Следящая система

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 78695 А 19/ 5115 6 05 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ тво ССС 4, 1975, тво ССС 14, 1982(54) СЛЕДЯЩАЯ С (57) Изобретение томатического уп пользовано в электроприводах ИСТЕМАотносится к систеавления и можетавтоматизироЦель изобретения мам авбыть исанных. - повыАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельсФ 585474,кл. 6 05 В 11/Авторское свидетельМ 1081622, кл. 6 05 В 11 шение точности, Система содержит шаговый двигатель 9, датчик 11 регулируемой координаты, датчик 12 шагов шагового двигателя, коммутатор 6 обмоток шагового двигателя, блок 8 усилителей мощности, сумматор 16, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, 20, 21, О-триггер 18, элемент 17 задержки, блок 7 формирования кода положения ротора, задатчик 1, блок 2 сравнения, пороговый блок 3. Сигналы с выхода датчика 12 шагов преобразуются логическим блоком .7 в двоичный код, к которому при определенной скорости вращения вала двигателя 9 добавляется поправочный угол для опережения коммутации. 3 ил,5 10 40 45 противном случае - единице,Система работает следующим образом.Задатчик 1 задает требуемое положение обьекта 10 регулирования в виде напряжения или цифрового кода, Датчик 11регулируемой координаты определяет фактическое положение объекта 10 регулирования и выдает сигнал в виде напряжения илицифрового кода, соответствующий фактическому положению объекта 10 регулирования, Сигнал с выходов задатчика 1 и датчика11 сравниваются в блоке 2 сравнения, свыхода которого снимается сигнал ошибкиО, равный разности сигналов на его,входах,Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано в автоматизированном электроприводе.Цель изобретения - повышение точности системы,На фиг. 1 показана функциональная схема; на фиг, 2 - электрическая схема двигателя с датчиком шагов;, на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие работу следящей системы,Устройство содержит зэдатчик 1, блок 2 сравнения, пороговый блок 3, аналоговый ин вертор 4, делитель 5, коммутатор обмоток .шагового двигателя 6, блок формирования кода положения ротора 7, блок 8 усилителей мощности, шаговый двигатель 9, объект регулирования 10, датчик 11 регулируемой координаты, датчик 12 шагов шагового двигателя, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13-15, сумматор 16, элемент 17 задержки, О-триггер 18, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 - 21, делитель 22;Датчик 12 шагов содержит подвижный кодовый диск 23, жестко связанный с ротором 24 шагового двигателя 9, и неподвижные чувствительные элементы 25 - 28, например, фотоэлектрического типа. Количество выступов у кодового диска 23 равно числу пар полюсов ротора 24 шагового двигателя 9, Для простоты изложения в качестве примера рассматривается шаговый двигатель 9, имеющий на роторе одну пару полюсов, а на статоре - четыре обмотки 29 управления, Однако, для уменьшения количества коммутаторов и усилителей, обмотки 29 управления соединены попарно (последовательно или параллельно). Расположение чувствительных элементов 25 - 28 относительно обмоток 29 и кодового диска 23 относительно ротора 24 должно быть таким, как описано на фиг. 2. Если кодовый диск 23 перекрывает световой поток данного чувствительного элемента 25 (или 26, 27,28), то его выходной сигнал равен нулю, в т,е. пропорциональный величине ошибки положения объекта 10 регулирования, Пороговый блок 3 определяет знак ошибки, Сигнал с его выхода Оз = 1, если 02 О и Оз = О, если 020. Аналоговый инвертор 4 изменяет знак напряжения, приложенного к его входу на противоположный, т.е. 04 = -Ог.Делители 5 и 22 уменьшают прикладываемые к ним напряжения в /2 раз, Поэтому 05 =: 02/ 2, 022 = 04/ 2Для того, чтобы ротор шагового двигателя 9 вращался, на определенные обмотки в определенной полярности в соответствии с.положением ротора необходимо подавать 5 напряжение, пропорциональное сигналуошибки 02, Для того, чтобы определить положение ротора 24, используется кодовый диск 23 и чувствительные элементы 25-28.