Цифровая следящая система

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик в 934446.65(088.8) аа делаи кзабретеннк и аткрыткй(71) Заявите ститут автоматики н влек фРОВ ЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в устройствах позиционирования станков с программным управлением, прецизионных фотограмметрических устройствах и лазерных фотопостроителяхИзвестна цифровая следяшая система управления перемещением, в которой физическое перемещение объекта фиксирует- ся при помощи информации реверсивного счетчика. Система содержит реверсивный счетчик, операционный усилитель, преобразователь скорости перемещения объекта в постоянное напряжение, формирователь управляюшего сигнала с усилителем мощности, исполнительное устройство, и частотный датчик 11 .Недостатком системы является пониженное быстродействие.Наиболее близкой к предлагаемой по технической сушности является цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные усилитель, исполнительное устройство, объект управления и частотный датчик перемещения, триформирователя импульсов, выходы которых соединены со входами усилителя, двареверспвных счетчика, информационныевыходы разрядов которых соединены с %первым и вторым преобразователями .кодчастота, выходы преобразователей кодчастота соединены со входами первого ивторого формирователей импульсов, а входтретьего формирователя подключен к имтепульсному выходу частотного датчикаперемещения, входы первого и второгореверсивных счетчиков соединены с выходами соответственно первого и второгочисло-импульсных сумматоров, входы первого импульсного сумматора подключеныко входам блока,. задающего величину перемешения объекта, и частотного датчикавеличины перемещения объекта, а входывторого - к выходам частотного датчикаперемещения и логического узла, подклточенного входами к первому преобразователю код-частота и знаковому разрядупервого реверсивного счетчика 2),3 9344Недостатком такой системы является ограниченное быстродействие, вызванное тем, что коэффициент обратной связи по скорости во время позиционирования остается неизменным. 511 ель изобретения - повышение быстродействия системы.Укаэанная цель достигается тем, что цифровая следящая система, содержащая первый и второй блоки алгебраического ло суммирования, первый и второй преобразователи код - частота, выходы которых подключены к импульсным входам первого и второго формирователей импульсов соответственно и третий формирователь 15 импульсов, выход каждого из формирователей импульсов подключен к соответствующему входу усилителя, выход которого через исполнительный механизм соединен со входом объекта управления, вход которого подключен ко входу датчика перемещений, информационный выход второго блока алгебраического суммирования соединен с входом второго преобразователя код - частота, содержит 25 также делитель частоты, дешифратор и шифратор, вход которого подключен ко входу дешифратора и к информационному выходу первого блока алгебраического суммирования, знаковый выход которого соединен с управляющими входами второго блока алгебраического суммирования и первого формирователя импульсов, а управляющий и счетный входы - с знаковым и импульсным выходами датчика35 перемещения соответственно, выход шифратора соединен со входом первого преобразователя код - частота, выход которого подключен к счетному входу второго блока алгебраического суммирования, вход40 установки в ноль которого соединен с одним выходом дещифратора, другой выход которого подключен к управляющему входу делителя частоты, имрульсный вход которого соединен с импульсным выходом45 датчика перемещений, а импульсный выход - с импульсным входом третьего формирователя импульсов, урравляющий вход которого подключен к знаковому выходу датчика перемещений, знаковый выход второго блока алгебраического измере 50 ния соединен с управляющим входом второго формирователя импульсов. На фиг. 1 приведена функциональная схема системы; на фиг, 2 - схема дешифратора и делителя частоты; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы системы,46 4цифровая следящая система содержитуправляющий 1, счетный 2, информационный 3 входы, информационный 4 и знаковый выход 5 