SU798726A1 - Цифрова след ща система управлени пЕРЕМЕщЕНиЕМ Об'ЕКТА - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию и .управлению и может быть использовано, например, в устройствах позиционирования станков с программным управлением, прецизионных координатно-измерительных -устройств и фотопостроителях, в которых выходной сигнал датчика перемещения представлен в частотно-импульсной форме.

Известна цифровая следящая система управления перемещением, в которой физическое перемещение объекта фиксируется при помощи информации 15 реверсивного счетчика, содержащая реверсивный счетчик, операционный усилитель, преобразователь скорости перемещения объекта в постоянное на- . пряжение, схему формирования управ- 20 ляющего сигнала с усилителем мощности, исполнительное устройство, объект регулирования и частотный датчик. Счетчик заполняется или освобождается при помощи направленно ориен- 25 тированных импульсов. Информация, записанная в счетчике, управляет операционным усилителем, чтобы обеспечить индикацию о положении объекта относительно нулевой точки [1J. 30

Известна также цифровая управляющая система с цифровым управлением, устанавливающая в определенное положение подвижной элемент и содержащая схемы сравнения счетных импульсов, в которые входят кольцевые регистры, принимающие входные дискретные сигналы от датчика, характеризующие требуемое положение устройства й сигналы обратной связи, характеризующие действительное положение объекта. В этих схемах арифметические комбинации входных сигналов компенсируются в зависимости от требуемого позиционного смещения и с помощью сигналов обратной связи вырабатываются сигналы, управляющие положением объекта [2J.

Однако системы имеют недостаточную точность и быстродействие.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является цифровая следящая система управления перемещением, содержащая программное устройство, блок программируемой частоты, цифровой интегратор, фиксирующий величину рассогласования, преобразователь ошибки рассогласования в частоту следования импульсов, компаратор частот, сравнивающий частотный сигнал, пропорциональный

A сшибке рассогласования системы, с программируемой частотой, второй цифровой интегратор, соединенный с компаратором частот и частотным датчиком перемещения объекта и подключенный ко второму преобразователю код-частота. Выход последнего подключен к усилителю, соединенному через исполнительное устройство с ^объектом перемещения [3‘].

Недостаток системы - низкое быстродействие, которое вызвано тем, что перемещение объекта происходит не в режиме разгон-торможение с максимально допустимым управляющим сигналом для исполнительного элемента, а формируется ’в цифровом интеграторе, фиксирующим в любой момент времени разность числа импульсов, прошедших от компаратора частот импульсов, поступивших от частотного датчика перемещения объекта, т.е. в линейном режиме.

Цель изобретения - повышение быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровую следящую систему управления перемещением объекта, содержащую последовательно соединенные первый усилитель, исполнительное устройство, объект управления и частотный датчик перемещения, знаковый и информационный выходы которого соединены управляющим и счетным входами первого цифрового интегратора, подключенного информационными и знаковыми входами к выходам программного блока, а информационными выходами ко входам первого преобразователя код-частота, соединенного выходом с первым входом компаратора частот,, и второй интегратор, подключенный информационными выходами ко входам второго преобразователя код-частота, введены три преобразователя частоты в постоянное напряжение, формирователь максимального управляющего сигнала и последовательно соединенные элемент ИЛИ, первый элемент НЕ и первый элемент И, выход которого подключен к счетному входу второго цифрового интегратора, а второй вход - к выходу первого преобразователя код-частота и к первому входу первого преобразователя частоты в постоянное напряжение, соединенного вторым входом с первыми входами второго и третьего преобразователей частоты в постоянное напряжение и с выходом первого элемента НЕ, а третьим входом - с управляющим входом второго и со знаковым выходом первого цифровых интеграторов и с первым входом формирователя максимального управляющего сигнала, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому и второму выходам компаратора частот, первый и .торой выходы - к первому и второ му входам, соответственно, первого усилителя, а четвертый вход - к знаковому выходу частотного датчика перемещения, второй и третий входы второго преобразователя частоты в постоянное напряжение соединены, соответственно, со знаковым и информационным выходами частотного датчика перемещения, второй и третий вхо»ды третьего поеобразователя частоты в постоянное напряжение - с информационными входами второго цифрового интегратора и второго преобразователя код-частота, соответственно, а выходы первого, второго и третьего преобразователей частоты в постоянное напряжение - с третьим, четвертым и пятым входами первого усилителя, причем информационный выход частотного датчика перемещения, входы и выход элемента ИЛИ подключены, соответственно, ко второму входу компаратора частот, к информационным выходам старших разрядов первого цифрового интегратора и к пятому входу формирователя максимального управляющего сигнала и тем, что формирователь максимального управляющего сигнала содержит элементы И-ИЛИ, первые входы которых соединены, соответственно, со вторым и третьим входами формирователя, вторые входы - с выходами вторых элементов НЕ, а выходы со входами триггера, подключенного прямым выходом с первыми входами вторых элементов И, вторые входы которых соединены с пятым входом формирователя, а выходы - со входами соответствующих третьих элементов НЕ, выход одного из которых непосредственно, а выход другого через второй усилитель подключены ко второму и первому выходам формирователя, первый вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И и через четвертый элемент НЕ - с первыми входами пятого и шестого элементов И, четвертый вход формирователя подключен ко вторым входам четвертого и пятого элементов Й и через пятый элемент НЕ - ко вторым входам третьего и шестого элемента И, а выходы третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И соединены ср входами соответствующих вторых элементов НЕ.

