Следящая система

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 18,1 1,80 (21) 3220891/18-24,11 М. Кл.з 6 05 В 1116 с присоединением заявки Мо " Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 070782,Бюллетень Мо 25Дата опубликования описания ЩУДК 62, .50 (0888)(71) Заявитель 54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к автоматике н предназначено для использованияв следящих системах, системах стабилизации метательных аппаратов, в при"водах проьышленных роботов-манипуляторов и металлорежущих станков, вэлектронно-лучевых установках, сварочных и чертежных машинах, в фотолитографическом оборудовании, автоматических компенсаторах и т.д.Известна следящая система, содержащая последовательно соединенныепервую схему логического сложения,сбъект управления, нелинейный преобразователь, дифференциатор, вторуюсхему логического сложения и первоерьле, контакты которого подключеныко входу первой схемы логическогосложения непосредственно и через контакты второго реле, вход которогосоединенс выходом объекта управления 1),, Недостатком такой системы являетсянизкая точность, обусловленная.неустойчивостью системы в окрестностиположения равновесия.Наиболее близкой ло техническойсущности.к предложенной является следящая система, содержащая последовактельно соединенные элемент сравнення,сумматор, исполнительный привод, объект управления, дифференциатор и,функциональный преобразователь, выходкоторого подлючен ко второму входусумматора, выход объекта управлениясоединен с вычитающим входом элемента сравнения (2., Недостатком известной системы Яв 1 О ляется низкая точность. Это объясняегся неустойчивостью и наличием автоколебаний в окрестности заданного,состоянияПель изобретения - повьаиение точности системы за счет введения в окрестности тюдожения равновесия зонылинейности и обеспечения его устой .чивости.Поставленная цель достигается тем, 2 О что в систему, содержащую исполни"тельный механизм, подключенный к объекту, выход которого соединен со втором входом первого измерителя рассогшсования, а через последовательно-.соединенные диференциатор, функцнсвальный преобразователь, первый суь- ьатор - со входом первого сигиум-релЕ,второй вход первого сумматора соединен с выходом первого измерителя рассогласования, введены первый усилитель, последовательно соединенныевторой усилитель, вторсф измеритель рассогласования, первый блок ограничения, второй сумматор и второй блок ограничения, а также последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, третий сумматор, 5 форое сигнум-реле, четвертый сумма за и трехпозиционйое реле, выход которого подключен к второму входу второго сумртора, вход второго функ" ционального преобразоватщя соединен, 1 О с вюощом дифференциатора, а через первый усилитель- со вторым входом второго измерителя рассогласования, второй вход третьего сумматора соединен О выходом первого измерителя рассогласования и входом второго усилителя, а выход второго блока ограничения соединен со входом исполнительного механизма, причем выход жрвого сигнум-реле соединен со вто" рым входом четвертого сумматора.На фиг. 1 представлена блок-схема системы;,на фиг. 2 - схема функцио нального преобразователя.Система содержит первый измеритель 1 рассогласования, усилитель 2, 25 второй измеритель 3 рассогласования, первый блок 4 Ограничения, второй сумматор 5, второй блок ограничения 6, исполнительный механизм 7, объект управления 8, дифференциатор 9,. пер няй функЦиональный преобразователь 10, первый сумматор 11, первое сигнум-реле 12, второй функциональный преобразователь 13, третий сумматор 14, второе .сигнум-реле 15, четвертый сумматор 16, трехпозиционное реле17, усилитель 18Ниже рассмотрены фунции, выполняемые отдельными структурными элементами, Первый измеритель рассогласо вания 1 формирует сигнал ошибки. Дифференциатор 9 вычисляет скорость изменения выходной координаты объекта управления 8. На основе этой.ин Формации усилители 2-8, второйизме" 45 ритель 3 рассогласования и первый блок 4 ограничения формируют алгоритм линейного управления. Алгоритм релейного управления формируется функциональными преобразователями .10.