Цифроаналоговая следящая система

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 ЕНИЯ А ВТОРСКО ВИДЕТЕПЬ У 2 етельство СССР В 15/02, 1983 ельство СССР М 1/38, 1987. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ(54) ЦИФРОАНАЛОГОВАЯ СЛЕДЯЦ 1 АЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью вычислительных устройств, Цель изобретения 1.асщирение диапазона рабочих углов. Цифроаналоговая следящая система содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, электропривод 2,1580554 объект 3 регулирования, генератор 4опорной частоты, первый компаратор 5,первый 6 и второй 7 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 8 и второй 9 фазочувствительные выпрямители, первый 10и второй 11 переключатели, второй 12и третий 13 компараторы, третий 14,четвертый 15, пятый 16 и шестой 17элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент 18сравнения, третий 19 и четвертый 20 Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью. вычислительных устройств. 20Цель изобретения - расширение диапазона рабочих углов.На фиг.1 представлена функциональная схема цифроаналоговой следящей системы; на фиг.2 - эпюры сигнапов. 25Цифроаналоговая следящая система содержит (фиг.1) синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)1, электропривод 2, объект 3 регулирования, генератор 4 опорной частоты, первый компаратор 5, первый 6.и второй 7 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 8 и второй 9 фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), первый 1 О и второй 11 переключатели, второй 12 и третий 13 ком 35 параторы, третий 14, четвертый 15, пятый 16 и шестой 17 элементы ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент 18 сравнения, третий 19 и четвертый 20 переключатели, усилитель 21, первый 22 и второй 23 40 делители напряжения, блок 24 вычитания, синуено-косинусный цифроаналоговый преобразователь 25.Синусно-косинусный цифроаналоговый преобразователь 25 содержит (фиг.1) 45 синусный 26 и косинусный 27 преобразователи, первый 28 и второй 29 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).Цифроаналоговая следящая система работает следующим образом.Генератор 4 опорной частоты формирует напряжение синусоидальной формы 0Уво ФС, которое питает обмотфку возбуждения СКЕТ 1 (фиг.2, эпюра а), Напряжение 04 сРавнивается с нулем компаратором 5;когда 04 ) О, напряжение Ю на выходе компаратора 5 равно нулю, если 04 О, то напряжение Б равно единице (фиг.2, эпюра е). переключатели, усилитель 21, первый 22 и второй 23 делители напряжения, блок 24 вычитания,синусйо"косинусный цифроаналоговый преобразователь 25. Цель изобретения достигаетсяза счет введения компараторов 5,12,13элементов 6,7,14-17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,фазочувствительных выпрямителей 8,9,элемента 18 сравнения, делителей 22,23 напряжения, блока 24 вычитания,2 ил,На выходных обмотках СКВТ 1 формируются напряжения, пропорциональныесинусу (фиг,2, эпюра б) и косинусу(фиг.2, эпюра в) угла о/ поворота выходного вала0= Нп:озКз 1 п уТ;Бс= Цп з 1 пК озепи)Т,где и - коэффициент трансформацииСКВТ 1;К - число пар полюсов СКВТ(электрическая редукция).Формируемые на выходных обмоткахСКВТ 1 Пи Б поступают на информационные входы первого 8 и второго 9ФЧВ, где происходит их выпрямление сучетом фазы опорной частоты. ФЧВ работает следующим образом, Если на управляющем входе ФЧВ присутствует 0,то напряжение на его выходе равно напряжению на его информационном входе,если напряжение на управляющем входеравно "1", то напряжение на выходеФЧВ равно по абсолютной величине, нопротивоположно по знаку напряжениюна. его информационном входе. На управляющие входы ФЧВ 8 и 9 подается напряжение Б с выхода компаратора 5,имеющее такую же частоту Ы, как и напряжение Б . ФЧВ 8 и 9 работают то 4как аналоговые инверторы, то как повторители, и смена режимов происходитсинхронно с напряжением 04= У з 1 пЫ 1,поэтому на выходе ФЧВ 8 и 9 выделяютсяогибающие сигналов У.1 и 1,с.Для правильной работы системы необходимо привести эти сигналы к одному (первому) квадранту 0( 90 /К,хотя в действительности о может измеоняться в пределах от 0 до 360 /К, гдеК - число пар полюсов используемогоСКВТ 1.