Сигналы с чувствительных элементов 25 и 0 27, а также 26 и 28 (фиг, 3, в,г,д,е) попарноСравниваются по модулю два элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и 14 (фиг. 3, з,ж).Сигналы с выходов этих схем вновь сравни- .ваются по модулю два элементом ИСКЛЮ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 (фиг. 3, и), Сигналы,показанные на эпюрах и, з, е (фиг. 3) фактически представляют собой соответственно младший, средний И старший разряды трех- разрядного двоичного кода, Таким образом, О на шинах и, з, е мы имеем информацию оположении ротора 24 шагового двигателя 9.В зависимости от положения ротора 24 коммутатор 6 подключается к обмоткам 29 шагового двигателя 9,через блок усилителей 8, 5 сигналы 02,или 05, или 04, или 022, или жеподается сигнал, равный нулю.В режиме нейтральной коммутации навторых входах (В 1, 02, В 3) сумматора 16 присутствует информация о положении ротора 24, а на первых входах (А 1, А 2 и АЗ сигналы равны нулю, угол опережения р О.Следовательно, сигналы на выходах сумматора 16 равнысигналам на его вторых входах, так как прибавление или вычитание нуля результат не изменяет (фиг. 3 эпюры к, л), В этом такте коммутации подключена только одна пара обмоток 29, Под воздействием протекающего по ним тока, ротор 24 начинает поворачиваться и при повороте его на 45 О состояние чувствительных элементов изменится, на выходе сумматора появится комбинация 001. Теперь Иб = И 5 = Иг/чу, следовательно 06 уменьшится в /2 раза, во столько же рэз уменьшится и ток через первую пару обмоток 29. Но зато подключится вторая пара обмоток От = 05 = Ов.Включение двух пар обмоток 29, ток в которых уменьшен в Ч 2 раза, создает такой же момент как и одна обмотка с номинальнымпоявится "единица", которая приложится кО-входу О-триггера 18. Если до того, как на выходе элемента 17 задержки появится "единица", на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 появится "единица", последняя приложится к тактовому входу .О-триггера 18 и запишет в него "нуль и на его инверсном выходе появится "единица", Появление "единицы" на инверсном выходе О-триггера 18 свидетельствует о том, что 50 55 током. Но вектор поля статора смещаетсяна 45, В следующем такте коммутации (сочетание на выходе сумматора 010), Об = О,О 7 =- Ог, Следовательно, первая пара обмоток 29 будет отключена., а вторая пара 5включена на полный ток. Момент не изменится, а вектор поля статора повернетсяеще на 45, В четвертом такте коммутации(сочетание на выходе сумматора 011), Об =Огг =-Огl 1/2; О 7 = О 5 = Огl/2, В этом 10случае токи через обмотки 29 равны по величине, но противоположны по знаку иуменьшены в / раз. Величина момента неизменится, а вектор поля статора повернется еще на 450, В пятом такте коммутации 15Об = 04 = -Ог; О 7= 0 (комбинация на выходесумматора 100), т.е. включается только первая пара обмоток 29 в обратной полярностина номинальный ток. В шестом такте коммутации (комбинация на выходе сумматора 20Ог Ог,101) 06= Огг= - ; О 7=Огг= - ; т.е,У 2обе пары обмоток 29 включены на пониженный ток в обратной полярности. В седьмомтакте (комбинации на выходе сумматора 110), Об = 0; Ог = О 4 = -Ог. И ввосьмом такте коммутации (комбинация навыходе сумматора 111), Об = О 5 = Ог/ У 2;О 7 = Огг = -Ог/ //2 . Таким образом подключаются то одна пара обмоток 29 на полный 30ток, то две пары обмоток 29 с уменьшениемв чг 2 раз током, При этом момент не меняется, а вектор поля статора поворачиваетсявсякий раз на 45, отслежлвая положениеротора и обеспечивая непрерывное его вращение, При обратном вращении коммутация происходит в обратнойпоследовательности.