Фазовая следящая система с комбинированным управлением

(088.8) Опубликовано 07.07.80. Бюллетень25Дата опубликования описания 07.07.80 по делам изобретений и открытийИзобретение относится к системам програм. много управления и предназначено для точного управления положением рабочего органа за . счет выделения и введения в закон регулирования сигнала пропорционального скорости задаю 5 щего воздействия (скорости изменения фазы) в фазовых системах числового программного управления с магнитной лентой.Известно устройство, реализующее способ получения скоростного сигнала с магнитного носителя, содержашее последовательно соединенные усилитель и фазовый дискриминатор, другой вход которого через линию задержки подключен к выходу усилителя, в котором скоростной сигнал получают в виде напряжения, пропорционального разности фаз между сигналом, считанным непосредственно с ленты, и сигналом, задержанным по времени 1.Однако это устройство не может быть реализовано для современных промышленных сис. тем программного управления, так как сдвиг между сигналом, считанном с ленты и задержанным должен быть не менее полупериода изменения данныхсигналов. При опорных часто. тах, принятых в промышленных системах программного управления, зтот сдвиг должен сос.тавлять 4-5 мкс,Наиболее близким к изобретению техническим решением является фазовая следящая система с комбинированным управлением 2, содержашая последовательно соединенные фазовыйдискриминатор, усилитель-сумматор и исполнительный двигатель, выход. которого связан сблоком скоростной обратной связи и датчикомположения, выходы которых соединены соответ.ственно с первым входом усилителя-сумматораи первым входом первого фазового дискриминатора, а также задатчик, первый выход которого подключен к входу датчика положенияи преобразователь "частота-напряжение", выходкоторого соединен со вторым входом усилителя сумматора 2,Недостатком известной системы являетсямалая динамическая точность.В данной системе скоростной сигнал получается в виде разности двух напряжений про.порциональных частотам сигналов управляющего и опорного каналов, полученных путем746423 3преобразования частот этих сигналов в две серии нормированных по амплитуде и длитель. ности треугольных импульсов, с последующим выделением из каждой серии импульсов посто. янной составляющей.5Поскольку скоростной сигнал выделяется как разность двух приблизительно равных напряжений, точность выделения этого сигнала невелика,Цель изобретения - повышение точности системы путем повышения точности выделения сигнала, пропорционального скорости задающего воздействия в фаэовой системе программного управления.Это достигается тем, что в систему введены вычитатель частот, первый и второй блоки выделения девиации частоты, первый и второй формирователи импульсов, генератор импульсов, три триггера, причем первый и второй входы преобразователя "частота - напряжение" подключены соответственно к первому и второму выходам вычитателя частот, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков выделения девиации частоты, а первый и второй выходы эадатчика соответственно через первый и второй 5 формирователи импульсов подключены к первым входам первого и второго выделителей девиации частоты, выход второго формирователя импульсов соединен со вторым входом первого фазового дискриминатора, а первый и второй выходы генератора импульсов соединены соответственно с входами первого и второго тригге. ров, выходы которых подключены к вторым входам первого и второго блоков выделения девиации частоты, третьи входы которых соединены с выходом третьего триггера, а его вход - . с выходом второго триггера, причем каждый блок выделения девиации частоты содержит второй фазовый дискриминатор, первый вход которого подключен к первому входу блока, а первый и второй выходы соединены соответ. ственно с первыми входами первого и второго элементов И, а их выходы - с первым и вторым входами сумматора, выход которого через делитель частоты соединен с вторым входом второго фазового дискриминатора и выходом блока, а третий вход сумматора и вторые входы элементов И подключены соответственно ко второму и третьему входам блока.