CS258520B1

CS258520B1 - Electronic circuit connection for impacts suppression in simple regulating circuits with servomotors

Info

Publication number: CS258520B1
Application number: CS864770A
Authority: CS
Inventors: Petr Simunek
Original assignee: Petr Simunek
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS477086A1

Abstract

Očelem řešení je vytvoření jednoduchého elektronického zapojení pro potlačení parazitních rázů v jednoduchých regulačních obvodech se servomotory, realizovatelného bez nároků na speciální nebo přesné součástky. Uvédeného cíle je dosaženo tím způsobem, že výstup zdroje napětí řídicí veličiny je připojen na neinvertující vstup prvního operačního zesilovače, jehož výstup je přes dva sériově zapojené odpory připojen na kondenzátor, z kterého je vedena záporná zpětná vazba do prvního operačního zesilovače, přičemž kondenzátor je současně připojen na invertující vstup druhého operačního zesilovače, na jehož výstup je připojena sériová kombinace dvou proti sobě zapojených Zenerových diod, která je druhým koncem připojena do uzlu mezi dva sériově zapojené odpory, výstup druhého operačního zesilovače je připojen na Vstup elektronického filtru, jehož výstup je připojen na vstup řídicí veličiny regulačního obvodu servomotoru.The solution is to create a simple one electronic wiring for suppression parasitic shocks in simple regulatory servo motor circuits without special or accurate claims component. The goal is achieved in such a way that the power supply output control variable is connected to non-inverting the input of the first operational amplifier the output is via two series-connected resistors connected to the capacitor from which it is negative feedback to the first operational amplifier taking capacitor is simultaneously connected to an inverting input the second operational amplifier on which it is output is connected by serial combination two opposed Zener diodes connected to the other end to the node between two series-connected resistors, the output of the second op amp is Connected to Electronic Filter Input whose output is connected to the control input of the actuator control circuit.

Description

Vynález se týká zapojení elektronického obvodu pro potlačení parazitních rázů v jednoduchých regulačních obvodech se servomotory a to zejména v případech, je-li regulovatelnou veličinou dráha nebo úhel natočeni servomotoru, přičemž elektornický obvod je zapojen před regulační obvod bez zásahu do regulátoru a lze jej tedy dodatečně připojit k již hotovým regulačním obvodům.The invention relates to the connection of an electronic circuit for the suppression of parasitic surges in simple control circuits with servomotors, in particular when the variable is the path or angle of rotation of the servomotor, the electrical circuit being connected before the control circuit without interfering with the controller. to the already completed control circuits.

Nevýhodou jednoduchých regulačních obvodů se servomotory je ta skutečnost, že způsobují rázy v regulované soustavě při situacích, kdy servomotor svojí maximální rychlostí již nestačí sledovat strmý nárůst řídicí veličiny, čímž dojde k odchýlení žádané hodnoty regulované veličiny od skutečné hodnoty a tím i k nadměrnému zvětšení regulační odchylky a když v této situaci řídicí veličina plynulým přechodem začne klesat. Na tuto změnu servomotor vlivem stále ještě kladném regulační odchylky nemůže reagovat a skutečná hodnota stále ještě maximální rychlostí narůstá, i když žádaná hodnota již klesá a to až do okamžiku, kdy se žádaná a skutečná hodnota setkají. Teprve nyní dojde ke komutaci regulační odchylky a servomotor v maximální rychlosti skokem,změní směr pohybu, byt dle řídicí veličiny tato změna měla být plynulá.The disadvantage of simple control circuits with servomotors is the fact that they cause shocks in the controlled system in situations when the servomotor with its maximum speed is no longer sufficient to observe a steep increase of the control variable, thereby deviating the setpoint value of the controlled variable from the actual value and and when, in this situation, the control variable starts to decrease with a smooth transition. The servomotor cannot react to this change due to the still positive control deviation and the actual value still increases at the maximum speed, even if the setpoint is already decreasing until the setpoint and actual value meet. Only now is the control deviation commutated and the servomotor at maximum speed jumps, changes the direction of movement, according to the control variable this change should be continuous.

