Цифровая следящая система

. ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЕНИЯ САН РЕ К АВТОРСКО ВИД ЬСТ 1 . 2(22) 27.04.89 Цифровая следящая система содержит из- (46) 23.02.93. Бюл. М 7. меритель 1 рассогласования, блок 2 выделе- (71) Белорусский государственный универ- ния модуля, первый пороговый элемент 3, ситет им, В,И,Ленина первый блок 4 умножения, цифровой широт- (72) В,А,Вербицкий, В,В.Кузьменков, но-импульсный преобразователь 5, комму- О.С.Лукьянец, В,Д,Любецкий и А.С,Миха- татор 6 фаз, синхронный электродвигатель лев .: . 7, датчик 8 положения ротора, второй поро- (56) Авторское свидетельство СССР говый элемент 9, второй блок 10 умноже- М 1730610, кл. 6 05 О 11/01 ния, преобразователь 11 код - частота .(54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА импульсов. Цель изобретения достигается (57) Изобретение относится к цифровым за счет введения связей второго входа и следящим системам с бесконтактными дви- выхода первого блока умножения соответгателями постоянного тока и может быть ственно с входом цифровой следящей сисиспользовано в манипуляцйонных работах темы и входом задания цифрового и других устройствах автоматики в качестве широтно-импульсного преобразователя и исполнительных следящих систем. Цель изменения конструкции последнего. 4 ил. БИзобретение относится, к цифровымследящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ) и можетбыть использовано в манипуляционных роботах и других устройствах автоматики в. 5качестве исполнительных следящих систем,Цель изобретения - повышение быстродействия,На фиг, 1 представлена функциональная схема цифровой следящей системы; на 10фиг, 2 - функциональная схема цифровогоширотно-импульсного преобразователя; нафиг. 3 - эпюры основных координат системы-прототипа (фиг.З,а) и цифровой следящей системы (фиг.З,б) при отработке 15скачкообразного входного сигнала; на фиг.4 приведены векторные диаграммы магнитных потоков статора Фс и ротора Ф длясистемы прототипа (фиг.4,а) и цифровойследящей системы (фиг.4,б) в режиме БДПТ 20+ 1), (т = тп + 2).Цифровая следящая система содержит(фиг. 1) измеритель 1 рассогласования, блок 252 выделения модуля, первый пороговыйэлемент 3, первый блок 4 умножения, цифровой широтно-импульсный преобразователь5, коммутатор 6 фаз, синхронный электродвигатель .7, датчик 8 положения ротора, 30второй пороговый элемент 8, второй блок 10умножения, преобразователь 11 код-частота импульсов,.Цифровой широтно-импульсный преобразователь 5 содержит (фиг, 2) блок 12 формирования адреса, блок 13 преобразованияадреса, первый сумматор 14, измеритель 15рассогласования, блок ограничения рассогласования 16, второй сумматор 17, преобразователь 18 кода глубины модуляции в коды 40фазных управляющих импульсов, широтноимпульсный модулятор 19, генератор,20.несущей частоты,Цифровая следящая система работаетследующим образом,. 45Блоки 12, 13 при работе системы в режиме непрерывного управления отключеныина второй вход сумматора 14 поступаетнуль. При переходе системы в шаговый режим в блоке 12 записывается текущее эначение кода угла положения ротора, которое. в дальнейшем изменяется за счет импульсов, поступающих с преобразователя 11. Взависимости от знака ошибки к выходномукоду блока 12 в блоке 13 прибавляется код, 55соответствующий углу +90 эл,град. Такимобразом формируется поле статора, магнитный поток которого Ф перпендикуляренмагнитному потоку ротора Ф, и момент,развиваемый при этом двигателем, является тормозящим. При любом режиме работы системы на выходе сумматора 14 формируется код углового положения поля статора, на выходе измерителя 15 - код угла рассогласования между полями Ф, и Фь, который ограничивается при помощи блока 16 в пределах +90 эд.градусов, что предотвращает выпадение двигателя из синхронизма. В преобразователе 18 записаны коды длительностей и знаки (например, гармониче-: ских) импульсов в функций, сдвинутых на угол 2 л/а радиан, которые поступают на входы модулятора 19, где.преобразуются в широтно-модулированные последовательности импульсов.Блок 13 может быть выполнен путем синтеза комбинационных схем с использованием арифметико-логических устройств, в шаговом режиме он выполняет операцию сложения (вычитания) над выходным кодом блока 12 и двоичным представлением угла в 90 эл.град., которое однозначно определяется коэффициентом передачи датчика положения ротора и числом пар полюсов электрической машины.Комбинационные схемы по сигналам знака ошибки зцп Ьди выходного сигнала ЛОп порогового элемента Йлл позволяют выбрать для реализации одну из функций арифметика-логического устройства (АЛУ); А+ В или А - В, где А - входы АЛУ, на которые поступает код блока 12; В - входы АЛУ, код на которые соответствует углу в 90 эл.град, В статическом режиме ошибка системы равна нулю, пороговый элемент 9 имеет. выходное значение равное 1, а пороговый элемент 3 - нулевой сигнал. В результате на первый вход сумматора 14 поступает нулевой сигнал. Поскольку ошибка системы равна нулю, импульсы на выходе преобразователя 11 отсутствуют и модулятор 19 генерирует последовательности импульсов постоянной скважности, При этом поле статора неподвижно, максимально по величине и угол поворота его относительно ротора равен ан= = агсз 1 пМн/М Таким образом, в режиме покоя двигатель развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий момент нагрузки на валу при нулевом рассогласовании, т.е. данная система, как и прототип, обладает астатизмом по отношению к моментным возмущениям,При подаче на вход системы скачкообразного задающего. воздействия ЛЙ код модуля рассогласованияЬ О больше порога срабатывания порогового элемента 3, в результате на ето выходе присутствует высокий уровень, а на выходе порогового1797094 35 40 элемента 9 - низкий, Преобразователь 11отключен от блока 12 и задающее воздействие поступает на первый вход сумматора 14,на второй вход которого поступает О, т.