SU717724A1 - Цифрова след ща система - Google Patents

Description

	/
Союз Советских Социалистических Республик	О ПИСАН И Е	о» 717724
	ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
	(61) Дополнительное к авт. свид-ву - L .	s-; ·.
	(22)3аявлено 21.06.76 (21) 2373729/18-24	(51 )M. Кл!
	с присоединением заявки № -	G 05 В 21/00
1Ьсударственный комитет
СССР	(23) Приоритет -
по делам изобретений	Опубликовано 25.02.80.Бюллетень № 7	(53)УДК 62-50
к открытий	Дата опубликования описания 28.02.80	(088.8) J

(72) Авторы изобретения В. А. Казанский, С. В. Демидов, А. Ю, Мальчик и Э. С. Мучник (71) Заявитель Особое^{* 1} конструкторское бюро станкостроения (0КБС) (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Предлагаемое изобретение относится” к области дискретных электронных сйс- . тем управления ,и цифровых регуляторов, . оно может быть использовано*в частности* при построении регулятора частоты вра- . щения электродвигателя.

Известны цифровые следящие системы, .содержащие задающее устройство., устройство сравнения, вычислительное устройство, исполнительный механизм, выход которого соединен с регулирующими орта— ” датчик обраткой связи. Преобразователь напряжение-коД и цифровой сумматор-накопитель, второй вход которого соединен с выходом задающего устройства СЗ]. Недостатком данной системы является ^s ее низкое быстродействие.

Целью настоящего изобретения является повышение быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе установлены генератор стробиругаших импульсе® и буферное запоминаюнами объекта регулирования, положение \ шее устройство, первый вход которого которого контролируется датчиком, выход ’ которого соединен со вторым входом устЬойства сравнения KJ.

В качестве сравнивающих устройств систем такого рода нашли широкое применение цифровые сумматоры-накопители |2j

К предлагаемой.наиболее близкой по . технической сущности является; цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные преобразователь коднапряжение, исполнительный электропривод, соединен с выходом цифрового сумматорвт накопителя, второй вход с выходом преобразователя напряжение-код, а выход со входом преобразователя коДтнапряжение выход генератора стробирующих импульсов соединен с третьим входом цифрового сумматора-накопителя.

Блок-схема системы представлена на фиг.' 1; на фиг. 2 приведен график зависимости результата интегрирования

От времени и изменения величины периода сигнала датчика обратной связи; на фиг.З «5

3.

. график зависимости результата · интегрирования от величины относительного рассогласования между регулируемым параметром и входным сигналом; на фиг.4 график зависимости результата интегрирования от действующего значения регулируемого параметра при постоянной величине рассогласования межДу регулируемым параметром и входным сигналом/ Приняты следующие ^обозначения: задающее устройство - 1; цифровой сумматорнакопитель - 2; буферное запоминающее устройство - ^: β; преобразователь коднапряжение - 4; электропривод - 5; датчик обратной связи - 6; Преобразователь напряжение-код - 7; генератор стробирующих импульсов - 8; Χ_Βχ - сигнал задания; 2 — сигнал обратной связи; F - частота вращения электропривода; U - управляющее воздействие, результат интегрирова' ния в цифровом сумматоре-нйкопителе 2;

Tg ~ периоды сигнала датчика обратной связи 6 при частотах вращения электропривода 5 F₄ и F₂ ; А, В - зависимости нарастания интеграла при Х_1вх и i a, b , С -результат интегри- ;

рования соответственно при установив- . щейся частоте F< , переходном процессе и при установившейся частоте F₂ ; Ц момент времени, в который произошла смена величины входного сигнала.

Система работает следующим образом. Генератор стробирующих импульсов 8 вырабатывает импульсы с частотой Ц . При подаче каждого стробирующего импульса на. вход; цифрового сумматора-накопителя 2 и - разрядное число Χ_Βχ с выхода задающего устройства 1 суммируется с содержимым цифрового сумматора-накопителя 2. Таким образом при непрерывной работе генератора стробирующих импульсов в цифровом' сумМаторе-Накопителе 2 образуется’''сумма числовых значений входного сигнала:

который с помощью преобразователя напряжение-код 7 преобразуется в импульсы, частота которых f пропорциональна частоте вращения ^i=A3^F где F - частота вращения электроприво. да 5;

- А_ь- постоянный коэффициент, определяемый техническими данными датчика обратной связи 6 и преобразователя' йа пряжение-код 7.;. ..

(При использовании в качестве датчика обратной связи 6 датчика с выходным 15 сигналом в виде унитарного сигнала преобразователь напряжение-код 7 может быть исключен из системы).

