Серводин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я 15 О 05 В 11/О ИСАНИЕ БР Е Я ниеерходной, выходноиистемы и их цифо;гнала ошибки;вания пороговых гете ГОСУДАРСТВЕН 1 ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Михалев А.С Миловзоров В.П. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. М.: Энергия, 1979.Матюхина Л.И., Михалев А,ССидорук С.Н, и Чушенков И.М. Исполнительный модуль промышленного робота на основе бесконтактного двигателя постоянного тока. - Сб. статей "Электронная техника в автоматике", под ред, Ю,И,Конева, вып, 16. М.: Радио и связь, 1985, с. 12-16. Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано для повышения точности и исключения перерегулирований, что особенно важно при их работе в качестве исполнительных следящих систем, например в манипуляционных роботах.Цель изобретения - повышение точности и качества управления.На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемого серводина; на фиг. 2 - пример реализации цифрового широтно-импульсного преобразователя; на фиг, 3 - эпюры основных координат предлагаемой 667000 А 1(57) Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ) и позволяет повысить их точность и качество управления. Это достигается тем, что с помощью логического устройства управления изменяют режим работы БДПТ с непрерывного (при больших сигналах рассогласования) на дискретно-шаговый (при малых рассогласованиях). Для этого при величине модуля сигнала рассогласования, меньшей некоторого порогового значения, с помощью пороговых элементов и умножителей отключают импульсный выход датчика положения ротора БДПТ от второго входа цифрового широтно-импульсного преобразователя(ЦШИП), а вместо него на этот вход подключают выход преобразователя код-частота, и одновременно с помощью порогового элемента и сумматора на первый вход ЦШИП подают максимальный управляющий сигнал, 3 ил. системы и системы-прототипа при обработке скачкообразного входного сигнала,На чертежах приняты следующие обозначения:О,6 ЯИЬОЬ,ИЮ - вуглы и ошибка следящей сровые коды соответственн(ЛО) - код модуля сиЛ О - коды срабатыэлементов;Ь Оо - код сигнала на выходе первого порогового элемента;Мн - момент нагрузки на валу дви ля;М - максимальный синхронизирующий момент двигателя в шаговом режиме;- частота импульсов на выходе преобразователя "код-частота";Ф,ф - поток ротора и статора двигателя соответственно;Оп - добротность системы по моменту.Серводин содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 формирования модуля, первый сумматор 3, цифровойширотно-импульсный преобразователь 4,реле 5 реверса, коммутатор б, бесконтактный двигатель 7 постоянного тока, датчик 8положения ротора, редуктор 9, преобразователь 10 код-частота, первый умножитель11, первый и второй пороговые элементы 12и 13, второй умножитель 14 и второй сумматор 15.Преобразователь 4 предназначен дляпреобразования угла поворота ротора в систему трех широтно-модулированных по закону синуса импульсных последовательностей,первые гармоники которых сдвинуты друг относительно друга на 120 эл.град., причемглубина модуляции указанных последовательностей определяется цифровым кодомЛ О+ ЬО на его первом входе.Цифровой широтно-импульсный преобразователь 4 содержит блок 16 формирования адреса, постоянное запоминающееустройство 17, первый, второй и третий блоки 18-20 широтно-импульсной модуляции иуправляемый делитель 21 частоты.В системе в качестве датчика 8 положения ротора использован инкрементальныйдатчик на основе фотосчитывающих чувствительных элементов, подсчет импульсов откоторых позволяет получить цифровой коддля замыкания главной обратной связи наизмеритель 1 рассогласования. Поэтому нафиг. 1 датчик 8 изображен с двумя выходами- импульсным и цифровым и датчик использован как для формирования напряженийна обмотках двигателя 7 (импульсный выход), так и для организации главной обратной связи (цифровой выход),В статическом режиме ЛО =АЙЬ О = 0 пороговый элемент 12 имеет максимальный выходной код, а пороговый элемент 13 - нулевой сигнал на выходе. Врезультате выход датчика 8 с помощью умножителя 14 отключен от входа преобразователя 4, а к его входу подключен выходпреобразователя 10. Поскольку ЬО = О,импульсы на выходе последнего отсутствуют, и блоки 18 - 20 генерируют импульсы,длительности которых постоянны во времени и определяются значениями гармонических функций угла поворота ротора. При этом благодаря действию сигнала ЛО 0 с выхода порогового элемента 12 на вход преобразователя 4 эти длительности соответствуют максимальной глубине модуляции 5 импульсов, поле статора двигателя 7 неподвижно, максимально по величине и угол по/ворота его относительно ротора равенМнйн = агсэ 1 п, Таким образом, двигатель 7Мо10 в режиме покоя развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий момент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогласовании, т.есистема относится к классу астатических по отношению 15 к моментным возмущениям.При подаче на вход системы, например,большого скачкообразного сигнала код модуля сигнала ошибки превышает код срабатывания Л Ол, т.е. (Л Оо) Л Ол срабатывают 20 пороговые элементы 12 и 13, в результатечего обнуляется выход умножителя 11 и выход преобразователя 10 отключается от второго входа преобразователя 4. Одновременно благодаря действию порогового элемента 13 25 и умножителя 14 к второму входу преобразователя 4 через сумматор 15 подключается выход датчика 8 положения ротора. Код сигнала ошибки ЬО поступает на вход преобразователя 4, выход которого через реле 5 30 реверса подключен к управляющему входукоммутатора б и определяет среднее значение напряжения на обмотках статора двигателя 7, Поле статора двигателя благодаря жесткой связи по угловому положению с 35 ротором через датчик 8 вращается синхронно с ротором, его угол с полем последнею составляет 90 эл.