На фиг. 1 приведена функциональная схема системы; на фиг. 2 - схема первого преобразователя код-частота, компаратора частот и формирователя максимального управляющего сигнала; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы системы.

Цифровая следящая система регулирования содержит программный блок 1, информационный 2 и знаковый 3 выходы частотного датчика 4 перемещения объекта 5, выходы 6, 7 компаратора частот, знаковый выход 9 и информационные выходы 10 первого 11 цифрог вого интегратора, второй 12 цифровой интегратор, выход 13 первого элемента ИЛИ 14, первый элемент НЕ 15, первый элемент И 16, первый 17 и второй 18 преобразователи, первый 19 и второй 20 выходы формирователя максимального управляюще1го сигнала 21, второй 22, первый 23 и третий 24 преобразователи частоты в постоянное напряжение, первый усилитель 25 и исполнительное устройство 26.

На фиг. 2 изображены генератор импульсов и управляемые делители частоты преобразователя 17, элементы НЕ 29 и делители 30 частоты компаратора 8 частот, вторые и третьи элементы НЕ 31, вторые 'элементы И 32, элементы И-ИЛИ 33, триггер 34, второй 35 усилитель, пятый 36 и четвертый 37 элементы НЕ и третий 38, пятый 39, четвертый 40 и шестой 41 элементы И формирователя 21.

На фиг. За - фазовые траектории системы*, на фиг. 36 - управляющий сигнал на выходе 13 элемента ИЛИ 14 диаграммы (фиг.З в и г) отражают характер изменения максимально допустимого управляющего сигнала на выходе усилителя 26 при рассогласованиях объекта - и Sj; на фиг. Зд - диаграмма напряжения на выходе преобразователя 23 в зависимости от рассогласования, фиксируемого интегратором 11 в эоне So. ,

Система работает следующим образом.

Блок 1 формирует в прямом позиционном коде величину рассогласования и записывает его в интегратор 11 со знаком, характеризующим величину рассогласования относительно исходного положения объекта 5. Значение величины рассогласования преобразуется с помощью преобразователя 17 в частоту следования импульсов, пропорциональную величине рассогласования. Частота F^ преобразователя 17 поступает на компаратор 8. Значение частоты определяется _из выражения

F-t Ng, где F_o - частота следования импульсов генератора 27; Ng - число, соответствующее ошибке рассогласования,' В - основание системы счисления интегратора 11,’ η - число информационных разрядов интегратора 11.

Компаратор 8 сравнивает частоту F^ с частотой Fg. датчика 4 и, если частота F₄ больше частоты Fg-, формирует на выходе 6 импульсные сигналы с частотой F₄ /10. Если частота F ~ больше частоты F₄ , то импульсные* сигналы с частотой Fq/ΙΟ формируются на выходе 7 компаратора 8.

