SU1472871A1 - След ща система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматического регулировани  и может быть использовано дл  стабилизации приборов, установленных на качающемс  основании. Цель изобретени  - повышение точности системы. Система содержит измеритель рассогласовани  1, усилитель 2, выпр мители 5,17, блоки сравнени  6,16, сумматор 7, широтноимпульсный модул тор 8, бесконтактный двигатель посто нного тока 9, редуктор 10, фазоопережающий фильтр 11, реле реверса 12, блок умножени  13, фазовращатель 3, блок подавлени  квадратурной составл ющей 4, блок формировани  опорных напр жений 18, источник опорного напр жени  19. В системе повышаетс  динамическа  точность за счет эффективной фильтрации квадратурной составл ющей и накоплени  полезного сигнала. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относитс  к автоматическому регулированию и может быть использовано дл  стабилизации приборов , установленных на качающемс  ос- новании.

Цель изобретени  - повышение точности след щей системы.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема системы; на фиг.2 - пример оптимальной реализации фазовращател  на фиг.З - пример оптимального выполнени  блока подавлени  квадратурной составл ющей; на фиг.4 - то же, первого выпр мител ; на фиг.5 - то же, блока формировани  опорных напр жений; на фиг.6 - эпюры основных сигналов системы.

Следующа  система содержит дистанционный измеритель 1 рассогласовани  усилитель 2, фазовращатель 3, блок 4 подавлени .квадратурной составл ющей первый выпр митель 5, первый блок 6 сравнени , сумматор 7, широтно-им- пульсный модул тор 8, бесконтактный двигатель 9 посто нного тока, редуктор 10, фазоопережающий фильтр 11, реле 12 реверса, блок 13 умножени , тахогенератор 14, дифференцирующее звено 15, второй блок 16 сравнени , второй выпр митель 17, блок 18 формировани  опорных напр жений, источник 19 опорного напр жени .

Фазовращатель 3 (фиг.2) содержит конденсаторы 20 и 21, резистор 22, вход 23 фазовращател , резистор 24, операционный усилитель 25, резистор 26, конденсаторы 27 и 28, резистор 29, выход 30 фазовращател .

Блок 4 подавлени  квадратурной составл ющей содержит (фиг.З) электронный ключ 31, резисторы 32 и 33, конденсатор 34, апериодическое звено 35, сглаживающий RC-фильтр 36, дифференцирующее звено 37, электрон- ный ключ 38, конденсаторы 39 и резистор 40, электронный ключ 41, информационный вход 42, первый 43 и второй 44 опорные входы и выход 45.

Первый выпр митель 5, выполненный в виде двухтактного детектора, содержит (фиг.4) два электронных ключа 46,47, информационный вход 48, инвертор 49, первый 50 и второй 51 опорные входы, резисторы 52,53, вы- ход 54, сглаживающий конденсатор 55.

Блок I8 формировани  опорных напр жений содержит (фиг.5) усилитель- ограничитель 56, согласующий резис5

0 5

0

5

0 5

0 5

тор 57, транзисторный ключ 58 и элемент НЕ 59, вход 60, первый выход 61 и второй выход 62.

След ща  система работает следующим образом.

Измеритель 1 рассогласовани , выполненный в виде сельсинной пары, формирует сигнал рассогласовани  с несущей опорного напр жени  частотой fon, амплитуда и фаза огибающей сигнала частотой fc несет в себе полезную информацию о значении и направлении рассогласовани  (фиг.6а,б). В результате дистанционной передачи сигнала рассогласовани  последний, кроме полезной составл ющей, содержит и другие гармоники помех, наибольшей из которых  вл етс  квадратурна  составл юща  (фиг.бв). Кроме этого, сигнал рассогласовани  на выходе усилител  2 имеет сдвиг фазы по отношению к фазе опорного питающе- го напр жени . В результате эффективность подавлени  квадратурной составл ющей может оказатьс  низкой, поскольку веро тности подавлени  полезного сигнала и его помехи одинаковы. Сигнал рассогласовани  с выхода усилител  2 поступает на вход (23) фазовращател  3, который сдвигает фазу сигнала рассогласовани  до совпадени  ее с фазой опорных напр жений (фиг.6г,д), поступающих на входы (43,44) блока 4 подавлени  квадратурной составл ющей с первого б и второго 62 выходов блока 18 формировани  опорных напр жений. Последний формирует опорные напр жени  из напр жений питани , поступающего с источника 19 опорного напр жени , одновременно запитывающе- го и измеритель 1 рассогласовани .

