Следящая система с ограниченным углом поворота выходного вала

ССНОЗ СОВЕТСКИХСГТЦИАЛИС ГИ ЕСКИХ 83469 А 1 ЕСПУВ)5 6 05 В 11/01 ТЕНТН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР БРЕТЕНВУ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ 1. (56) Ахметжанов А, А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. - М.: Энергия, 1975, с, 221,Авторское свидетельство СССРР 1029143, кл, 6 05 В 15/02, 1983.Авторское свидетельство СССРЪ 1339488, кл, 0 05 В 11/14, 1987,(54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА С ОГРАНИЧЕННЫМ УГЛОМ ПОВОРОТА ВЫХОДНОГО ВАЛА(57) Изобретение относится к автоматике иможет быть использовано для управленияобъектами с ограни енными углами поворота, например оптическими дефлекторами,Цель - повышение быстродействия и точности системы достигается за счет исключения влияния моментов инерции и трения датчика скорости, прикладываемых к валу исполнительного электродвигателя: Система содержит электродвигатель 1, нагрузку 2, датчик 3 положения, блок 4 концевых выключателей, элемент 5 сравнения масштабирующий резистор 6, цифроаналоговь 1 й преобразователь 7, усилитель 8 мощности, формирователь 9 сигналауправления, измеритель 10 рассогласования, задатчик 11, сигнум-реле 12, реверсивный счетчик 13, генератор 14 импульсов, формирователь 15 импульса установки, источник 16 постоян ного напряжения, конденсатор 17, резистор 18, датчик скорости 19 с входами 20, 21 и выходом 22 и делитель напряжения 23. Элементы 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 23 образуют датчик 19 скорости, 3 ил./УИзобретение относится к автоматике и ния инерции, которые приводят к появлеможет быть использовано для управления нию дополнительных ошибок позициониро.объектами с огранйченйым углом поворота, вания и удлиняют переходные процессы. например оптическими дифлекторами.Известна следящая система, содержа Целью изобретения является повышещая функциойальный преобразователь, ние быстродействия и точности системы. первый вход которого подключен к выходу На фиг, 1 показана функциональная схегенератора опорного напряжения, вторые ма Следящей системы; на фиг. 2 - эпюры входы - к входам системы, а выход - квходу рабочихнапряжений; на фиг. 3 - схема, по- первого усилителя, и последовательно сое ясняющая работу датчика скорости.диненные вращающийся трансформатор, Следящая система содержит электро- второй усилитель и двигатель, вал которо- двигатель 1, вал которого является выходгомеханическисвязансроторомвращаю- ным валом Системы и кинематическищегося трансформатора, а также второй связаон с вавлом нагрузки 2 и со входами функциональный преобразователь иусили датчика 3 положейия и блока 4 концевых тель,. выключателей. Первый вывод обмотки якоИзвестна следящая сйстема, содержа- ря электродвигателя 1 соедийен суммирующая функциональный преобразователь,: щим входом элемейта 5 сравнения и с первый вход которого соедйнен с выходом первым выводом.масштабирующего-рези- генератора опорного напряжения, вторые 20 стара 6, второй вывод которого соединен с . входы - с входом системы, а выход - с вхо-: аналоговым входом цифроаналогового йредом первого усилителя и последовательно образователя 7 и вторьм выходом усйлитесоедйненные вращающийся трансформа- ля 8 мощйостй первый "выход которого тор, второйусилительидвигатель, вал кото-соединен с вторым вьвмодом электродвига-. рого механически связтан с ротором 25 теля 1,упрамвляющий входусилителя 8 мощвращающегося трансформатора, а также ности соедийен с выходом блока 4 концевых дешифратор и шесть ключей, включенных:-. выключателей;а информационныйвходусимежду первым усилителем и обмоткой вра-лителя 8 - с выходом формирователя 9 сиг-щающегося трансформатора.: . нала управления, соединейногО первымНедостатком описанных устройств яв входом с вЫходом измерйтеля 1.0 рассоглаляется низкое качество регулйрованйя из-за сОвания, управляющий вход которчого соеотсутствия в нихтахометрической обратной динен с датчиком 3 положения, а связи.: .суммирующий вход измерителя 10 соедиНаиболееблизкойкпредлагаемой.явля- нен с выходом задатчика 11, Второй вход ется .следящая система с ограниченным 35 формирователя 9 сигнала управления соеуглом поворота вала, содержащая электро-дийен С выходом элемента 5 сравнения и двигатель, вал которого кинематически свя- . входом сигнум-реле 12, соединенного с вызан с валом нагрузки и с входами датчика ходом с входом направления" счета"реверположения и блока концевых выключате-Сивного счетчика 13, Счетчик 13 тактовым лей, измеритель рассогласования подклю-. 