SU1290251A1 - След ща система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области- автоматического управлени -и контрол , приборостроени  и может быть использовано в различных устройствах автоматики и измерительной техники при контроле, измерении и регулировании различных параметров. Изобретение позвол ет повысить точность обработки задающего сигнала в след щей системе и расширить ее область применени  за счет применени  в структуре системы кольца импульсно- фазовой автоподстройки частоты и реверсивного счетчика 15 импульсов. Такое техническое решение способствует строгой синхронизации передних фронтов импульсов в каналах измерени  и управлени  благодар  организации новых св зей с фазочувствительны- ми вьтр мителем 8, генератором 11 линейно измен ющегос  напр жени , Аналоговым сумматором 12, двум  компараторами 13, 17, двум  ключами 1Д, 18, реверсивным счётчикбм 15 и пре- образователем 16 код-напр жение. Кроме того, применение в системе реверсивного счетчика создает услови  дл  расширени  функциональных возможностей системы в целом в смысле сопр жени  след щей системы с микропроцессором или микроэвм. 3 ил. с «с (Я Ь СО о ю ел Фи.1

Description

И обретение относитс  к автоматическому управлению и контролю, приборостроению и может быть использовано в различных устройствах автоматики и измерительной техники при контроле , измерении и регулировании различных параметров.

Цель изобретени  - повышение точности обработки задающего сигнала и расширение области применени  системы .

На фиг. 1 приведена функциональна схема след щей системы; на фчг. 2 - схема импульсной фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ); на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов в характерных точках схемы след щей системы

След ща  система содержит источник Т напр жени  переменного тока, формирователь 2 опорного напр жени  элемент 3 сравнени , редуктор 4, шагвый двигатель 5, блок 6 управлени  усилитель 7, фазочувствительный выпр митель 8, фильтр 9 низких частот, блок 10 импульсно-фазовой автоподстройки частоты, генератор 11 линейно измен ющегос  напр жени ,.аналоговый сумматор 12, первый компаратор 13, первый ключ 14, реверсивный счетчик 15, преобразователь 16 код- напр жени , второй компаратор 17 и второй ключ 18.

Блок 10 импульсно-фазовой авто,- подстройки частоты содержит фазовый детектор 19, первый вход которого соединен с выходом формировател  опорного напр жени  2, а выход - с последовательно соединенными фильтром низких частот 20, интегратором 21, генератором 22 управл емым напр жением , п-разр дным двоичным. счетчиком импульсов 23, последний п-й выход которого св зан одновременно с вторым входом фазового детек тора 19 и входом формировател  бипол рных пр моугольных импульсов 24. Первый выход блока 10 совпадает по частоте и фазе с выходным сигналом

35

40

-45

При наличии углового рассогласовани  между двум  механически не св занными валами элемент сравнени  3, реализованный, например, на вращающихс  трансформаторах или сельсинах в трансформаторном режиме и питаемый от источника напр жени  переменного тока 1 (фиг.За), вьщает сигнал напр жени  (фиг. 36), огибающа  которого по амплитуде пропорциональна величине, а фаза несущей соответствует знаку углового рассогласовани  .(фиг. 3(5). После усилени  усилителем 7 этот сигнал поступает на первый вход выпр мит ел  8, выполн ющего функции активного умножител ,на второй вход которого поступают бипол рные пр моугольные импульсы U (фиг. 33), сформированные на первом выходе блока 10 при помощи блока 24 (фиг. 2). Бипол рные импульсы строго синхронизированы по частоте и фаз с пр моугольными однопол рными им- пуЛьсами (фиг. Зг), получаемыми на выходе формировател  опорного напр жени  2 путем преобразовани  входного и гармонического сигнала, поступающего на формирователь от источника напр жени  переменного тока 1. Следовательно, бипол рные пр моугольные импульсы будут также синхронны по частоте и фазе с напр жением источника переменного тока и напр жением несущей. Строга  синхронизаци  сигналов обеспечиваетс  блоком 10 благодар  наличию в его структуре интегратора 21 (фиг.2), создающего астатизм в блоке 10 и устран ющего возможность по влени 

Фазочувствительный выпр митель 8 осуществл ет перемножение сигналов , подаваемых на его входы - выходного сигнала (несущей) схемы

