Фазовая следящая система

(53)М. Кл. 6 05 В 11/12 Государственный комитет Опубликовано 15 11 80 Бюллетень Ле 42 по делам изобретений н открытий(088.8) Дата опубликования описания 18.11,80. (54) ФАЗОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к области ав,томатики и телемеханики и может найтиширокое применение при построении прецизионных следящих систем иэмеренття углов поворота.В настоящее время в системах такого рода широкое применение получили датчики угла с электрической редукцией, в частности, параметрические датчики, содержащие механический модулятор, ус)О тановленный на валу электродвигателя.Такие датчики при сравнительно умеренных требованиях к точности изготовлениясборки позволяют получить точность порядка 1-2 угл. с. Однако информация5 об угле поворота в этих датчиках представлена фазовым сдвигом между сигнальным и опорным напряжениями, что вызывает необходимость применения следящих систем с фазовым.управлением, включаю-,о щих в себя фаэоврашатель-приемник на СКВТ с ТсС-цепью Ы11 рименяемые следяшие системы вносят дополнительные погрешности, основными 2из которых являются погрешность, обус: ловленная нелинейностью характерйстйки "угол-фаза" фаэовращателя-приемника и погрешности, вызываемые нестабильностью характеристики "угол-фаза фазоврашателя-приемника и характеристики фаза-напряжение рассогласования демодулятора (фазового дискриминатора).В известных фазовых следящих системах коррекция погрешностей, возникающих от нестабильности электроэлементов системы, осуществляется с помощью фаэорасйенителя, используемого для питания фазоврашателя-приемника, выявление возникающих погрешностей осуществляется с помощью ряда коммутаторов, а смещение нулевого положения исполнительного вала устраняется оператором с помощьюкорректирующего фазоврашателя 2, З .Использование в известных системах коммутаторов даже электронного типа приводит к уменьшению быстродействия системы. и, следовательно, к дополнительным динамическим погрешностям.3 7799 70Иэ известных фазовых следяцих систем наиболее близкой по технической сущности юляется система, содержащая параметрический датчик, первый выход которого через последовательно соединенные первый5 цетектор и первый фаэорасшепитель подключен к статорным обмоткам СКВТ-приемника, роторные обмотки которого подключены к первым входам соответственно первого и второго вычитателей, второй выход параметрического цатчика через второй детектор соединен со входом второго фазорасшепителя, первый выход которого соецинен с первым входом первого цемоцу лятора и вторым входом первого вычита 15 телей, а второй выход - .с первым входом второго вычнтателя, выхоц которого соединен со вторым входом первого демодулятора, выход которого через последовательно соединенные третий вычитательЭо усилитель и исполнительный двигатель соединен с валом СКВТ-приемника 4,Целью изобретения является повышение точности фаэовой следящей системы с параметрическим цатчиком угла за счет,25 уменьшения нестабильности фазоврашателя и демодулятора и улучшения линейности характеристики "угол-.фаза-фазовращателя путем повышения инструментальной точности СКВТ Н(например, благо 30 даря исключению погрешности иэ-за не-. равенства коэффициентов трансформации и неортогональности статорных и роторных обмоток (СКИТ).Цель достигается за счет того, что в системе установлен второй демодулятор, первого вхоц которого соединенсовторым выхоцом второго фазорасщепителя, второй вХод - с выходом второго вычитателя, а выход - со вторым входом третьего вычитателя. и 8 СКВТ, И - напряжение на втором выходе второго фаэорасшепителя 12 Иф 7 и Ив - напряжение на выходах соответс твенно первого и второго вычитателей 14, 15, И, и И - напряжение на выходах соответственно первого и второго демодуляторов, И ,- напряжение на выходе третьего вычитателя 16.Система работает следующим образом. Параметрический датчик угла 1 генерирует цва высокочастотных сигнала, модулированных по амплитуде частотойГ.- йР, (1)гце; Я - угловая скорость вращениямодулятора цатчика угла 1;р - .