40 входом сбедйнен с выходом генератора 14 ченный суммирующим и вычитающим: импульсов, входомразрешенияустановки - входами к выходам соответственно задатчи- . с выходом фОрмирователя 15 импульса устака и датчика йоложения, а выходом к перво- . нонки, соединенного входом с выходом ис му входу формирователя сигнала точника 16 постоянного напряжения. Входы управления, второй вход формирователя 45 установки счетчика 13 соединены с общей сигнала управления соединен с выходом шиной и выходом источника 16, а выходы - датчика скорости и входом порогового бло- с цифровыми входами цифроаналогового ка, выход которого соединен с первым вхчоч- преобразователя 7, выход которого соедидом элемента И, второй вход которого нен с вычитающим входом элемента 5 соединен с вторым входом усилителя мощ- сравнения. Формирователь 15 импульсов ности и выходом блока концевых выключа- может быть выполнен из конденсатора 17 телей. Выход элемента И соединен с " и резистора 18. Элементы 5, 6,7, 12, 13, 14, входом ключа, выходы которого подсоеди 15, 16 образуют датчик 19 скорости с пернены к резистору, включенному в цепь ис-вым 20 и вторым 21 входами, выходом 22 и точника питания и обмотки возбуждения 55 делителем напряжения 23. Общая шина 24 электродвигателя,: соединена с первым выходом усилителя 8Недостатком описанного устройства мощности. Цифроаналоговый преобразоваявлщ 4 тся низкие точность и быстродейст- тель 7 условно показан на фиг, 3 в виде вие, которые обусловлены тем, что датчик резисторов 25, 26, а Электродвигатель 1- в скорости имеет собственные моменты тре- виде резистора 27 и источника 18, величина1783469 10 15 20 25 30 35 пропорционального фактической. скорости 40датчиком 19 скорости происходит следующим образом, Вя- -+К 1 О Вя + В 6 К 1 йя+В 6 Вя Обозначив + =О, получимВ 6К 100я+8601=01+0 . НапряжЕние на выходе элемента сравнения 5 будет равно 05=(01+ +Ос 1 - 07)К 5=0 1 К 5, поскольку 01=07, где К 5 - коэФфициент усиления элемента 5 сравнения 5, К 5 выбирается таким образом,чтобы при максимальной заданной скоро- СТИ Швах ВЫПОЛНЯЛОСЬ раВЕНСтВО 05=0,10 пах, ГДЕ 01 Ояах - МаКСИМаЛЬНОЕ НаПРЯжЕНИЕ На выходе измерителя 10 рассогласования, Это условие выполняется при которой пропорциональна угловой скорости ротора электродвигателя,Устройство работает следующим образом,Требуемый закон вращения ротора электродвигателя 1 задается задэтчиком 11, Напряжение с выхода задатчика 11 подается на суммирующий вход измерителя 10 рассогласования, на вычитэющий вход которого подается напряжение с датчика 3 положения. Измеритель 10 рассогласования сравнивает зти напряжения и на выходе создает напряжение, пропорциональное их разности, которое задает необходимую скорость вращения электродвигателя 1, С выхода измерителя 10 рассогласования напряжение поступает на первый вход формирователя 9 сигнала управления, на второй вход которого подается напряжение с выхода схемы сравнения 5, пропорциональный фактической скорости вращения электродвигателя 1, С выхода формирователя 9 сигнала управления напряжение, пропор. циональное разности между заданной и фактической скоростями вращения ротора электродвигателя 1, подается через усилитель 8 мощности и масштабирующий резистор 6 на обмотку электродвигателя 1, Ротор электродвигателя 1 на пинает вращаться и перемещает нагрузку 2, Вращение ротора происходит до тех пор, пока нагрузка 2 йе встанет в положение, определяемое задатчиком 11, Как только нагрузка 2 встанет в требуемое положение, обмотка электродвигателя 1 обесточивается, Обмотка электродвигателя 1 обесточивается также по сигналу с блокэ 4 концевых выключателей, если ротор повернется нэ угол больший,чем допустимо, Формирование напряжения В момент включения формирователь 15 импульса установки формируется импульс, который прикладывается к входу разрешения установки реверсивного счетчика 13. На выходах последнего устанавливаются сигналы, соответствующие сигналам, которые присутствовали на его входах установки, Предварительно при настройке системы входы установки реверсивного счетчика 13 были подключены к общей шине 24 и шине питания таким образом, чтобы при заторможенном роторе электродвигателя 1 напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7 было равно напряжению на первом выводе электродвигателя 1. При этом напряжение на первом выводе электродвигателя 1 равно 08 ВО=В +где 06 - напряжение на выходе усилителя 8мощности;Вя - сопротивление обмотки якоря электродвигателя 1 (резистор 27) на фиг. 2;В 6 - сопротивление резистора 6.Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7 равно08 В 25В 25 + В 26где В 25 - сопротивление резистора 25(фиг. 2),В 25Соотношение + В определяетсяВ 25 + В 26двоичным кодом, подаваемым на цифровыевходы преобразователя 7,Поскольку коэффициент деления цифроаналогового преобразователя 7 определяется состоянием выходов реверсивногосчетчика 13, то, соединяя входы установкипоследнего с общей шиной(ноль) или шинойпитания (единица), добиваются, чтобы01=07. поскольку оба эти напряжения подаются на входы элемента 5 сравнения, наего выходе напряжение 05=0, так как оно .пропорционально разности напряжений наего входах.Выражение 01=07 справедливо при за-торможенном роторе, Предположим, чтоскорость вращения ротора электродвигателя 1 не равна нулю. При этом на якорнойобмотке электродвигателя 1 появится злектродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции,равная К 1 м, где К 1- конструктивная постоянная электродвигателя 1;в - скорость вращения ротора. Напряжение 01 на первом выводе электродвигателя 1 станет равнымПри эксплуатации с течением времени, а также в зависимости от температуры окру жающей среды значения сопротивлений Йя и Яв могут изменяться, что может привести к нарушению равенства между напряжениями 01 и От. А это может привести к дополнительной ошибке в работе системы. 