На чертеже приведена функциональная схемаы50 фазовои системы программного управления.Фаэовая система состоит из задатчика 1, вы. полнеиного в виде механизма 2 ввода программы, магнитного носителя, например, ленты, с программой 3, считывающих головок рабочего55 канала 4 и опорного канала 5, первого форми. рователя импульсов опорного канала 6, второго формирователя импульсов рабочего канала 7, первого фазового дискриминатора 8, усилителя 4сумматора 9, исполнительного двигателя 10,блока 11 скоростной обратной связи, датчика12 положения, первого блока 13 выделениядевиации частоты опорного канала, состоящеговз второго фазового дискриминатора 14, первогоэлемента 15 И, второго элемента 16 И, сумматора 17 и делителя 18 частоты, второго блока19 выделения девиации частоты рабочего канала, состоящего иэ второго дискриминатора 20,первого элемента 21 И, второго элемента 22И, сумматора 23 и делителя 24 частоты, первого триггера 25, второго триггера 26, третьеготриггера 27, генератора 28 импульсов, вычита.теля 29 частот, преобразователя 30 частота-напряжение", входной цепи 31 усилителя. сумматора.Формирователь 6 импульсов, первый блоквыделения девиации частоты 13 образуют опорный канал, а формирователь 7 и второй блок19 выделения девиации частоты образуют ра.бочий канал системы.Коэффициенты деления делителей 18 и 24частоты одинаковы и численно равны цене периода фазы сигнала, поступающего с фазовращательного задатчика 1,Фазовая следящая системаработает следующим образом,Информация о задающем воздействии насистему записывается на магнитной ленте 3 ввиде изменения начальной фазы напряжениярабочей дорожки:Зр 11 1 п 2о+ р+относительно фазы напряжения дорожки опорного каналаОо= 0 81 п 2, о + п Ф(2)где И, ио - напРЯжениЯ Рабочего и опоРногоканалов соответственно;1 о - опорная частота;1 Р(т) - девиация частоты, пропорциональная скорости задающего воздействия;1(1) - девиация частоты от нестабильности задающего генератора записывающей аппаратуры и нестабильнос.ти скорости лентопротяжных механизмов записывающей и воспро.изводящей аппаратуры.Рассмотрим случай отсутствия девиации частоты от помех в сигналах рабочего и опорногоканалов 1,(т) =О.В исходном состоянии задающее воздействиена систему отсутствует, т, е. т (1) =О, частотысигналов рабочего и опорного каналов фаэовращательного задатчика 1 равны, фазы напряжений, поступающих на первый фазовый дискриминатор 8 через формирователь 7 с фазовра.щательного задатчика 1 и датчика 12 положения,индукторная обмотка котрого питается напря.5 746423жепием опорного сигнала фазовращательного Из синусоидального напряжения канала рабозадагчика 1, находятся в согласованном состоя- чего сигнала -на выходе усилителя 4 формирова.нии, выходной сигнал фазового дискриминато- тель 7 фтель формирует прямоугольные импульсы,ра 8 равен нулю, и система находится в токое, длительность которых ра ньность которых равна половине периодаЕсли системе задано движение, то 1 (т) = О,р )= напряжения на выходе усилителя 4. Эти импульчастота сигнала рабочего канала станет неравной сы подаю ся нсы подаются на первыи вход фазового дискри.частоте сигнала опорного канала, спустя некото- мин о 20. Нминатора . а второй вход этого фазовоговыявит азностьдискриминатора подаются прямо -,от разность фаз между сигналом рабочего пульсг с выхода делителя 24, причем длитель.канала фазовращающего задатчика 1 и выход О ность этих импульсов равна половинепериоданым сигналом датчика 12 положения и выделит следовангя их.напряжение, пропорциональное этой разности г сигнала из синусоидаль.фаз. Напряжение с выхода первого фазового ного импульса с выхода ульса с выхода усилителя 5 формиродискриминатора 8 складывается на входных ватель 6 формирует прямоугол ньформирует прямоугольные импульсы,цепях 31 усилителя-сумматора 9 с выходным 1 длительность которых равна половине периоданапряжением блока 11 скоростной обратной напряжения на выходе усилителя 5. Эти импуль.