SU1282076A2

SU1282076A2 - Нелинейное корректирующее устройство

Info

Publication number: SU1282076A2
Application number: SU853927530A
Authority: SU
Inventors: Владимир Андреевич Барабаш; Алексей Дмитриевич Горбачев; Игорь Алексеевич Горбачев; Олег Анатольевич Сосновский
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Изобретение относитс к двухканаль- ным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционировани , например станков с программным управлением , приводов роботов-манипул торов, высококачественных след щих установок, и вл етс усоверщенствованием известного устройства по авт. св. № 1226403. Целью изобретени вл етс повыщение точности, надежности и уменьшение энергоемкости устройства. Поставленна цель достигаетс за счет того, что сигнал рассогласовани корректируемой системы поступает на первый вход устройства и в нем - на первый информационный вход первого переключател , на информационные входы пикового детектора и интегратора, на вход нуль-органа , на первые входы первого, второго и третьего сумматоров, на первый вход компаратора и на первый информационный вход второго переключател . Выходной сигнал нуль-органа поступает на управл ющий вход пикового детектора, вход «Сброс интегратора и на первый управл ющий вход блока пам ти. Выходной сигнал пикового детектора поступает на входы первого и второго масщтаби- рующих блоков и на второй вход третьего сумматора, выходной сигнал которого подаетс на информационный вход блока пам ти . Выходной сигнал первого масщтаби- рующего блока поступает на второй вход первого сумматора, выходной сигнал которого через сигнум-реле и ключ поступает на второй информационный вход первого переключател и информационный вход интегратора. Выходной сигнал интегратора сравниваетс с сигналом,пропорциональным скорости вращени вала исполнительного двигател , в четвертом сумматоре, выходной сигнал которого через второй релейный блок поступает на вход блока управлени . Выходной сигнал второго масщтабирующего блока поступает на второй вход второго сумматора, выходной сигнал которого поступает на управл ющие входы первого и второго переключателей. Сигнал с выхода датчика скорости поступает на второй вход устройства и в нем - на вход первого релейного блока, выходной сигнал которого поступает на первый управл ющий вход ключа и на второй управл ющий вход блока пам ти. Выходной сигнал блока пам ти поступает на второй вход компаратора, а его выходной сигнал подаетс на второй управл ющий вход ключа. Выходной сигнал источника посто нного напр жени подаетс на второй информационный вход второго переключател , а его выходной сигнал поступает на вход усилител . Выходные сигналы первого переключател , усилител и блока управлени вл ютс выходными сигналами устройства. 7 ил. i (Л to 00 N5 О О5 N3

Description

Изобретение относитс к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам, может быть использовано в быстродействующих системах позиционировани , например станков с программным управлением, приводов роботов-манипул торов, в след щих установках, и вл етс усоверщенство- ванием устройства по авт. св. № 1226403. Цель изобретени - повыщение точности, надежности и уменьщение энергоемкости устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства в составе корректируемой системы; на фиг. 2 - временные характеристики сигналов устройства; на фиг. 3 - принципиальна электрическа схема интегратора; на фиг. 4 - принципиальна электрическа схема второго релейного блока; на фиг. 5 - статическа характеристика второго релейного блока; на фиг. 6 - принципиальные электрические схемы блока управлени и

скорости. Он представл ет собой интегратор, собранный на операционном усилителе 35, коэффициент усилени которого задаетс конденсатором 34 обратной св зи и входным резистором 32. Сброс интегратора 28 осу5 ществл етс выходным сигналом нуль-органа 16, который замыкает аналоговый ключ 33.

Второй релейный блок 30 (фиг. 4) представл ет собой реле с зоной нечувствитель10 ности, формирующее сигнал управлени блоком 31 управлени , в случае превыщени допустимого отклонени истинной скорости движени от требуемой по заданному профилю диаграммы скорости. Величина зоны нечувствительности задаетс выходными

5 напр жени ми Uon или Uonz источников 80 и 81 посто нного напр жени . Когда напр жение /УЗО на входе второго релейного блока 30 превыщает значение Uon или Uonz, то открываетс соответственно либо диод 45,

суммирующего устройства; на фиг. 7 - ста-2о диод 46. Если напр жени (Уош и

тическа характеристика входного каскадаравны по абсолютной величине,то получаетблока управлени .с симметрична статическа характерисБлок-схема устройства содержит измери-тика второго релейного блока 30 (фиг. 5).