коэффициент электрическойредукции .датчика угла 1.Детекторы 2 и 3 выделяют огибающие модулированных сигналов, относительное изменение фазы которых равно;Ч=р, (2)гце; Ы. - угол поворота ротора цатчиугла 1. 50 Блок-схема представлена на чертеже, где параметрический датчик (угла) 1, первый и второй детекторы 2,3, синусноосинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) -приемник 4, статорные обмотки СКВТ-приемника 5,6 роторные обмотки СКВТ-приемника 7,8, первый и второйдемодуляторы 9,10, первый и второй фазорасщепители 11, 12, усилитель 13, первый, второй и третий вычитатели 14, 15, 16, исполнительный двигатель 17,А -угол поворота входного вала, (5- угол поворота ро Ора СКВТ 4. И .И 1 напряжение на выходе соответственно первого и второго детекторов 2,3, И -"55 напряжение на втором выходе первого фаэорасщепителя 11, И, И -напряжение на выходе роторных обмоток 7 Огибающие ( переменные напряжения с частотой Р ) поступают на фаэорасшепители 11 и 12, каждый из которых преобразует вхоцное напряжение в два выходных, сдвинутых по фазе нах При подаче этих напряжений на обмотки 5 и 6 СКИТ 4 в воздушном,зазоре между ротором и статором образуется вращающееся магнитное полв в результате чего на роторных обмотках 7 и 8 возникают напряжения, фаза которых изменяется пропорционально углуповорота ротора. Между собой напряжения обмоток 7 и 8 сдвинуты по фазе на Г . Напряжения3обмоток 7 и 8 вычитаются с помощью вычитателей 14 и 15 иэ выходных напряжений фазорасщепителя 12. В результате на выходах вычитателей 14 и 15 при равенстве амплитуд поступающих на них напряжений получаются напряжения, пропорциональные углу рассогласования между роторами датчика угла 1 и СКВТ приемника 4, Эти напряжения рассогласования являются квацатурными (т.е. сдвинутыми по фазе на - " ) по отношению к вылчитаемым напряжениям. При неточном выполнении равенства вычитаемых напряжений, напряжение ны выходе, например вычитателя 14, имеет синфаэную составляющую, искажающую информацию об угле рассогласования. Поэтому цля фильтрации этой синфазной составлякицей выхоцные напря-жения вычитателей 14 и 15 подаются на демодуляторы 9 и 10, выделяющие только779970 5кввдрвтурные составляющие, Выходные напряжения демодуляторов 9 и 10 поступают на вычитатель 16, благодаря которому составляющие выходных напряжений цемоцуляторов, обуславливающие нелинейность характеристики угол-фаза" СКВТ-приемника, вычитаются (компенсируются), в полезный сигнал об угле рассогласования удваивается, усиливается усилителем 13 и воздействует на об О мотку управления исполнительного двигателя 17 до согласования им задающего и исполнительного вала, т.е. происходит выполнение условия;Ч-=Ар -р=с, (Ч15 из которого следует, что:: (.р, (4) т.е. ротор СКИТ-приемника 4 отрабагывает угол поворота параметрического датчика 1 с коэффициентом перецачи (редукции) Р .При использовании параметрического датчика угла 1 )в качестве приемника, а СКВТ-приемника 4 в качестве датчика в системе выполняется условие 7,Ць =1 р, Ж) т.е, коэффициент передачи равенВ первом случае (4) система используется для измерения угла поворота вала, ЭО во втором (5) - для установки угла поворота вала. расшепителя 11 (коэф. фициент передачи первого канала равен 1");д -амплитуцнвя расстройкафазовая расс тро йк афазорасщепителя 11 фЬ -напряжение на обмотке 6 СКВТ-приемника 4.Напряжение О 4 и У на выходных обмотках 7 и 8 СКВТ-приемника 4 равны:О =0 СОЯЬ+О, СО 5(Р 1 Д+йР), (Ь О .ОЯИф+ )+О 61 И+1+У 1%2)3 О+ Д 6) ) (7 ), где. 11 - неортогональность обмоток 5 и 6;-неортогонвльность обмоток 7фи 8 д - относительная разница коэфф Ьфициентов трансформации обмоток 7 и 8,Выражения (6) и (7 преобразуем к виду; Ц -О СОИ О (51 пЪ+ь,7 соЯъ), (В) 0 -.10 (51 пР 1 Д со 5 Р)+О (соР-(д 7+ 4 А 8)511111 (11 вь) Р Ж где при малых: Т, и)" -д Т,, Подставив в формулы (8) и (9) значения 0 и 0, получим без учета величин второго порядка малости, О 4 ( Д 1 Д 7)С 05(Ь (1+Д ++(амплитуда напряженияО на входе фазорасще пителя 12 принятаравной "1);-коэффициент передачи второго канала фазорасшепителя 12 (коэф О фициент передачи пер- вого квн ала равен " 1); ф -амплитудная относительн вя р асс тройк а фазорасщепителя 12;В:)(1+а + д ) ЭПриведем доказательство эффективности прецложенной следящей системы с по- З 5 мощью представленной функциональной схемы, для чего введем следующие обозначения;0.