10Для исключения влиянияизменении значений В 8 и Вб на работу системы напряжение 05 подается на первый (прямой) вход сигнум- реле, которое выдает "0" если 050, и "1" если 05О, Допустим, 02="1", тогда "1" с Сигнум-реле 12 прикладывается к входу направления счета реверсивного счетчика 13 и он работает на суммирование (считает ймпульсы, приходящие с генератора 14), число, записанное в нем, будет увеличиваться, что приведет к увеличению напряжения От на выходе цифроаналогового преобразователя 7, Это, в свою очередь, приведет к . уменьшению напряжения 05, так как напряжение От подается на инверсный вход эле мента сравнения 5. Так будет продолжаться до тех пор, пока 05 станетО. Это приведет к тому, что 02 станет ="0", Реверсивный счетчик 13 станет работать на вычитание, С этого момента число, записанное в нем, бу О дет уменьшаться, напряжение Ит уменьшается, а напряжение 05 возрастает (но уменьшается по абсолютной величине), Таким образом, сигнум-реле 12 задает такое направление счета реверсивного счетчика 35 13, которое устремляет напряжение 05 к нулю.В процессе работы следящей системы направление вращения ротора электродвигателя 1 непрерывно меняется, при враще нии в одну сторону ОО, в другую 050, а поскольку угол поворота ротора ограничен, то за достаточно большой промежуток времени Ьможно считать время, в течение которого он вращался в другую сторону.Следовательно, усредненное значение напряжения О за время Лт равно О. Или Ь) Обай=О. Поэтому содержимое счетчика 13, . о 50 несмотря на постоянные изменения знака напряжения 05, от этого напряжения зависеть не будет(частота генератора 14 подбирается такой, чтобы за максимальноевремя вращения ротора в одну сторону 55 содержимое счетчика 13 изменилось незначительно). Поскольку усредненное значение О равно нулю, то содержимое счетчика 13 будет определяться медленноизменяющимися от времени и от температуры значениями й и Р 6. При скорости в - О напряжение 05 также равно нулю,Таким образом происходит постоянная подстройка тахометрической обратной связи,Отсутствие в предлагаемой системе датчика скорости как электрической машины позволяет повысить ее быстродействие и точность, так как исключается влияние моментов инерции и трения указанного датчика, прикладываемых к валу электродвигателя. Кроме того, исключается механическая передача от вала электродвигателя к валу датчика скорости, что позволяет уменьшить вес и габариты всего устройства. Формула изобретения Следящая система с ограниченным углом поворота выходного вала, содержащая измеритель рассогласования, подключенный суммирующим и вычитающим входами к выходам соответственно задатчика и датчика положения, а выходом - к первому входу формирователя сигнала управления, вторым входом соединенного с выходом датчика скорости и выходом с информационным входом усилителя мощности, подключенного управляюгцим входом к выходу блока концевых выключателей, а первым выходным выводом - к первому выходу якорной обмотки электродвигателя, вал которого кинематически связан с валом нагрузки и с входами датчика положения и блока концевых выключателей, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности системы, в ней первый и второй входные выводы датчика скорости подключены соответственно к второму выводу якорной обмотки электродвигателя и к второму. выходному выводу усилителя мощности, а датчик скорости содержит источник постоянного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульса установки, генератор импульсов, сигнум-реле, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, масштабирующий резистор и элемент сравнения, подключенный суммирующим входом к первому выводу масштабирующего резистора, вычитающим входом к выходу цифроаналогового преобразователя, а выходом - к входу сигнум-реле, соединенного выходом с входом направления счета реверсивного счетчика, подключенного тактовым входом к выходу генератора импульсов, входом разрешения установки - к выходу формирователя импульса, установки, входами установки - к выходным выводам делителя напряжения, а выходами - к цифровым входам цифроаналогового преобразователя,1783469 10 Составитель. 8; ЛедерерТехред М.Моргентал .Корректор А; Козориз едактор Заказ 4514 Тираж: .: . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва, Ж"35, Рауаская наб 4/5 Производственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина соединенйого аналоговым входом с вторым выводом масштабирующего резистора, выход источника постоянного напряжения соединен с входом формирователя импульса установки и с первым входным выводом делителя напряжения, подключенного вторым входным выводом к общей шине системы, причем первый и второй выводы масштабирующего резистора являются первым и вторым входными выводами датчика скорости, 5 . а выход элемента сравнения является выходом датчика скорости.