Цифровая следящая система

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 1797093 В 11/ Т ЕТЕЛЬСТВУ ВТОРО КОМУ ра и код углового родвигателя, при при переходе из вер ифровым ными движет быть х роботах качестве ссог ва- ко 6,гаща роще-схема зана фиг.2 - ра; на фиг. ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(71) Белорусский государственный униситет им, В.ИЛенина(56) Авторское свидетельство СССРМт 1667000, кл. О 05 В 11/01, 1986.Авторское свидетельство СССРМт 1730610, кл, 0 05 В 11/01, 1987,(54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА(57) Изобретение относится к цифровымследящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может бытьиспользовано в манипуляционных роботахи других устройствах автоматики в качествеисполнительной следящей системы, Цельюизобретения является упрощение цифровойследящей системы, В системе в качестведатчика положения ротора использовандвухфазный фазовращатель, Раздельноформируются код углового положения ротоИзобретение относится к ц следящим системам с бесконтакт гателями постоянного тока и мо использовано в манипуляционны и других устройствах автоматики испОлнительной следящей системЦелью изобретения является ние цифровой следящей системы.На фиг, 1 представлена блок являемой следящей системы; блок формирования адреса стато 3 - блок формирования импульсов положения статора электчем последний изменяется непрерывного режима работы системы в дискретно-шаговый при помощи логи чес ких устройств. П ри бол ьш их рассогласованиях исполнительный электро- привод работает как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным регулятором, а начиная с момента времени, когда ошибка системы уменьшается до определенного значения, исполнительный электропривод переводится в режим шагового двигателя, Система содержит измеритель рассогласования 1, блок выделения модуля 2, пороговый элемент 3, преобразователь код-частота 4. формирователь кодов длительности импульсов и знаков 5, широтно- импульсный модулятор 6, коммутатор 7, бесконтактный двигатель постоянного тока 8, фазовращатель 9, многофазный генератор 10, блок формирования импульсов 11, блок формирования адреса статора 12, счетчик положения ротора 13. 3 ил,Система содержит и ласования 1, блок выделе 2, пороговый элемент (П тель код-частота (ПКЧ) 4, дов длительности импул широтно-импульсный мо коммутатор (ППК) 7, беск тель постоянного тока(БД тель (ФВ) 9, многофазный 10, блок формирования им блок формирования адрес 12, счетчик положения рот змеритель рания модуля (БЭ) 3, преобразоформирователььсов и знаковдулятор (ШИМонтактный двПТ) 8, фазоврагенератор (Мпульсов(БФИ)а статора (БФора (СПР) 13, сматор 14, блок детекторов пересечения сигналом нулевого уровня 15, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. инвертор 17,Одновибратор 18, элемент И 19, элемент2 И-ИЛИ 20, инвертор 21, элемент ИЛИ 22,элемент 2 И - ИЛИ 23, элемент ИЛИ 24, счетчик 25,В описании приняты следующие условные обозначения: ЬЬ - код входного угла,ЬО, ЬО- код и модуль кода ошибки сис-.темы, зснап ЬО - знаковый разряд кода рассогласованиЯ (ошибки), Оп - выходнойсигнал порогового элемента, ЬОп - код срабатывания порогового элемента, 1 ш - частота импульсов на Выходе преобразователякод-частота импульсов, 01, 02- выходныесигналы фазовращателя, Р - число пар поласов ротора.1,2 - последовательностиимпул ьсов с длительностью, равной фазовому сдвигу сигналов О 1 и 02 относительноопорного Осп - опорный сигнал ФВ, р -фазовый сдвиг выходного сигнала относительно Опорного,- последовательностьимпульсов с длительностью, равной суммефазОВых сдВиГОВ сиГналов 01 и 02 Относительно опорного, 1, - частота на выходе генератора высокой частоты, а - уголповорота ротора, Гл - число фаз электрической машины.В системе в качестве датчика положения ротора использован фазовращатель,причем его выходные сигналы 01 и 02 сдвинуты по фазе друг относительно друга на180 эл.град., т.е.О 1= Азп(1 Л+ р+ф);02 = Азп(Ют + ф ф)1где фэл,град =л/2 РР - число пар полюсов ротора электро- .двигателя,1 р - фазовый сдвиг выходного сигналаотносительно опорного.