и 13, сумматорами 11, 14, 16 двумя сигнум-реле 12 и 15 и трехпозици синюю реле 17. Функциональные преоб разователивыполняются по диодной схеме с суммированием токов на операционном усилителе (фиг. 2). Один операционный усилитель использован для инвертирования входного сигнала. В схеме использованы операционные усилители К 1 УТ 401 В и германиевые диоцы ГД 507 А. 60принцип действия схемы основан накусочно-линейной аппроксимации заданной зависимости и представлении ее в.виде суммы слагаемых, каждое иэ юторых реализуется отдельной диодной 65 ячейкой. Каждая диодная ячейка реадзует одну кусочно-линейную функцию,Структурные элементы 10, 11. и 13, 14роизвЪдят вычисление двух нелинейНых Функций от ошибки и скорости изменения выходной координаты, а сиг-,нум-реле 12 и 15 определяют их знак.Сумматор 16 и трехпозиционное релю 17, в зависимости от соотношениязнаков вычисленных функций, подаютна второй вход сумматора 5 сигнал постоянный положительной или отрицательной полярности либо равный нулю,Сумматор 5 вместе со вторым блоком 6ограничения объединяют сигналы, поступающие с контуров релейного линейногоуправления, и формируют на входе исполнительного механизма 7 управляющеевоздействие требуемой величины и знака Исполнительный механизм 7 воздействует на объект управления 8 исоответствующим образом изменяет егосостояние,Измерители рассогласования 1 и 3,усилители 2 и 8, сумматоры 5, 11, 14,16, Функциональные преобразователи10 и 13, реле 12, 15 и 17 и блокиограничения 4 и 6 могут быть выполнены на серийно выпускаемых интегральных микросхемах (операционныхусилителях, компараторах и т.д.). Вкачестве дифференциатора 9 можетбыть использован тахогенератор. Исполнительный механизм 7 - электрический или электрогидравлический, в зависимости от типа управляемого объекта еСистема реализует релейно-линейныйгде У " сигнал на входе исполнительного привода 7;Е - ошибка;- скорость изменения выходнойкоординаты объекта 81В 1 - некоторое число;Р+,Р - характеристики функциональныхпреобразователей 10 и 13,причем Р+ч)Р (у), с" скоэффициенты передачи усилителей 2 и 18.Система работает следующим образом.В исходном состоянии выходная координата объекта управления 8 равна сигналу на первом входе первого элемента сравнения 1, а ошибка и скорость изменения выходной координаты, Формируемые, соответственно измеритежм рассогласования 1 и дифференциатором 9, равны нулю. Поэтому на входи,четвертого сумматора 16 поступают разнополярные сигналы и трехпозиционное реле 17 находится в среднем(нулевом) состоянии. Стабилизация 1 юсходного состояния осуществляется за счет контуров линейного управления по положению скорости. Приэтом управляющее воздействие, равное линейной комбинации ошибки и скорости, формируется первым и вторым изме-. рителем рассогласования 1 и 3, усилителями 2 и 18, блоками ограничения 4 и б, сумматором 5.и дифференциатором. 9. Коэфициенты линейного управле-о ния выбираются так, чтобы обеспечить устойчивость замкнутой системы.При скачкообразном изменении значения входного воздействия ошибка системы становится отличной от нуля. Поэтому первый блок 4 ограничения переходит в режим насыщения и на первый вход второго сумматора 5 поступает постоянный сигнал, совпадающий по знаку с ошибкой. Сигнал ошибки 20 через сумматоры 11 и 14 поступают также на сигнум-реле 12 и 15. Поэтом 1 на входы сумматора 1 б поступают однополярные сигналы и трехпозиционноереле 17 подключает ко второму входу 25 второго сумматора 5 постоянное напряжение, совпадающее по знаку с ошибкой. В результате выходная величина второго сумматора 5 оказывается достаточной для того, чтобы перевести в насыщение второй блок б ограничения, и на исполнительный привод 7 подается управляющее воздействие постоянной амплитуды, соответствующее первому интервалу релейного управления. 