Цифровая следящая система регулирования

ОП ИСАНИЕИ ЗОБРЕТЕ Н ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЯЬСТВУ Союз Советсммк Соималмстммескм Рвсяублим. 1 лб 05 В 19/18 Гввударвтвевивй ввивтвт СССР вв делам иэюбрвтвей и вткрьбтиаОпубликовано 15,07.79,Бюллетень Хе 26 Дат опубликования описания 18.07,79 2) Авторы иаобретени М. Ведерников и А. М. Щербаченко и Сибирское отделени 71) Заявител нститут автоматики и электромеАН СССР(54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ Изобретение относится к технике ав-томатического регулирования и управления, в частности к астатическим системам автоматического регулирования, может быть использовано, например, в устройствах автоматического регулированиятехнологических процессов, в устройствах позиционирования станков с программ мным управлением, в прецезионных координатографах, в которых выходной сигнал датчика регулируемого параметра представ- тО лен в частотно-импульсной форме.Известны следящие системы управле ния перемещением, имеющие компаратор скорости подачи, сравнивающий частотный сигнал, пропорциональный ошибке системы,1 с программируемой частотой, Следящая система содержит программный блок, командный регистр, фиксирующий требуемое значение положения подвижного объекта, и блок программируемой частоты, под- эц ключенные к программному блоку, регистр, фиксирующий величину перемещения, компаратор кодов командного регистра и регистра, фиксирующего величину перемещения, генератор частоты, пропорциональный ошибке, получаемой в комцара 1 оре кодов, частотный селектор, подключенный к последовательно соединенным исполнительному устройству и датчику регулируемого параметра, соединенному с регистром фиксации величины перемещения.Данное устройство имеет недостаточную точность регулирования.Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является цифровая следящая система регулирования, содержащая программный блок, датчик регулируемого параметра, первые выходы которых подключены к входам элемента несовпадения, последовательно соедпненные первый элемент ИЛИ и элемент задержки, первый интегратор, счетный вход которого подключен к выходу элемента задержки, элемент выделения нулевого значения первого интегратора, подключеннын к выходам разрядов этого интегратора, блок выбора6739863 4направления счетных ймпульсов, блок ус- элемента несовпадения, третий и четвертановки знака первого интег авый ивр р тора, пер- тый - к дополнительным (знаков )торой элементы совпадения, сое- ходам программного блока и датчика рерым вые ра, а два выхода подциненные первыми входами соответствен- гулируемого параметра а ва вьно с первыми и вторыми выходами блока. 5 ключены к двум входам блока выбо а напвыбора направления счетных импульсов, равления счетных импульсов иьсов и двум вхо, соединенногор - с выходом: элемента выделе- дам первого элемента ИЛИния нулевого значения первого интеграто- с третьими входами первого и вто горво и торого элемен- элементов совпадения, третий элементподключен первым входом к выходута совпадения соединены соответствен- О ЙЛИ подключен перв ь - но с первым и вторымвходом блока ус- . элемента выделения нулевого значениятановки знака пе вого ин гр нтегратора, гене- первого интегратора, а выходом - к упратор импульсов, соединенный со счетд енный со счет-: равляющему входу первого интегратора,чиком импульсов, каждый а котор зряд которо- третий ичетвертый элементы совпаденияр у ементу ИЛИ йодключенй первыми входами соответст- .через элемент И, вто й вхоро д которого " венно к первому и второму выходам блоподключен к соответстветствующим вйходам ка выбора направления счетных импульраэрядов первого интегратора, второй ин- сов, вторыми входами - соответственнотегратор, подключенный через исполйи-к первому и второму выходам блока сустро ство к датчику регулируемотановки знака первого интегратора, а выа усго параметра. ходами соответственно к второму и треИзвестная ицифровая следящая система тьему входам третьего элемента ИЛИ,регулирования имеет ограниченную область первый и второй выходы блока выбораприменения, Такая система аботистела работает срежимов работы и установки знака второчастотными сигналами знам, знак которых ос- го интегратора подключены к управляющеным, ч не позволяет ис- му и счетному входам второго интеграто. тается неизменным то епользовать систему регулирования в ка-" ра, третий выход - к исполнительномучестве следящих систем управлейияпере- устройству, а входы - к первому выходу. мещениемнапример, прецизионных коор- .блока выбора напрввления счетных импульдинатографах в станках с программным . сов, к первому выходу блока установкиуправлением. знака первого интегратора, к выходамВ этой системе одинаковые зйачения первого и второго элементов ИЛИ и к высоставляющей авля еупр ющего сигнала, со- ходу элементавыделения нулевого значеответств ей интег алующ интегралу отклонения ре- ния второго интегратора, подключенного кгулируемого параметра, представляются З 5 выходам разрядов второго интегратора,раэличньййи кодами, что приводит при пе- На фиг. 1 приведена функциональнаяреходе содержимого первого интегратора схема предлагаемой следящей системычерез нулевое значение к увеличению вре" регулирования: на фиг, 2 - прищипиальмени переходного процесса, снижению ди- " " йая схема блока формирования счетныхнамической точности и устойчивости си- О импульсов; на фиг, 3 - принципиальнаяс темы, схема блока выбора режима работы и усКроме того, необходикесть суймиро- тановки знака второго интеграто а.