Цифровая следящая система

(54) ЦИФРОВАЯ (57) Изобретени следящим систем гателями постоя использовано в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Белорусский государственный униситет им, В,И.Ленина(56) Дискретный злектропривод с шагми двигателями/Под ред. М.Г.ЧиликМ.; Энергия, 1971, с,49, рис.1.18,Авторское свидетельство СССРМ 1667000, кл, 6 05 В 11/01, 1986,ЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА относится к цифровым м с бесконтактными дви ного тока и может быть анипуляционных работах.Ы 21730610 и других устройствах автоматики в качестве исполнительной следящей системы. Цель изобретения состоит в упрощении системы и повышении ее быстродействия. В цифровую следящую систему входят измеритель 1 рассогласования, блок 2 формирования модуля, первый 3 и второй 4 пороговые элементы, цифровой широтно-импульсный преобразователь 5, реле 6 реверса, коммутатор 7, бесконтактный двигатель 8 постоянного тока, редуктор 9, датчик 10 положения ротора, первый 11 и второй 12 умножители, сумматор 13 и преобразователь 14 код - частота. Изобретение может найти наибольшее применение в манипуляционных роботах, где при изменении нагрузочного момента в широких пределах требуется высокое быстродействие и недопустимо перерегулирование. 2 ил.Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных роботах и других устройствах автоматики в качестве исполнительной следящей системы.Цель изобретения состоит в упрощении системы и повышении ее быстродействия,На фиг, 1 представлена блок-схема цифровой следящей системы; на фиг, 2 - блоксхема цифрового широтно-импульсного преобразователя для трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока,В цифровую следящую систему (фиг, 1) входят измеритель 1 рассогласования, блок 2 формирования модуля, первый 3 и второй 4 пороговые элементы, цифровой широтно- импульсный преобразователь 5, реле 6 реверса, коммутатор 7, бесконтактный двигатель 8 постоянного тока, редуктор 9, датчик 10 положения ротора, первый 11 и второй 12 умножители, сумматор 13 и прео 6 разо вател ь 14 код-частота.В цифровой широтно-импульсный преобразователь (фиг, 2) входят блок 15 формирования адреса, блок 16 преобразования адреса, постоянное запоминающее устройство 17, первый 18, второй 19 и третий 20 широтно-импульсные модуляторы, генератор 21.В тексте приняты следующие сокращения и обозначения:ЦШИП - цифровой широтно-импульсный преобразователь;БДПТ - бесконтактный двигатель постоянного тока;П КЧ - и реоб разо ватель код-частота; ДПР - датчик положения ротора;БФА - блок формирования адреса;БПА - блок преобразования адреса; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство,Ш ИМ - широтно-им пульс н ый модулятор;БФМ - блок формирования модуля; й, й), О, Ьй, Л 6, Ь О- входной, выходной углы, ошибка следящей системы и их цифровые коды соответственно;ЬО - модуль кода ошибки системы, ЛОл - код срабатывания пороговых элементов;я 9 п ЛО - знаковый разряд кода рассогласования (ошибки) системы;з 9 п в - знак направления вращения электродвигателя;1 - частота импульсов на выходе преобразователя код - частота импульсов;Мн - момент нагрузки на валу двигателя; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Мо - максимальный синхронизирующий момент двигателя;Ф, Фс - магнитный поток ротора и статора электродвигателя соответственно;1 л - момент времени переключения системы из непрерывного в дискретно-шаговый режим,ЦШИП 5 предназначен для преобразования угла поворота ротора в систему трех широтномодулированных последовательностей, Глубина модуляции указанных последовательностей определяется цифровым кодом О, при этом в непрерывном режиме Ос, остается постоянной, а в дискретно-шаговом изменяется согласно закону преобразования ПКЧ 14.ЦШИП 5 содержит последовательно соединенные БФА 15, БПА 16 и ПЗУ 17, в котором записаны коды ширины импульсов трех функций (например, гармонических), сдвинутых на 120. Эти коды поступают на входы трех ШИМ 18, 19 и 20, где преобразуются в широтно-импульсные последовательности. На управляющие входы задания глубины модуляции ШИМ подключен выход генератора 21. Выходы ШИМ 18, 19 и 20 подключены к реле 6 реверса, которое управляется сигналом 39 п ЬО, и при изменении знака последнего меняются знаки з 9 п 1, з 9 п 2, з)9 п 3 сигналов ШИМ 1, ШИМ 2, ШИМ 3, т,е. направления токов в обмотках БДПТ 8, коммутируемых коммутатором 7.В системе в качестве датчика положения ротора использован инкрементальный датчи к на основе фотосчиты ва ющих чувствительных элементов, подсчет импульсов от которого позволяет получить цифровой код ЛО для замыкания главной обратной связи на измеритель 1 рассогласования. Кроме того, при использовании инкрементального датчика удается получить и направление вращения зцп со.В статическом режиме ЛЯ =ЛВ, и ЛО = 0 первый пороговый элемент 3 имеет максимальный выходной код, а второй пороговый элемент 4 - нулевой сигнал на выходе. В результате выход ДПР 10 с помощью умножителя 12 отключен от входа ЦШИП 5, а к его входу подключен выход ПКЧ 14. Поскольку ЬВ= О, импульсы на вы: оде ПКЧ 14 отсутствуют, и ШИМ 18, 19 и 20 генерируют импульсы, длительность которых постоянна во времени, Поле статора БДПТ 8 неподвижно, максимально по величине, и угол поворота его относительно ротора равенМна, = агсзп, Таким образом, в режимеМопокоя БДПТ 8 развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующиймомент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогласовании, т,е. система обладает астатизмом по отношению к моментным возмущениям,При подаче на вход системы, например, большого скачкообразного сигнала код модуля сигнала ошибки превышает код срабатывания пороговых элементов, т,е.1 ЛВЬОл, срабатывают пороговые элементы 3 и 4, в результате чего обнуляется выход умножителя 11, и выход ПКЧ 14 отключается от входа ЦШИП 5, Срабатывание порогового элемента 4 приводит к тому, что при помощи умножителя 12 и сумматора 13 к этому входу ЦШИП 5 подключается импул ьсн ы й выход ДП Р 10. Одновременно по сигналу ЬОп БПА 16 преобразует выходной код БФА 15 таким образом, что угол между магнитными потоками статора Ф, и ротора Фр БДПТ 8 составит 90 эл. град. Код сигнала ошибки ЛВ поступает на вход ЦШИП 5, выход которого через реле 6 реверса подключен к входу коммутатора 7. Поле статора двигателя благодаря жесткой связи по угловому положению с ротором через ДПР 10 вращается синхронно с ротором, его угол с полем последнего составляет 90 эл.