V takové situaci vzniká mechanický ráz, zavádět do ní rušivé impulsy nebo přetěžovat k impulsnímu přetěžování tlakových hadic a k který může přetěžovat regulovanou soustavu, servomotor. Například u hydromotorů dochází jejich praskání.In such a situation, mechanical shock occurs, introducing disturbing pulses into it, or overloading for impulse overloading of the pressure hoses and to which the controlled system can overload the servomotor. For example, hydraulic motors are cracking.

Uvedené nedostatky dosud známých řešení jsou odstraněny zapojením elektronického obvodu pro potlačení parazitních rázů v jednoduchých regulačních obvodech se servomotory tím způsobem, že výstup zdroje signálového napětí řídicí veličiny je připojen na neinvertující vstup prvního operačního zesilovače, jehož výstup je přes dva sériově zapojené odpory připojen na kondenzátor, z kterého je vedena záporná zpětná vazba do prvního operačního zesilovače, přičemž kondenzátor je současně připojen na neinvertující vstup druhého operačního zesilovače, na jehož výstup je připojena sériová kombinace dvou proti sobě zapojených Zenerových diod, jež je druhým koncem připojena do uzlu mezi dva sériově zapojené odpory, výstup druhého operačního zesilovače je připojen na vstup elektronického filtru, jehož výstup je připojen na vstup řídicí veličiny regulačního obvodu servomotoru.Said drawbacks of the known solutions are eliminated by connecting an electronic circuit for the suppression of parasitic surges in simple control circuits with servomotors, in that the output of the control voltage signal source is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier whose output is connected to two capacitors from which negative feedback is conducted to the first operational amplifier, wherein the capacitor is simultaneously connected to the non-inverting input of the second operational amplifier, the output of which is connected to a serial combination of two Zener diodes connected to each other. the output of the second operational amplifier is connected to the input of the electronic filter, the output of which is connected to the input of the control variable of the actuator control circuit.

Výhoda elektronického obvodu podle vynálezu spočívá v tom, že je zapojen před ragulační obvod do signálové cesty řídicí veličiny a regulátor v regulačním obvodu může zůstat v jednoduchém provedení. Elektronický obvod není tedy ve smyčce zpětné vazby regulačního obvodu a nemůže poškodit jeho stabilitu. Může být proto dodatečně připojen k již hotovým regulačním obvodům bez jakýchkoliv dalších zásahů do těchto obvodů.The advantage of the electronic circuit according to the invention is that it is connected upstream of the ragulation circuit to the signal path of the control variable and the controller in the control circuit can remain in a simple embodiment. Thus, the electronic circuit is not in the feedback loop of the control circuit and cannot damage its stability. It can therefore be additionally connected to already completed control circuits without any further interference with these circuits.

Elektronické řešení obvodu pro potlačení rázů v regulačních obvodech je velmi jednoduché a snadno realizovatelné bez nároku na speciální nebo přesné součástky.The electronic design of the surge suppression circuit in the control circuits is very simple and easy to implement without requiring special or precision components.

Příklad zapojení elektronického obvodu podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese,/kde obr. 1 představuje schéma zapojení elektronického obvodu pro potlačeni parazitních rázů v jednoduchých regulačních obvodech se servomotory, obr. 2 znázorňuje diagram časového průběhu původního elektrického signálu, upraveného signálu uvnitř obvodu a signálu na výstupu z elektronického obvodu.An example of an electronic circuit according to the invention is shown in the accompanying drawing, wherein Fig. 1 is a circuit diagram of an electronic circuit for suppressing parasitic surges in simple control circuits with servomotors. Fig. 2 shows a time course diagram of the original electrical signal at the output of the electronic circuit.

Elektronický obvod pro potlačování parazitních rázů v jednoduchých regulačních obvodech znázorněný na obr. 1 sestává se z prvního operačního zesilovače 2, na jehož neinvertující vstup 2 je připojen výstup zdroje řídicího napětí u, výstup prvního operačního zesilovače 2 je přes dva sériově zapojené odpory 2 a 4 připojen na kondenzátor 3, z kterého je vedena záporná zpětná vazba 2 do prvního operačního zesilovače 2.The electronic circuit for parasitic shock suppression in simple control circuits shown in Fig. 1 consists of a first operational amplifier 2, to which a non-inverting input 2 is connected to a control voltage source u, the output of the first operational amplifier 2 is via two series resistors 2 and 4. connected to a capacitor 3, from which the negative feedback 2 is led to the first operational amplifier 2.