связи и выходным напряжением преобразова- сы поступают на первый вход фазового диск и-теля "частота-напряжение" 30, усиливается уси- минатора 14. На второй вход этого фазового дилителем 9 и подается на яко ь исполнорь исполнительного скриминатора подаются импульсыс выхода дели-двигателя 10. Чсгголнительный вигательдвигатель 10 теля8, В исходном состоянии частота и фазавращается так, что частота напряжения на выхо- этих импульсов равны частоте и фазе импульде фазовращающего датчика 12 положения ста- сов на выходе делителя 24. Предположим, чтонет равной частоте сигнала рабочего канала,Ипри отсутствии задающего воздействия 1 (г)=0звестно что мгновенная скорость задающеф аю 1 его зада чика про 25 тоты следования импульс в на выходах дели1)а ения фазы напряже.канала Ф . Тог ания 1,вы ванное дев ацией Х (т), ко времен ервый слу ай, когда фазы импульсов, посту.в течейие которого произошло это приращен е .пающих на оба входа фазовых дискриминатофазы.р р щ ЗО ров 14 и 20 находится в согласованном состо.янии,Из уравнения (1) видно, чго напряжениерабочего канала наряду с полезной девиациейр(т) содержит девиацию частоты г(т), выз- минаторов 14 и 20 сигналы отсутствуют, наванную помехами. Напряжение опорно,н, "рые входы элементов 15, 16 И по каналуфазовращательного задатчика г 2) так . 35 опорного сигнала и 21, 22 И по каналу рабодевиацию частоты от помех. Так как условия р ющие потенциальг,чего сигнала подаются запи азаписи и воспроизведения рабочего и опорногосигналов на магнитной лен фт ой ленте фазовращающегоорног на вторые входы этих элементов с выходатриггера 27 не пройдут на входы сумматоровзадатчика 1 одинаковы, то девиация частоты,.б- 40 17 по каналу опорного сигнала и суМматорово условленная помехами, в выражениях (1) и 23 по каналу рабочего сигнала и на выход(2) одинакова, то для получения алгоритма" б т иуцут проходить импульсы только с третьихскоростного сигнала следует выделить девиа. входов.цию частоты в напряжении рабочего канала; вы.делить девиацию частоты в напряжении опорно- На третьи входы сумматоров 17 и 23 лого канала; вычесть из девиации частоты напря- ступают импульсы одинаковой частоты ижения рабочего канала девиацию частоты опор- сдвинутые на 90 относительно друг друга.ного канала; полученную разность девиаций Следовательно, при отсутствии импульсов начастот преобразовать в постоянное напряжение. остальных входах "этих схем, частота"импульДевиация частоты сигнала рабочего канала сов на вьгходах сумматоров 17 и 23 б детфазов аф р щаюцгего задатчика выделяется блоком одинакова. Импульсы с в 17мпульсы с выхода сумматора19, а опорного - блоком 13, причем, выделе- поступают на вход делителя 18 и на первыйние девиации частот сигналов как рабочего, вход вычитателя частот, а импульсы с выхо.29,так и опорного каналов осуществляется с да схемы 23 - на вход делителя 24 и второйпомощью общих для обоих каналов элементов вход вычитателя частот 29, Тт, ак как частотыи . Рабога обоих блоков одинакова. импульсов на обоих входах вычитателя частотПеред включением схемы в работу делителя 29 одинаководинаковы, то на выходах этого блока им.18 и 24 устанавливаются в одинаковое (нулевое) пульсы отсутствуют, на входы преобразователясостояние известным способом. "частота-напряжение" 30 ничего не поступаетФ6423 8 5 10 15 20 25 30 35 7 74 и на выходе его нулевой сигнал. С другой сто- роны, количество импульсов, поступающих на входы делителей 18 и 24, осталось одинаковым и неизменным, следовательно, фазы импульсов на выходах этих делителей тоже остались неизменными.Второй случай, когда фазы импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 не согласованы. При отсутствии задающего воздействия и помех в сигналах рабочего и опорного каналов разность фаз импульсов на первом и втором входах фазовых дискриминато. ров 14 и 20 будет одинакова.Допустим, полярность разности фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 такова, что импульсы рассогласования появ. ляются на выходах, соединенных со входами элементов 15 и 21 И.На вторые входы этих элементов подаются импульсы высокой частоты с выхода триггера 27. В результате, на выходах элементов 15 и 21 появятся пачки импульсов. Количество импульсов в обеих пачках одинаково и пропор. ционально разности фаз импульсов на входе каждого из фазовых дискриминаторов 14 и 20.