Фазовращатель 3 представл ет собой полосовой усилитель на базе операционного усилител  25. Нижн   полоса пропускани  этого усилител  определ етс  Т-образным RC-фильтром, состо щим из резистора 22 и конденсаторов 20,21, а верхн   полоса - таким же фильтром из резистора 29 и конденсаторов 27,28, т.е. отношение резисторов 24 и 26 определ ет коэффициент усилени  усилител  25.

Резисторы 22 и 29 выполнены регулируемыми по величине. Вследствие этого имеетс  возможность смешать положение полосы пропускани  усилител  относительно частоты f0n в ту или

10

15

20

25

J 147287

другую сторону. Кечи максимум полосы пропускани  не совпадает с частотой fen., то усилитель сдвигает фазу, причем сдвиг тем больше, чем больше расстройка . Затухание сигнала по амплитуде при этом компенсируетс  увеличением коэффициента усилени  с помощью подбора резисторов 24,26. Указанный усилитель компенсирует сдвиг фаз до +.60 , что оказываетс  достаточным дл  правильного их совмещени .

Формирование опорных напр жений, поступающих на входы 43,44 блока 4, осуществл етс  в блоке 18 формировани  опорных напр жений, на вход 60 которого поступает опорное напр жение . Усилитель 56 (фиг.5) обеспечивает -двухстороннее ограничение поступающего напр жени  по амплитуде, а транзисторный ключ 58 формирует с этого напр жени  положительные импульсы пр моугольной формы. Элемент НЕ 59 мен ет фазу сформированных импульсов на 180°, в результате чего на выходах 61 и 62 снимаютс  две последовательности пр моугольных импульсов (фиг.6, эпюры г,д). Относительно одного из них в зависимости от напр жени  рассогласовани  выполн етс  регулировка сдвига фазы фазовращателем 3. Пр моугольный импульс, поступивший на вход 42 (см.фиг.3) через ключ 31, подаетс  сфазированным с сигна- . лом рассогласовани , в результате че- 35 го с выхода ключа 31 снимаетс  последовательность импульсов, представленна  на эпюре (фиг.бе).

.С выхода ключа 31 напр жение подаетс  на сглаживающий RC-фильтр 36, 40 период интегрировани  которого равен 2-3 периодам опорного напр жени , в результате чего получаетс  малое запаздывание, но эффективность сглаживани  оказываетс  низкой (фиг.бж). Вместе с тем уровень пульсации (соответственно , и уровень гармоник) на выходе фильтра по сравнению с изменением входного сигнала значительно ниже (фиг-.бе и ж) . Это позвол ет реализовать устойчивую работу апериодического звена 35 при большом коэффициенте усилени .

В этом случае эффективность сгла30

45

50

квадратурной составл ющей, то при отрегулированном соотношении фаз среднее значение в каждом периоде модул ции равно нулю, поскольку по ложительна  и отрицательна  части оказываютс  равными между собой, н противоположными по знаку (фиг.бз, заштрихованные части). Отметим, чт в случае переходных режимов работы т.е. при наличии приращений входно сигнала, эффективность подавлени  квадратурной составл ющей оказывае с  недостаточной. Поэтому в блоке подавлени  квадратурной составл ющ ( фиг.З) используетс  модул тор из ключей 41,38 и звена 37 из резисто ра 40 и конденсатора 39. Ключи 38 и 41 управл ютс  противоположными напр жени ми, поэтому моменты пода чи сигнала на вход фильтра 36 и на звено 37 разнесены во времени, чем исключаетс  сквозна  передача вход ных изменений на выход 45 блока 4. Вследствие коммутирующего действи  ключей 38 и 41 сигнал рассогласова ни  повторно модулируетс  (фиг.бк) а с учетом преобразующего действи  звена 37 и ключа 41 восстанавливае с  противофазна  компонента, котор не пропускалась при однотактной де модул ции (фиг.6л). После прохожде ни  элемента 49 противофазна  комп нента (фиг.6м) демодулируетс  в пе вом выпр мителе 5 (фиг.4) ключом 4 и конденсатором 55. Пр ма  компоне та демодулируетс  ключом 46 и конденсатором 55. Таким образом, конденсатор накапливает амплитуду (фиг.бн) как в положительные, так отрицательные полупериоды опорного напр жени , в результате чего улуч шаетс  соотношение сигнал/шум, при чем эффективность сглаживани  при этом возрастает.

