SU585474A1 - След ща система - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к обпасти систем автоматического регулировани  и может быть использовано в дискретных след щих системах автоматического управлени  и кибернетики , к которым предъ вл ютс  повышенные требовани  по быстродействию и точности обработки управл ющего сигнала.

Известна след ща  система с шаговым двигателем, состо ща  из чувствительного Э1юмента, подключенного на вход усилителЯ| выхад которого включен одновременно на вход схемы управлени  шаговым двигателем и на вход управлени  скоростью двигател , причем выход последнего включен на один из входов чувствительного элемента, на другие входы которого подключены соответственно задатчик и датчик регулируемой величины. Указанна  след ща  система позвол ет за счет использовани  режима программного разгона двигател  до частот выще частоты приемности повысить скорость отработки больших рассогласований.

Недостатком такой след щей системы  вл етс  снижение рабочей частоты двигател  при некотором пороге селектировани 

дл  предотвращени  пропуска шагсж, гак как в системе используетс  разомкнутый привод l.

Существенно повысить быстродействие шагового привода удаетс  при использовании датчика шагов на валу двигател . Однако известна  след ща  система, использующа  шаговый электропривод в режиме самокоммутации имеет ограниченные функциональные возможности по реализации режимов управлени  (реверс, торможение, отработка единичных шагов) l2j.