Величина периода следования этих импульсов — 4 _ 4 ~ I

Эти импульсы несут информацию о положении электропривода и поступают на. входы цифрового сумматора-накопителя 2 и буферного запоминающего устройства ; ' -К ' ’ . 3, причем каждый импульс считывает в па•'мять буферного запоминающего устройства с выхода цифрового сумматора-накопи теля 2 результаты интегрирования й сти³θ рает результат интегрирования в цифровом сумматоре-накопителе 2, устанавливая его содержимое в начальное состой. ние (число К).

Таким образом получается, что с бу³⁵ ферного запоминающего устройства 3 на . электропривод '5 поступает управляющее воздействие U, равное результату интегрирования в предыдущем цикле, при этом время интегрирования равно Т, т.е. длительности сигнала с датчика обратной связи 6, Количество вания при этом будет где Т -' длительность обратной связи 6;

^-.частота генератора стробирующих ' импульсов 8.

Результат интегрирования при постоянном X _Вх теле 2 будет тактов интегриро— равно сигнала с датчика где 2 - количество стробов-импульсов (тактов);

К - начальное число в цифровом сумматоре-накопителе 2;

I - номер строба.

Эта сумма является дискретной реализацией интеграла входного сигнала. При постоянном значении Χ_Βχ сумма будет ^равна

При вращении электропривода 5 датчик обратной связи 6 вырабатывает сигнал, в цифровом сумматоре-накопй— равен ,подобрано так, что, если периода сигнала с датчика , т.е.

Число К длительность обратной, связи соответствует X частота вращения электропривода соответ-, ствует входному сигналу, то результат .

интегрирования равен нулю. Исходным условием для подбора.числа К является то, что произведение X _вх Т при соответствии значения регулируемого пара-, .метра входному сигналу для всех Х_&х. является постоянной величиной, определяемой техническими характеристиками в первую .' ,очередь датчика обратной связи 6. Одновременно вследствие того, что Χ^χ. Т · Ϊ =К₄ , число К зависит не только от параметров 10 датчика обратной связи 9, но и от частоты генератора стробирующих импульсов 8.

При переменном значении Х_вх результат интегрирования будет равен

Ax-^T-^fi~K

А где Х_вх- среднее значение Х_вх. на временном интервале Т.

Таким образом, в данном случае сигнал Х_вх. интегрируют, с помощью цифровой 20 го сумматора-накопителя 2, а затем че-^: рез буферное запоминающее устройство подают на вход электропривода 5, причем время интегрирования определяется периодом следования импульсов с выхода преобразователя напряжение-код 7.

Как видно из фиг, 2, в установившемся режиме работы, когда числовое значение.

' входного сигнала Χ_4Βχ, соответствует требуемому значению регулируемого пара-³θ метра (в данном случае частоте вращения' электропривода 5 F₄)результат интегрирования, близок к нулю и отличается от него на.величину установившейся ошибки d , ' являющейся управляющим воздействием. В момент времени Ц происходит смена. . числового значения входного сигнала Χ_4Βχ на Х.£ &$<. .· Вследствие этого числовая величина входного сигнала Х^вх, ^не со— ответствует в этот момент времени частоте вращения электропривода F4 и результат интегрирования (управляющее воздействие) после момента времени меняется. Изменение управляющего воздействия U вызывает изменение частоты вращения электродвигателя в сторону приведения в соответствие величины периода сигнала датчика обратной связи 6 с .входным сигналом ив момент, когда, частота вращения Fg станет соответствовать³¹

Χ.ί&χ. ’ результат интегрирования будет равен С.

Из графика на фиг. 3 видно, что в .пределах 10% зоны относительного рассогласования величина управляющего воздействия IUI зависит практически линейно от величины относительного рассогласбва40

717724 6 ния входного сигнала и регулируемого параметра объе1<та управления

При работе системы интегрирование ⁵ входного сигнала усредняет его мгновенные числовые значения, при этом время усреднения равно периоду сигнала датчика обратной связи, т.е. зависит от действующего значения регулируемого пара¹ метра, в результате чего осуществляется функция адаптивного фильтра входного сигнала. Это интегрирование не ухудшает частотных характеристик обратной связи, так как полный цикл интегрирования осуществляется внутри временного интервала дискретизации сигнала обратной связи.

Из графика на фиг. 4. видно, что зависимость U = ί (F) носит гиперболический .характер вида и что система обладает адаптивными свойствами, посколь ку величина управляющего воздействия _: формируется пропорционально относительной, а не абсолютной величине ошибки регулирования, что позволяет повысить точность цифровой следящей системы, особенно в областях /обработки малых сигналов.