тель 1 рассогласовани , блок 2 умножени , суммирующее устройство 3, исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, датчик 5 скорости, 25 нелинейный корректирующий блок 6, пиковый детектор 7, первый масщтабирующий блок 8, первый сумматор 9, сигнум-реле 10, первый переключатель 11, второй масщтабирующий блок 12, второй сумматор 13, второй переключатель 14, источник 15 по- сто нного напр жени , нуль-орган 16, усилитель 17, третий сумматор 18, блок 19 пам ти , компаратор 20. ключ 21. первый релейный блок 22, первый 23 и второй 24 входы и первый 25, второй 26 и третий 27

Дл этого должны быть равны между собой соответственно резисторы 37 и 39, 38 и 40, 41 и 42.

Блок 31 управлени (фиг. 6) служит дл перевода суммирующего устройства 3 (фиг. 6) из режима линейного суммировани в режим выработки форсирующего напр жени требуемой пол рности в случае измен ющегос момента сопротивлени нагрузки.

Согласно приведенному описанию алгоритма работы всего устройства, выходной сигнал USQ второго релейного блока 30 поступает на входной каскад блока 31 управлени . Этот входной каскад, собранный на

выходы нелинейного корректирующего бло- резисторах 4-7-53, диодах 60 и 61 и опера- ка 6, интегратор 28, четвертый сумматор 29, ционных усилител х 62 и 63, представл ет собой электрическую модель зоны нечувствторой релейный блок 30 и блок 31 управлени .

Интегратор содержит резистор 32, ключ 33, конденсатор 34, операционный тель,35 и общую щину 36.

Второй релейный блок включает резисторы 37-42, операционные усилители 43 и 44 и диоды 45 и 46.

Блок управлени содержит резистовительности , имеющую статическую характеристику (фиг. 7), и служит дл повышени усили- 40 помехоустойчивости и надежности работы все- го блока 31 управлени . Если сигнал Uso /Uonii то сигнал UQO на выходе входного каскада блока 31 управлени представл ет собой логический нуль. Поэтому сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 64 равен логической едиры 47-57, стабилитроны 58 и 59, диоды 60 нице и ключ 66 подключает в цепь обратной и 61, операционные усилители 62 и 63, эле- св зи операционного усилител 77 резис- менты ИЛИ-НЕ 64 и 65, ключи 66 и 67 и транзистор 68.

Суммирующее устройство включает резисторы 69-76 и ли 77-79.

Кроме того, прин ты обозначени : источники 80-83 посто нного напр жени , Uoni Uon-i, Uons, f/on 4 - выходные напр жени источников посто нного напр жени 80-83, Ui - сигнал на выходе i-ro блока, б - величина допустимой ощибки скорости.

Интегратор 28 (фиг. 3) служит дл формировани требуемого профил диаграммы

св зи операционного усилител 77 тор 71.

Транзистор 68 закрыт и операционный усилитель 78 работает в режиме повторител

операционные усилите- сп напр жени , полученного в результате суммировани на операционном усилителе 77 входных напр жений Uz и t/n. Коэффициент передачи операционного усилител 7.7 определ етс отнощением резистора 71 к резистору 69 (70). Ключ 67 разомкнут выходным 55 сигналом элемента ИЛИ-НЕ 65. Если сигнал f/30 равен максимальному положительному напр жению, то оно, ограничива сь до величины напр жени стабилитрона 58, в виде

скорости. Он представл ет собой интегратор, собранный на операционном усилителе 35, коэффициент усилени которого задаетс конденсатором 34 обратной св зи и входным резистором 32. Сброс интегратора 28 осуществл етс выходным сигналом нуль-органа 16, который замыкает аналоговый ключ 33.

Второй релейный блок 30 (фиг. 4) представл ет собой реле с зоной нечувствительности , формирующее сигнал управлени блоком 31 управлени , в случае превыщени допустимого отклонени истинной скорости движени от требуемой по заданному профилю диаграммы скорости. Величина зоны нечувствительности задаетс выходными

напр жени ми Uon или Uonz источников 80 и 81 посто нного напр жени . Когда напр жение /УЗО на входе второго релейного блока 30 превыщает значение Uon или Uonz, то открываетс соответственно либо диод 45,

тика второго релейного блока 30 (фиг. 5).