Na kondenzátor 5 je dále připojen vstup druhého operačního zesilovače 7_ se zesílením +1, na jehož výstup 2 je připojena sériová kombinace dvou proti sobě zapojených Zenerových diod 6, zapojených druhým koncem do uzlu mezi odpory 3 a 4.The input of the second operational amplifier 7 with +1 gain is connected to the capacitor 5, to the output 2 of which is connected a series combination of two opposite Zener diodes 6, connected by the other end to the node between resistors 3 and 4.

Výstup 9 druhého operačního zesilovače 7_ je připojen na vstup 10 elektronického filtru 11, jehož výstup je připojen k vstupu regulačního obvodu servomotoru.The output 9 of the second operational amplifier 7 is connected to the input 10 of the electronic filter 11, the output of which is connected to the input of the control circuit of the actuator.

Funkce popsaného obvodu, který pracuje jako omezovač rychlosti přeběhu elektrického signálu, je následující: Vstupní řídicí napětí u^ je působením záporné zpětné vazby 8. srovnáváno s napětím u₂ na kondenzátoru 5 a tím operační zesilovač 2 pracuje tak, aby se napětí u₂shodovalo s napětím . Napětí u₂ na kondenzátoru 2 je snímáno operačním zesilovačem T_ se zesílením +1 a převáděno na výstup 10 Napětí u₂ na kondenzátoru 5 vzniká jeho nabíjením přes odpory 3 a 4, na kterých vzniká napětový úbytek úměrný nabíjecímu proudu. Se zvyšováním rychlosti změny vstupního napětí u^ a tím i napětí u₂ na kondenzátoru 2 ^se musí zvyšovat a nabíjecí proud i kondenzátoru 2 dle diferenciálního vztahu:Features described circuit which operates as a limiter sweep speed of the electrical signal is as follows: The input control voltage u ^ is the action of negative feedback eighth compared with the voltage at the capacitor ₂ 5 in the operational amplifier 2 operates such that the voltage u ₂ coincided with tension. The voltage u ₂ on the capacitor 2 is sensed by the opamp T1 with the gain +1 and transferred to the output 10. The voltage u ₂ on the capacitor 5 is generated by charging it through resistors 3 and 4, at which a voltage drop proportional to the charging current occurs. With the increase in the rate of change of input voltage u ^ and thus the voltage at the capacitor ₂ 2 ^must be increased and the charging current and capacitor 2 by the differential equation:

kde i je nabíjecí proud kondenzátoru v Awhere i is the capacitor charging current in

C je kapacita kondenzátoru ve F u₂ je napětí na kondenzátoru ve V t je čas v sec.C is capacitor capacity in F u ₂ is capacitor voltage in V t is time in sec.

Tím se zvyšuje i úbytek napětí na odporu £, které při dosažení určité hodnoty rychlosti změny vstupního napětí u^ překročí otevírací napětí sériové kombinace Zenerových diod 6. Napětí na těchto diodách se vlivem jednotkového zesílení operačního zesilovače T_ přesně shoduje s úbytkem napětí na odporu 4.This also increases the voltage drop across the resistor 6, which exceeds the opening voltage of the series combination of the Zener diodes 6 when the input voltage change rate u reaches a certain value. The voltage across these diodes exactly matches the voltage drop across the resistor 4 due to the unit gain of the operational amplifier.

V okamžiku, kdy dojde k otevření diod 6, dojde ke svedeni části nabíjecího proudu i z odporu 2 úo velmi malého výstupního odporu operačního zesilovače 2· Proto nemůže úbytek napětí na odporu £ překročit konstantní otevírací napětí diod 6 a tím je i na konstantní hodnotu omezen maximální nabíjecí proud i max. kondenzátoru 2· Ze vztahu:When the diodes 6 are opened, part of the charging current from the resistor 2 is also led to a very small output resistor of the operational amplifier 2. Therefore, the voltage drop across the resistor 6 cannot exceed the constant opening voltage of the diodes 6, thereby limiting the maximum charging current i max. capacitor 2 · From the relation:

^du2 1 . ^du 2 1.

dt C ' ¹max vyplývá, že je tím na konstantní hodnotu omezena i maximální rychlost změny napětí Uj ^nakondenzátoru J5 a v důsledku toho i rychlost změny signálového napětí ^na výstupu J9.dt C ' ¹ max implies that the maximum rate of change of voltage Uj ^on capacitor J5 and consequently the rate of change of signal voltage ^at output J9 is also limited to a constant value.