Если значение рассогласования S превышает значение S_o, то элемент ИЛИ 14 формирует сигнал, разрешающий работу формирователя 21, а выходной сигнал элемента НЕ 15 запрещает поступление счетных импульсов на вход интегратора 12 и запрещает работу преобразователей 22, 23 и 24, выходное напряжение которых равно нулю.

Рассмотрим формирование сигналов щля управления исполнительным элементом в случае, когда значение рассогласования объекта 5 равно - $2, при этом | $2 / >]' S_o/> а скорость объекта равна нулю)

Б момент записи кода рассогласования в интегратор 11 частота на выходе преобразователя 17 ниже частоты F^, соответствующей реальной скорости перемещения объекта. Выходной сигнал усилителя 25, управляющий исполнительным элементом, соответствует максимально допустимому для данной системы. Объект перемещения начинает приближаться к точке позиционирования < с максимально допустимой скоростью, причем скорость движения объекта возрастает. В некоторый момент, когда частота Fq превышает частоту Fj и происходит^переключение триггера 34, выходной сигнал усилителя 26 изменяет знак, но значение управляющего сигнала остается по-прежнему максимальным. Объект 5 начинает тормозиться с максимально допустимым ускорением, при этом частота датчика 4 начинает падать.

Когда частота Fg, датчика 4 станет меньше F.j происходит повторное включение управляющего сигнала, обеспечивающего разгон объекта 5 с максимальным ускорением. Такой режим управления объектом существует до тех пор, пока значение рассогласования не становится меньше значения S_o.

В общем случае значение знаков рассогласования S и направления скорости U, а также соотношения частот Fj и Fg. могут быть различны.

При любом соотношении знаков рассогласования и скорости сигнал формирователя 21 заставит объект 5 переместиться в зону /S_o/ . В момент вхождения объекта перемещения в зону выходной сигнал элемента ИЛИ 14 отключает от входа усилителя 25 управляющие сигналы формирователя 21, а сигнал элемента НЕ 15 разрешает поступление через элемент И 16 импульсов преобразователя 17 на вход интегратора 12, а также разрешает работу преобразователей 22, 23 и 24. В этом случае сигнал управления устройством 26 равен сумме трех составляющих и = и_ч+ и_г+ и_э, где = K^fNg-J Fg.d t) - выходное напряжение преобразователя 23, пропорΊ циональное ошибке рассогласования;

U₂ = ^К2 1 в“^ходн°^е напряжение преобразователя 24, пропорциональное интегралу ошибки рассогласования; U^= Ку Fq - выходное напряжение преобразователя 22, пропорциональное скорости движения объекта; Nς - число, соответствующее ошибке рассогласования, записанное в интегратор 11 от блока 1; ·Κ^, К₂, К, коэффициенты пропорциональности.

Следовательно, в эоне рассогласования So система является системой с интегральным управлением, в которой управляющий сигнал на исполнительном элементе, пропорционален ошибке¹ рассогласования системы, ее производной и интегралу, а в· таких системах статическая ошибка в установившемся регистре при отработке заданной величины рассогласования равна нулю.

Повышение быстродействия в предлагаемой системе достигается благодаря использованию двух режимов управления, один из которых является предельным управлением, а второй линейным. Предельное управление является наиболее выгодным, поскольку оно обеспечивает максимальное использование возможностей исполнительного двигателя и дает максимальное быстродействие. Однако система с предельным управлением неудовлетворительно работает вблизи положения равновесия. Для обеспечения высокой точности и устранения автоколебаний в этой зоне в предлагаемой системе используется линейное управление.

Значение зоны линейного управления Sq выбирается меньше максимально возможного значения перемещения Отработка значений рассогласования, превышающих зону s_o, осуществляется в режиме разгон-торможение с максимально допустимым ускорением системы, что позволяет перемещать объект с большой скоростью, затрачивая меньшее время на перевод объекта из одного положения в другое.

Claims (3)

1.Патент США rf 3571685, кл. 318-603, опублик. 1974.

2.Патент США 3609497,

О кл. 318-670, опублик. 1975.

3.Патент США W 3539896,

кл. 318-571, опублик. 1972 (прототип)

M

UiTT«

w

R3

-M ,Щ

-Ai A2 «

28 -A4 -45

M Л.

Й

/J1-11

Ni

4

Фиг.з