Далее напр жение рассогласовани через первый сравнивающий блок 6 и первый сумматор 7 поступает на вход широтно-ймпульсного модул тора 8, формирующего импульсы управлени  двигателем 9 посто нного тока, выходной вал которого через редуктор 10 св зан с входом измерител  1 ра согласовани . На валу двигател  9

живани  определ етс  в основном коэф-« укреплен тахогенератор 14, который

цициентом усилени , а не посто нной времени RC-цепи. Таким образом, можно обеспечить сглаживание при малом запаздывании (фиг.би). Что касаетс 

совместно с диференцирующим звеном 15 и вторым выпр мителем 17 осущес вл ет гибкую отрицательную обратную св зь, а в сочетании со звеном 15,

0

5

0

5

5

0

30

5

0

квадратурной составл ющей, то при отрегулированном соотношении фаз среднее значение в каждом периоде демодул ции равно нулю, поскольку положительна  и отрицательна  части оказываютс  равными между собой, но противоположными по знаку (фиг.бз, заштрихованные части). Отметим, что в случае переходных режимов работы, т.е. при наличии приращений входного сигнала, эффективность подавлени  квадратурной составл ющей оказываетс  недостаточной. Поэтому в блоке подавлени  квадратурной составл ющей (фиг.З) используетс  модул тор из ключей 41,38 и звена 37 из резистора 40 и конденсатора 39. Ключи 38 и 41 управл ютс  противоположными напр жени ми, поэтому моменты подачи сигнала на вход фильтра 36 и на звено 37 разнесены во времени, чем исключаетс  сквозна  передача входных изменений на выход 45 блока 4. Вследствие коммутирующего действи  ключей 38 и 41 сигнал рассогласовани  повторно модулируетс  (фиг.бк), а с учетом преобразующего действи  звена 37 и ключа 41 восстанавливаетс  противофазна  компонента, котора  не пропускалась при однотактной демодул ции (фиг.6л). После прохождени  элемента 49 противофазна  компонента (фиг.6м) демодулируетс  в первом выпр мителе 5 (фиг.4) ключом 47 и конденсатором 55. Пр ма  компонента демодулируетс  ключом 46 и конденсатором 55. Таким образом, конденсатор накапливает амплитуду (фиг.бн) как в положительные, так и отрицательные полупериоды опорного напр жени , в результате чего улучшаетс  соотношение сигнал/шум, причем эффективность сглаживани  при этом возрастает.

Далее напр жение рассогласовани  через первый сравнивающий блок 6 и первый сумматор 7 поступает на вход широтно-ймпульсного модул тора 8, формирующего импульсы управлени  двигателем 9 посто нного тока, выходной вал которого через редуктор 10 св зан с входом измерител  1 рассогласовани . На валу двигател  9

совместно с диференцирующим звеном 15 и вторым выпр мителем 17 осуществл ет гибкую отрицательную обратную св зь, а в сочетании со звеном 15,

51/47°

блоком 16, блоком 13, сумматором 7 - положительную обратную св зь.

В предложенной системе повышаетс  точность за счет эффективности фильт- 5 рации квадратурной составл ющей и накоплени  полезного сигнала.

