Цифровой следящий привод

Союз Советски аСоцнапкстнческнхРеспубпнк пп 734607 Ф,т К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(л 05 В 11/14 с присоединением заявки Лф Гооудеротееииый комитет(23)Приоритет во делам изобретений и отерцтий(088. 8) Дата опубликования описания 16;05.80(72) Авторы изобретения В. М. Буяпкин, Д. И. Вышецкий, А. А. Корбут, В. И. Криворук,В. А. Кудинов, В, Г, ПолетаевА. И. Соловьев, М. В. Чиликина,А. С. Шаталов, Ю. А. Шаталов и В. И. Яковлев Эксперимент альный научно-исследовательский институт металлорежущих станков(54) ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано, например, в устройствах числового программного управления металлорежущими станками.Известный цифровой следящий привод5 имеет высокую стабильность характеристик регулирования 1) .Недостаток этого привода - неудовлетворительные динамические характеристики,Наиболее близким техническим решением является устройство преобразования "перемещение-код-фаза", содержащее последовательно соединенные первый ревер 15 сивный счетчик и первыМ сумматор, последовательно соединенные генератор импульсов, первый делитель частоты, второй сумматор, логический блок, блох ключей, датчик перемещения, усилитель, второй выход первого делителя частоты соединен со,вторым входом первого сумматора, второй выход первого реверсивного счетчика соединен со вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен со вторым входом логического блока 121 .Недостатком известного устройства преобразования перемещение-код-фаза" является аналоговый характер сигналов, соответствующих скорости и ускорению измеряемого перемещения, что затрудняет его применение в цифровом приводе.Цель изобретения - повышение точности цифрового следяьцого электропривода.Поставленная цель достигается тем, что цифровой следящий привод содержит, интерполятор, третий и четвертый сумматоры, выходы которых соединены со входами первого реверсивного счетчика, второй и третий делители частоты, пятый, шестой и седьмой сумматоры и последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом усилителя, коммутатор, второй реверсивный счетчик, третий реверсивный счетчик, первый счетчик с переменным коэффициетьтом деления, вось 734607мой сумматор, четвертый реверсивцгий счетчик, второй счетчик с переменным коэффициентом леленця, девятый сумматор, пятый реверсивный счетчик, третий счетчик с переменным коэффициентом деления, десятый сумматор, ше"той реверсивный счетчик, преобразователь кол-фаза, блок управления и лвигатель, выход которого связан со вхОдом датчика перемещения, другие выходы первого делителя 10 частоты соединены со счетными входамипервого, второго и третьего счетчиков с переменным коэффициентом деления и с управляющим входом коммутатора, первый вхол пятого сумматора соединен со втсърым выходом первого счетчика с переменным коэффициентом деления и с первым входом третьего делителя частоты, а выход пятого сумматора соединен со вторым входом четвертого реверсивного счетчика и с первым вхолом четвертого сумматора, первый выход третьего делителя частоты связан с первым входом шестого сумматора, второй выход третьего лелителя частоты связан со вторым входом девятого сумматора, а второй вход третьего делителя частоты связан с первым выходом первого счетчика с переменным коэффициентом деления, первый выхол. Вто 30 рого счетчика с переменным коэффициентом деления связан с первым входом третьего сумматора, второй вход ког рого связан с выходом восьмого сул:матора, второй выход второго счетчика с пе 35 ременным коэффициентом деления связан со вторым входом четвертого сумматора и со вторым Входом шестого сумматора, третий вход которого связан с первым выходом ингерполятора, а четвертый входц с первым выходом второго делителя частоты, выход шестого сумматора связан со вторым входом пятого реверсивного счетчика и со вторым входом десятого сумматора, первый выход второго реверсив 45 ного счетчика связан со вторым входом восьмого сумматора и с первым входом второго делителя частоты, второй вход которого связан со вторым выходом второго реверсивного счетчика и со вторым50 входом пятого сумматора, а второй выход второго лелителя частоты связан с третьим входом девятого сумматора, четвертый вход которого связан со вторым выходом интерполятора, первый вход седьмого сумматора связан со вторым выходом третьего счетчика с переменньпи коэффициентом деления, второй вход - с выходом девятого сумматора, а выход - со вторым вхолом шестого реверсивногосчетчика.