град., а его величина определяется глубиной модуляции широтно-импульсных последовательностей, т,е.40 пропорциональна рассогласованию Ь О.Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока аналогично последнему в системе-прототипе, отрабатывает рассогласование, С уменьше нием сигнала ошибки в некоторый моментвремени 1 = т 1 на фиг. 2, определяемый величиной кода срабатывания пороговых элементов 12 и 13, последние срабатывают. Это приводит к тому, что обнуляется выход порогового элемента 13 и благодаря действию умножителя 14 разрывается связь между выходом датчика 8 положения ротора и вторым входом преобразователя 4. Одновременно на выходе порогового элемента 12 55 появляется скачкообразный сигнал, который, поступая на первый вход преобразователя 4 через сумматор 3, приводит к появлению на обмотках двигателя 7 полного питающего напряжения. Кроме того, благо 1667000даря умножителю 1 выход преобразователя 10 код-частота через сумматор 15 подключается к второму входу преобразователя 4.Укаэанные коммутации приводят к тому, что начиная с момента времени 1 = 1 двигатель и система в целом начинают работать к к дискретно-шагоеые, Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле статорных обмоток двигателя 1 перемещается в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от преобразователя 10. При этом знак момента на валу двигателя определяется взаимной ориентацией потоков ротора и статора В начале шагового режима под действиенакопленной кинетической энеогии ротора последний, а следовательно, и его поток "обгоняют" поток статора и двигатель развивает пульсирующий момент, среднее значение которого имеет отрицательный знак, т.е. двигатель развивает тормозящий момент. С уменьшением кинетической энергии ротора он начинает "отставать" от потока статора и двигатель развивает положительный вращающий момент, уменьшающий сигнал рассогласования системы,В связи с у"азанным в предлагаемой системе обеспечиваются монотонные переходные процессы (процессы без перерегулирований) при скачкообразных входных сигналах, что существенно повышает качество процессов управления.Действительно, в с стемах, основанных на линейном законе управления. при скачкообразных входных сигналах двигатель развивает тормозящие моменты лишь после согласований осей, когда сгнал ошибки уже мал и возникающие при этом "подтормаживающие" моменты двигателя обычно невелики. В результате переходные процессы в таких системах имеют, как правило, колебательный характер, показанный на фиг. 3 эпюрой Й,.Благодаря переводу двигателя (фиг. 1) в дискретно-шаговый режим при т 11 тормозящий момент может быть близким к максимальному вращающему моменту двигателя, что обеспечивает интенсивное торможение его и последующее движение к установившемуся режиму без перерегулирований. В установившемся режиме покоя сигнал ошибки Л 09 становится равным нулю и частота импульсов на выходе преобразователя 10 также уменьшается до нуля. В результате поток статора двигателя 7 фиксируется в пространстве, так же как и поток ротора, причем между этими потоками в режиме покоя имеет место угол а, =агсв 1 п М/М, если принять, что син 5 10 15 2 С.25 30 35 40 45 50 55 хронизирующий момент двигателя в режиме покоя определяется выражением Мс = Мояп (Фр,% ), где Мн - момент нагрузки по валу двигателя.Таким образом, в предлагаемой системе удается исключить установившуюся ошибку в режиме покоя, обусловленную активными нагрузочными моментами, т.е, повысить ее точность,Рассмотрим теперь работу системы (фиг. 1) при монотонных, например линейно нарастающем входном сигнале О = а 1, где а =- сопз, Если а достаточно велико, то в системе возникает установившаяся ошибка, при которой ГЛ Оо)Л Ол и система работает как непрерывная при отключенном от второго входа преобразователя 4 преобразователе 0 и подключенном к нему выходом датчика 3 положения ротора.Если же а мало, то (ЛО) ЛОП и система работает как дискретно-шаговая. При этом обеспечивается пропорциональное преобразование ЛОв частоту 1 импульсов, причем средняя частота 1 импульсов соответствует скорости заводки а.Формула изобретения Серводин, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласования и блок формирования модуля, выходом подключенный к первому входу первого сумматора. выход которого соединен с входом цифрового широтно-импульсного преобразователя, последовательно соединенные реле реверса, коммутатор и беском тактный двигатель постоянного тока, вал которого соединен с редуктором и датчиком положения ротора, цифровым выходом подключенным к разностному входу измерителя рассогласования, знаковый вход реле реверса соединен с выходом измерителг рассогласования, сигнальный вход реле реверса подключен к выходу цифрового широтно-импульсного преобразователя, о т л ич а ю щ и й с я гем, что, с целью повышения точности и качества управления, в систему введены два пороговых элемента, два умно- жителя, второй сумматор и преобразователь код-частота, вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования, а выход - с первым входом первого умножигеля, второй вход которого соединен с выходом первого порогового элемента и вторым входом первого сумматора, выход блока формирования модуля подключен к входам первого и второго пороговых элементов, причем выход второго порогового элемента соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого подключен к импульсному выходу датчика положения1ротора, выходы первого и второго умножителей соединены соответственно с первым ивторым входами второго сумматора, выходом подключенного к управляющему входуцифрового широтно-импульсного преобразователя.1661000 непреры ныЯ реж искретно-шаговыЯ режим Фи ектоР В Ги ня Составитель Г.Нефедова едактор Ю.Середа Техред М.Моргентал Корр р коизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро агарина, 101 аказ 2521 Тираж 473 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5