Claims (2)

1. I. Предлагаемое изобретение отйоситсй к области дискретных электронных сйб , тем управлени  ,и цифровых регул торо1з, оно может быть использовано.Мчастнорти при построении регул тора частоты вра- . щени  электродвигател . Известны цифровые след щие системы, .содержащие задающее устройство, устройчзтво сравнени , вычистительное устрой .ство, исполнительный механизм, выход которого соединен с регулирующими органами объекта регулировани , положение Которого контролируетс  датчиком, выход tcoToporo соединен со вторым входом устЬрйства сравнет  I . В качестве сравнивающих устройств систем такого рода нашли широкое применение цифровые сумматоры-аакопите и J2 к предлагаемой, наиболее близкой по технической с днности  вл етс ; цифрова  след ща  система, содержаща  последовательно соединенные преобразователь коднапр жение , исполнительный электропривод датчик обратной св зи, йреобразователь напр жение-код и цифровой сумматор-накопитель , второй вход которого соединен с выходом задай дёт: о устройства СЗ. ; Недостатком данной системы  вл етс  ее низкое быстродействие. Целью насто щех о изобретени   вл етс  повыЩение быстродействи  системы. Поставленна  цель достигаетс  тем. ч-Л в системеустановлеиы генератор стробирующих ймпульссв и буферное запоминаю шее устройство, первый вход которого соединен с вькодом цифрового сумматора накопител , второй вход с выходом преобразовате;   напр жение-код, в выход со входом преобразовател  код-гнапр жеиие выход генератора стробирукндих импульсов соединен с третьим входом цифрового сумматора-накопител . Блок-схема системы представлена на фиг. 1; на фиг. 2 приведен график зависимости результата интегрировани  От времени и изменени  величины периода свгнапа датчика обратнод св зи; на фиг.З . график зав-исимости результата интегрировани  от величины относительного рассогласовани  между регулируемым параметром и входным сигналом; на фиг.4 график зависимости результата инте грировани  от действующего значени  регулируемого параметра при посто нной величине рассогласовани  межДу регули руемым параметром и входным сигналом Прин ты следующиеобозначени : задающее устройство - 1; цифровой сумматорнакопитель - 2; буферное запоминающее устройство - - )3; преобразователь коднапр жение - 4; электропривод - 5j да -чик обратной св зи - 6; Преобразователь напр жение-код - 7; генератор стробирую щих импульсов 8; Xg - сигнал задани  2 - сигнал обратной св зи; F - частота вращени  электропривода; U - управл ющее воздействие, результат интегрирова ни  в цифровом cyMMBTOpe-HdKonwTene 2; 2 периоды сигнала датчика обратной св зи 6 при частотах вращени  электропривода 5 F и Fg } А, В - зависимости нарастани  интеграла при К и а&amp;ч 3 Ь ,. С -результат интегрированИ  соответственно при установив- , .шейс  частоте F-J , переходном процессе и при установившейс  частоте Fj; 1 момент времени, в который произошла смена величины входного сигнала. Система работает следующим образом Генератор стробирующих импульсов 8 вырабатывает импульсы с частотой f . При подаче каждого стробирующего импульса на. ВХОД: цифрового сумматора-накопител  2 и - разр дное число Хц с выхода задающего устройства 1 суммируетр  с содержимым цифрового сумматора-накопител  2. Таким образом при непрерывной работе генератора стробирую щих импульсов в цифровом сумйЭТоре-На копитёле 2 образуетс -сумма числовых значений входного сигнала: где - количество стробов-импульсов ( тактов); К - начальное число в цифровом сум маторе-накопителе 2; I - номер строба. Эта сумма  вл етс  дискретной реали зацией интеграла входного сигнала. При значении Xg сумма будет посто нном равна При вращении электропривода 5 датчи обратной св зи 6 вырабатывает сигнал. 7 4 оторый с помощью преобразовател  нар жение-код 7 преобразуетс  в импульы , частота которых f пропорциональна астоте вращени  - де F - частота вращени  электропривоAj- посто нный коэффициент, определ емый техническими данными ; датчика обратной св зи б и преобразовател  йап13 жение-код 7.J .. (При использовании в качестве датчика братной св зи б датчика с вьЬсодным игналом в виде унитарного сигнала пребразователь напр жение-код 7 может ыть исключен из системы). Величина периода следовани  этих мпульсов Л 4 , : -, .:. . ;;....:; Эти импульсы несут информацию о по-ожении электропривода и поступают на. входы цифрового сумматора-накопител  2 и буферного запоминающег,о устройства 3s причем каждый импульс считывает в па- м ть буферного зацоминающего устройства 3 с выхода цифрового сумматора-накопител  2 резул.ьтаты интегрировани  и стирает результат интегрировани  в цифровом сумматоре-накопителе 2, устанавлива  его содержимое в начальное состойние (число К). Таким образом получаетс , что с буферного запоминающего устройства 3 на электропривод S .