Пачка импульсов с выхода элемента 15 И подается на первый вход сумматора 17, а с выхода элемента 21 И - на первый вход сумматора 23. Таким образом, на время прохождения указан. ных пачек импульсов через сумматоры 17 и 23 частоты следования импульсов на их выходах увеличиваются. С некоторым сдвигом во времемени увеличиваются частоты импульсов на выходах делителей 18 и 24. Следовательно, сдвиги фаз импульсов на вторых входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 будут уменьшаться и ко времени прохождения пачки импульсов свыходов элементов 15, 21 И через делители 18 и 24 фазы импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 достигнут согласованного состояния.Поскольку количество импульсов в пачках, поступивших на первые входы сумматоров 17 и 23, одинаково, и пачки эти на обе схемы приходят одновременно, то, частоты следования импульсов на выходах сумматоров 17 и 23 одинаковы в любой момент времени, следовательно, частоты импульсов, поступающих на входы вычитателя частот 29 равны на его выходах импульсы отсутствуют, на входы преобразователя "частота-напряжение" 30 ничего не поступает и скоростной сигнал отсутствует,Если начальная разность фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 имеет противоположный знак, то импульсы раосогласования появляются на вторых выходах указанных фазовых дискриминаторов, Эти Импульсы поступа 1 от на первые входы элементов 16 и 22 И соответственно. Пачки импульсов с выхода элемента 16 И поступают на второй вход сумматора 17, а с выхода эле мента 22 И - на второй вход сумматора 23.В результате, частоты импульсов на выходахсумматоров 17 и 23 уменьшаются на однуи ту же величину. Это приводит к изменениюфазы импульсов на выходах делителей 18 и 24так, чтобы начальные разности фазы импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14и 20 стали равными нулю. Так как частотыимпульсов, поступающих на оба входа вычитателя частот 29 одинаковы, то на его выходеимпульсов нет, на вход преобразователя 30ничего не поступает и напряжение на его выхо.де, пропорциональное скоростному сигналу,равно нулю,Рассмотрим случай появления девиации частоты от помех в сигналах рабочего и опорногоканалов при отсутствии задающего воздействия,т. е. тп (т)О, а т (т) = О, В этом случаеот девиации частоты 1(т) начнет нарастатьразность фаз импульсов на входах фазовыхдискриминаторов 14 и 20.Так как девиащ 1 я частоты от помехи 1 п(т)в обоих каналах одинакова, то и разность фазимпульсов на обоих входах фазовых дискриминаторов 14 и 20 будет нарастать синхронно исинфазно. Возникновение одинаковой разностифаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20, как и при наличии начальногосдвига фаз импульсов на входах фазовых дискриминаторов 14 и 20, вызовет изменениечастоты импульсов на выходах сумматоров 17и 23 на одну и ту же величину ЬХ(1), котораяс некоторым сдвигом во времени будет следо.вать за девацией 1 п(т), за счет чего будут компенсироваться сдвиги фаз импульсов на входахфазовых дискриминаторов 14 и 20. Так какчастоты импульсов на обоих входах вычитателя 29 частот равны, то и в этом случае напряжение на выходе преобразователя 30 равно нулю.Если не выполняется предположенное выше равенство частоты 1 о в уравнениях (1) и (2) частотам Х 1 г на выходах делителей 18 и 24 в исходном состоянии, причем, в исходном состоянии 1, = 1 г, то наличие разности0 о М = (то - гг)Равносильно наличию девиации частоты Ио - Х 1) в сигналах рабочего и опорного каналов одно. временно, Этот случай рассмотрен выше приусловияхФО, Р 1,т) =0Работа устройства при наличии в сигнале рабочего канала девиации частоты от управля. ющего воздействия и помех, а в сигнале опорного канала - девиации частоты от помех происходит следующим образом,В исходном состоянии 1 о= 1, = 1 г, В этом случае изменение частоты следования импуль.23 10но соединениьсе первый фазовый дискриминатор, усилитель. сумматор и исполнительный двигатель, выход которЬго связан с блоком скорос.