град., а его модуль имеет максимальное значение, Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным регулятором, отрабатывает рассогласование, Причем максимальное питающее напряжение на обмотках электродвигателя обеспечивает минимальное время отработки этого рассогласования,С уменьшением сигнала ошибки в некоторый момент времени 1 = с, определяемый величиной кода срабатывания, пороговые элементы 3 и 4 срабатывают, Это приводит к тому, что обнуляется выход второго порогового элемента 4 и благодаря действию умножителя 12 разрывается связь между ДПР 10 и ЦШИП 5, Одновременно на выходе первого порогового элемента 3 появляется сигнал высокого уровня, Это приводит к тому, что на вход ЦШИП 5 поступает через сумматор 13 и умножитель 11 сигнал с выхода ПКЧ 14, Кроме того, БПА 16 по высокому уровню сигнала Ь Оп преобразует код с выхода БФА 15 так, что магнитные поля ротора и статора электрической машины совмещаются, Сигнал з 9 п ш при этом служит для выбора "правильного" направления отсчета.Указанные коммутации приводят к тому, что начиная с момента времени т = тл, двигатель и система в целом начинают работать как дискретно-шаговые, Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 статорных обмоток БДПТ 8 перемещается в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от ПКЧ 14,При этом знак момента на валу электродвигателя определяется взаимной ориентацией магнитных потоков ротора ф и статора К.В момент переключения с = тл магнитные потоки ротора и статора электродвигателя совпадают, но уже в следующиймомент времени при с = 1 + 1 ротор опередит поток статора и двигатель развиваеттормозящий момент, причем момент пульсирует с приходом каждого импульса от ПКЧ 14 на вход ЦШИП 5, С уменьшением кинетической энергии ротора он начнет "отставать" от потока статора, и двигатель развивает положительный вращающий момент, уменьшающий рассогласование в системе до нуля.Таким образом, при больших рассогласованиях (т = т - 1) БДПТ 8 управляется релейным регулятором, что, как известно, обеспечивает максимальное быстродействие,В момент переключения с = т магнитные потоки статора и ротора совмещаются, что также приводит к увеличению быстродействия системы. Действительно, в системе-прототипе после перевода БДПТ 8 в шаговый режим (при этом модуль Ф увеличился до максимума), т.е. после момента времени с = Ь, еще какой-то промежуток времени до момента совмещения 4 с и Фр на ротор действует "ускоряющий" момент, что приводит к необходимости "гасить" его в последующие промежутки времени, а следовательно, к увеличению времени переходного процесса системы в дискретно-шаговом режиме,Сразу после переключения в шаговый режим двигатель развиваеттормозящий момент, а следовательно, переходный процесс системы в дискретно-непрерывном режиме существенно меньше,Формула изобретения Цифровая следящая система, содержащая первый и второй умножители, соединенные первыми входами с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, а выходами - с первым и вторым входами сумматора, подключенного выходом к информационному входу цифоового широтно-импульсного преобразователя, выход которого соединен с информационным входом реле реверса, выход которого через последовательно соединен ные коммутатор и бесконтактный двигател постоянного тока соединенс входом редук тора, выход которого является выходом си,Швыд Заказ 1512 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 стемы, и входом датчика положения ротора, импульсный выход которого подключен к второму входу второго умножителя, а цифровой выход - к разностному входу измерителя рассогласования, суммирующий вход которого является входом системы, а выход соединен с знаковым входом реле реверса, с входом преобразователя код-частота, подключенного выходом к второму входу второго умножителя, и с входом блока формирования модуля, выход которого соединен с входами первого и второго пороговых элементов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, в ней цифровой широтно-импульсный преобразователь содержит блок формирования адреса, блок преобразования адреса, постоянное запоминающее устройство, генератор и три широтно-импульсных модулятора, выходы которых являются выходом цифрового широтно-импульсного преобразователя, входы задания глубины модуляции подключены к выходу генератора, а информационные вхо ды - к выходам постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с выходом блока преобразования адреса, управляющий вход которого, являющийся управляющим входом цифро вого широтно-импульсного преобразователя, соединен с выходом первого порогового элемента, знаковый вход, являющийся знаковым входом цифрового широтно-импульсного преобразователя, - с соответст вующим выходом датчика положенияротора, а информационный вход - с выходом блока формирования адреса, вход которого является информационным входом цифрового широтно-импульсного преобра зователя.