Сущность изобретения поясняется чертежом, гле приведена блок-схема предлагаемого цифрового слелягцего привода.Цифровой следящий электропривол содержит генератор 1 импульсов, первыйделитель 2 частоты, первый и второйсумматоры 3 и 4, первый. реверсивцыйсчетчик 5, логический блок 6, блок 7ключей, датчик 8 перемещения, усилитель 9, преобразователь 10 напряжециечастота, коммутатор 11, второй реверсивцый счетчик 12, третий реверсивныйсчетчик 13, первый счетчик 14 с переменным коэффициентом деления, восьмойсумматор 15, пятый сумматор 36, четвертый реверсивный счетчик 17, второйсчетчик 18 с переменным коэффициентом деления, третий сумматор 19, четвертый сумматор 20, девятый сумматор21, шестой сумматор 22, второй и третий делители 23 и 24 частоты, интерполятор 25, пятый реверсивцый счетчик 26,третий счетчик с переменным коэффициентом деления 27, десятьй сумматор 28,седьмой сумматор 29, шестой реверсивный счетчик 30, преобразователь код-фаза 31, блок 32 управления, двигатель33.Устройство работает следующим образом,Импульсы тактовой частоть. -от генератора 1 импульсов поступают на входпервого делителя 2 частоты, (: одержимоепервого делителя 2 частоты в прямомкоде поступает на вхолы первого и второго сумматоров 3 и 4. 1 а другие входы сумматоров 3 и 4 поступает содержимое первого реверсивного счетчика 5 соответственно в прямом и обратном коле.Выходы старших разрядов сумматоров3 и 4 поступают ца логический блок 6,на выходе которого формируются две последовательности широтно-модулированныхимпульсов, скважцость которых опрелеляется содержимым первого реверсивно-го счетчика 5.Эти широтцо-молулированные импулсы через блок 7 ключей поступают цавходные обмотки датчика 8 перемещения,Выходной сигнал датчика 8 поступает цаполосовсй усилитель 9, ца выходе которого формируется сицусоилальное напряжение, частста которого равна частотесигнала, формируемого нл вьиол старшего разряда первого делителя " частоты, а амплитуда пропорционален цл величи 73 160735 це рзссогласования между мгновенными значениями измеряемого угла поворота вала датчика перемещения 8 и измеренного значения этого угла с, пропорционального содержимому первого реверсивного счетчика 5. Б зависимости от знака рассогласования этот сццусоцдальцый сигнал сицхфазен или противофазен прямоугольному сигналу, формируемому на выходе старшего разряда первого дели теля частоты 2. Преобразователь напряжение-частота 10 вырабатывает серию импульсов с мгновенной частотой=огде- мгновенная частота ца выходе5преобразователя напряжение- частота 10;1 - оп орна я част от я;О - напряжение Рассогласования навыходе полосового усилителя 0;К - глубина модуляции,Эти импульсы через управляемый старшим разрядом первого делителя 2 частоты коммутатор 11 поступают ца суммируюг 5 ший вход второго реверсивного счетчика 12 в течени положительного полуперцода прямоугольного управляющего сигнала и на вычитающий вход этого реверсивного счетчика - в течение отрицательного поЗО лупериода этого сигнала, Реверсцвцый счетчик 1 2 выполняет роль цифрового фильтра, так как при положительном знаке рассогласования на выходе прямого переноса реверсивного счетчика 12 формируется серия импульсов частоты, пропорциональной величине рассогласования.При отрицательном знаке рассогласования серия импульсов частоты, пропорциональной величине рассогласования, фоРмиРует ся на выходе обратного переноса реверсивного счетчика 12, Эти импульсы поступают соответственно на суммипующий и вьгчитающий входы третьего реверсивного счетчика 13, который управляет пер 45 вым счетчиком с переменным коэффициентом деления 14. Счетчик 14 осуществляет деление частоты, поступающей с прол 4 ежуточного выхода первого делителя частоты 2, причем в зависимости50 от знака кода, содержащегося в третьем реверсивном счетчике 13, импульсы частоты, пропорциональной абсолютной величине этого кода, формируются на одном из двух выходов первого счетчике с55 переменным коэффициентом деления 14.Импульсы, формируемые ца выходах счетчика 14 поступают на вхо.