Для приведения сигналов Б и Бв первый квадрант используются15805первый 6, второй 7 и пятый 16 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также первый 10 и второй 11 переключатели. Два старших разряда п-й и (и")-й управляюще 5го входа подаются на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. На выходе последнего получается сигнал с периодом,равным периоду п-го разряда, но сдвинутый относительно него на 90 (фиг.2, 10 эпюры ж,з,и). Сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 а также п-й раэряд управляющего входа подаются на вторые входы первого 6 и второго 7элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Когда на 5 вторые входы элементов 6 и 7 поступают сигналы, равные 0", то они работают как повторители и передают сигнал с выхода компаратора 5 без изменений для управления первым 8 и вторым 9 70 ФЧВ. Если на вторые входы элементов 6 и 7 поступают сигналы, равные "1", то они работают как кнверторы, и фаза сигнала И изменяется на 180 . Благовдаря тому, что синхронно с переходом 75 функций ядпКК и сояК 1 через нуль изменяются фазы управляющих сигналов 11 и Пна выходах первого 8 и второго 9 ФЧВ, сигналы положительны.Сигналы с выходов ФЧВ 8 и 9 посту- Зп пают на входы переключателей 10 и 11, на управляющие входы которых подается (п)-й разряд управляющего входа, ,поэтому, когда сигнал на (п)-м разряде равен "0", сигнал с выходаФЧВ 8 поступает на аналоговый вход второго ЦАП 29, а сигнал с выхода ФЧВ 9 - нааналоговый вход первого ЦАП 28. Когда(и)-й разряд равен 1", сигнал с выхода первого ФЧВ 8 поступает на вход первого ЦАП 28, а сигнал с выхода второго ФЧВ 9 - на вход второго ЦАП 29. Если на управляющий вход переключателя подается чО", то к его выходу подключается первый Вуод (нор 45 мально замкнутый), если на управляющий вход переключателя подается "1", то к его выходу подключается второй вход (нормально разомкнутый).На аналоговые входы первого 28 и второго 29 ЦАП поступают сигналы Ц и 0 приведенные к первому квадранту (фиг.2, эпюры к,л). Сигналы 11, и Ц, представляют собой приведенные функции соответственно косинуса исинуса угла О(. Сигналы с младших (и)"х разрядов управляющего входа поступают на входы синусного 26 и косннусного 27 преобразователей, где 54 6преобразуются соответственно в функции косинуса и синуса входного кода Я. Сигналы ядпБ и сояН подаются на цифровые входы соответственно второго 29 и первого 28 ЦАП. В каждом ЦАЛ 28 и 29 происходит перемножение сигналов, поступающих на их аналоговые и цифровые входы, поэтому на выходе первого ЦАП 28 формируется сигнал У,равный ЦУ псояИядпК(, а на выходе второго ЦАП 29 - сигнал Ц ,равный Вэ=. Ц 4 пядпИсояКо, Сигналы Уэи Цд поступают на входы блока 24 вычитания и вычитаются в нем. На выходе блока 24 появляется сигнал Ц, равный Ц =11 п(ядпИсояК о - сояМядпКоО = 11 пядп(1-о), т.е. сигнал, пропорциональный разности между кодом управляющего кода и углом О вьходного вала. Сигнал рассогласования поступает навход электропривода 2,который стремится свести рассогласование к нулю. Так работает следящая система при плавном изменении кода М управляющего входа.Предположим, что код В управляющего входа скачком изменяется на 180 /К (фиг.2, эпюра ж, точка ю).Вследствие инерционности электропривода 2 и объекта 3 регулирования выходной угол о( не может сразу измениться на заданную величину. Полярность сигнала 114 рассогласования изменяется и возможно уже не соответствует требуемому .направлению вращения вала для уменьшения величины рассогласования. Однако большое изменение кода Н управляющего входа (больше 90 /К) неизбежно вызывает изменение одного или обоих старших разрядов. Это в свою очередь приводит к изменению управляющих сигналов на вторых входах первого 6 и (или) второго 7 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к изменению фазы управляющего сигнала УИзменение фазы сигнала 11 уже не сопровождается синхронным переходом через нуль сигналов сояК о и ядпКо(, поскольку выходной вал еще не отработал заданное воздействие и, следовательно, сигналы Г и Ц Э на выходах первого 8 и второго 9 ФЧВ уже не положительны.Сигналы Ци Цэ поступают на инверсные входы соответственно второго 12 и третьего 13 компараторов. Если сигнал 11(1 э) больше нуля, то сигнал Ц 1 д(Ц) на выходе компаратора 12 (13) равен "0", если 11 (1 ) 6 О, то Ц(1 ) равен "1". Сигйалй Ци П с выходов компараторов 12 и 13 поступают на первые входы .