Графопостроитель

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик Фъ,% присоединением Гасударственный комитет СССР.6(088.8) ллетень19 Дата опубликования описания 27,05.80 Автор зобретения(54) к приборостроьзовано в графиого-цифровыхируюших усчройстрапри ссьствах.Для регистрации данных, поступающихот аналоговых вычислительных машин(АВМ), обычно импользуются графопостроители, включающие в свой состав каналызаписи входных аналоговых сигналов по.оси абсцисс и оси ординат, построенные поизвестной схеме следяшего уравновешива-ния. Я,Эти графопостроители могут быть иопользованы и для регистрации информации,поступаюшей от ЦВМ, В этом случае цифровые данные преобразуются с помощьюцифро-аналогового преобразователя в напряжения, поступаюшие на входы аналоговых следяших систем графопостроителя.Метрологические показатели указанныхграфопостроителей в ряде случаев уже неудовлетворяют современным требованиям.В связи с возрастанием объема информаПовышение точиком графопостроите в тати регистраци е достигается сче Изобретение относитс ению и может быть исп ческих аналоговых и ан двухкоординаптых регис ции в настоящее время необходимо увеличивать производительность, т,е, бьдействие графических устройств,хранении высокой точности регистрацииданных, близкой к точности, достигаемойв статическом режиме,Известно графическое двухкоординатноеустройство, содержащее основную следящую систему и корректируюшую, включенную параллельно основной 123Обе следящие системы охвачены обшейотрицательной обратной связью по положению, Построение графопостроителя по такой схеме позволяет повысить точностьрегистрации, однако эффективность коррекции погрешностей основной следящей системы в этой схеме недостаточна,Кроме того, максимальное значение результирующей добротности следящей системы, состояшей нз двух параллельных каналов, ограничивается условиями устойчивооти.3 7359подъема частот с помощью корректирующего канала,При правильном выборе коэффициентовпередаточной функции дифференциаторв, которые связаны с другими параметрами сле дящих систем определенной зависимостью,погрешность регистрации в ограниченномдиапазоне часот входных сигналов мо-,жет быть минимизированаОднако минимизация погрешностей регистрации при построении графопостроителя по рассматриваемой схеме достигаетсялишь при идеальной настройке в нормальных условиях, а при изменении параметровузлов следящих систем под воздействием 15внешних дестабилизирующих факторов (температуры, напряжения, питания, износамеханических деталей, старение элементови т.п,) приращения погрешности практичес-,ки не отличаются от соответствующих при ращений в известных графопостроителях,не имеющих корректирующих каналов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является графопостроитель, который содержит каналы зациси входных сигналов на оси абсцисс иоси ординат, лентопротяжный механизм,преобразователь вращательного движенияв поступательное, механически связанныйс регистрирующим органом, каждый канал 30записи иходных сигналов содержит основную и корректирующую следящие системы, ." "Причем основная следящая система содержит устройство сравнения и последовательно соединенные усилитель и двигатель, ме ханически связанный с.регистрирующиморганом и с обратным преобразователем,- "-вйход которого соединен с первым входомустройства сравнения, второй вход которого соединен с источииком входного сигна"ла, а корректирующая следящая системасодержит устройство сравнения и последовательно соединенные усилитель и двигатель, механически связанный с обратнымпреобразователем, выход которог о соединен с первым входом устройства сравнениЯ 43.Построение графопостроителя по рассмач риваемой структурной схеме позволяет , снизить погрешности регистрации не толь- . ко в статическом режиме, но и динамичеохиепогрешности, при изменении входных сигналов с постоянной скоростью. Повышение точности достигается благодаря тому,что сигнал, пропорционалыый погрешности основной следящей системы, поступаетна вход корректирующей следящей системы и преобразуется последней в перемещение 19 авторой каретки, которое суммируется с перемещением первой каретки и компенсирует тем самым погрешность основной сл .дящей системы,Однако это устройство имеет, следую.щие существенные недостатки: снижениеточности регистрации при переменной скорости изменения входного сигнала и низкое быстродействие,При изменениях скорости нарастанияили убывания входного сигнала ошибка ооновной следящей системы уже не является постоянной величиной, Поэтому в рассматриваемом режиме на вход корректирующей следящей системы поступает переменная величина, частотный спектр которой в линейном режиме работы определяетсд. спектром входного сигнала с полосой пропускания основной следящей системы,Чем выше частота, входного сигнала ичем меньше полоса пропускания основнойследящей системы, тем больше амплитуда сигнала ошибки, поступаощего на входкорректирующей следящей системы.В связи с тем, что корректирующая следящая система характеризуется астати:-ьмом первого порядка и ее полоса пропускания ограничена сверху частотой Ы,значения которой не превышают единиц илидесятков герц. Сигналы с частотами И 1;воспроизводятся на выходе корректирующейсистемы с большими погрешностями, Поэтому погрешности основного канала небудут полностью скомпенсированы и в рассматриваемом режиме наблюдаются значи-.тельные. результирующие погрешности регисграции графопостроителя.Увеличение погрешностей при измейенияхскорости входного сигнала в графопостроителе, принятом за прототип, связано также с тем, что двигатель основной следящейсистемы перемещает весьма тяжелую систему, содержащую не только первую и вторую каретки, но и связанный с ними двигатель корректирующей следящей системыУвеличение массы и соответственномомента инерции подвижных частей основной следящей системы увеличивает погрешности последней при-изменениях скоростинарастания (убывания) входных сигналов,и, как следствие этого, возрастают абсолютные значения погрешностей на выходекорректирующей следящей системы и результирующие погрешности регистрации графопостроителя, Увеличение массы подвижных частей приводит при прочих рввныхусловиях к снижению быстродэйствйя гра5 7359 фопостроителя, т.е. и увеличению времени ггробега регистрирующим органом поля носителя записи по координатам Х и У.Целью изобретения является снижение динамических погрешностей при переменной скорости изменения входного сигнала и увеличение быстроде йствия графопостроителяПеречисленные выше электронные и ме"ханические узлы относятся к каналу записи входных сигналов по оси,ординат, причем узлы 1, 2, 4, 5 -9 относятся к ооновной следящей системе, а узлы 3, 1020 - к корректирующей следящей системе .В канале записи входных сигналов пооси Х входной сигнал Е поступает навторой вход устройства сравнения 21, свыхода которого сигнал поступает на нхоры ннтегро-дифференцирующих звеньев 22и 23, С выхода звена 22 напряжение,поступает на,последовательно включенныеусилитель 24 и двигатель 25, которыйчерез ременную или тросовую передачуперемешает тележку 26 и связанный с недвижок реохорда обратного преобразователя 27, выходной сигнал которого поступает на первый вход устройства сравнения21,Выходной сигнал интегродифференцирующего звена 23 поступаетна второй входустройства сравнения 28, выходное напряжение которого поступает на последовательно включенные интегро-днфференцир ующее Указанная цель в предлагаемом графопостроителе достигается благодаря тому,что в каждый канал записи нходных сигналов по оси абсцисс и оси ординат, содержащий основную и корректирующую следящие системы, введены три интегро-дифференцирующих звена, входы первого ивторого интегро-дифференцируюших звеньевсоединены с выходами устройств сравнения основной и корректирующей следящихсистем соответственно, выходы первого ивторого интегро-дифференцирующнх звеньев соединены с входами усилителей основной и корректирующей следящих системсоответственно, вход первого интегро-дифференцируюшегр звена соединен с входомтретьего интегро-дифференцирующегозве 25на, выход которого соединен со вторымвходом устройства сравнения корректирующей следящей системы, в графопостроитель введена зубчатая передача, котораямеханически соединена с преобразовате.лем вращат;вого движения в поступательное и с двигателем корректирующейследящей системы канала записи входныхсигналов по оси ординат, а двигатель корректирующей следящей системы канала за-З 5писи входных сигналов по оси абсцисс механически соединен с лентопротяжным мханизмом,На чертеже представлена структурнаясхема предлагаемого устройства,На второй вход устройства сравнения1 основной следящей системы канала записи по оси ординат поступает аходнйсигнал Б, . Выходное напряжение устройства сравнения поступает на входы интег 45ро-дифференцирующих звеньев 2 и 3, авыходной сигнал звена 2 - на вход последовательно включенных усилителя 4 и двигателя 5, Выходной вал двигателя 5 передает свое вращение оси 6, имеющей лыояку по всей длине, которая обеспечиваетпоступательное перемещение втулки 7 пооси 6 с возможностью вращения втулки 7от оси 6. Втулка 7 с помощью ременнойЫили тросоврй передачи связана с кареткой 8, на которой установлен движок; перемещающийся по реохорду обратного пре, образователя 9 (этот преобразователь 19 6может быть выполнен и бесконтактным).Выходное напряжение преобразователя 9поступает на первый вход устройства сравнения 1. Выходной сигнал интегро-дифференцирующего звена 3 поступает на второй вход устройства сравнения 10, выходное напряжение которого подается напоследовательно включенные интеграл.дифференцирующее звено 11, усилитель 12 идвигатель 13, который механически связан с обратным преобразователем 14 (обратный преобразователь может быть, например, выполнен в виде кругового раохорда) . Выходной сигнал преобразователи14 поступает на первый вход устройствасравнения 10,Двигатель 13 передает вращение нетолько движку обратного преобразователя14, но и управляющей оси 15, котораяимеет лыску по всей длине, что обеспечивает возможность перемещения втулки 16по оси 15 с одновременным вращениематой втулки при вращении оси 15.Вращение втулки 16 передается оси 17с помощью зубчатой передачи, напримерчервячной или конической передачи 18,Конструкция оси 17 аналогична конструкциям осей 6 и 15, благодаря чему она.передает вращение втулке 19, которая является частью преобразователя вращательного движения оси 17 в поступательноеперемещение ползуна 20, несущего органрегистрации графопостроителя,7 7359звейо 29, усилитель 30 и двигатель 31,который через механическую передачу передает вращение лентопротяжному механиэ-му 32, обеспечивающему поступательноеперемещение носителя записи, напримердиаграммной ленты 33,Двигатель 31 передает вращение такжеобратному преобразователю 34 (которыйможет быть выполнен, например, в видекругового реохорда или быть бесконтакт 10ным, например, оптоэлектронным), Выходное напряжение преобразователя 34 поступает на первый вход устройства сравнения 28, В канале записи по оси аб сцисс к основной следящей системе относятся узлы 21, 22, 24, 25, 26, 27, ак корректирующей - узлы 23, 28 -34.Узлы 8, 9, 17 - 20 установлены натележке 26, которая вместе с втулками7 и 16 может перемещаться вдоль осей 206 и 15 ио координате Х.Устройство работает следующим образом,Подлежащие регистрации сигналы Еи Е (Ф.) поступают на входы. устройств 25сравнения 1 и 21 соответствующих каначов записи по оси ординат и оси абсцисс,Основная следящая система канала э описи сигналов обеспечивает перемещениекаретки 8 и связанного с ней ползуна 20 ЗОс регистрирующим органом по оси ординат,а основная следящая система для записисигналов Е, (Ф,) обеспечивает перемещение,тележки 26 с кареткой 8 по оси абсцисс.35В результате регистрирующий орган вычерчивает на диаграммной ленте 33 функциональную зависимость Е= Г (Е),Корректируюшие следящие системы осуществляют коррекцию погрешностей основных следящих систем,Таким образом, построение графопостроителя по предлагаемой схеме позволяетснизить погрешности, возникающие прискачкообразньк изменениях скорости .45аходного сигнала по крайней мере в 10раэ по сравнению с соответствующими по грешностями прототипа,Вторым важным преимушеством предлагаемого графопостроителя является значительно большее быстродействие, в осо-.бенности по координате У по сравнению сбыстродействием устройства, принятого запрототип,Повышение быстродействия обусловленотем, что на тележке 26 отсутствуют какие-либо двигатели и связанные с нимимеханические передачи, что обеспечиваетсущественное уменьшение массы тележки 19 8по сравнению с массой подвижной системыпрототипа, которая (по координате У) со-,держит два двигателя и другие механические узлы.