чы восьмого и пятого сумматоров 15 и 16. Ня другие входы этих сумл 1 аторов посту-лают сигналы с выходов второго реверсивного счетчика 12. Блоки 13-16,соединенные указанным образом, выполняют роль цифрового интегратора частоты, охваченного цепями форсцровкц, Импульсы с выходов восьмого и пятогосумматоров 15 и 16 поступают ца входыаналогично опцсанцол 1 у выше цифровогоинтегратора частоты, охваченного цепями форсировкц и выполненного на четвертом реверсивном счетчике 1 7, второмсчетчике с переменным коэфьццццентомделения 18, третьем и четвертом сумматорах 1 Г, 20, Импульсы с выходовсумматоров 19 и 20 поступают соответственно на суммирующий и вычитяющцйвходы первого реверсивного счетчика 5,В описанной цифровой следящей измерительной системе с астатцзмом второго порядка содержимое первого реверсивного счетчика 5 соответствует измеряемому углу поворота К, содержимоечетверого реверсивного счетчика 17 - угловой скорости , я содержимое третьего реверсивного счетчика 13 - угловому ускорениювяла датчика перемещения 8.Импульсы с выходов второго реверсивного счетчика 12 и первого счетчика с переменным коэффициентом деления 14 поступают соответственно на входы девятого и шестого сумматоров 21, 22 через второй и третий делтел частоты 23 и 24. На другие входы сумматоров 21 и 22 поступают импульсы с выходов второго счетчика с переменныл коэффициентом деления 18 и с выходов интерполятора 25. Импульсы с выходов сумматоров 21 и 22 поступают соответственно на суммирующий и вычцтающцй входы пятого Реверсивного счетчика 26.Содержимое пятого реверсивного счетчика 26 описывается следующей зависимостьюМ =Ы+К з+Кгде Й - содержимое пятого реверсивного счетчика 26;- задание от ицтерполятора 25;М К - постоянные коэффициенты, за 1 2даваемые соответственно третьим и вторым делителямичастоты 24 и 23.Пятый реверсивный сч.тчик 26 управляет третьим счетчиком с переменным коэффициентом деления 27. Третий счетчик с переменныл коэффициентом деления 27 осуществляет деление чя. - тоты доступаошей с промежуточноговыхода первого делителя частоты 2.Выходы третьего счетчика с переменным коэффициентом деления 27 соединены со входами десятого и седьмого сумматоров 28, 29, импульсы с выходов ко торых поступают на входы суммирования и вычитания шестого реверсивного счетчика 30 соответственно. На другие входы десятого и седьмого сумматоров 28, 29 поступают импульсы с выходов шестод го и девятого сумматоров 22 и 21 соответственно, Содержимое шестого реверсивного счетчика 30 оп 1 сывается выражением15где К- коэффициент, определяемый частотой импульсов, поступающихс промежуточного выхода первого делителя частоты 2 насчетный вход третьего счетчи 20ка с переменным коэффициентомделения 27;И- содержимое шестого реверсивного счетчика 30.Код с выхода шестого реверсивного25счетчика 30 поступает на синхронизированный от сети переменного тока преобразователь код фаза с арккосинусоидальной статической характеристикой 31,который формирует управляющие импульсызозажигания для "иристорного блока управления 32. Иапряжение с выхода блокауправления 32 поступает на двигательпостоянного ока дЗ, вал которого м=,панически связан с валом датчика перемещ. -35ния 8.Для обеспечения устойчивости, а такжевысокой динамической и статической точности в предложенном цифровом следящем4 Оэлектроприводе использованы указанныеобратные связи ыо ускорению, скоростии углу поворота выходго вала двигате,ля ЗЗ и применен пропорционально-интегральный закон регулирования, обратные45связи по ускорению, скорости и углу поворота вала двигателя значительно уменьшают влияние нестабильностей в приводе,а использование синхронизированногоот сети переменного тока преобразовате 5 Оля код-фаза с арккосинусоидальной статической характеристикой позволяет компецсировать нелинейности, присущие двигателю и тиристорному блоку управления, что обеспечивает постоянство динамических ч статических характеристикэтого цифрового привода при различныхустановивд 1 ихся скоростях Вращениявала двигателя,Использование изобретения позволит обеспечить высокую точность, стабильность и надежность цифрового следящего привода, Особым достоинством этого привода является значительное по сравнению с существующими устройствами расширение диапазона регулирования, благодаря использованию в нем высокочастотной цифровой следящей измерительной системы с астатизмом второго порядка, которая обеспечивает получение точной цифровой информации об измеряемых перемещении, скорости и ускорении вала датчика. Зто позволяет отказаться отприменения тахогенератора в электроприводе, Благодаря этому обеспечивается стабильная работа предложенного цифрового следящего привода даже при малых скоростях вращения вала двигателя.