Působení obvodu dle vynálezu na tvar elektrického signálu je znázorněn na příkladu na obr. 2. Předpokládejme, že časový průběh elektrického napětí a představující řídicí veličina má ve vzestupné části větší strmost nárůstu, čili rychlost přeběhu, než je maximální rychlost přeběhu servomotoru, což bez použití obvodu dle vynálezu způsobí výše popsaný mechanický ráz. Přivedeme-li toto napětí do obvodu dle vynálezu, získáme v místě 9. časový průběh signálu b, přičemž strmost jeho nárůstu je omezena tak, aby servomotor stačil sledovat takto upravenou řídicí veličinu a nedošlo k nadměrnému zvětšení regulační odchylky.The effect of the circuit according to the invention on the shape of the electric signal is illustrated in the example of Fig. 2. Suppose that the time course of the electric voltage and representing the control variable has a greater steepness of increase in the ascending part, or overrun speed than the maximum overrun speed of the servomotor. The circuit according to the invention causes the mechanical shock described above. If this voltage is applied to the circuit according to the invention, at time 9, a waveform of signal b is obtained, the steepness of its increase being limited so that the servomotor can monitor the control variable thus adjusted and the control deviation is not excessively increased.

Tento časový průběh b má však v bodě C opět ostrou špičku, obdobnou, jakou by měla skutečná hodnota regulované veličiny bez použití obvodu dle vynálezu a která by způsobila rychlou změnu směru chodu servomotoru s výše popsaným nepříznivým rázem. Protože se však jedná o průběh elektrického napětí a nikoliv o skutečnou hodnotu regulované veličiny, která je mechanického charakteru, lze tuto špičku elektricky odstranit kmitočtovým filtrem - dolní propustí 11, jehož výstupní napětí má tvar d a ostrá špička C je nahrazena plynulým předchodem E do opačného směru. Mezní kmitočet filtru je vhodné nastavit na horní hranici kmitočtového spektra původní řídicí veličiny a, přičemž je nutno počítat s tím, že filtr způsobí příslušné malé časové zpoždění Δ t♦ Výstupní napětí s časovým průběhem d se přivede jakožto upravená řídicí veličina do regulačního obvodu a protože nemůže mít vyšší rychlost přeběhu než odpovídá maximální rychlosti přeběhu servomotoru, nemůže nikdy dojít ke vzniku výše popsaných mechanických rázů.However, this time course b again has a sharp point at point C, similar to the actual value of the controlled variable without using the circuit according to the invention, and which would cause a rapid change in the direction of travel of the servomotor with the above-described adverse impact. However, since it is a waveform of the voltage and not the actual value of the controlled quantity, which is of a mechanical nature, this peak can be electrically removed by a frequency filter - low-pass filter 11 whose output voltage is d and the sharp peak C is replaced by a continuous . It is advisable to set the filter cut-off frequency at the upper limit of the frequency spectrum of the original control variable a, taking into account that the filter causes a corresponding small time delay Δ t ♦ The output voltage with time curve d is applied as a modified control variable to the control circuit and it may not have a higher overrun speed than the maximum overrun speed of the servomotor, and the above mechanical shocks may never occur.

Claims

Connection of an electronic surge suppression circuit in simple control circuits with servomotors, consisting of operational amplifiers and an electronic filter, characterized in that the output of the control quantity source (u ^) is connected to the non-inverting input (1) of the first operational amplifier (2); the output of which is connected via two series resistors (3) and (4) to a capacitor (5) from which the negative feedback (8) is conducted to the first operational amplifier (2), while the capacitor (5) is simultaneously connected to a non-inverting input of the second operational amplifier (7) with unit gain to the output of which is connected a serial combination of two, mutually connected Zener diodes (6), which is connected to the node between two resistors (3) and (4), (9) of the second operational amplifier (7) is connected input (10) of electronic filter (11), the output of which is connected to Dici variable servo control circuit.