вания позиционных кодов иерИГго "и взор г интй Тоф в ебу кроль; ва вафро следящая систем регулироисполннтельном устройстве па,. 45 ванин (фиге 1) сддержит программный многоэарядного сумматора.блок 1 ф датчик 2 регулируемого парамеч- цель изобретения - расширение облас р элемент несовпадения 3, блок 4 форти применения системы и повышение ка мирования счетных импульсов, блок 8чества ре;улирования.выбора направления счетных импульсов,5 О элемент ИЛИ 6, элементы совпадения 7йля этого в предлагаемую следящую и 8, элемент задержки О, интегратор 10,систему дополнительно введены третий и элемент ИЛИ 11, элемент 12 выделеня,четвертый элементы совпадения, эпе 4 ент нулевого значения интегратора 10, элевыделення нулевого значения второго ин- менты, совпадения 13 и 14, блок 15 устегратора, блок выбора режимов работы 55 тайовкй айат интегратора 10 генераторн установки"эйака- второго интегратора, 16 импульсов, счетчик 17, элемент ИЛИ. третий элемент ИЛИ и блок форМифбва" 18, элемент И 19, исполнительное устройняя счетных импульсов, первый и второй ство 20, интегратор 21, элемент 22 вывхьды которого подключены и выходамделения нулевого значения интегратора 21ф673986 5входы 23-27 блока 28 выбора режима работы и установки знака интегратора 21, выходы 29-31 блока 28. Блок 4 формирования счетных импульсов (фиг. 2) содержит инверторы 32 и 33, логические элементы 34 и 35, входы 36-39 и выходы 40 и 41.Блок 28 выбора режима работы и установки знака второго интегратора (фиг.3) включает в себя генератор 42 импульсов, 10 триггеры 43-49, инверторы 50 и 51, логические элементы И 54 и 55, элемент ИЛИ 56 и элемент И-ИЛИ 57.Цифровая следящая система регулиро вания работает следующим образом. 1 зДва сигнала, один из которых соответствует заданному значению параметра, формируемому программным блоком 1, а дру- гой - значению парыетра, формируемому,датчиком 2, поступают на оба входа эле мента несовпадения 3, при помощи которого исключается совпадение импульсов, пришедших в одинаковой фазе. Далее обе. импульсные последовательности, а такие знаки импульсных последовательностей25 поступают на входы 37, 38, 36 и 39 блока 4 формировании счетных импульсов. Если знаки последовательностей импульсов6программного блока 1 и датчика 2 олин- ковы, то блок 4 формирует импульсы, которые присутствуют на обоих выходах 40 и 41, Еслиэнвки различны, то блок 4 форМирует импульсы, которые Присутствуют только на одном иэ выходов 40 или 41. Обе импульсные последовательности, получающиеся на выходах 40 и 41 блока 4, при помощи элемента ИЛИ 6 совмещаются в единую последовательность импульсов.Знак выходных импульсов определяет блок 5 выбора. направления счетных импульсов, Счетные импульсы элемента ИЛИ 6 через элемент з 6 держкн 9 поступают на вход интегратора 10 и записываются в нем. Режим работы интегратора 10 определяет вызодной сигнал элемента ИЛИ 11. Режим работы интегратора 10 Определяется не только выходным сигналом блока выбора направления счетных импульсов, но и сигналами блока 15 установки знака интегратора 10 И элемента 12 выделения нулевого значения первого интегратора.В таблице приведены режимы работы интегратора 10 в зависимости от знаков сигналов блоков 5 и 15 и значения содержимого интегратора 10. ро Р о то Р)0 р-о суммирование суммирование вычитание: вычитаниесуммирование любой В цифровом интеграгоре 10 пройзводится алгебраическое; суммирование входных импульсов с числОм соответствуюшим 45 интегралу рассогласования (ошибки).В момент перехода содержимого интегратора 10 через нуль режим "вычитание" интегратора 10 изменяется на режим "суммирование". 50Величина интеграла рассогласования всегда представлена в прямом позиционном коде. Знак интеграла рассогласования (ошибки) регистрирует блок установ ки знака интегратора 10. Значение Ошиб- ы ки преобразуется генератором 16, счетчиком 17 и элементами И 19 и ИЛИ 18 в последовательность импульсов с,частотой, пропорциональной ошибке. Так как одинаковые, но разлйчные по знаку значения ошибок представлены одинаковым прямым позиционным кодом, то значения частоты, пропорциональные этим ошибкам, одинаковы.