формировател  напр жени , второй вы- 50 ошибки в фазе, ход блока 10, снимаемый с i-ro выхода счетчика 23, как и третий выход, синхронен по фазе с сигналом первого выхода блока 10, однако частоты сигналов всех выходов ИФАПЧ различны 55 сравнени  исход(фиг. Зв) и вьгходного и подчин ютс  соотношениюсигнала первого выхода блока 10

(фиг.ЗЭ), в результате чего на

f j. -. ,выходе выпр мител  по вл етс  пуль сирующее напр жение U, (фиг. 3 з),

О

15

0

25

30

35

40

45

где f| - частота сигтип.гга nepisoro выхода блока 10;

f- - частота сигнала второго выхода блока 10;

f - частота сих нала третьего выхода блока 10;

п - максимальна  разр дность

двоичного счетчика 23. След ща  сиетег а (фиг. 1) работает следующим образом.

При наличии углового рассогласовани  между двум  механически не св занными валами элемент сравнени  3, реализованный, например, на вращающихс  трансформаторах или сельсинах в трансформаторном режиме и питаемый от источника напр жени  переменного тока 1 (фиг.За), вьщает сигнал напр жени  (фиг. 36), огибающа  которого по амплитуде пропорциональна величине, а фаза несущей соответствует знаку углового рассогласовани  - .(фиг. 3(5). После усилени  усилителем 7 этот сигнал поступает на первый вход выпр мит ел  8, выполн ющего функции активного умножител ,на второй вход которого поступают бипол рные пр моугольные импульсы U, (фиг. 33), сформированные на первом выходе блока 10 при помощи блока 24 (фиг. 2). Бипол рные импульсы строго синхронизированы по частоте и фаз с пр моугольными однопол рными им- пуЛьсами (фиг. Зг), получаемыми на выходе формировател  опорного напр жени  2 путем преобразовани  входного и гармонического сигнала, поступающего на формирователь от источника напр жени  переменного тока 1. Следовательно, бипол рные пр моугольные импульсы будут также синхронны по частоте и фазе с напр жением источника переменного тока и напр жением несущей. Строга  синхронизаци  сигналов обеспечиваетс  блоком 10 благодар  наличию в его структуре интегратора 21 (фиг.2), создающего астатизм в блоке 10 и устран ющего возможность по влени 

Фазочувствительный выпр митель 8 осуществл ет перемножение сигналов , подаваемых на его входы - выходного сигнала (несущей) схемы

ошибки в фазе, сравнени  исход(фиг. Зв) и вьгходного сигнала первого выхода блока 10

сг лаживаемое при помощи фильтра 9 к виду напр жени  U (фиг, 3ч}, пропорциональному сигналу рассогласовани  лЧ Сфиг. 3S) , которое подаетс  на первый вход аналогового сумматора 12. При отсутствии сигнала обратной св зи на втором входе аналогового сумматора, что имеет место только в первый момент времени, на

пр жение , передаетс  на выход сумматора в неизменном виде и, следовательно , поступает на первый вход первого компаратора 13. Однако уже по истечении длительности, равной одному такту формировани  пилообразного напр жени  на выходе генератора 11, подаваемому на второй вход первого компаратора, изменитс  состо ние выхода реверсивного счетчика 15 (фиг. Зо), а значит возникает сигнал обратной св зи и(фиг. Зи), что приведет к образованию на выходе аналогового сумматора 12 сигнала ошибки преобразовани  U - U,, ((Jftir. 3 к) . Так как контур аналого- цифрового преобразовани  содержит в структуре интегрирующее звено (реверсивный счетчик 15), которое вносит астатизм в динамическую подсистему преобразовани , то с течением времени сигнал обратной св зи станет равным входному воздействию , подсистемы преобразовани  (фиг.Зи) и, следовательно, ошибка преобразовани  Ug станет равной нулю. Значит, начина  с этого момента времени, выходной сигнал реверсивного счетчика будет в цифровой форме соответствовать значению иф„ц |или сигналу рассогласовани  лц механически не св занных валов. Итак, процесс преобразовани  сигнала 11,4 в контуре преобразовани  аналог - ко можно продемонстрировать в динамике на эпюрах сигналов, изображен- йых на фиг. 3„-о. Если на первый вход аналогового сумматора в начальный момент времени поступает сигнал UipHM пропорциональный лЧ , то на втором его входе будет формировать- с , потактово сглажива сь на выходе преобразовател  16, сигнал U (фиг. Зо). Тогда на выходе аналогового сумматора 12 образуетс  сигнал US (фиг. Зк) поступающий на первый вход первого компаратора 13. Одновременно на второй вход этого компаратора подаетс  периодически повтор 