третьего 14 и четвертого 15 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, которые определяют исходные знаки функций впьКои сояК(, поступающих на информационные входы ФЧВ 8 и 9. Действительно, на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 подаются те же сигналы, что и на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и 7. При подаче "1" на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и 7 или элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 они работают по первому входу как инверторы. Двойное инвертирование означает возврат к первоначальному знаку сигнала. То же происходит при подаче на их вторые входы "0", только в этом случае имеются два повторения подряд. Таким образом, на выходах элементов 14 и 15 будут сигналы, показывающие исходные знаки функций совК,и впКа. Зная знаки этих функций, можно определить в каком квадранте находится вы ходной вал; в .первом квадранте.0 ( о (90 /1;, вхпКс)0, сояК сО; во втором квадранте 90 /К ( с (180/К, вдпК с0, совКо (О; в третьем квадранте 180 О/К (сс (270 /К, в 1 пКо ( О, 30 совКо(0; в четвертом квадранте 270/К (с(360/К) япКо( О,сояК с) О. Если в 1 пКо)0, то 11, = О, если в 1 пКа 0, то У = 1, если сояКо)0,ли сояК о(0 то 1 мЧтобы получить номер квадранта в двоичном коде, . напряжения 1, и . подаются на входы шестого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17. При этом выходэлемента 15 является старшим, а выход 40 элемента 17 младшим разрядом двоичного кода, Фактический квадрант местонахождения вала подается в виде двоичного кода на первые входы элемента 18 сравнения, а на его вторые входы подаются старшие разряды управляющего входа, т.е. код квадранта, в котором должен находиться выходной вал. Если коды заданного и фактического квадран, тов совпадают, то на обоих входах 1 элемента 18 сравнения присутствуют нули. При этом переключатели 19 и 20 подключают к своим выходам первые входы (фиг.1) и на вход усилителя 21 поступает сигнал с выхода блока 24 вычи 55 тания. Если коды заданного и фактического квадрантов не совпадают, например угол выходного валй находится в третьем квадранте, а должен находитЬся в .первом фиг. 2, точка ю), то навыходе "Больше" присутствует "1", ана выходе "Меньше" "0", При этом науправляющий вход переключателя 19подается "1" и к выходу подключается его второй вход,На вход усилителя 21 поступает сигнал положительной полярности с выхода делителя 22 напряжения. Выходнойвал вращается, например,по часовойстрелке, и при достижении первогоквадранта на обоих выходах элемента 18 сравнения появляются нули, исистема переходит из режима грубойв режим точной настройки. Если, наоборот, угол поворота выходного валанаходится в первом, а требуется переместиться в четвертый квадрант, то навыходе "Больше" элемента 18 сравненияприсутствует "0", а на выходе "Меньше"11 111 . При этом на управляющий входпереключателя 2 О подается " 1 " . и ке го выходу подключается Второй вход .На вход усилителя 2 1 подается н апряжение отрицательной полярности с выхода делителя 2 3 н апряжения , и выходнойв ал вращается против ч асо во й стрелки ,В обоих приведенных примерах н апряженне на выходе блока 24 вычит ания не совпадает по знаку с требуемымнаправлением вращения выходного вал а ,Напряжение н а выходах делителей 2 2и 2 3 выставляется предварительно т аким , чтобы выходной в ал вращался изодного квадранта в другой с оптимальной скоростью . Для того , чтобы моменты перехода функций в дпК Ы и с о яК 1точно совпадали с моментами сменысигналов в старших разрядах управляющего входа , требуется или мех аническая подстройка положения ротораСКВТ 1 или внесение поправки в код упр авляюще го сигнала внутри ЭВИ .Значения сигналов для различныхвариантов , переходящих и з одного кв адранта в другой , показаны в таблице .Цифроаналоговая следяцая системаможет использовать прецизионные СКВТ сэлектрической редукцией больше единицы , Такие СКВТ обладают наиболее высокой точностью , следовательно , и предла гаемая следящая система также о бладает высокой точностью . Если визвестной системе использовать такойСКВТ , то следящая система р або тает неустойчиво , . т ак как и ри с к ачкооб разных изменениях управляющего кода входного сигнала возможны ошибки в опреде 1580554ленин направ-.