Блок формирования импульсов 11 предназначен для вь 1 деления фазового сдвигасигналов 01, Ог и О 1 г = 01+ 02 относительноопорного Ооп в виде длительности импульсов последовательностей1, .г исоответственно. Детекторы пересечения сигналомнулевого уровня преобразуют гармоничеСКИЕ СИГНаЛЫ 01, Ог, 012, 00 п В ПОСЛЕдОВательности прямоугольных импульсов,Фазовый сдвиг сигналов 01, 02, 012 относительно опорного Ооп выдяляется в виде длительности импульсов 1, .2,элементами,ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16.Блок формирования адреса статора 12предназначен для формирования кода угловогоположения поля статора электродвигателя, Ключи, реализованные на логическихэлементах, коммутируют входные сигналы О, еслиЬОЬОп40 Оп=1,еслиЬО ЬОп 1, если з 9 п ЬО О О, если з 9 п ЬО О Логическая функция, реализуемая на входе обнуления счетчика 25, имеет видВ = О (я1+ 5г) (3)Счетчик положения ротора 13 предназначен для формирования кода углового положения ротора путем подсчета импульсов с генератора высокой частоты (на фигурах не показан) за время прохождения импульсов последовательности , длительность которых пропорциональна фаэовому сдвигу ф сигнала 012 относительно Ооп, а следовательно, пропорциональна углу поворота ротора а,50 55 блока 12 таким образом, что при большихрассогласованияхЬОЬОп на выходесчетчика имеет место код, отличающийся откода углового положения ротора Ж.р на .90эл.град (знак "+" или "-" определяется в зависимости от з 9 п Ьб). При малых рассогласованияхЬ 9 ЬОп в счетчик 25заносится код углового положения ротора .электродвигателя Ь р и дальнейшее изме"О нение выходного сигнала 12 Ь. происходит. при помощи выходного сигнала ПКЧ 4 пропорционально рассогласование системы,Таким образом, задавая в зависимостиот величины рассогласования при помощиБФАС 12 угловое положение магнитного поля статора, реализуются два режима рабатыэлектродвигателя цифровой следящей системы: при больших рассогласованияхЬОЬОп поля ротора и статора электродвигателя разнесены на 90 эд,град, т.е.реализован режим БДПТ Зс релейным регулятором. При малых рассогласованияхЬОЬОп поля ротора и статора пространственно совмещены и изменение углового положения поля статора происходитпропорционально рассогласованию, т.е, реализован дискретно-шаговый режим работы электродвигателя,Для обеспечения указанных режимов30 работы системы коммутацию тактовых входов счетчика 25 необходимо проводить согласно следующим логическимвыражениям:вход "+1" = 100 п + Оп(1 ш + Я)35ВХОД "-1" = Оп + 1 ш + Я (2)При этом предполагаются следующиезначения переменных Оп и Я:510 20 25 30 35 40 45 50 55 Формирователь 5 может быть выполненна постоянном запоминающем устройстве(ПЗУ),Цифровая следящая система работаетследующим образом. При подаче на входсистемы большого скачкообразного сигнала код модуля сигнала ошибкиЬОпревышает код срабатывания ПЭ З,на выходекоторого устанавливается низкий уровеньсигнала Оп, соответствующий логическому"0". Логические схемы БФАС 12 коммутируют входы счетчика 25 согласно выражениям(1 - 3) и на выхода БФАС 12 будет иметьместо код Ж.с, отличающийся на 90 эл.град.от кода А р. Выходной код БФАС 12 поступает на адресные входы формирователя 5, вкотором записаны коды ширины импульсови знаки гп функций (например гармонических), сдвинутых на угол в 2 л/е радиан,которые поступают на входы ШИМ б, гдепреобразуются в широтно-импульсно модулированные последовательности. На вычитающие входы широтно-импульсныхмодуляторов блока б подключен выход генератора (на фигурах не показан), который задает постоянную глубину модуляции,Выходныесигналы ШИМ бчерез ППК 7 подаются на обмотки БДПТ 8.Фазовращатель 9 жестко закреплен навалу БДПТ и запитывается многофазнымнапряжением от МФГ 10, Выходные сигналы ФВ 9 01 и 02 преобразуются блокомформирования импульсов 11 в последовательности импульсов1, Ь, , Выходные. сигналы БФИ 111 и .2 поступают на входыБФАС 12; где используются для формирования кода углового положения поля статора. Ж Сигнал Е поступает на вход СПР 13, гдеформируется код углового положения ротора А р, который поступает на измерительрассогласования 1,Магнитное поле статора электродвигателя, благодаря жесткой связи по угловомуположению с ротором через ФВ 9 и БФ И 11,вращается синхронно с ротором, его угол сполем последнего составляет 90 эд,градаего модуль имеет максимальное значение.Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным управлением, отрабатываетрассогласование,С уменьшением модуля сигнала ошибкиЛОдо значения, равного коду срабатывания порогового элемента, последний срабатывает, т,е, устанавливается высокий уровень сигнала 1.и, соответствующий логической "1". Логические схемы БФАС 12 коммутируют входы счетчика 25 согласно выражениям (1 - 3), при этом по фронту сигнала О, через установочные входы в счетчик 25 заносится код углового положения ротора А р, таким образом пространственносовмещаются поля ротора и статора (т.е, система переводится в дискретно-шаговый режим), В зависимости от знака рассогласования з 9 пЛО выход ПКЧ 4 подключается к одному из тактовых входов счетчика 24 идальнейшее перемещение поля статора осуществляется по выходному сигналу ПКЧ 1 ш, т.е. двигатель отрабатывает рассогласование как шаговый, Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле статора электродвигателя перемещается в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от ПКЧ и на тактовый вход БФАС 12.Как только код модуля сигнала ошибки ЛО=О, импульсы на выходе ПКЧ 4 исчезают, выходной код 1-с БФАС 12 остается постоянным и ШИМ б генерирует импульсы,длительность которых постоянна во времени. Поле статора БДПТ 8 неподвижно, максимально по величине и угол поворота его относительно поля ротора равенМяа= агсз иМогде Мо - максимальный синхронизирующий момент электродвигателя,М - момент нагрузки на валу двигателя.Таким образом, в режиме покоя БДПТ 8 развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий момент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогласовании, т.е, цифровая следящая система обладает астатизмом по отношению кмоментным возмущениям. В цифровой следящей системе при включении не требуется режим калибровки,Цифровая следящая система наиболее эффективно может быть использована в манипуляционных роботах, где требуется высокое быстродействие, недопустимыперерегулирования, а нагрузочный момент на валу электродвигателя изменяется в широких пределах.ф о р мул а изобретен ия Цифровая следящая система, содержащая измеритель рассогласования, первый вход которого является входом задания положения системы, а информационный выход.подключен входу блока выделения Модуля и к входу преобразователя код-частота, выход которого подключен к тактовому входу блока формирования адреса, вход управления режимом работы которого подключен к выходу порогового элемента, а информационный выход - к входу формирователя кодов длительности импульсов и знаков, выход которого через последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и коммутатор подключен к входу бескон- тактного двигателя постоянного тока, выход которого является выходом системы, выход блока выделения модуля соединен с входом порогового элемента, знаковый выход измерителя рассогласования соединен с знаковым входом блока формирования адреса,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения цифровой следящей системы, она содержит фазовращатель, многофазный генератор, блок формирования импульсов и счетчик положения ротора, причем выход бесконтактного двигателя постоянного тока соединен с информационным входом фазовращателя, опорный вход которого соединен с выходом многофазного генератора и с опорным входом блока формирования импульсов, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами фазовращателя, а первый и второй выходы - с первым и вторым импульсными входами блока формирования адреса, информационный вход которого соединен с вторым входом измерителя рассогласования и с выходом. счетчика положения ротора, вход разрешения счета которого соединен третьим выходом блока формирования импульсов.,одписноем и открытиям при ГКНТ СССР Тираж И Государственного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская