Источник питания фазовой следящей системы

,1238 О 27 б 9 4 С 05 В 1 ь пьс ВИЯ ФА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Макеев Ю.Е. и Сосокин В.А. Системы автоматического управления станками. М.: Машиностроение, 1978, с. 161 .Авторское свидете. тво СССР1023280, кл. С 05 1/26, 1982. (54) ИСТОЧНИК ПИТАН ЗОВОЙ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ(57) Изобретение относится к области энергоснабжения и может быть применено в качестве источника питания синусно-косинусных вращающихся трансформаторов канала задания и канала обратной связи фазовых следящих сис" тем. В предлагаемом устройстве реша-, ется задача стабилизации сдвига фаз между его выходными напряжениями. При этом импульсы с первого выхода генератора импульсов .поступают на вход делителя частоты, на выходе которого устанавливается единичный потенциал. Он переключает первый .триггер в противоположное состояние. Одновременно он разрешает работу вычитающему счетчику в счетном режиме. Этот, счетчик по второму входу первого элемента И разрешает прохождение импульсов с первого выхода генератора импульсов на вычитающий вход вычитающего счетчика. После подачи на вычитающий вход этого счетчика числа импульсов, соответствующего предварительно записанному в нем числу, на его выходе формируется нулевой потенциал, который через второй элемент И самоблокирует второй счетчик и через первый инвертор устанав-, ливает второй триггер в нулевое состояние. С приходом других .импульсов генератора. переключения триггеров повторяются и на их выходах формируются прямоугольные меандры со скважй костью 2. Из этих меандров йервый Е и второй фильтры выделяют первые гармоники, сдвинутые на угол М, Они усиливаются и подаются на впервые . и вторые обмотки вращающихся трансформаторов, применяемых в качестве фазовых датчиков канала задания и каналаюаеф .обратной связи. Указанные напряжения должны быть ортогональны. Фазы этих напряжений контролируются двумя нуль- Сф органами. Величина отклонения фазы ОО между этими напряжениями от 90 фик- ( сируется реверсивным счетчиком, ко- Ьф торый меняет величину числа, записи- ак ваемого в вычитающем счетчике. Изменение этого числа вызывает измене-: ние фаз напряжений питания вращаю- . щихся трансформаторов, 2 ил.мирователи коротких отрицательных импульсов типа одновибратора.Формироцатели 8 и 9 импульсов управляются соответственно передними фронтами положительных импульсов нуль-органов 6 и 7.В качестве триггеров 1 О и 15 можно применять любые П-триггеры с динамическим управлением, например триггеры 155 ТМ 2. Первый триггер 10 применен в качестве счетного триггера, причем его инверсный выход и второй вход (т,е. 0-вход) соединены между собой.В качестве фильтров 11 и 13 можно применять любые фильтры нижних частот, обеспечивающие получение из меандра синусоидальных напряжений с малыми коэффициентами нелинейных искажений (КО,ОЗЖ.В качестве усилителей 12 и 14 можно применять любые усилители, обеспечивающие согласование между выходами фильтров 11 и 13 и обмотками вращаю-. щихся трансформаторов 4 и 5 при не" линейных искажениях, определяемых необходимой точностью следящей системы, ,в которой они установлены.В качестве счетчиков 16, 17 и 32 применены счетчики, обладающие возможностью предварительной записи кодов, например счетчик, состоявший из после-. довательно соединенных четырехразрядных двоичных реверсивных счетчиков 155 ИЕ 7.В качестве генератора 18 импульсов можно применять любой нз известных кварцевых генераторов импульсов.В качестве делителя 19 частоты можно применять любые делители частоты, например делитель, состоящий из последовательно соединенных счетчиков 155 ИЕ 6.