Указанные недостатки исключены в след щей системе, содержащей элемент сравнени , к первому и второму j входам которого подключены соответственно задатчик и датчик регулируемой величины, блсж усилите/юй , выходы второго соединены соответственно с входами блока сиредвлени  знака скорости и с обмотками управлени  шагового двигател , который механически соединен с датчиком шагов и через объект регулировани  - с датчиком регулируемой величины, коммутатор, одни из входов и выходы которот-о подключены соответственно к выходам датчика шагов и входам блока усилителей . Эта . след ща  система  вл етс  наиболе близкой к изобретению по технической сущности к достигаемому результату, так как позвол ет реализовать плавное регулировани во всем диапазоне изменени  величины рассогласовани . Однако, система имеет ограниченную скорость слежени  при заданной точности з/. Целью изобретени   вл етс  повышение тс чности системы. Это достигаетс  тем, что в известную след щую систему дополнительно установле- ны блок задани  программы и логический бло i первые входы которых подключены к выходу элемента сравнени , первый, второй и третий выходы блока задани  {программы соединень соответственно со вторы третьим и четвертым входами логического блока, к п тому и шестому входам которого подключены соответственно выходы блока определени  знака скорости, первый, второй и третий выходы логического блока соединены соответственно с другими входами коммутатора, , четвертый выход логи- .чешского блока подключен ко второму входу бл }ка задани  программы, к другим входам которого подключены соответственно выходы датчика шагов, При этом логический блок содержит пороговый элемент, вход которого подключен к первому входу логического блока, первый и второй выходы порогового элемента сое- динень соответственно с первыми и вторым входами первого элемента ИЛИи триггера, первый выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего элеме тов И, второй {выход триггера.соединен с первыми входами четвертого, п того и шее- того элементов Н, второй вход логического блока соединен со вторыми входами третьег и п того элементов И,, третий вход - со вторыми входами второго ч шестого элемен тов И, (четвертый вход - с первым входом седьмого элемента И,п уый вход - со вторым входом четвертого и с третьими входа второго и третьего элементов И, и шестой вход - со вторым входом первого и с третьими входами п того и шестого элементов И, Выход первого элемента ИЛИ соединен с четвертым выходом : логического блока и через первый элемент НЕ - со вторым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к третьему выходу логического блока и через второй элемент НЕ - к третьим входам первого и четвертого и к четвертым входам второго, третьего, п того и шестого элементов И, выходы первого , второго и п того элементов И .через второй элемент ИЛИ подключены к первому выходу логического блока, ко второму выходу которого через третий элемент ЛИ подключены выходы третьего, четвертого и шестого элементов И. Кроме того, блок задани /программы содержит нуль-орган, первый вход коюрого через усилитель соединен с тервым входом блока задани  программы, ..второй вход| которого через дифференцирующую цепь подключен к первому входу первого элемента I:, выход которого соединен с первыми входами; первого и второго элементов ИЛИ, ко второму входу первого; из которых через элемент задержки подключен выход третьего элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом Счетчика и через первый генератор развертки с входами первого пороговых элементов , первьй и второй выходы первого порогового элемента подключены соответственно к первым входам второго и третьего элементов И, выходы которь1х соединены соответственно со вторым входом второго элемента ИЛИ и с первым входом триггера, ко второму входу которого подключен выход второго элемента ИЛИ, выход нуль-органа соединен с входом формировател  импульсов, выход которого подключен ко второму счетчика и через второй генератор развертки - ко второму входу нуль-органа, выход счетчика через преобразователь код- аналог соединен со вторым входом пер-, вого порогового элементу, другие входы блока задани  программы подключены соответственнок входам третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего элементов И, а первыйи вторые вых.оды триггера и второго порргового элемента соединены соответственно с первым, вторым, третьим выходами блока задани  программы и со вторым входом первого элемента И. На фиг. 1 представлена структурна  схема след щей системы; на фиг. 2 - фазовый портрет, по сн ющий особенности работы системы в различных режимах. След ща  система, к первому входу эпемента сравнени  которой подключен задет- чик, состоит из шагового двигател  1, с валом к.оторого механически соединен датчик шагов 2 и объект регулировани  3 с да-рчиком регулируемой величины, подключенным ко второму входу элемента сравнени  (главна  обратна  св зь на фиг. 1 показана штриховой линией), коммутатора 4, один из входов (первые входы элементов И 4О-51) и выходы (элементы ИЛИ 36-39) которого подключены соогве.тств.епно к рл гходам датчика шагов 2 и входам блока уси.тигелей 35, ВЫХОДЫ когорогх) соединены соответственно с входами блока определени  знака скорости бис обмотками управлени шагового двигател  1, логического блока и блока Задани  программы 7. Логический блок 5 имеет шесть входов и четыре выхода. Он состоит из триггера 8, к входам которого подключены выходы порогового элемента 9, вход которого подключен к первому входу логического блока 5. Выходы порогового элемента 9, кроме того, подключены соответственно к входам первого элемента ИЛИ 10, выход которого подключен на вход первого элеме га НЕ 11. Первый выход триггера 8 соединен с первыми входами первого, и третьего элементов И 12, 16 и 17. Второй выход триггера 8 соединен с первым . входами.четвертого, п того и шестого элементов И 13, 14 и 15. Второй вход логиче .ского блока В соединен со вторыми входами третьего и п того элементов И 14 и 17, третий вход - с втдрыми входами второго и шестого элементов И 15 и 16, червертый вход - с первым входом седьмо элемента И 18, п тый вход - со вторым входом четвертого элемента И 13 и с третьими входами второго и третьего элементов , И 16 и 17, и шестой вход - со вторым входом первого элемента И 12 и с третьими входами п того и шестого элементов И 14 И 15. Выход первого элемен та ИЛИ 10 соединен с четвертым выходом логическо1-о блока 5. Выход первого элемента НЕ 11 соединен со вторым входом седьмого элемента И 18, выход которого подключен к третьему выходу логическог блока 5 через второй элемент HR 19 - к третьим входам первого и четвертого элементов И 12 и 13 и к четвертым входам второго, третьего, п того и шестого.элеме тов И 14, 15, 16 и 17. Выходы первого, второго и п того элементов И 12, 14 и 16 через второй элемент ИЛИ 7О подключены к первому выходу логического бл ка 5, ко второму выходу которого через третий элемент ИЛИ 71 подключены выходы третьего, четвертого и шестого элемен И 13, 15 и 17. Блок задани  программы 7 содержит нуль-орган 57, первый вход которого через усилитель 56 соединен с первым входом блока задани  программы 7, второй вход которого через дифференцирутс цую цепь 64 подключен к первому входу первого элемен та И 65. Выход элемента И 65 соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ 66 и 53. Ко второму входу элемента ИЛИ 66 через элемент задержки 68 подключен выхэа г{ютьего элемент ИЛИ 69. Выход первого элемента ИЛИ 66 соединен с первым входом счетчика .9 и через первый генератор развертки 62 - с входами первого и второго пороговых элементов 61 и 67. Первый и второй выходь первого пороговогоэлемента 61 подключены соответственно к первым входам второго и третьего элементов И 54 и 55, выходы которых соединены соответственно со вторым входом второго элемента ИЛИ 53 и с первым входом триггера 52, ко второму входу которого подключен выход второго элемента ИЛИ 53. Выход нуль-органа 57 соединен с входом формировател  импульсов 58, выход котррого,Ттодключен ко второму входу сЧетчика 59 и через второй генератор развертки 63 - ко второму входу нуль-ортана 57. Выход счетчика 59 через преобразователь | код - аналог 6О соединен со вторым входом первого порогового элемента 61. Другие входы блока задани  программы 7 подключены соответственно к входам третьего элемента ИЛИ 69, выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего элементов И 54 и 55. Первые и вторые выходы триггера 52 и второго порогового элемента 67 соединены соответственно с первым, вторым, третьим Выходами блока j задани  программы 7 и со вторым входом первого элемента И 65. К первым входам блока задани  программы 7 и логического блока 5 подключен выход элемента сравнени . Первый, второй и третий выходы блока задани  программы 7 соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами логического блока 5, к п тому и шестому входам которого подключены соответственно выходы блока определени  знака скорости 6. Первый, второй и третий выходы логического блока 5 соединены соответственно с входами коммутатора 4 (вторые входы элементов И 40-51). Четвертый выход логического блока 5 подключен ко второму входу блока задани  программы 7, к другим входам которого подключены соответственно выходы датчика шагов 2. След ща  система работает следующим образом. Режим работы двигател  1 задаетс  управл ющими командами логического блсжа 5. При наличии управл ющего сишала на выходе элемента ИЛИ 70 разрешающий сигнал поступает на элементы И 4О, 43, 46 и 49 и обмотки управлени  двигател  коммутируютс  таким образом. Что ротор вращаетс  в пр мом .направлении. При управл ющем сигнале, поступающем с выхода элемента ИЛИ 71, сигналы с датЧика шагов проход т через элементы И 42 45, 48, 5О и ротор вращаетс  в обратном вправлении.

