Следящая система

О П И С А Н И Е ц 842705ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоаетсныкСецманмстмческнаРеспублик(28) Приоритет Рг)М. Кл. С 05 В 1 1/14 3 Ъоударстеекнвй комитет дв делам лзобретеккй к аткрыткйДата опубликования описания 30.06.81 Н. Г, Ксаверов, В. В, Лавриненко, О. Г. Юраш, Ю, В, Головяшин, В, С, Вишнев.кий, Ю. А. Резннченко, О, С. Власенко и С. В. Ильина(54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к автоматическому управлению и контролю, может найти применение в устройствах измерения и регулирования различных технологических параметров, где требуется высокая точность установки и поддержания нулевого положения,Известны следящие системы и устройства для автоматической отработки сигнала ошибки н поддержания нулевого положения, где исполнительныйто элемент, в качестве которого применяется шаговый двигатель, используется в двух рвкимах: шагового перемещения или шагового и непрерывного5 перемещения в функции от величины ошибки (амплитудного нли фазового) рассогласования. Следящие системы такого типа содержат чувствительный элемент, усилители, систему селекти рования, нуль-органы, пороговые, релейные и логические элементы, блок знака скорости, датчики шагов, интеграторы и т.д, Г 11 и Г 21Недостатками известных систем являются недостаточная точность отработки сигнала ошибки и поддержания нулевого положения, ограниченная применением в качестве исполнительных элементов щаговых двигателей электротехнического и электро- механического типов, а также частота следования управляющих импульсов, ограниченная частотой приемистости шаговых двигателей, которая определяет быстродействие и точность отработки следящей системы при подходе шагового двигателя к точке согла. сованного положения, Некоторое улучшение параметров шаговых следящих систем такого типа, например точности, достигается услокнением схеат и приводит к большому числу логических связей и элементов.Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является следящая система, которая содержит датчик сигнала рассогласования, 842705 445 50 55 усилитель, генератор импульсов, блок сравнения, блок управления реверсом, блок управления скоростью шагового двигателя и шаговый двигатель Г 33.К основным недостаткам системы следует отнести ограниченную точность отработки сигнала ошибки, так как шаговые двигатели (электрического или электромеханического типов), используемые в качестве исполнительного элемента, обладают сравнительно большой ценой шага (ед,градусов); малое быстродействие, зависящее от частоты отработки шагов, которая ограничивается частотой приемистости и не может быть больше ее; использование щаговых двигателей электро- механического и электротехнического типов, снижающих надежность следящей системы в целом.Цель изобретения - повышение точности отработки сигнала ошибки и быстродействия.Эта цель достигается тем, что исполнительный привод выполнен на двух пьезодвигателях, а в систему введены блок регулирования величины шага, второй усилитель, генератор резонансной частоты, датчик положе= ния, причем два входа блока регулирования шага соединены с соответствующими выходами блока управления реверсом, а два выхода через усилители подключены к входам двух пьезодвигателей, кинематически связанных с датчиком положения, выхоц которогосоединен со вторым входом блока сравнения, к третьему входу которого подключен датчик сигнала рассогласования, выход блока сравнения соединен со входом блока управления реверсом. Такое электрическое соединение элементов следящей сис.емы позволяет сигнал с датчика углового положения ротора пьезодвигателя преобразовывать электрической схемой в радиоимпульс управления, длительность которого пропорциональна величине сигнала рассогласования, и испольэовать в этом случае свойство работы пьезодвигателя от непрерывного вращения до шагового перемещения.В этом случае изменение величины ша" га производится не за счет изменения частоты питающего генератора импульсов, а за счет изменения длительности управляемого импульса 5101520253035 блока сравнения, величина длительности.которого иэменяетоя пропорционально величине амплитуды входного сигнала рассогласования и равна длительности шага. Величина этого шага может изменяться в значительных пределах (от сотен угловых градусов до тысячных долей угловой секунды) .На фиг.1 дана блок-схема следящей системы; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу следящей системы.Система содержит блок 1. управления, состоящий из генератора 2 импульсов, генератора 3 резонансной частоты и блока 4 управления реверсом,В следящую систему входит такжеблок 5 регулирования величины шага,усилители 6 и 7 мощности, нагрузкойкоторых являются пьезоэлектрическиепластины пьезодвигателей 8 и 9, датчик 10 положения, блок 11 сравненияи датчик 2 сигнала рассогласовани я.Схема работает следующим образом,При поступлении сигнала рассогла -сования Ч в логический блок 1 сравнения, на выходе последнего поЯвлЯютсЯ си 1 налы 5 и Р 4 (фиг е 2) аСигнал 1, представляющий собойпреобразованный сигнал, длительностькоторого Т пропорциональна амплитудеУ,т.