гной обратной связи и датчиком положения,выходы которых соединены соответственно спервым входом усилителя-сумматора и первымвходом первого фазового дискриминатора, атакже задатчик, первый выход которого подключен к входу датчика положения и преобразователь "частота-напряжение", выход которогосоединен со вторым входом усилителя-сумматора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения точности системы, в нее введенывычитатель частот, первый и второй блоки выделения девиации частоты, первый и второйформирователи импульсов, генератор импульсов,три триггера, причем первый и второй входыпреобразователя "частота-напряжение" подключены соответственно к первому и второму вы.ходам вычитателя частот первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков выделениядевиации частоты, а первый и второй выходызадатчика соответственно через первый и второйформирователи импульсов подключены к первымвходам первого и второго выделителей девиации частоты, выход второго;формирователяЫпульсов соединен со вторым входом первогофазового дискриминатора, а первый и второйвыходы генератора импульсов соединены соответственно с входами первого и второго триг.геров, выходы которых подключены к вторымвходам, первого и второго блоков выделениядевиации частоты, третьи входы которых соединены с выходом третьего триггера, а его вход -с выходом второго триггера,2. Устройство по п.1, о т л и ч. а ю щ ее с я тем, что блок выделения девиации частоты содержит второй фазовый дискриминатор,первый вход которого подключен к первомувходу блока, а первый и второй выходы соединены соответственно с первыми входами пер.вого и второго элементов И, а их выходы -с первым и вторым входами сумматора, выходкоторого через делитель частоты соединен совторым входом второго фазового дискриминатора и выходом блока, причем. третий входсумматора и вторые входы элементов И подключены соответственно ко второму и третьемувходам блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 147885,кл. 6 ОБ 8 19/16, 04.07.61.2. Авторское свидетельство СССР Яф 318016,кл. (3 ОБ В 11/06, 23.04.70 (прототип). Формула изобретения1. Фазовая следящая система с комбиниро 55ванным управлением, содержащая последователь. 9 7464 сов на выходе сумматора 23, вызванное пали чием в сигнале рабочего канала девиации . частотытр(т) + п(т)будет равно величине Х (т) + 1 п(т), а измене 5 ние частоты на выходе сумматора 17, вызванное девиацией частоты сигнала опорного канала 1 п(т) будет равно величине 1 п(т). Следовательно на первый вход вычитателя частот 29 поступят импульсы с частотой 10рп(т) (3) а на второй - с частотойэ= 1 т + п (т)(4) где тт частота импульсов на выходе тригге.ров 25 и 26.На одном из выходов вычитателя частот 29 в зависимости от знака разности 1, - 12 . появятся импульсы с частотой1 2 т п (т) п (т) т п(т) "р(т)Эти импульсы подаются на соогветствующий - вход преобразователя 30 "частота-напряжение" 30 и на выходе этого преобразователя появляетсянапряжение пропорциональное 1 (т) .Если учесть, что управляющее воздействие на фазовую следящую систему пропорционально из 25 менению начальной фазы 1 р сигнала рабочего канала (1) относительно сигнала опорного канала (2), а указанная фаза пропорциональнаргде к - коэффициент пропорциональностиЗО то величина 1 (т) пропорциональна скорости задающего воздействия, следовательно, напряжение на выходе преобразователя 30 "частота-на. пряжение" пропорционально скорости задающеговоздействия. 35Это напряжение подается на входные цепи 31 усилителя-сумматора 9.Триггеры 25, 26 введены в схему для создания сдвига во времени для импульсов, поступающих от генератора 28 на входы сумматоров 4 О 17 и 23, на 90 для обеспечения надежной работы вычитателя 29 частот.Использование предлагаемой фазовой системы с комбинированным управлением в отраслях народного хозяйства, насыщенных техникой с 45 программным управлением, позволит повысить точностные и качественные характеристики станоч. ного парка и тем самым ликвидировать доводочную технологию для особоточных деталей, Экономия от применения предлагаемой системы только 5 О на станках с ПУ предприятий отрасли составитоколо 200 тыс. руб.