первого блока алгебраическогосуммирования, первый блок 6 алгебраического суммирования, шифратор 7, первый преобразователь 8 код-частота, управляющий 9, счетный 10, установки внулевое состояние 11 входы, и информационный 12 и знаковый 13 выходывторого блока алгебраического суммиро-вания, второй блок 14 алгебраическогосуммирования, второй преобразователь 15код-частота, импульсный 16, управлякщий 17 вхоаы и импульсный 18 выходделителя частоты, целитель 19 частоты,дешифратор 20, первый 21, второй 22и третий 23 формирователи импульсов,усилитель 24, исполнительный механизм25, объект 26 управления, импульсный27 и знаковый 28 выходы частотногодатчика, частотный датчик 29, первыйи второй элементы И-НЕ 32 и 33, логические узлы 34, третий и четвертыйинверторы 35 и 36, элемент ИЛИ-НЕ37, счетный 38 управляющие 39 исуммирующие 40 входы счетчика 41,рассогласование в системе 9 частоты наимпульсных выходах преобразователя 8 идатчика 29 Г и Г, коэффициент деления делителя 19 и,Система работает следующим образом.Величина рассогласования в прямомпозиционном коде со знаком плюс илиминус со входов 3 заносится в блок 6.Значение рассогласования Я преобразуется с помощью преобразователя 8 вчастоту следования импульсов , пропорциональную коду числа, формируемомушифратором 7. Как видно из фиг. 3, преобразователь 8 обеспечивает линейноеизменение частот в пределах некотороймалой зоны рассогласования 5. Внеэтой зоны обеспечивается постоянствочастоты Г . Последовательность импульсов с частотой Г и знаковый сигнал свыхода 5 блока 6 поступает на формирователь 21, вырабатывающий импульсыпостоянной длительности и амплитуды,причем знак амплитуды соответствуетзнаку величины рассогласования, Этиимпульсы поступают на вход усилителя24, который преобразует их в сигнал управления механизмом 25, который приводит в движение объект 26 и закрепленный на нем датчик 29 в таком направлении, при котором значение рассогласованияформируемое блоком 6, стремитсяк нулю. Если значение рассогласования934446 5превышает зону 5, на вход усилителя поступает от формирователя 23 частота, пропорциональная скорости движения объекта 26. Частота на выходе формирователя 22 при этом равна нулю, так как до 5тех пор пока объект 26 не переместится в зону 5 на входе 11 блока 14 дешифратор 20 поддерживает сигнал, удерживающий триггеры счетчика в нулевом, состоянии. Во время позиционирования О дешифратор 20 определяет зону 5 (где1 = 1 2, 3, ), в которой находитсяобъект позиционирования. Значение каждой эоны, начиная со второй, может быть определено из выражения 56 (в -) 5;, (1) где В - основание выбранной системысчисления.Если ощибка рассогласования превышает зону , на и-ных выходах дешифратора имеется только один разрешающий сигнал, который поступает на одиниэ управляющих входов счетчика 41. На вход 38 этого элемента поступает через инвертор 36 частота датчика 29. Для 25 каждой из зон дешифратор 20 устанавливает вполне определенный коэффициент деления частоты датчика 29. ЗначениеВэтого коэффициента для эоны 1 (где 1= = 2, 3, 4, ) равно 30Ил =В И,;,у(2)Поскольку следящая система при рас.согласовании, превышающем зону ь, является системой с пропорционально-дифференциальным управлением, В установившемся режиме значения частот на выходе формирователей 21 и 23 должны быть равны. (Это означает, что при движении в зоне б, где 1 Ъ 2, реальная скорость объекта будет в В раэ больше, 4 р чем максимальная скорость перемещения внутри зоны 5, где коэффициент деления частоты датчика принят за единицу.На фиг. 3 этой скорости соответствуетчастота Г на выходе 27 датчика 29.В момент, когда объект управления, входит в зону 9, иа входах 39 счетчика 41 будут запрещающие потенциалы, при этом разрешающий потенциал на выходе инвертора 35 разрешает поступление импульсов датчика через элемент И-НЕ 37 на вход 40 счетчика 41. Следовательно, на выходе 18 элемента 40 присутствуют все импульсы датчика перемещения объекта.55Сигнал на выходе 11 дешифратора 20 разрешает также счет импульсов преобразователя 8 блоком 14. При этом на вход формирователя 22 начинают постубпать импульсы, частота которых пропорциональна интегральной составляющейошибки рассогласования. Знак амплитудыимпульсов на выходе формирователа 22,определяет знаковый разряд блока 14.