-1 Е СОМ-ф 11 Ч1) 5111 + ) (Д 1- Д+ Дь+ ДЬ -д,5 ф8 3 5 3 Д 8)СО 5(ЪНапряжение на выхоце демодулаторв 10 определим, как=Ь, 51 П (Ь-Д СОВ (5-Д 5 Ю (ЪСО 5/Ь (1 Я5 7 1 Б 1 6 1 д 78) 5111Ифд ф 4 д 4+дв" Фб 3 Д 8) СО 5 Р,(11).При идеально точном слежении ротораСКВТ-приемника 4 за изменением фазывыполняется условие 15 . Тогда 1 ввпряжение на выходе вычитателя 14 будет 1О =О -О:(Ь -1 д )СО 5-)(Ь+Ь +4 1 1 7, 1 4+ 3 Д)51 п 1, И)а напряжение на выходе вычитателя 16будет при: "О О(4 ъ)6 11равно:О =О -О =(д -д д 6-)ъ, -) д. -8 5 Ь7 77997 8це. К (,О) - действительная часть 0 изобретения 3 О) - коаффициент при мнимой Источники информациивпринятые во внимание при акспертизе1. Элементы цифровых систем управления. Под. ред. В. А. Мясникова, Л.,Наука, 1971, с. 234,2. Авторское свидетельство СССРЬ 317041, кл. 6 05 В 11/12;,19. 1 1.69.3. Авторское свидетельство СССР% 552587, кл. ( 05 В 11/01,17.6,74.4. Авторское свидетельство СССРМ 330424, кл. 6 05 В 5/01, 1969( прототип) . гЬчасти 0Напракение на выходе цемодулятора 9равно;1 О Е 0) (09) с 1 р(01) Зе(зй) =Ь -ь со 5 Ъ фйь +ь 81 п ъъе- д, вюсоьр. (16).Погрешность воспроизведения фазы поворотом ротора СКВТ-приемника 4 определим в вице:а погрешность системы передачи угла гв вице ь ь ь+дФормула (18) показывает, что погрешность предложенной системы не зависит 20(с точностью цо, величин второго порядкамалости) от угла поворота , а является постоянной величиной, учитываемойпри начальной выставке ротора СКВТприемника 4, т.е. достигается линеаризадия характеристики угол-фаза СКВТприемника 4,Поскольку в системе используютсяидентичные фазорасщепители 11, 12, мож-но считать, что д- а, и, следова- ЗОтельно, происходит компенсац ия измене-,ния погрешности смещения нуля системыпри изменении частоты сигналов датчикаугла 1 иэ-за нестабильности вращениядвигателя модулятора, 3Демодуляторы 9,10 в системе рабо-тают при малом (вычтенном) коммутируемом (входном) сигнале, что позволяет уменьшить .уровень коммутирую.щего (опорного) сигнала, обуславливаю йщего остаточное напряжение на выходецемодуляторов 9, 10, дрейф которогоопределяет погрешность нестабильностиукаэанных демодуляторов. Экспериментальная проверка показала, что нестабильность демодуляторов 9, 10 в системе вызывает погрешность в десятки разменьше по сравнению с известными системами,фазовая следацая система, содержащая параметрический датчик, первый выход которого через последовательно соединенные первый детектор и первый фазорасщепитель подключен к статорным обмотками спнусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) -приемника, роторные обмотки которого подключены к первым входам соответственно первого и второго вычитателей, второй выход параметрического цатчика через второй детектор соединен со входом второго фаэорасщепителя, первый выхоц которого соединен с первым входом первого демодулятора и вторым входом первого вычиФателя, а второй выход - с первым входом второго вычнтателя, выход которого соединенсо вторым входом первого демодулятора, выход которого через последовательно соединенные третий вычитатель, усилитель и испол. - нительный цвигатель соединен с валом синусно-косинусно вращающегося трансформатора СКВТ-приемника, о т л и - чающаяся тем,что,сделью ,повышения точности системы, в ней установлен второй демодулятор, первый вхоц которого соединен со вторым выходом второго фазорасщепителя, второй вхоц - с выходом второго вычитателя, а в выход- со вторым входомтретьего вычитателя.акаэ 9323/13 ,ТирВНИИПИ Государственнпо делам изобретений113035, Москва, Жаж 956 Подписноеого комитета СССРи открытийРаушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Г. Нефедова .дактор Г. Улыбина Техред М.Рейвес Корректор М. Ш