Цифровая следящая система

Союз Сонетсни кСоцивпистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ(5)М. Кл. С 05.В 11/26 Гееударстинный квмнтвт СССР во двлам нэаврвтеннй н открытнй: м.ЦЛенинградский ордена Ленина политехничес ий и йститут,".",.им . И . И . Калинина(54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЦАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированиюи может быть использовано для постро.ения электромеханических исполнительных систем производственных механизмов, в частности манипуляционных ро 5ботов.Известны цифровые следящие системы, в которых сигнал управления силовым преобразователем формируется стапомощью специализированного вычислительного устройства (СВУ), построенного на цифровых и аналоговых микросхемах П 3,Основными недостатками укаэанных35систем являются их сложность и высокая стоимость из-эа большого числамикросхем, входящих в эти.системы.Наиболее близкой к предлагаемойпо технической сущности является цифровая следящая система, содержащаяпоследовательно соединенные широтноимпульсный преобразователь, двигатель,редуктор, исполнительный механизм, дат-. чик обратной связи по положению, первый аналого-цифровой преобразователь, блок регистров памяти, вычислитель разности кодов, второй аналого-цифровой преобразователь и датчик обратной связи по току, вход которого соединен с вторым выходом двигателя, а выход " с входом второго аналого-цифрового преобразователяСВУ этой системы, включающее в себя, в частности блок регистров памяти и вычислителя кодов, построено полностью на цифровых интегральных микросхемам (ЦИС) и представляет собой арифметико-логическое устройство, вычисляющее в каждом цикле работы, состоящем из 16 подынтервалов, циф" ровой сигнал, поступающий на вход схемы управления, где он преобразуется в широтно"импульсный сигнал, управляющий преобразователем, с помощью которого регулируется напряжение, по" ступающее на электродвигатель следя" щей системы. Управляющий код поступа 3 92 ч 66 е ог ЦБМ, а код отработки - от преобразовагеля фаза - код, соединенного с преобразователем угол - фаза, который связан с валом редуктора. СВУ включает в свой состав сумматор комбинационного типа, шесть регистров и блок управления, содержащий генератор импульсов, три линии задержки для выработки трех тактирующих импульсов в каждом из 16 подынтерва лов делитель частоты и ряд других логических схем, формирующих импульсные и потенциальные сигналы Ы .Алгоритм работы СВУ представляет собой вычисление ошибки, хранение 15 ошибки предыдущего цикла умножение каждой из этих величин на определенный коэффициент и суммирование результатов, Умножение велицинь 1 на коэффициент реализуется путем многократно го суммирования этой величины в одном и том же цикле.Основными недостатками известной системы являются сложность и высокая стоимость из-за большого количества 25 ЦИС, входящих в СВУ, а также сложность перенастройки параметров алгоритма управления, которые вызваны неиспользованием вычислительной функции двигателя системы, приводящего З 0 в движение исполнительный меМанизм, как интегрирующего элемента, а также неиспользованием всех возможностей широтно-импульсного способа регулирования напряжения, питающего электродвигатель.Цель изобретения - упрощение системы путем уменьшения цисла ЦИС, т,е. уменьшение стоимости и увеличение надежности системы без ухудшения дина-мицеских свойств, а также обеспечение возможности и простоты перенастройки параметров алгоритма управления в широких пределах.Поставленная цель достигается тем,что система дополнительно содержит ждущий мультивибратор, распределитель тактовых импульсов, формирователь ширины импульса, блок управления реверсом напряжения, блок мультивибрато". ф ров высокой частоты и первый и второй коммутатор, при этом первый и второй входы первого коммутатора соединены с соответствующими входами системы, третий вход - с выходом первого ана лого-цифрового преобразователя, четвертый вход - с выходом блока регист" ров г 1 амяти, пятый вход - с выходом 3 4второго аналого-цифрового преобраз:вателя, первый и второй выходыс соответствующими входами вычислителя разности кодов, первый выходкоторого соединен с первым входомФормирователя ширины импульса, второй вход которого соединен с выходомждущих мультивибратора и с входомраспределителя тактовых сигналов,третий вход - с выходом второго коммутатора, а выход - с входом ждущегомультивибратора и первым входом широтно-импульсного преобразователя,вход блока управления реверсом напряжения соединен с вторым выходомвыцислителя разности кодов, а выходс вторым входом широтно-импульсногопреобразователя, выходы блока мультивибраторов высокой частоты соедине.