В зоне Я,; система является системойс интегральным управлением, в которойуправляющий сигнал на исполнительномустройстве пропорционален алгебраичес-кой сумме ошибка рассогласования, еепроизводной и интегралу ошибки.Таким образом, как и в известнойсистеме, статическая ошибка в точке позиционирования равна нулю,Если в качестве частотного датчикаперемещений использовать лазерный интерферометр, то диапазоны изменениавеличины перемещения и скорости могутсоставлять соответственно (10 - 10 ) ф1и (10" - 10 ) 8 ч, где 8 - шагквантования перемещения, д - щаг квантования скорости, в то время как диапазон преобразования последовательностиимпульсов в напряжение, управляющееисполнительным устройством,может составлять (10 - 10 ) Д где Вц - шаг4квантования напряжения.Поэтому в следящей системе (2) отработка рассогласования в диапазоне4 5перемещений, превышающем (10 - 10 )д может осушествлатьса с ограничен 6,ной постоянной скоростью, не пропорциенальнбй ошибке рассогласования. Повышение быстродействия в предлагаемой системе достигнуто благодаря ступенчатому изменению коэффициента демпфирования при позиционировании объекта в зонах, значения которых определяются в соответствии с выражением (1). При больших рассогласованиях демпфирование мало, а по мере приближения к положению равновесия оно увеличивается.При выбранных в соответствии с (1) и (2) значениями зон и коэффициентов деления для.частоты, пропорциональной скорости движения объекта, перемещение последнего вне зоны пропорциональ)ного управления 6может быть определено из выраженияЧд= В" "Мэгде Ч - максимальная скорость объектав зоне точного управления;М , - скорость движения объекта в%зоне;1 - номер зоны.Это означает, что при отработке боль ших расс тласований перемещения объекта7 9344 позиционирование производится с большей скоростью, чем в системе, выбранной за прототип, что в конечном счете уменьшает общее время позиционирования объекта, 5 формула изобретения 11 ифровая следящая система, содержа О шая первый и второй блоки алгебраического суммирования, первый и второй преобразователи код - частота, выходы которых подключены к импульсным входам первого и второго формирователей импульсов соответственйо и третий формирователь импульсов, вцход каждого из формирователей импульсов подключен к соответствующему входу усилителя, выход которого через исполнительный механизм соединен со входом объекта управления, выход которого подключен ко входу датчика перемешений, информационный выход второго блока алгебраического суммирования соединен с входом второго преобразователя код - частота, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия системы, она содержит делитель частоты, дешифратор и шифратор, вход которого подключен ко входу дешифрвтора и к информационному выходу первого блока алгебраического 46 8суммирования, знаковый выход которого соединен с управляющими входами второго блока алгебраического суммирования и первого формирователя импульсов, а управляюший и счетный входы - с знаковым и импульсным выходами датчика перемещения соответственно, выход шифратора соединен со входом первого преобразователя код - частота, выход которого подключен к счетному входу второго блока алгебраического суммирования, вход установки в ноль которого соединен с одним выходом дешифратора, другой выход которого подключен к управляющему входу делителя частоту, импульсный вход которого соединен с импульсным выходом датчика перемешений, а импульсный выход - с импульсным входом третьего формирователя импульсов, управляющий вход которого подключен к знаковому выходу датчика перемещений, знаковый выход второго блока алгебраического суммирования соединен с управляющим входом второго формирователя импульсов. Источники информа ции,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3571685,кл. 318-603, опублик. 1974,2. Патент. США3555392,кл. 318-603, опублик, 1969 (прототип),934446,Составитель Н. БелинкРедактор Л. Горбунова Техред З,фанта орректор М. Пожо 35/44 Тираж 914 , По ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4дписн аз илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4