резисторах 4-7-53, диодах 60 и 61 и опера- ционных усилител х 62 и 63, представл ет собой электрическую модель зоны нечувстлогической единицы поступает на вход элемента ИЛИ-НБ 64.

На его выходе формируетс сигнал логического нул и ключ 66 отключает резистор 71 от цепи обратной св зи операционного усилител 77, а ключ 67, замыка сь, блокирует входное напр жение (/11.

Благодар этому на выходе операционного усилител 77 на любом участке двидвигател 4; - коэффициент передачи датчика 5 скорости. В момент t вхождени скорости движени в режим насыщени ключ 21 размыкаетс и интегратор 28 фиксирует значение входного текущего напр жени . В момент tj ключ 21 оп ть замыкаетс и на информационный вход интегратора 28 поступает сигнал с выхода сигнум-реле 10, однако уже отрицательной пол рности. Интегриру этот сигнал с тем же коэффициентом усилежени при будет максимальное от- 10 ни ,интегратор 28 формирует участок торморицательное напр жение. Транзистор 68 по-прежнему закрыт и усилитель 78 работает в режиме повторител , а выходное напр жение (/3 имеет максимальное положительное значение. Если сигнал t/зо равен максимальному отрицательному напр жению, то на выходе элемента ИЛИ-НЕ 64 формируетс сигнал логического нул , и тем самым ключ 66 отключает резистор 71, а ключ 67 блокирует напр жение U. Однако в этом случае открываетс транзистор 68. Операционный усилитель 78 переключаетс в режим инвертировани знака, поступающего на его входы напр жени . Таким образом, на выходе суммирующего устройства 3 будет максимальное отрицательное напр жение.

женин требуемого профил скорости.

Таким образом, с помощью интегратора 28, подключенного информационным входом через ключ 21 к выходу сигнум- реле 10, получают задатчик интенсивности требуемой скорости движени . Сигна.п с его выхода С/28 поступает на первый в.чод четвертого сумматора 29, на второй.вход которого поступает сигнал с выхода датчика 5 скорости. Сигнал разности, полученный 20 в четвертом сумматоре 29, поступает на вход второго релейного блока 30, который представл ет собой реле с устанавливаемой зоной нечувствительности. Если в момент времени момент сопротивлени нагрузки начинает измен тьс так, что сигнал разности с выОперационный усилитель 79 и резисторы 74 25 хода четвертого сумматора 29 превыщает

и 76 служат дл согласовани знаков сигнала , поступающего на двигатель 4, и сигнала рассогласовани , а также дл задани необходимого коэффициента усилени . Стабилитрон 59 предназначен дл ограничени напр жени на выходе входного каскада блока 31 управлени -. В качестве четвертого сумматора 29 можно применить сумматор, реализованный на операционном усилителе.

Нелинейное корректирующее устройство работает следующим образом.

В случае, когда момент сопротивлени нагрузки не измен етс , система работает как известное устройство и характеризуетс четырьм режимами (фиг. 2): разгоном при , движением с посто нной скоростью при , торможением при и режимом операционного движени к точке позиционировани при 0 |t/iKt/7// i2- При, изменении момента сопротивлени нагрузки нелинейный корректирующий блок 6 начинает вырабатывать дополнительный управл ющий сигнал, который переводит суммирующее устройство 3 в режим форсировки напр жени , поступающего на исполнительный двигатель 4. Происходит это следующим образом (фиг. 2)..

Интегратор 28, подключенный информационным входом к выходу ключа 21 с момента времени начинает формировать требуемый профиль скорости движени дл расчетного момента сопротивлени нагрузки посредством интегрировани сигнал с выхода сигнум-реле 10с коэффициентом усилени

интегратора 28 К /Сдс, где К Т - коэффициент усилени и посто нна времени

30

35

40

45

50

55

зону нечувствительности второго релейного блока 30 в отрицательную сторону (истинна скорость движени будет меньще требуемой), то второй релейный блок 30 -срабатывает и выдает положительный сигнал на вход блока 31 управлени . По этому сигналу блок 31 управлени переводит суммирующее устройство 3 из режима линейного суммировани в режим форсировки напр жени , и суммирующее устройство 3 выдает на вход исполнительного двигател 4 напр жение Ua (фиг. 2).