Сигнал с выхода элемента И 18 поступает на элементы И 41, 44, 47, 51 и ротор фиксируетс  в одном из устойчивых положений.

Пороговый элемент 9 логического блока 5 имеет три УСТОЙЧИВЫХ состо ни . Если сигнал ошибки превышает зону нечувствигельност , то на одном из выходов порогового алемента 9 в зависимости от знака рассогласовани  по вл етс  высокий потенциал Если сигнал ошибки меньше величины эоны нечувствительности, то на обоих выходах имеет место нулевой потенциал.

Блок знака скорости 8 вы вл ет направление вращени  двигател , использу  в качестве входных сигналов имЛульсы, поступающие с усилител  мощности 35 на обмотки управлени  шагового двигател  1. При включении очередной фазы на выходе одной из дифференцирующих пепей 31-34 по вл етс  импульс, который проходит через один из элементов И 23-30 в зависимости от комбинации включени  в этот момент других обмотсж. Например, при работе двигател  i с четырехтактной попарной коммутацией обмоток по системе - 12- -23-34-41 - при включении фазы 3 и отключени  фазы 1 включенной фазой может быть также фаза 2 или 4. При этом переход с положени  23 на 12 будет соответствовать отрицательному направлению вращени , а пepexoдvc положени  34 на 41 положительному . Выходы элементов И, пропускающих импульсы, соответствующие одному   тому же направлению вращени объедин5потс  элементами ИЛИ 21 и 22 подсоедин ютс  к входам триггера 2О, ко торый осуществл ет запоминание направлени  вращени  на каждом щаге.