Частотные последовательности: импульсов с выхода элементов ИЛИ 18 и 6, а также знаки частотных последовательностей с выходов блоков 15 и 5 поступают в блок 28 выбора режима работы и установки знака интегратьра 21. Блок 28 производит алгебраическое суммирование частотных импульсных последовательностей элементов 6 и 18 с помощью логических элементов 52, 53. Так как импульсные последовательности элементов 6 и 18 несинхронны, то блок 28 при помощи673 9868нения предлагаемой следящей системырегулирования. Формула изобретения Цифровая следящая система регулирования, содержащая программный блок, датчик регулируемого параметра, первые выходы которых подключены к входам элемента несовпадения, последовательно со диненные первый элемент ИЛИ и элементзадержки, первый интегратор, счетныйвход которого подключен к выходу элемента задержки, элемент выделения нулевогозначения первого интегратора, подключенный к выходам разрядов этого интегратора, блок выбора направления счетных импульсов, блок установки знака первогоинтегратора, первый и второй элементысовпадения, соединенные первыми входамисоответственно с первыми и вторыми выходами блока выбора направления счетныхимпульсов, вторыми - с выходом элемента вьщеления нулевого значения первогоинтегратора, а выходы первого и второгоэлемента совпадения соединены соответственно с первым и вторым вюдом блокаустановки знака первого интегратора, генератор импульсов, соединенный со счет-чиком импульсов, каждый разряд которогоподключен к второму элементу ИЛИ черезэлемент И, второй вход которого подключен к соответствующим выходам разрядовпервого интегратора, второй интегратор,подключенный через исполнительное устройство к датчику регулируемого параметра, отличающаяся тем,что, с целью расширения области применения и повышения качества регулирования, она содержит третий и четвертыйэлементы совпадения, элемент выделениянулевого значения второго интегратора,блок выбора режимов работы и установкизнака второго интегратора, третий элемент ИЛИ и блок формирования счетныхимпульсов, первый и второй входы которого подключены к выходам элемента несовпадения, третий и четвертый - к дополнительным (знаковым) выходам программного блока и датчика регулируемогопараметра, а двв выхода подключены кдвум входам блока выбора направлениясчетных импульсов и двум входам первого элемента ИЛИ, соединенного с третьими входами первого и второго элементов совпадения, третий элемент ИЛИ подключен первым входом к выходу элемента выделения нулевого значения первого Возможнбсть работы со знакопеременными частотными сигналами датчика регулируемого парамеера и программного блока существенею расширяет область примедвух синхронизаторов, выполненных натриггерах 43, 45 и 44, 46, а также им, пульсного генератора 42, счетеюго триггера 47 и схем И 54 и 55 производитвременную привязку импульсов элементов56 и 18 к сдвинутым на полпереюда импульсам, формируемым элементами 54и 55, что необходимо для исключениясбоя в работе интегратора 21.Импульсы элементов 52 и 53 постулают на логический элемент ИЛИ 56, гдепроисходит их суммирование, а также натриггер 48, в котором определяется знакнаправления импульсов, поступающих через элемент ИЛИ 56 на вход второго ин тегратора, Производя далее интегрирование этого сигнала вторым интегратором21, получают на его выходе регулирую щее воздействие ц, равное сумме двухсоставляющих ц, и у, пропорциональных интегралу и двоййому интегралу отклонения регулируемого параметра.У.9, У,=ЧЖ Яхнин а,Меняя частоту импульсного генератора16, можно изменять модуль сост авщаощей регулируемого воздействия цРежим работы интегратора 21 (10)определяется в зависимости от состояния триггеров 48 и 49, формирующихсигналы выбора направления счетнйх импульсов и установки знака интегратора21, а также значения содержимого егоразрядов. Он может быть определен какдля интегратора 10 из приведенной таблицы. Знак регулирующего воздействияц с триггера 49 поступаетв исполнительное устройство 20.В установившемся режимец 4" сцтвк как Хф= О и х(+) д 1 =Р,т.е. за время переходного процесса про 1,исходит полная компенсация всех ошибок.Благодаря тому, что для одинаковых 45по величине, но различееьех по знаку ошибок рассогласования величина интеграларассогласования всегда представляетсяодним и тем жепрямым позиционнымкодом, происходит линейное изменениесигнала управления, что уменьшает перерегулирование и время переходного процесса в системе.интегратора, а выходом - к управляющему входу первого интегратора, третий ичетвертый элементы совпадения, подключены первыми входами соответственно кпервому и второму выходам блока выборанаправления счетных импульсов,.вторымивходами - соответственно к первому ивторому выходам блока установки знакапервого интегратора, а выходами соответственно к второму и третьему входам отретьего элемента ИЛИпервый и второйвыходы блока выбора режимов работы и 10установки знака"вЮрого-иеегратора йод-ключены к управляющему и счетному входам второго интегратора, третий выходк исполнительному устройству, а входык первому выходу блока выбора направления счетных импульсов, к первому выходу блока установки знака первого инте- ратора, к выходам первого и второго элементов ИЛИ, и к выходу элемента выделения нулевого значения второго интегратора, подключенного к вьходам разрядов второго интегратора.673986 Составитель Г, НефедоваРедакторТ, Яном Техред " 3. ФантаКорректор игула Патент, г. Ужгород, ул. Проектна Филиал 4 О 78/44 Тираж 1014ЦНИИПИ Государственюго кпо делам изобретений и .113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушск Г 1 одписноемитета СССРоткрьггийа наб., д;-4/б