O

0

5 -

0

5

ющеес  пилообразное напр жение , генератора линейно измен ющегос  напр жени  11. Длительность такта, а значит и частота пилообразного на- пр жени  11„„ц определ етс  частотой следовани  импульсов с второго выхода блока 10 (например, импульсна  последовательность , (фиг.Зи) дл  случа  i(n-2),T.e. сигнал второго выхода блока 10 снимаетс  с (п-2), выхода двоичного счетчика импульсов 23 (фиг. 2). Отсюда видно, что в предлагаемой след щей системе легко изменить в нужном направлении период преобразовани  непрерывного сигнала рассогласовани  й.ч в дискретный код путем простого изменени  номера i-ro разр да двоичного счетчика импульсов 23 (фиг. 2), т.е. перекоммутации требуемого промежуточного выхода счетчика 23 на второй выход блока 10. Это позвол ет гибко повышать точность преобразовани  сигнала рассогласовани  дЧ при увеличении скорости вращени  механически несв занных валов в большом диапазоне изменени  скоростей. Импульсы передним фронтом запускают генератор 11, а выходное напр жение U,,, ис- пользуетс  первым компаратором 13 дл  преобразовани  непрерывного сигнала Ug в ишротно-модулированную импульсную последовательность (фиг.3л ) , формируемую на выходе первого компаратора 13, котора  поступает на первый вход первого ключа 14. Одновременно на второй вход этого ключа подаетс  импульсна  последовательность и„,,(фиг. Зж) с третьего выхода блока 10. Импульсные последовательности и,, и„, и„, и„,,, коищ (фиг. 3г.-ж, л) имеют строгую синхронизацию по передним фронтам за счет астатизма блока 10 (фиг.2), вводимого интегратором 21 и позвол ющего исключить по вление фазового рассогласовани . Это способствует повышению точности преобразовани  непрерывного сигнала рассогласовани  дЧ, так как устран ет пропадание ;четных иг пульсов ид|(фиг. 3 н) за счет несовпадени  передних фронтов импульснод последовательности U и ииф(х ч1фиг. Зл,|с), подаваемых соответственно на первый и второй входы первого ключа 14. Ключ 14 работает таким образом, что при н;1личии на его первом входе импульсов ,

положительной пол рности, а на втором счетных импульсов высокой частоты следовани  U также положительной пол рности на выходе первого ключа формируютс  пачки счетных импульсов положительной пол рности с числом импульсов в пачке, пропорциональным амплитуде сигнала ошибки преобразовани  U в момент равенства-ПС модулю напр жений Uj и и.„., , подаваемых на входы первоглин

го компаратора с противоположными знаками. Если же на первом входе первого ключа 14 по вл ютс  импульсы и/ (фиг, Зи) отрицательной полОМП

л р ости, что соответствует отрицательному значению ошибки преобразовани  US на выходе аналогового сумматора 12, а на втором входе первого ключа счетные импульсы жительны, то на выходе ключа 14 формируютс  пачки импульсных последовательностей Up, д отрицательной пол рности (фиг.3м) за счет инвертировани , предусмотренной схемой ключа 14.

Счетные импульсы U подаютс  на реверсивный счетчик 15, в результате чего на его выходе с течением времени образуетс  числова  последовательность , котора  может быть использована при сопр жении след щей системы с микропроцессором.Цифровое значение сигнала на выходе реверсивного счетчика 15 может измен тьс  на каждом такте преобразовани  при наличии ошибки преобразовани  иj, так как если Ug О, т.е. huM f и-ч указывает на несоответствие числового значени  выхода