ны с соответствующими входами второго коммутатора, выходы распределителя тактовых импульсов соединены с со.ответствующими управляющими входамипервого коммутатора, второго коммутатора, первого и второго аналогоцифровых преобразователей и блокарегистров памяти,На чертеже изображена блок-схемапредлагаемой системы,Схема содержит первый коммутатор(цифровых сигналов) 1, вычислитель 1разности кодов, формирователь 3 ширины импульса, блок ч управления реверсом напряжения, широтно-импульсныйпреобразователь 5, двигатель 6, редуктор 7, исполнительный механизм 8,ждущий мультивибратор 9, распределитель 10 тактовых сигналов, блок 11мультивибраторов высокой частоты,второй коммутатор (импульсных сигна"лов) 12, блок 13 регистров памяти,аналого-цифровые преобразователи 1 Ви 15, датчик обратной 16 связи по то.ку и датчик 17 обратной связи по положению.В системе реализован следующийалгоритм управления: О;г 3: К(сь 1- И 1. 2 .1- -ОГ 3 фГиЦД и,где У С 1 - сигнал управления,формируемый в и -м циклеД) исзИ- сигналы задания положения и скоростисоответственно, поступающие от ЦВМ ви -м цикле;:1. "и,1 и Ы.и- - сигнал обратнойсвязи по положению,измеренный в и-ми (и) -и циклах;9 Си 1 - сигнал обратнойсвязи по току, измеренный в и-м цикле;к 41 К 11 К - коэффициенты пропорциональности (параметры алгоритма управления).Цикл работы системы состоит из 1-х тактов. В первом такте каждого цикла15 напряжения, подаваемое на двигатель, пропорционально составляющей к,ф 5 л 1-сг 1 ЛЗ) во втором - ксГи 3, в третьем - К(о.о- оГ 13,) и в цетвертом И20Система работает следующим образом,В канале 1-го такта й-го цикла через коммутатор 1 цифровых сигналов, который управляется тактовыми сигналами 1 Формируемыми распределителем 10 тактовых импульсов, к входам вычислителя 2 разности кодов поступает х-я пара цифровых сигналов, причем сигнал, которому соответствует знак Плюс в алгоритме управления поступает на первый вход блока 2, а сигнал, которому соответствует знак минус - на второй вход блока 2, В 1-м такте может подаваться один сигнал, если по одному иэ каналов блока 1 подается нуль. Код Р, с выхода блока 2 поступает на цифровой вход формирователя 3 ширины импульса, одновременно начинается формирование импульса, усиленного в широтно-импульсном преобра зователе 5, а на вход .интегрирующего счетчика блока 3 начинают поступать импульсы заполняющей частоты 1, которая соответствует параметру К данного такта и которая подается через 45 коммутатор 12 импульсных сигналов с выхода 1-го мультивибратора блока 11. Ширина импульса напряжения в 1-м .такте определяется моментом равенства кода Р и кода интегрирующего счетчи 50 ка в блоке 3, а полярность определяется блоком 1, на вход которого поступает сигнал знака 6 в 1-м такте с выхода блока 2. Длительность паузы в конце 1-го такта определяется вре 55 менем срабатывания ждущего мультивибратора 9, при включении которого начинается следующий (1 + 1) такт, в котором работа устройств системы ана 63 6логична описанной. Блок 13 в данном случае представляет собой регистр памяти для хранения с(0-1),.Сигналы задания ь," 13 и А 5 ГИ поступают с регистров ЦВМ, а сигналы обратных связей бс 1 и 1 Гп 1 " с регистров аналого-цифровых преобразователей 1 ч и 15. Работой блоков 13-15 управляют тактовые сигналы С, снимаемые с выхода блока 10. Измерения цифровых велицин сЛи,9 Ги 1 производятся в течение последней паузы (и)-го цикла, т.е. непосредственно перед началом и-го цикла. Яналогичным образом может быть построена ЦСС, реализующая более сложный алгоритм управления, в управлениекоторого входят сигналы, характеризующйе ускорение, т,е.Гм . ( и 4 1 о Гч 2 1или сигналы других обратных связей.