ения вращения выходного вала. В результате этого выходной яал вращается в неправильном направлении, доходит до упора и стопорится.Работоспособность следящей системы не5 обеспечивается. В предлагаемой системе осуществляется непрерывный контроль положения выходного вала. Если гыходной вал находится не в заданном квад ранте, то вначале осуществляют вывод вала в заданный квадрант, а затем точнув установку его в требуемое положение. Рабочий диапазон цифроаналоговой следящей системы составляет 360 /К. формула изобретенияЦифроаналоговая следящая система, содержащая генератор опорной частоты, усилитель, синусно-косинусный цифро 20 аналоговый преобразователь, четыре переключателя, электропривод, соединенный выходным валом с объектом регулирования и ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора, о т л и -25 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих углов, введены три компаратора, шесть элементов ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, два фазочуяствительных выпрямителя, блок вычитания, два делителя напряжения, элемент сравнения, выход генератора опорной частоты подключен к обмотке возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора и первому входу первого компаратора, соединенного вторым входом с общей шиной, а выходом - с входами первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенных выходами к входам управления соотяетствен 40 ко первого и второго фазочувстяительных выпрямителей, информационные входы которых соединены соответственно с косинусной и синусной обмотками .синусно.-косинусного вращающегося тран 45 сформатора, а выходы подключены к первым информационным входам первого и второго переключателей и первым входам соответственно второго и третьего компараторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, а выходы - с входами соответственно третьего и четвертого элементоя ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, яходы пятого элементаИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИподключены к двум старшим разрядам входа циФроаналоговойследящей системы, причем первыйвход - к младшему из них, а также квходам .управления первого и яторогопереключателей, второй вход - к вторым входам второго и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, а выход - квторым входам первого и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединвнс первым входом шестого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного вторымвходом к выходу четвертого элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и входу старшего разряда первой группы входов элементасравнения, а выходом - к входу младшего разряда первой группы входоя элементов сравнения, соединенного второйгруппой входов поразрядно с двумястаршими разрядами входа цифроаналоговой следящей системы, а выходами - суправляющими входами третьего и четвертого переключателей, выходы второго и первого фазочувстяительных выпрямителей подключень к вторым информационным входам соответственно первогои второго переключателей, соединенныхвыходами соответственно с входамиопорного напряжения каналов синуса икосинуса синусно-косинусного цифроаналогового преобразователя, информационный вход которого соединен с младшимиразрядами входа циФроаналоговой следящей системы, а выходы подключены квходам блока вычитания, выход. которого подключен к первому информационному входу третьего переключателя,соединенного выходом с первым информационным входом четвертого переключателя, выход которого через усилительсоединен с входом электропривода, авторые информационные входы третьегои четвертого переключателей псдключены к выходам делителей напряжения,входы которых соединены с шинамираэнополярного напряжения)О О (О 1О1 О О 1 О1О О О О Ч,1111 Ч Составитель В. БашкироваТехред Л,Сердюкова Корректор О,Цип Редактор И.Горна з 2022ИИПИ Государстве11 Тираж 672 Подписноео комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ ССМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 но 03 ельский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина ПроизводственноКвадрант фактичес кого наховдения вала ада иный вадрант ахокдеия вала(О )О О О О )О Значения выходов схемы 22сравнения О 1 О 1 О 1 1 О О1 О 1 1 О 1 О