35По мере отработки заданного рассогласования ошибка уменьшается, а скорость изменения выходной координаты увеличивается. Поэтому наступает момент, когда входная величина блока 4 О ограничения 4 изменяется настолько, что он работает на линейном участке статической характеристики. Однако изменение управляющего воздействия, поступающего на исполнительный привод 45 7, не происходит, так как полка трех- позиционного реле 17 выбирается по крайней мере в два раза больше, чем максимальный сигнал блока ограничения 4. В результате к концу первого интервала релейного управления элемент 4 вновь входит в насыщение но уже по другой ветви статической характеристики.Смена знака релейного управления происходит тогда, когда меняет знак один из сигналов, формируемых функциональными преобразователями 10 и 13, сумматорами 11 и 14 и сигнум-реле 12 и 15. При этом трехпозиционное реле 17 переключается в среднее состо яние, сигнал на втором входе второго сумматора 5 становится равным нулю и элемент б переходит в тот же режим, что и элемент 4. Поэтому на вход исполнительного привода 7 поступает 65 постоянное управляющее воздействие другого знака, соответствующее второму интервалу релейного управления, Перевод системы с релейного управления на линейное происходит в момент, ,когда выходят из насыщения элементы 4 и б, Дальнейшая доводка объекта 8 до заданного состояния осуществляется линейным управлением.Характеристики функциональных пре-, образователей 10 и 13 выбираются та" ким образом, чтобы линия переключений релейного управления совпадали с фазовыми траекториями, происходящими через заранее выбранные точки второго и четвертого координатных углов плос" кости ошибки и ее:производной. Эти точки, в свою очередь, выбираются так чтобы заключительный участок переход-. ного процесса, соответствующий линейному управлению, отвечал заданным требованиям качества. Поэтому переходный процесс в предложенной системе состоит из двух участков, первый из которых (релейный) соответствует оптимальному по быстродействию движения в заданНую точку фаэовой плоскости, а второй (линейный) - гладкому затуханию процесса в окрестности положения равновесия.Применение данной системы в стан.- ках с программным управлением, приводах роботов-манипуляторов и т.д. позволяет повысить их производительность и улчшить качество выпускаемой продукции (за счет. более точного соблюдения технологических режимов). Система отличается простотой настройки, надежностью работы и обеспечивает устойчивость заданного состояния объекта.Применение ее для управления движением координатного стола фотолитографической установки позволяет.довести точность позиционирования до долей мкм.Формула изобретенияСледящая система, содержащая исполнительный механизм, подключенный к объекту, выход которого соединен с вторым входом первого измерителя рассогласования, а через последовательно соединенные дифференциатор, функциональный преобразователь,.первый сумматор - с входом первого сигнум-реле, второй вход первого сум.-. матора соединен с выходом первого измерителя рассогласования, о,.т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышенияточности системы, в нее введены первый усилитель, последовательно соединенные второй усилитель, второй измеритель рассогласования, первый блок ограничения, второй сум . матор и второй блок ограничения, а также последовательно соединенные.второй функциональный преобразователь,третий сумматор, вторбе сигнум-. реле,четвертый суьиатор и трехпозиционноереле, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, входвторого функционального преобразователя соединен с выходом дифференциатора, а через первый усилитель - свторыч входом второго измерителя рассогласования; второй вход третьегосумматора соединен с выходом первого оизмерителя рассогласования и входомвторого усилителя, а .выход второгоблока ограничения соединен с входом и:полнительного механизма, причемисход первого сигнум-реле соединен свторым входом четвертого сумматора. Источники информации,гринятые во внимание при экспертизе1. Синтез позиционных систем программного управления. Под ред. А.Вавилова. Л., Машиностроение.ф, 1977,с. 163.2. Павлов А.А. Синтез релейныхСистем, оптимальных по быстродействию.М., Йаука, 1966, с. 98-102 (прототип) ..СССРийаб., д. 4/5ЮЙВЮПроектная, 4 филиал ППП Патент", г. Ужго Эаказ 4836/35 Тираж 914 ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и открн 113035, Москва, З, Раувккая