С увеличением скорости ротора 24,нейтральный режим коммутации (р= О) становится невыгодным из-за инерционностиобмоток 29 управления. Более выгоднойстановится опережающая коммутация(х= 45 ). Для определения скорости служатэлемент 17 задержки и О-триггер 18. После 45появления "нуля" на выходе элемента 15элемент 17 задержки начинает отсчитыватьвремя задержки, и через определенное, заранее установленное время на его выходе скорость вращения ротора 24 достаточно велика для включения опережающей коммутации (скорость превысила пороговое значение Йп). Если "единица "на тактовый вход О-триггера 18 придет позже, чем "единица" на его О-вход с выхода схемы 17 задержки, то в О-триггере 18 запишется "единица", а на его инверсном выходе будет "нуль", что свидетельствует о недостаточно высокой скорости ротора 24 (скорость меньше И,), Если на инверсном выходе О-триггера 18 появляется. "единица", это означает, что включается режим опережающий коммутации и к числу, поданному на вторые входы сумматора 16, должна быть прибавлена "единица", в случае прямого вращения ротора 24, и вычтена, в случае обратного вращения, В обоих случаях это означает сдвиг вектора поля статора по отношению к вектору МДС ротора 24 на 45 в сторону направления вращения, Технически это осуществляется следующим образом, Пороговый блок 3 определяет полярность сигнала ошибки Ог задающую направление вращения ротора 24. Если Ог 0, Оз = 1 (обратное направление вращения), то ко входам элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, 20, 21 а также к выходу переноса сумматора 16 приложится "единица". Это означает, что элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19-20 будут работать как инверторы по второму входу, т е. сигналы на их выходах противоположны сигналам на их вторых входах, и из числа, приложенного к входам сумматора 16, будет вычтена "единица". Если Ог 0(прямое вращение), то Оз.= О. В этом случае элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19-20 будут работать по второму входу как повторители, а к входу переноса сумматора 16 приложится "нуль", Это означает, что к числу, поданному на второй вход сумматора 16, прибавится "единица".При смене направления вращения ротор 24 замедляется при скорости Йпрежим опережающей коммутации сменяется на нейтральную, далее ротор 24 останавливается и начинает разгоняться в другую сторону. При достижении им скорости Йп режим опережающей коммутации включается снова.Формула изобретенияСледящая система, содержащая О-триггер, датчик регулируемой координаты, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с входом порогового блока, а второй вход - с выходом датчика регулируемой координа 1578695ты, подключенного входом к выходу объекта регулирования, вход которогокинематически соединен с датчиком шагов шагового двигателя и с выходом шагового двигателя, вход которого соединен с выходом блока 5 усилителей мощности, подключенного входом к выходу коммутатора обмоток,шагового двигателя, причем первый, второй, третий и четвертый выходы датчика шагов шагового двигателя подключены соответст венно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока формирования кода положения ротора, о тл и ч а ю ща я с я. тем, что, с целью повышения точности системы, в нее введены элемент задержки, первый, 15 второй, третий элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и сумматор, причем вход порогового блока соединен с входом переноса сумматора и с информационным входом коммутатора обмоток шагового двигателя, а выход - с 20 первыми. входами первого, второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к входам первого, второго и третьего разрядов первой группы разрядных входов сумматора, выход. которого подключен к управляющему входу коммутатора, а вход первого разряда второй группы разрядных входов сумматора подключен ко второму выходу блока формирования кода положения ротора, к входу элемента задержки и к С-входу О-триггера, О-вход которого соединен с выходом элемента задержки, а инверсный выход - к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы второго и третьего разрядов второй группы разрядных входов сумматора подключены соответственно к первому выходу и четвертому входу блока формирования кода положения ротора, вторые входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с общей шиной.1578695оставитель Е.Власодактор И,Сегляник Техред М,Моргентал Корректор Н.Ревска аказ 1916 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 415оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101