В качестве инверторов 22, 23 и 24 можно применять любые логические элементы, реализующие функцию. НЕ, например при построении источника питания на МС серии 155 можно применять элементы 155 ЛН 6.В качестве элементов И-НЕ 25 и 26 можно применять любой логический элемент, реализующий функцию И-НЕ, например при построении источника питания на МС серии 155 можно применять . элементы 155 ЛА 1.В качестве элементов И 27-31 можно применять любые логические элементы, реализующие функцию И, например при построении источника питания на МС 1 1238027Изобретение относится к энергоснабжению и может быть применено в качестве источника питания синусно-косинус-.ных вращающихся трансформаторов канала задания и канала обратной связи 5фазовых следящих систем.Цель изобретения - повышение стабильности источника питания (т.е. повышение стабильности фазового сдвигамежду выходными напряжениями источника питания).На фиг. 1 представлена структурная схема источника; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на выходахэлементов источника, 15Схема содержит фазовый дискриминатор 1, канал 2 задания, канал 3обратной связи, вращающиеся трансформаторы 4 и 5, нуль-органы 6 и 7, форМирователи 8 и 9 импульсов, первый 20триггер 1 О, первый фильтр 11, первыйусилитель 12, второй фильтр 13, вто. рой усилитель 14, второй триггер 15,реверсивный счетчик 16, первый вычитающий счетчик 17, генератор 18 импульсов, делитель 19 частоты, нульорганы 20 и 21, первый, второй и треуий инверторы 22, 23 и 24, первый ивторой элементы И-НЕ .25 и 26, первый-пятый элементы И 2731, второй вычитающий счетчик 32.На фиг, 1.и 2 .приняты обозначения:с-угол поворота еадающего вала,угол поворота выходного вала системы,.угол сдвига,фаз, Ч - угол сдвиг . 135га фаз меандров, йЧ - ошибка фазы,О - выходной сигнал -го элемента,аО; - сигнал на 1-м входе 1-го элемента.В качестве фазового дискриминатора1 можно. применять любой ЙБ-триггер,40например триггер 155 ТМ 2.В качестве первого и второго вращающихся трансформаторов 4 и 5 канала .2 задания и канала 3 обратнойсвязи можно применять любые из извест.45ных вращающихся трансформаторов сдвумя входными обмотками (двухПолюсные или многополюсные, контактныеили бесконтактные).В качестве нуль-органов 6,7, 20 и 5021 можно применять любой из известных нуль-органов, но при построенииисточника на элементах МС серии 155в качестве нуль-органов удобно испольэовать интегральные компараторы типа 5552 1 СА 2.Первый и второй формирователи 8и 9 импульсов представляют собой фор.серии 155 можно применять элементы 155 ЛИ 1,Источник работает следующим образом.Импульсы с первого выхода генера 5 тора 18 импульсов поступают на вход делителя 19 частоты с коэффициентом деления Ч-- -"- - (где- частота2"Чи импульсов генератора 18 импульсов,- частота напряжений, питающих обмотки вращающихся трансформаторов 4 и 5) и на его выходе образуются короткие нулевые импульсы частотой= 22 (см. фиг.2 а). Нулевой импульс с выхода целителя частоты 19 выполняет следующие подготовительные операции подготавливает к переключению первый триггер 10, по первому входу блокирует третий элемент И 29, препятствуя изменение выходного кода на разядных выходах реверсивного счетчика 16, по входу предварительной записи во втором счетчике 32 производит запись числа, соответствующе-Ъ 5 го сдвигу фаз М и установленного на информационных входах второго вычитающего счетчика 32 с разрядных вы- . ходов реверсивного счетчика 16, и по второму входу блокирует первый . элемент И 27. На выходе второго вы 30 читающего счетчика 32 устанавливается единичный потенциал, снимающий блокировку по второму входу второго элемента И 28, а через первый инвертор 22 подготавливающий второй триг- И гер 15 к переключению.