к,блоки 12, 13 выключены сигналом йй. На 5входе измерителя 15 присутствует код разности Л Й - ЛОО и если он большепо абсолютному значению кода, соответствующего90 эл.градусов, то он ограничивается блоком 16, после чего он складывается с кодом 10угла положения ротора, Таким образом, система работает в непрерывном режиме. Помере отработки задающего воздействиярассогласования уменьшается и в некоторый момент 1 = тп и происходит переключе. ние пороговых элементов 3 и 9. При этом вблоке 12 записывается текущее значениекода датчика, выходной код блока 4 обнуляется, преобразователь 11 через блок 10 подключается к блоку 12, кроме того, по 20сигналам ЛОП и 39 п ЛО определяется режимработы блока 13 так, что магнитныйпоток Фь поворачивается на 180 эл.градусов, т.е, в блоке 13 осуществляется прибывание кода, соответствующего углу в 90 25эд,градусов при ЛО О, и вычитание при1 Л О ) О, к выходному коду блока 12. Двигатель начинает эффективно тормозиться,т.к. поля статора и ротора перпендикулярны. Вследствие ненулевого рассогласования с преобразователя 11 поступаютимпульсы и поле статора продолжает вращаться в том же направлении, при этомдвигатель продолжает тормозиться,При недетерминированных моментах возмущения поле ротора в системе-прототипе может "уйти" вперед, что приведет к увеличению рассогласования между полями больше, чем 90 эд.градусов, что в свою очередь повлечет выпадение двигателя из синхронизма. Поэтому ограничитель 15 Формула изобретения Цифровая следящая система, содерхащая измеритель рассогласования, подключенный через последовательно соединенные блок выделения модуля, первый пороговый элемент к первому входу первого блока умножения, выход блока выделения модуля через второй пороговый элемент подключен к первому входу второго, блока умножения, к второму входу которого через преобразователь код-частота импульсов подключен выход измерителя рассогласования, соединенного суммирующим ограничивает абсолютное значение между полями 5 и Ф на уровне эл. градусов, что вызывает сохранение наибольшего тормо-. зящего момента и предотвращает наруше-ние работы системы.Указанные коммутации приводят к. тому, что, начиная с момента времени 1- Ь, двигатель и система в целом начинают работать как шаговые. Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле статорных обмоток двигателя перемещается в пространстве дискретно, на один шаг с приходом каждого нового импульса отпреобразователя 11, частота которых определяется рассогласованием ЛО и законом преобразования. При этом знак момента на валу электродвигателя определяется взаимной ориентацией магнитных. потоков ротора Ф и статора Ф:. Такой режим работы системы будет продолжаться до момента времени с = 4, когда рассогласование системы ЛО станет равным нулю ЛО= О. При этом угол поворота магнитного потока статора Ф относительно Фь равен:Мнан = агсзп -МоТаким образом, поворот поля статора на 180 эл.градусов в момент перехода из непрерывного режима в шаговый и использование насыщения рассогласования между полями статора и ротора позволяют существенно повысить быстродействие цифровой следящей системы.Предлагаемая цифровая следящая система наиболее эффективно может быть использована в манипуляционных роботах, где требуется высокое быстродействие, недопустимы перерегулирования, а нагрузочный момент на валу электродвигателя изменяется в широких пределах. входом с входом цифровой следящей системы, цифровой широтно-импульсный преобразователь, содержащий последовательно соединенные блок формирования адреса, блок преобразования адреса, подключенный знаковым входом к знаковому входуцифрового широтно-импульсного преобразователя, а управляющим входом - к его управляющему входу и управляющему входу блока формирования адреса, частотный и адресный входы которого являются частотным входом и входом обратной связи цифрового широтно-импульсногозователя, последовательно соединенные преобразователь кода глубины модуляции в . коды фазных управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, подключен. ный тактовым входом к выходу генератора несущей частоты, а выходом - к выходу цифрового широтно-импульсного преобразователя, соединенному через последовательно включенные коммутатор фаз, синхронный электродвигатель, датчик положения ротора с вычитающим входом измерителя рассогласования и входом обратной связи цифрового широтно-импульсного преобразователя, управляющий, частотный и знаковый входы которого соединены соответственно с выходами второго порогового элемента, второго блока умножения и знаковым разрядом выхода измерителя рассогласования, о т л и ч а с щ а я с я тем, что,с целью повышения быстродействия, вход цифровой следящей системы соединен с вторым входом первого блока умножения, подключенного выходом к входу задания цифрового широтно-импульсного преобразователя, в который введены два сумматора, измеритель рассогласования и блок ограничения рассогласования, вход задания цифрового широтно-импульсного преобразователя через последовательно соединенные первый сумматор, измеритель рассогласования, блок ограничения рассогласования, второй сумматор подключен к адресному входу постоянного запоминающего устрой-. ства, выход блока преобразования адреса соединен с вторым входом первоФ сумматора, а адресный вход блока формирования адреса - с вторыми входами измерителя рассогласования и второго сумматора,-лф Заказ 653 . Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитетапо изобретениям и откры 113035, Москва, Ж, Ра шская наб 4/5ри ГКНТ СС уПроизводственно-издательский комбинат."Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101=а 8Составитель В,Башкиров едактор Г.Бельская Техред М.МоргенталКорректор С.Лисина