В блоке задани  программы 7 реализуетс  зависимость

,

Информаци  о величине скорости вращени  двигател  снимаетс  с датчика mart 2.

Врем  обработки шаги обратнопропорционально средней скорости вращени  двига тел  1 на шаге:сЛ 1

поэтому уравнение линии переключени  можно представить как

где « ciL Vo:555.

Велкпмнт а/У|бГ реализуетс  в виде уровн  напр жени  с помощью функциональ ного преобразовател , состо щего из усилител  56 с коэффициентом усилени 

l/O,555tiJy, генератора параболической развертки 63, нуль-органа 57, формировател  импульсе 58, счетчика 59 и преобразовател  код - аналог ВО. Генератор параболической развертки вып шн етс  на двух соединенных последовательно генераторах линейной развертки. Генератор линейной развертки состоит из интегрирую шего конденсатора , включенного на выход генератор тока. Конденсатор шунтируетс  ключам, к торый замыкаетс  при поступлении импульса по шине Установка О . При атом конденсатор мгновенно разр жаетс  до нул . Ток первого генератора тока поддерживаетс  посто нным, поэтому напр жение на первом интегрирующем конденсаторе линейно нарастает во времени. Ток второго генератора имен етс  пропорционально напр жению на первом конденсаторе, при этом напр жение на Втором конденсаторе измен етс  во времени по параболе. Напр жение параболической развертки, снимаемое с генератора развертки 63, сравниваетс  с напр жением рассогласовани  I в1 . В моме их равенства срабатывает нуль-орган 57 и на выходе формировател  58 по вл етс  импульс, который поступает на счетный вход счетчика 59 и одновременно разр жает интегрирующие конденсаторы генератра развертки 63.

Таким образом на счетчик 59 поступают импульсы с периодом следовани , равны

Т„р 1 /а

, причем число им щ лье еж в один шаг определ етс  как

на интервале

№

П«Т.

Т Т М пр щ

ш

откуда

ОП

Из последнего с оотношени  с учетом того, что Тщ , уравнение лини  переключени  имеет вид:

Решение этого уравнени  осуществл етс  пороговым элементом 61, на входы которого поступают величины « и Т, в виде урсжней напр жени .

Claims (3)

1. Напр жение, пропорциональное числу  мпульсов .ft , снимаетс  с преобразовател  код - аналог 6О, включенного на выход счетчика 59. Напр жение, соответствующее Tjij , создаетс  генератором параболической развертки 62. Таким образом, в момент прихода очередного нмпупьса с датчика шаг на элементы И 54 и 55 на одном из выходов порогового-элемента 61 в зависимосTi: от величины напр жений на выходе преобразовател  код - аналог 6О и генерат« ра развертки 62 имеетс  высокий потенциал . Импульс с датчика щагов 2, проход  через один из элементов И 54 или 55, устанавливает триггер 52 в одно из положений , определ ющих разгон или торможе ние двигател . После считывани  информаци со счетчика 59 и генератора развертки 62 импульс датчика шагов 2 через линию задержки 68 устанавливает нх в исходное состо ние, после чего начинаетс  формирование линии переключени  на следующем ша ге двигател . Если двигатель 1 находитс  в режиме фиксации в зоне нечувствительности, то при по влении сигнала рассогласовани  первый импульс на формирование линии переключени  проходит по дифференцирующей цепи 64 котора  срабатывает при по влении высокого потенциала на одном из выходов порог№ого элемента 9. Этот импульс через элемент И 65 и: элемент ИЛИ 66 также поступает по шине Установка О на входы счетчика 59 и генератора развертки 62. Если же при нулевом рассогласовании дайгатель 1 имеет значительную скорость, то при срабатывании порогового элемента 9 импульс с дифференцирующей цепи 64 через элемент И 65 не п|)оходит, так как на втором входе присутствует запрещающий потен циал, снимаемый с порогового элемента 67 Пороговый элемент 67 срабатывает и выда ет разрешающий потенциал только при превышении сопр жени  на выходе генератора развертки 62, напр жени  порога срабатыБйНй . Это напр жение соответствует скоро ти, с которой, двигатель 1 тормозитс  на фиксированном участке без.выбега. Импульс элемента И 65 поступает также через элемент ИЛИ 53 на- вход триггера 52 и устанавливает его в положение, соответству ющее разгону двигател , дл  того, чтобы уже йа первом шаге двигател  движение осуществл лось в требуемом направлении. Фазова  плоскость (см. фиг. 2) разбиваетс  лини ми переключени  пороговых элементов 9, 61   67 и триггером 20 на р д областей. Штрихами показаны линии переключени , которые исключены алгоригмом управлени  системы. Дл  синтеза алгоритма используетс , таким образом, семь областей, границы которых отмечены сплошными лини ми. Каждой из этих областей соответствует один из элементе И 12-18. Часть фазовой плоскости с координатами @ e 4-@jj и.tO принадлежит области 1У, а с координатами -© ® +®дИЦХ- ь). - области III. Это достигаетс  с помощью триггера 8, включенного на выходы поротового элемента 9, который запоминает предыдущее значение координаты при отключении порогового элемента 9. На выходах элементов И 12, 14, 16 вы сокий потенциал по вл етс  тогда, когда координаты системы наход тс  в пределах I, 1JJ И областей с о ответствен но. Вых; ды указдпных элементов обч.одинпютс  элементами ИЛИ 7О, .так какзнакупрпвл ющото воздействи  на всех трех участках одинаков , и подаютс  на вход коммутатора 4, обеспечивающего этот знак управл ющего воздействи:. Аналогичным образом выходы элементов И 13, 15 и 17, включение одного из которых означает, что координаты системы наход тс  в области П, ГУ или , объедин ютс  элементом ИЛИ 70. и включаютс  на вход коммутатора 4 другого знака. На входы элементов И 12 и 13 включаютс  только выходы триггеров 8 и 20, так как при нахождении фазовых координат системы в област х i и Ц, информации с этих элементов достаточно дл  Bi i6oра нужного знака управл ющего воздействи . На элементы И 14-17 подаютс  сигналы и с блока Задани  программы 7, так как управл ющее воздействие зависит также от того, по какую сторону линии переключени  наход тс  пороговые координаты системы UJfl и 0. Режим фиксации осуществл етс  в области УП только после того, как рассогласование и скорость двигател  станут меньше пороговых значений. Если на обоих выходах порогового элемента 9 по в тс  нулевые потенциалы, то на выходе элемента НЕ 11 будет выс,«ий уровень напр жени , который поступает разрешающим сигналом на один из входов элемента И 18. Второй разрешающий сигнал приходит на элемент И 18 с порогового элемента 67 блока задани  программы 7, когда скорость двигател  станет ниже пороговой. Режим фиксации двигател , осуществл ющий при этом, происходит с исчезновением разрешающих . уровней напр жени  на выходах элементов И 12-17, гак как сигнал с выхода элемента И 18 инвертируетс  элементом НЕ 19 и подаетс  на входы элементов И 12-17. Рассмотренна  след ща  система позвол ет отрабатывать в квазиоптимальном режиме входные воздействи  типа скачок угла . При атом, как показывает опыт, в основном совершаетс  не более одного пополнительного переключени  в переходном процессе. Входные воздействи  типа скачок скорости система отрабатывает в вибрационном режиме , име  при этом некоторую динамическую ошибку. Использование предлагаемого изобретени  позволит значительно увеличить точность сложени  (в 2-3 раза) при повышенных скорост х отработки сигнала рассогласовани . Кроме того, эта след ща  система за счет уменьшени  колебательности и увеличени  устойчивости обладает более высоким. качествами отработки входного сигнала. . Формула изобретени  1.След ща  система, содержаща  элеме сравнени , к первому и второму входам которого подключены соответственно задатчик и датчик регулируемой величины, блок усилителей, выходы которого соединены соответственно с входами блока определени  знака скорости и с обмотками управлени  шагового двигател , который механически соединен с датчиком шагов и через объект регулировани  - с датчиком регулируемой величины, коммутатор, один из входов и вы ходов которого подключены соответственно к выходам датчика шагов и входам блока усилитедей, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности системы , она содержит блок задани  программ и логический блок, первые входы которых подключены к выходу элемента сравнени , первый, второй и третий выходы блока задани  программы соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами логического блока, к п тому и шестому входам которого подключены соответственно выходы блока определени .знака скорости, первый. Второй и третий выходы логического блока соединены соответственно с другими входами коммутатора, четвертый выход логического блока подключен ко втором входу блока задани  программы, к другим .входом которого подключены соответственно выходы датчика шагов. 2.След ша  система по п. 1, о т - личаюшв с,  тем, что логический блок содержит пороговый элемерт, вход Kt торого подключен к первому входу логического блсжа, первый н второй выходы порогового элемента соединены Ьоогветственно с первыми и вторыми входами первого Э1Юмента ИЛИ и триггера, первый выход которого соел чен с первыми входами первого , второго и третьего элементов И, вых{ триггера соединен с первыми входами четвертого, п того и шестого элементе И, второй вход логического блока соединен со вторыми входами третьего и п того элементов И, третий вход - со вторыми входами второго и шестого элементов И, четвертый вход - с первым вхойом седьмого элемента И, п тый вход - со вторьм входом четвертого в с третьими входами второго и третьего элементов И, и шестой вход - со вторым входом первого и с третьими входами ви того и шестого элементов И, выход первого элемента ИЛИ соединен с четвертым выходом логического блока   через первый элемент НЕ - со вторым вхопом седьмого элемента И, выход которого подключен к третьему выходу логического блока и через второй элемент НЕ - к .третьим входам первого и четвертого и к четвертым входам, второго , третьего, п того и шестого элементов И, выходы первого, второго и п того элементов И через второй элемент ИЛИ подключены к первому выходу логического блока, ко второму выходу которого через третий элемент ИЛИ подключены выходы третьего, четвертого и шестого элементов И. 3. След ща  система по п. 1 отличающа с  тем, что блок задани  программы содержит нуль-орган, первый вход которого через усилитель соединен с первым входом блока задани  программы, второй вход которого через дифференцирующую цепь подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, ко второму входу первого из которых через элемент задержки подключен выход третьего элемента ИЛИ, выход пер вого элемента ИЛИ соединен с первым входом счетчика и через первый генератор развертки - с входами первого и второго пороговых элементов, первый и второй выходы первого порогового элемента подключены соответственно к первым входам второго и третьего элементов И, выходы которых соединены соответственно со вторым входом второго элемента ИЛИ и с первым входом триггера, ко второму входу которого одключен выход второго элемента ИЛИ, выход нуль-органа соединен с входом-форми: ровател  импульсов, вьпсод которого подключен ко вторс лу входу счетчика и через второй генератор развертки - ко второму входу нуль-органа, выход счетчика через преобразователь код - аналог соединен со вторым входом первого порогового элемента, другие входы блсжа задани  программы подключены соответственно к входам третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего элементов И, а первые и вторые выходы триггера и второго порогового элемента соединены соответственно с первым, вторым, третьим выходами блсжа задани  программы и со вторым входсм первого элемента И. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе; 1.Авторское свидетельство СССР № 237228, KJL & 05 F, 12.02.8.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 216078, кл. (3 О5 F, О5.О2.65.
3. 3.Авторское свидетельство СССР N9 494725, кл. G Об В 11/14, 28.01.74.

   i

   :.J

   9иг. i