С приходом очередного импульса с первого выхода генератора 18 импульсов на выходе делителя частоты 19 ус-танавливается единичный потенциал, 4 О который переключает первый триггер 10 в противоположное (например, еди-ч ничное) состояние.Одновременно единичный потенциал с выхода делителя 19 частоты по входу 45 предварительной записи разрешает работу второго вычитающего счетчика 32 в счетном режиме и по второму входу первого элемента И 27 разрешает прохождение импульсов с первого выхода 50 генератора 18 импульсов на вычитающий вход второго вычитающего счетчика 32: После подачи на вычитающий вход второго вычитающего счетчика 32 числа импульсов, соответствующего 55 числу предварительной записи, на его выходе появляется нулевой потенциал, которым он самоблокируется в нулевом 10 1238027 4состоянии через второй элемент И 28,а через первый инвертор 22 на первыйвход второго триггера 15 подаетсяединичный потенциал. Второй триггер15 устанавливается в единичное состояние (на его второй вход подаетсяединичный потенциал с прямого выходапервого триггера 10), Следующий нулевой импульс с выхода делителя 19частоты выполняет указанные подготовительные операции, а единичный потенциал с его выхода устанавливаетпервый триггер 10 в нулевое состояние и разрешает работу в счетном режиме второму вычитающему счетчику 32,который через время задержки, соответствующее коду, подаваемдму на егоинформационные входы, своим нулевымвыходным потенциалом через второйэлемент И 28 самоблокируется и через первый инвертор 22 по первомувходу устанавливает второй триггер 15в нулевое состояние.С приходом следующих импульсовс выхода делителя 19 частоты переключения первого и второго триггеров 10и 15 повторяются,Таким образом, на выходах первогои второго триггеров 10 и 15 формируются прямоугольные меандры со скважностью 2 частотой=/2 сдвинуЭтые относительно друг друга на уголопределяемый вторым вычитающимсчетчиком 32.Из сформированных на выходах первого и второго триггеров 1 О и 15меандров фильтрами 11 и 13, выделяются первые гармоники частотой 1, сдви".2нутые относительно друг друга на уголф 2, которые усиливаются усилителями12 и 14 и подаются соответственно напервые и вторые обмотки вращающихсятрансформаторов 4 и 5, применяемыхв качестве фазовых датчиков канала 2задания и канала 3 обратной связи.С выходов третьих обмоток вращающихся трансформаторов 4 и 5 напряжения синусоидальной формы, несущие соответственно информацию об угле оповорота задающего вала и угле 13.поворота выходного вала системы, подаются на нуль-органы 6 и 7 для усиления и ограничения. В момент перехода этих сигналов через нуль в положительном направлении формирователи 8 и 9 импульсов формируют короткие нулевые сигнады, подаваемые соответственно на первый и второй входыфазового дискриминатора 1.Таким образом, выходной сигналфазового дискриминатора 1 модулируется ло ширине сигналом фазового рассогласования И - Р хавала 2 заданияи канала 3 обратной связи.Использование в качестве фазовыхдатчиков канала 2 заданная и канала3 обратной связи вращающихся трансформаторов 4 и 5 одного типа значи ртельно повышает. точность фазовой следящей системы, так как происходитвзаимная компенсация погрешностей,обоих датчиков.Однако для обеспечения высокойточности фазовых датчиков (т,е. вращающихся трансформаторов 4 и 5) их1первые и вторые обмотки должны бытьзапитаны ортогональными напряжениями. 20Поэтому угол М сдвига фаз меандЯров, формируемых на выходах первогои второго триггеров 10 и 15, определяется вторым вычитающим счетчиком32 и устанавливается из расчета формирования на выходах первого и второ.го усилителей 12 н 14 косинусоидального исинусоидального напряжений,,т,е, гармонических напряжений, фазовый сдвиг Ч между которыми. составляет 90 эл.