поступает управл ющее воздействие О, равное результату интегрировани  в предыдущем цикле, при этом врем  интегрировани  равно Т, т.е. длительности сигнала с датчика обратной св зи 6. Количество тактов интегриро- .вани  при этом будет равно Т - длительность сигнала с датчика обратной св зи 6; {.,-.частота генератора стробирующих :иМпульсов 8. Результат интегрировани  при посТо н в цифровом сумматоре-накопй«ч 2 будет равен ,Число К подобрано так, что, если длительность периода сигнала с датчика обратной, св зи соответствует X у. , т.е. частота вращени  электропривода соответ-. ствует входному сигналу, то результат интегрировани  равен нулю. Исходным условием дл  подбора.числа К  вл етс  то, что произведение X Т при соответствии значени  регулируемого пара ,м.етра входному сигналу дл  всех X е,х.  вл етс  посто нной величиной, определ ем техническими характеристи1сами в пбрвуЮ . |Очередь датчика обратной св зи 6. Одновременно вследствие того, что Хьх- Т i К , число К зависит не только от параметров датчика обратной св зи 9, но и от частоты генератора стробирующих импульсов 8 При переменном значении резуль тат интегрировани  будет равен .-где Xg)среднее значение Х на вреМенйом интервале Т. Таким образом, в данном случае сигйал Х, интегрируют,с,помощью цифрово го сумматора-накопител  2, а затем через буферное запоминающее устройство 3 подают на вход электропривода 5, причем врем  интегрировани  определ етс  периодом следовани  импульсов с выхода преобразовател  напр жение-код 7. Как видно из фиг, 2,в установившемс  режиме работы, когда числовое значение, входного сигнала . соответствует требуемому значению регулируемого параметра (в данном случае частоте вращени  электропривода 5 F;|) результат интегрировани .близок к нулю и отличаетс  от него на. величину установившейс  ошибки 6J ,  вл ющейс  управл ющим воздействием. В момент времени Ц происходит смена. . числового значени  входного сигнала на . - Вследствие этого числова  величина входного сигнала Х, не со- ответствует в этот момент времени частоте вращени  электропривода F и результат интегрировани  (управл ющее воздействие) после момента времени t . мен етс . Изменение управл ющего воздействи  и вызывает изменение частоты вращени  электродвигател  в сторону приведени  в соответствие величины периода сигнала датчика обратной св зи 6 с .входным сигнал.ом ив момент, когда, частота вращени  Fg станет соответствовать результат интегрировани  будет равен С. Из графика на фиг. 3 видно, что в . пределах 1О% зоны относительного рассогласовани  величина управл ющего воздействи  tui зависит практически линейно; от величины относительного рассогласбва7 246 ни  входного сигнала и регулируемого параметра объекта управлени  PV- Bx-// При работе системы интегрирование входного сигнала усредн ет его мгновенные чисповые значени , при этом в{:ем  усреднени  равно периоду сигнала датчика обратной св зи, т.,е. зависит от действующего значени  регулируемого параметра , в результате чего осуществл етс  функци  ада птивного фильтра входного сигнала. Это интегрирование не ухудшает частотных характеристик обратной св зи, так как полвъШ цикл интегрировани  осуществл етс  внутри временного интервала дискретизации сигнала обратной св зи. Из графика на фиг. 4. видно, что зависимость и (F) носит гиперболичес- кий ..характер вида - .и .что система адаптивными свойствами, поскольку величина управл ющего воздействи  формируетс  пропорционально относительн;ой , а не абсопйт хой величине ошибки регулировани , что позвол ет повысить точность цифровой след щей системы, особен - но в област х Ьбработки малых сигналов. Формула изобретени  Цифрова  след- ща  система, содержащан последовательно соединенные п реобразователь код-напр жение, исполнительнь1й электропривод, датчик обратной св зи, преобразователь ..напр жение-код и цифровой сумматор-накопитель, второй вход к-оторого соединен с выхоДом задакадего устройства, отличающа с  тем, что, с. целью повышени  быстродействи , в ней установлены генератор стробируюндих импульсови буферное запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом цифрового сумматоранакопител , второй вход - с выходом преобразовател  напр жение-ко.ц, а выход - со входом преобразовател  код-напр жение, выход генератора стробирующих импульсов соединен с третьим входом цифрового.cys матора-накопител .. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Йр5т: Е. Е,. и др. Цифрозью .регулйторы .М., .Энерги , 1966, с. 7-46,
2. 2. JKapnoB Р.. Г.-.Техника частотноимпульсного моделировани . М., Машино- строение; 1969, с. 62, 94-97. . Айзерман М. А., .Теори  автоматичесЕГого регулировани . М., Наука , 1966, с. 46-53 (прототип).

   Г

   J

   г

   8

   ifZ.I

   Фи2.2

   -fl- -/7,2 -«/ О

   717724

   бл

   ar

   Д Ifei

   0,f 0.2