е, Г=Х(Ч.) поступает в блок5 регулирования величины шага, асигнал, полярность которогосоответствует отклонению сигналарассогласования, поступает в блок 4управления реверсом,В зависимости от полярности сигналаблок управления реверсом подключает к блоку 5 один из электрических каналов Х.1 нли Х , в результате чего сигнал резонансной частоты Ч по одному из них проходит на вход блока 5 регулирования величины шага. В схеме 5 сигнал У модулируется напряжением 1 по длительности в ра 3диоимпульс 9 и поступает на один из входов усилителей 6 или 7 мощности, Усиленный сигнал раднонмпульса Чь подается соответственно на один из пьезодвигателей 8 нли 9. Происходит отработка сигнала ошибки, количественная величина которого контролируется датчиком 10 положения и в виде выходного сигнала Ув поступает на второй вход блока 11 сравнения,По мере отработки сигнала ошибки длительность сигнала У уменьшается до нуля (фиг. 2), где С ) 7Ьл,Предлагаемая следящая система в- ляется одной из составных частей .разрабатываемого автоматического комплекса, где ее используют в качестве прецизионной системы отработки и поддержания нулевого положения.Свойства пьезодвигателя работать в диапазоне непрерывных и дискретйых перемещений (с ценой шага до 0,01 угл.с.) позволяет создать следящую систему измерения и регулировки различных технологических параметров с высокой точностью установки и поддержания нулевого положения.Увеличение точности быстродействия отработки сигнала ( -) получается вследствие изменения в широких пределах длительности 7, управляющего импульса У логического блока сравнения величина длительности которого изменяется пропорционально величине амплитуды входного сигналаи равна длительности шага пьезодвигателя.Высокая точность отработки следящей системы практически достигается прежде всего тем, что импульсы, выра батываемые генератором тактовых импульсов, синхронизируют работу блока сравнения генератора резонансной час тоты, что позволяет получать на выхо де блока 5 регулирования величины шага радиоимпульсы, у которых несущая частота и частота огибающей в начальный момент времени равны между собой. Длительность этого радиоимпуль са гР равна длительности импульса управления У, величина которого плавно меняется в диапазоне от г.,г до Гп (фиг.2) пропорционально изменению величины сигнала рассогласования. Диапазон изменения длительности им пульса управления Ю может лежать от десятков наносекунд до р 1 -се- кунд и определяется частотой следования тактовых импульсов и величиной сигнала рассогласования, Минимальная длительность импульса управления отрабатываемая системой, определяется параметрами исполнительного элемента, в качестве которого использован пьезодвигатель. 55Пьезоэлектрический двигатель, позволяющий осуществлять плавный переход от режима непрерывного вращения до1 шагового, используемый в качестве формула изобретения Следящая система, содержащая датчик сигнала рассогласования, первый усилитель, последовательно соединенные генератор импульсов и блок сравнения, а также последовательно соединенные блок управления реверсои и исполнительный привод, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия при обработке сигнала ошибки или поддер 842705 6исполнительного элемента при работев шаговом режиме, способен отрабатывать шаги длительностью, равной длительности импульсов управления. Минимальная длительность шага, отрабатываемая пьезодвигателем, зависитот параиетров пьезоэлектрическойпластины и может составлять единицы-десятки микросекунд,10 При отработке сигнала ошибкипьезодвигатель практически не вноситпогрешностей, свойственных электрическим шаговым двигателям, и ие влияет на точность отработки следящих15 систем. Это вытекает прежде всегоиз самой физической сущности работыпьезодвигателяНа ротор пьезодвигателя пьезопластина (пьезореэонатор) давит с20 усилием до 20 Н, практически исключает влияние различных механическихфакторов (момент инерции, проскальзывание, трение) на точность отработки.25 Минимальная величина шага, полученная на экспериментальном образце,составляет 0,008 угл.с. Кроме того,пьеэодвигатель является быстродействующим исполнительным элементом.30 Быстродействие его определяетсяпрежде всего размераии пьезопластины,образец с пьезопластииой размерами60 х 14 х 3,5 мм и стальным ротором 18 ми,с нагрузкой на валу 400 гаси проворачивается на 3 за время 0,5 мс.Применение ньеэодвигателя в качестве исполнительного элеиеита позволяетсущественно повысить надежность следящей системы в целом, преаде все 40 го за счет простоты, надежностиконструкции самого пьеэодвигателяи упрощения электрической схемы,содержащей сравнительно малое числоэлементов с простш 4 и логическимисвязями842705 жания нулевого положения, исполнитель-ный привод выполнен на двух пьезодвигателях, а в систему введены блокрегулирования величины вага, второйусилитель, генератор резонанснойчастоты, датчик положения, причемдва входа блока регулирования вагасоединены с соответствующими выходами блока управления реверсом, а двавыхода через усилители подключенык входам двух пьезодвигателей, кинематически связанных с датчикомположения, выход которого соед аненсо вторым входом блока сравнения,8к третьему входу которого подключен датчик сигнала рассогласования,выход блоха сравнения соединен со входом блока управления реверсом. 5Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССРВ 585474, кл. 6 05 В 11/14, 1975.10 2. Авторское свидетельство СССРВ 566237, кл. 6 05 В 11/30, 1975,3, Авторское свидетельство СССРУ 237228, кл. С 05 В 11/30, 1967,Кеш осква тент", г. Ужгород илиал Проект на Заказ 5096/55 ВНИИПИ пТираж 940ственного комит изобретений и Ж, Раушска одписноета СССРткрытийнаб д. 4/5