Использование тахогенератора в этомрежиме неэффективно вследствие низкогозначения отношения сигнал/шум на еговыходе. Кроме того, достигается универсальность применения этого цифрового следящего электропривода, например,при использовании линейных электродвигателей и датчиков перемещения типа"индуктосин", когда использование тахогенератора затруднительно. Настоящееизобретение обеспечивает также возможность быстрой перестройки параметров и структуры привода сравнительнопростыми средствами,Формула изобретения.гЦифровой следящий привод, содержащий последовательно соединенные первый реверсивный счетчик и первый сумматор, последовательно соединенные генератор импульсов, первый делитель частоты, второй сумматор, логический блок, блок ключе., датчик перемещения, усилитель, второй выход первого делителя частоты соединен со вторым входом первого сумматора, второй выход первого реверсивного счетчика соединен со вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен со вторым входом логического блока, о т - личающийся тем,что,сцелью повышения точности привода, в него введены интерполятор, третий и четвертый сумматоры, выходы которых соединены со входами первого реверсивного счетчика, второй и третий делители частоты, пятый, шестой и седьмой сумматоры и734607 10 последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом усилителя, коммутатор, второй реверсивный счетчик,третий реверсивный счетчик, первый счетчик с переменным коэффициентом деления, восьмой сумматор, четвертый реверсивный счетчик, второй счетчик с переменным коэффициентом деления, девятыйсумматор, пятый реверсивный счетчик,третий счетчик с переменным коэффициентом деления, десятый сумматор, шестойреверсивный счетчик, преобразователькод-фаза, блок управления и двигатель,выход которого связан со входом датчикаперемешения другие выходы первогоделителя частоты соединены со счетными входами первого, второго и третьегосчетчиков с переменным коэффициентомделения и с управляющим входом коммутатора, первый вход пятого сумматорасоединен со вторым выходом первогосчетчика с переменным коэффициентомделения и с первым входом третьегоделителя частоты, а выход пятого сумматора соединен со вторым входом четвертого реверсивного счетчика и с первымвходом четвертого сумматора, первыйвыход третьего делителя частоты связан с первым входом шестого сумматора, второй выход третьего делителя частоты связан со вторым входом девятогосумматора, а второй вход третьего делителячастоты связан с первым выходом первогосчетчика с переменным коэффициентомделения, первый выход второго счетчика с переменным коэффициентом делениясвязан с первым входом третьего сум;матора, второй вход которого связанс выходом восьмого сумматора, второйвыход второго счетчика с переменнымкоэффициентом деления связан со вторымвходом четвертого сумматора и со вторым входом шестого сумматора, третийвход которого связан с первым выходоминтерполятора, а четвертый вход - спервым входом второго делителя частоты, 10 выход шестого сумматора связи со вторым входом пятого реверсивного счетчика и со вторым входом десятого сумматора, первый выход второго реверсивного счетчика связан со вторым входомвосьмого сумматора и с первым входомвторого делителя частоты, второй входкоторого связан со вторым выходом второго реверсивного счетчика и со вторымвходом пятого сумматора, а второй выход второго делителя частоты связан стретьим входом девятого сумматора, четвертый вход которого связан со вторымвыходом интерполятора, первьй входседьмого сумматора связан со вторым 25выходом третьего счетчика с переменным коэффициентом деления, второйвход - с выходом девятого сумматора,а выход - со вторым входом шестогореверсивного счетчика.зо Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Мо 2244201,кл, Я 05 В 19/18, )3 23 С 3/00,1 967.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке % 2444424/18-24,кл, Э 08 С 9/00, 1977 (прототип).Составитель Д, Лашев ват Техред М. Петко Корреком ауш Филиа 11 П 11 Патент", г. Ужгород, у 1 т, Прсн.ктная,Редактор 13 Тираж 956 НИИГ 1 И Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подписноетета СССРкрытийская наб., д. 4/5