入方向控制电路，两个有符号位信号控制的与非门输出，就能区别方向，当符号位为0时，矩形波信号由正端输出，反之，由负端输出；然后信号进入比较放大器，输出直流指令电压信号，它的幅值表示跟随误差大小。