и

рсч

(фиг. Зо) реверсивного счетчика

15 аналоговому значению преобразуемого напр жени  , то первый компаратор 13 и первый ключ 14 сформируют пачку импульсов на новом такте положительной пол рности с числом импульсов, пропорциональным ошибке Vf на этом такте, которые, попада  на вход реверсивного счетчика 15, будут добавлены к предьщущему его показанию, значит числовое значение возрастет, привод  одновременно к увеличению значени  U м, а следовательно , к уменьшению ошибки U§ . В случае, когда Ug О, т.е. ., первый компаратор 13 и первый ключ 14 как и ранее сформирует на новом такте иачку импульсов отрицательной пол рности с числом импульсов,пропорциональным .,;шибкс Uj- на этом такте , которые будут вычтены из числен- НОГО значени  показани  счетчика на предыдущем такте. Процесс уравновешивани  выходного показани  реверсивного счетчика импульсов закончитс , как только напр жение обратной св зи контура преобразовани  U,, станет равным напр жению U, т.е. цифровое показание реверсивного счетчика будет точно соответствовать.(с учетом цены младшего разр да) величине рассогласовани  валов. Как видно, ошибка Ug в этом случае будет тождественно

равна нулю (иг. Зк) .

Ликвидаци  рассогласовани  валов в след щей системе производитс  подсистемой управлени  следующим образом. Напр жение с выхода преобразовател 

16 по истечении времени Т . переходного процесса в канапе преобразовани , протекающего почти мгновенн.о в электронных цеп х его сравнени  с электромеханическими процессами в канале управлени , пропорциональное сигналу рассогласовани  механически несв заннь Х валов, подаетс  на первый вход второго компаратора 17, на второй вход которого подаетс  пилообразное напр жение .ц , в результате чего после окончани  указанного процесса на выходе второго компаратора 17 формируютс  широтно-модули- рованные импульсы (фиг.Зн) с шириной,

пропорциональной величине рассогласовани  валов (фиг.ЗБ) при t Т

пп

на каждом такте. Это последовательность импульсов подаетс  на первый вход второго ключа 18. На второй его

вход посылаютс  высокочастотные импульсы с третьего выхода блока 10. Таким образом, на выходе, второго ключа 18 формируютс  пачки импульсов с числом в каждой пачке (фиг.Зр),пропорциональным ширине импульсов, формируемых вторым компаратором, т.е. сигнах у рассогласовани  &Ч при t Т. Пол рность импульсов в пачке зависит от пол рности широтно-модулированных

импульсов, т.е. техническа  реализаци  второго компаратора и второго ключа аналогична реализации первого компаратора и первого ключа соответ- ственно. Наличие блока 10 способствует строгой синхронизации фронтов импульсов в контуре управлени  так же, как это имело место и в контуре преобразовани . Пачки импульсов с выхода второго ключа 18 подаютс  на схему

управлени  6, котора  осуществл ет распределение импульсов по обмоткам шагового двигател . Исполнительный шаговый двигатель через редуктор в зависимости от пол рности импульсов вращаетс  в ту или иную сторону, ус устран   рассогласование механически несв занных валов. В случае, когда рассогласование становитс  равным нулю, значение U, , будет также равно нулю, что приведет к по влению нулевого значени  на выходе реверсивного счетчика и соответственно на выходе ПКН, а это в свою очередь приведет к остановке шагового двигател  в требуемом положении, соответствующем нулевому рассогласованию .

Claims (1)

1. Формула изобретени

   След ща  система, содержаща  источник напр жени  переменого тока, подключенный к формирователю опорного напр жени  и к элементу сравнени , вход которого св зан через редуктор с валом шагового двигател , входом подключенного к выходу блока управлени , выход элемента сравнени  подклюг1ен к входу усилител , выход которого подключен через фазочувст 8

   выпр митель к входу фильтчастот , отличающа

   точности отработки задающего сигнала и расширени  области применени  системы , в нее введен блок импульсно- фазовой автоподстройки частоты,генератор линейно измен ющегос  напр жени , первый компаратор, первый ключ, реверсивный счетчик, преобразователь код-напр жение, второй компаратор и второй ключ, причем выход преобразовател  код - напр жение подключен к второму входу аналогового сумматора, к выходу формировател  опорного напр жени  подключен блок импульсно-фазовой автоподстройки частоты, первый выход которого соединен с вторым входом фазочувствитель- ного выпр мител , второй выход - с входом генератора линейно измен ющегос  напр жени , выход которого соединен с вторыми входами первого и второго компаратора, а третий выход блока импульсно-фазовой автоподстройки частоты соединен с управл ющими входами первого и второго ключей, вь5ход фильтра низких частот соединен с входом аналогового сумматора , выход второго ключа подключен к входу блока управлени .

   ,бш.1

   5X0

   Вш.2

   &Ш.З