Снижение массы подвижных частей, перемещающихся по координате У, в предлагаемом графопостроителе достигнуто бле.годаря введенной зубчатой передаче, обеспечивающей перемещение ползуна 20 с регистрирующим органом при вращении валакорректирующего двигателя, установленного вне тележки,Снижение массы тележки, перемещающейся в предлагаемом графопостроителепо оси абсцисс, достигнуто благодаря то-.му, что на тележке отсутствуют какие-либо узлы, относящиеся к корректирующейследящей системе, а коррекция погрешностейосуществляется за счет перемещения йоси-.теля записи,Построение графопостроителей по предлагаемой схеме обеспечивает. повышениеточности и быстродействия, характеризуемое махсимальными погрешностями порядка 0,04% и 0,01% и скоростями регистрации 1 и 0,25 м/с соответственно,Высокая динамическая точность предлагаемых графопостроителей позволяет осуществлять высокоточную запись не толькомедленно изменяющихся параметров, но ибыстро протекающих процессов с частотнымспекчом порядка 50-100 Гц,Повышение производительности и точности процесса регистрации измерительнойинформации позволяет существенно (в 51 О) раз сократить время проведения дорогостоящих научных экспериментов, чтообеспечивает получение значительного технико-экономического эффекта,По данным ЦИАМ сокращение временииспытаний и снятия характеристик авиационных двигателей благодаря применениюграфопостроителей по предлагаемой схемепозволит получить технико-экономическийэффект порядКа 200 тыс,рублей на 100приборов за один год. формула изобретения Графопостроитель, содержащий каналы записи входных сигналов по оси ординат и оси абсциСс, лентопротяжный механизм, преобразователь вращательного движения в поступательное, механически связанный с регистрирующим органом, каждый канал записи входных сигналов содержит основную и кофектирующую следящие системы.,73591 причем основная следящая система содержит устройство сравнения и последовательно соединенные усилитель и двигатель, мханически связанный с регистрирующим органом и с обратным преобразователем, вМ-ход которого соединен с первым входомустройства сравнений, второй вход которого соединен с источникаю входного сигнала, а корректирующая следящая системасодержит устройство сравнения и последо Овательно соединенные усилитель и двига тель, механически связанный с обратнымпреобразователем, выход которого соединенс первым жодом устройства сравнения,отличающийся тем,что,сцелью повышения Динамической точностии быстродействия, в него введена зубчатая передача и в каждый канал записивходных сга идены три интегрс фди(ференцирующих звена, входы первого и второго интегрсь-дифференцирующих звеньевсоединены с выходами устройств сравненияосновной и корректирующей следящих сиотем соответственно, выходы первого и второго интегро-дифференцирующих звеньев 2 Юсоединены с входами усилителей основной 9 10и корректирующей следящих систем соответственно, нкод первого интегро-дифференцирующего звена соединен с входом третьего интегрСь-дифференцирующего звена, выход которогс соединен со вторым входомустройства сравнения корректирующей следящей систейы, зубчатая передача механически соединена с преобразователем вращательного вдвижения в поступательноеи с двигателем корректирующей следящейсистемы канала записи входных сигналовпо оси ординат, а двигатель. корректирующей следящей системы канала записи входньк сигналов по оси абсцисс механическисоединен с лентопротяжным механизмом.Источники информации,принятые во;внимание при экспертизе1. Котченко, Следящие системы автоматических компенсаторов, Л., "Нерра, 1965.2. Авторское свидетельство СССР579596, кл, О 05 В 11/00,1974,3, Марголин Ш. М. Дифференциальныйэлектропривод, М., "Энергия:, 1975,с. 163, рис 4-26.4. Патент США3,449.754,кл. 346-29, 10.06,69 (прототип).738919 Составитель В, Костиндактор Т, Иванова Техред А, Яеианская Корр Л. Гриценк илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проек 41 1/32 Тираж НИИПИ Государственногпо делам изобретений 035, Москва, Ж, Ра 01 П офиснокомитета СССРи открытийушская наб.,д. 4 Л