Claims (5)

1. След ща  система, содержаща  дистанционный измеритель рассогласовани , опорный вход которого соединен с выходом источника опорного напр жени , причем выход измерител  рас- согласовани  подключен к входу усилител , выход которого соединен с входом фазоопережающего фильтра, подключенного выходом к входу реле реверса, выход которого соединен с входом уп- равлени  направлением вращени  бесконтактного двигател  посто нного тока и с первым входом блока умножени , подключенного выходом к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнени , первый вход которого соединен с выходом первого выпр мител , выход сумматора соединен с входов ши- ротно-импульсного модул тора, подклю- ченного выходом к информационному входу бесконтактного двигател  посто нного тока, выход которого через редуктор подключен к первому информационному входу дистанционного изме- рител  рассогласовани , а через тахо генератор - к первому входу второго блока сравнени  и входу дифференцирующего звена, -выход которого соеди- нен с вторым входом второго блока сравнени  и с входом второго выпр мител , подключенного выходом к второму входу первого выпр мител , выход второго блока сравнени  соединен с вторым входом блока умножени , вто- рой информационный вход дистанционного измерител  рассогласовани  подключен к входу задани  системы, о т- лича.юща с  тем, что, с целью повышени  точности системы, в нее введены фазовращатель, блок по- давани  квадратурной составл ющей и блок формировани  опорных напр жений, вход которого соединен с выходом источника опорного напр жени , причем первый и второй выходы блока формиро- вани  опорных напр жений соединены Соответственно с первыми и вторыми опорными входами блока подавлени 

5

0

5 0 25 30 35 40 45 50 55 .

8716

квадратурной составл ющей и первого выпр мител , выход усилител  соединен с входом фазовращател , подключенного выходом к информационному входу блока подавлени  квадратурной составл ющей, выход которого соединен с информационным входом первого выпр мител .

2.Система по п.1, отличающа с  тем, что фазовращатель содержит четыре конденсатора, четыре резистора и операционный усилитель, причем вход фазовращател  соединен

с первым выводом первого конденсатора , второй вывод которого соединен с первыми выводами первого резистора и второго конденсатора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго резистора, подключенного вторым выводом к первым выводам третьего конденсатора и третьего резистора и к входу операционного усилител , выход которого соединен с первым выводом четвертого конденсатора , с вторым выводом третьего резистора и с выходом фазовращател , вторые выводы третьего и четвертого конденсаторов соединены с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора и с общей шиной .

3.Система поп.1,отличаю- щ а   с   тем, что блок подавлени  квадратурной составл ющей содержит первый ключ, информационный вход которого соединен с информационным входом блока подавлени  квадратурной составл ющей, первый опорный вход которого соединен с управл ющим входом первого ключа, выход которого через сглаживающий RC-фильтр подключен к входу апериодического звена, подключенного выходом к информационному входу второго ключа, управл ющий вход которого подключен к второму опорному входу блока подавлени  квадратурной составл ющей, выход которого соединен с выходом дифференцирующего звена, вход которого подключен к выходам второго и третьего ключей, информационный вход последнего подключен к земл ной шине,

а управл ющий вход - к управл ющему входу первого ключа.

4.Система по п.1, отличающа с  тем, что первый выпр митель содержит первый и второй ключи, управл ющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым опорными входами первого выпр мител , информационный вход которого сое цинен непосредственно с информационным входом первого ключа, а через инвертор - с информационным входом второго ключа, выход которого через первый резистор соединен с выходом первого выпр мител , с первыми выводами сглаживающего конденсатора и второго резистора, второй вывод ко

10

8

торого подключен к выходу первого ключа.

5. Система по п., отличающа с  тем, что блок формировани  опорных напр жений содержит последовательно соединенные усилитель- ограничитель, согласующий резистор, транэистор(ый ключ, выход которого соединен с первым выходом блока формировани  опорных напр жений, второй выход которого соединен с выходом элемента НЕ, вход которого соединен с выходом транзисторного ключа.

Фиг.I

30 0

w

.«Bta.tf

60

0™

0#Јtf

55

д

& 4

+

59

62 -0

61

-#

шиишшиши

лшишшииж

,хх

Ј--

U

J

iJlflflHlfKlfbvj и

Фаз. 6