Усложнение алгоритма управления при"водит к непринципиальным изменениямблоков 1 и 10-13,Таким образом, предлагаемая систе.ма по сравнению с известной обладаетследующими преимуществами: используется циклическое широтно-импульсноеуправление напряжением электродвигателя, при котором формирование сред"него напряжения производится в течение цикла, состоящего из несколькихтактов работы широтно-импульсногопреобразователя, т.е, в самом электродвигателе осуществляется суммирование напряжений, пропорциональных отдельным составляющим алгоритма управления; ширина импульса напряжения,формируемого широтно-импульсным преобразователем, определяется не только величиной кода, поступившего наего цифровой вход в данном такте,но и номером этого такта внутри цикла, т.е. в каждом такте одновременнос формированием ширины импульса на"пряжения производится умножение сигнала данного такта на свой коэффициент; увеличение добротности системыпо скорости при малых сигналах рассогласования и более полное использование электродвигателя по напряжению(по мощности) достигается нелинейнымуправлением широтно-импульсным пре"образователем с переменной цастотойследования импульсов (низкой при больших рассогласованиях и более высокойпри малых), при котором ширина и полярность импульса напряжения зависят92466 3 8первый и второй входы первого коммутатора соединены с соответствующимивходами системы, третий вход - с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, четвертый вход - с выходом блока регистров памяти, пятыйвход " с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, первый и вто"рой выходы - с соответствующими входами вычислителя разности кодов, первый выход которого соединен с первымвходом формирователя ширины импульса,второй вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора и с,входом распределителя тактовых сигналов, третий вход - с выходом второго коммутатора, а выход - с входомждущего мультивибратора, и первымвходом широтно-импульсного преобразо"вателя, вход блока управления реверсом напряжения соединен с вторым выходом вычислителя разности кодов,а выход - с вторым входом широтноимпульсного преобразователя, выходыблока мультивибраторов высокой частоты соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выходы распределителя тактовых импульсов соеди"нены с соответствующими управляющимивходами первого коммутатора, второгокоммутатора, первого и второго аналого-цифровых преобразователей и блокарегистров памяти.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМ 531129, кл. С 05 В 11/01, 1973.2. Батоврин А. А. и др. Цифровыесистемы управления электроприводами.Л., "Энергия", 1977, с. 244-246 (про.тотип) . от величины и знака выходного кодав данном такте, а пауза постояннаи мала по сравнению с максимальнойшириной импульса, длительность паузыограничивается временем преобразования аналог-цифра измерительной части системы и задается схемой временной задержки в конце каждого, такта;гибкость перенастройки параметровалгоритма управления определяется тем,Очто изменение коэффициента, на который умножается выходной код в каждомтакте, сводится к изменению частотыимпульсов, заполняющих интегрирующийсчетчик в схеме управления широтно- %импульсным преобразователем в данномтакте. формула изобретения Цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные широтно-импульсный преобразователь, двигатель, редуктор, исполнительный 25 механизм, датчик обратной связи по положению, первый аналого-цифровой преобразователь, а также блок регист ров памяти, вычислитель разности кодов и датчик обратной связи по току, зО вход которого соединен с вторым выходом двигателя, а выход - с входом второго аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ а. я с я тем, что, с целью упрощения системы, она содержит ждущий мультивибратор, рас пределитель тактовых импульсов, формирователь ширины импульса, блок управления реверсом напряжения, блок мультивибраторов высокой частоты и первый и второй коммутаторы, при этом924663 Составителктор С. Крупенина Техред д,ефедова ктор дписное та ССтий д, 4/ а Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп, Проект аз 281765ВНИИПИпо дел11)035,тираж ЭО 8 сударственного коми и изобретений и отк осква, Ж, Раушск