Сигнал форсировки соответствует максимально допустимому напр жению исполнительного двигател 4 и длитс до момента времени t, пока разность между требуемой и истинной скоростью движени не становитс равной заданной величине б, котора определ ет зону нечувствительности второго релейного блока 30.

Если в момент времени /4 истинна скорость движени превыщает значение требуемой скорости на заданную величину б, то по описанному алгоритму снова срабатывает второй релейный блок 30 и выдает сигнал отрицательного напр жени на вход блока 31 управлени , которое переводит суммирующее устройство 3 в режим выработки отрицательного форсирующего напр жени . При возвращении истинной скорости движени в заданную зону отклонени б суммирующее устройство 3 в момент времени t оп ть переходит в режим суммировани посредством обратного срабатывани второго релейного блока 30 и блока 31 управлени .

двигател 4; - коэффициент передачи датчика 5 скорости. В момент t вхождени скорости движени в режим насыщени ключ 21 размыкаетс и интегратор 28 фиксирует значение входного текущего напр жени . В момент tj ключ 21 оп ть замыкаетс и на информационный вход интегратора 28 поступает сигнал с выхода сигнум-реле 10, однако уже отрицательной пол рности. Интегриру этот сигнал с тем же коэффициентом усиле ни ,интегратор 28 формирует участок тормони ,интегратор 28 формирует участок торможенин требуемого профил скорости.

Таким образом, с помощью интегратора 28, подключенного информационным входом через ключ 21 к выходу сигнум- реле 10, получают задатчик интенсивности требуемой скорости движени . Сигна.п с его выхода С/28 поступает на первый в.чод четвертого сумматора 29, на второй.вход которого поступает сигнал с выхода датчика 5 скорости. Сигнал разности, полученный в четвертом сумматоре 29, поступает на вход второго релейного блока 30, который представл ет собой реле с устанавливаемой зоной нечувствительности. Если в момент времени момент сопротивлени нагрузки начинает измен тьс так, что сигнал разности с выхода четвертого сумматора 29 превыщает

0

5

0

5

На фиг. 2 построены временнные характеристики сигналов выходов соответствующих блоков дл следующих численных значений параметров: максимальное ускорение ам 400 paд/c, максимальна скорость (ОМ : 10 рад/с, величина ступенчатого задающего воздействи go 1 рад, коэффициент передачи второго масштабирующего блока Ki2 50.

Дл этих данных получают 0,4 В;

УЗ 0,2В const;

/, ,025с;

/2 (jf 0,1 с. Величина Us, равна 0,2 В consi, определена дл номинального момента сопротивлени нагрузки.

Таким образом, предлагаемое нелинейное корректирующее устройство позвол ет обеспечить требуемую динамическую точность и оптимальное быстродействие как при заНелинейное корректирующее устройство )0 по авт. св. № 1226403, отличающеес тем, что, с целью повышени точности, надежности и уменьшени энергоемкости устройства , в нем дополнительно установлены последовательно соединенные интегратор, четвертый сумматор, второй релейный блок 5 и блок управлени , причем информационный вход интегратора подключен к выходу ключа, вход «Сброс интегратора - к вь1ходу нуль- органа, второй вход четвертого сумматора соединен с входом первого релейного блока.

данном, так и при измен ющемс моменте - а выход блока управлени вл етс третьим сопротивлени нагрузки. В результате повы- выходом устройства.

шаютс экономичность и надежность работы корректируемой системы, так как не происходит превышение допустимого напр жени на исполнительном двигателе при измен ющемс моменте сопротивлени нагрузки.

Claims

Формула изобретени

Нелинейное корректирующее устройство по авт. св. № 1226403, отличающеес тем, что, с целью повышени точности, надежности и уменьшени энергоемкости устройства , в нем дополнительно установлены последовательно соединенные интегратор, четвертый сумматор, второй релейный блок и блок управлени , причем информационный вход интегратора подключен к выходу ключа, вход «Сброс интегратора - к вь1ходу нуль- органа, второй вход четвертого сумматора соединен с входом первого релейного блока.

а выход блока управлени вл етс третьим выходом устройства.

+ f23

Ш-L

тгТт

(H{jff I-I Y-t- -

гз

J/

сриг.З

и,

Фиг. 4

UonZ

JJ

2S

Uoni .9

Фив. 5

IczM

8за

wnif

Sffff/Sr)

L/олз

30

фиг. 7