град.Обеспечение этого равенства (Ча90 ) в условиях эксплуатации при наличии температурных и временных изменений параметров элементов фильтров 11 и 13 и усилителей 12 и 14 ьсу 35ществляет блок управления, состОящийиэ нуль-органов 20 и 21, первого вы,читающего счетчика 17, первого и второго элементов И"НЕ 25 и 26, второгои третьего инверторов 23 и 24, третьего, четвертого,и пятого элементов 4 29, 30 и 31 и реверсивногосчетчика 16.Указанный блок управления источника питания работает следующим обра 45зом,Напряжение Псам.Л (где 0 и ц 1 амплитуда и частота питающего напРякения; е - время) с выхода усилителя12 усиливается и ограничивается нуль Оорганом 20, а напряжение с выхода .усилителя 14 " нуль-органом 21.Рассмотрим работу блока управленияс момента времени 1 (фиг.2 б, прохождение сигнала Оьд С через нуль в от 55рицательном направлении) .Нулевой потенциал с выхода нульоргана 20 повторому входу четвертого элемента И 30 блокирует прохождениесигналов с второго выхода генератора18 импульсов на счетный вход первоговычитающего счетчика 17, по входупредварительной записи первого вычитающего счетчика 17 осуществляет запись в нем числа, соответствующегоозаданному углу сдвига ч90Единичный сигнал с выхода первоговычитающего счетчика 17 снимает повторому входу блокировку с пятогоэлемента 4 31, по первому входу разрешает работу первого элемента И-НЕ25 н через второй инвертор 23 по первому входу блокирует второй элемент4-НЕ 26.В момент времени й (см. фиг.2 б,прохождение сигнала через нуль в отрицательном направлении) нулевой потенциал с выхода нуль-.органа 21 потретьему входу блокирует первый эле- .мент И-НЕ 25 и через третий инвертор24 по третьему входу разрешает работувторого элемента 4-НЕ 26.Момент времени С (см. фиг.2 б, прохождение сигнала Осоьм) й через нульв положительном направлении) служитначалом отсчета величины сдвига фазпитающих напряжений Ч , В этот момент времени (Ф ) единичный сигналс выхода нуль-органа 20 по входупредварительной записи разрешает работу в счетном режиме первому вычитающему счетчику 17 и снимает по второму входу блокировку четвертого элемента 4 30. При отсутствии нулевогоимпульса на выходе делителя. 19 частоты (т.е. при блокировке по первомувходу третьего элемента И 29) импульсы с второго выхода генератора 18импульсов через третий 29, четвертый30 и пятый 31 элементы 4 начинаютпоступать на вычитающий вход первоговычитающего счетчика,17, Дальнейшаяработа блока управления зависит отвеличины ошибки сдвига фаз ьч.90 -ч,.1. ь.,- 90 - Ч, О,После подачи на вычитающий входпервого вычитающего счетчика 17 числаимпульсов, соответствующего числупредварительной записи ( м,90),он устанавливается в нулевое состояние и выходным (нулевым) потенциалом через пятый элемент,4 31 самоблокируется в нулевом состоянии, поревому входу блокирует первый элемент4-НЕ 25 и через второй инвертор 23по первому входу разрешает работу второго элемента И-,НЕ 26.Однако в этот момент времени й (см. фиг.2 б, прохождение сигнала Бь с й через нуль в положительном наппавлении) единичный сигнал с выхода нуль-органа 21 по третьему входу разрешает работу первого элемента И-НЕ 25 и через третий,инвертор 24 по третьему входу блокирует второй 10 элемент И-НЕ 26.Момент времени 1, служит концом отсчета величины сдвига фаз Ч пи 2 тающих напряжений.Так как первый элемент И-НЕ 25 заблокирован по первому входу первым вычитающим счетчиком 17, а второй элемент И"НЕ 26 заблокирован по третьему входу нуль-органом 21, то состояние реверсивного счетчика 16 не изменится и его выходной код подается на информационные входы второго вычитающего счетчика 32, устанавливая в нем соответствующий коэффициент пересчета.Таким образом, при ЬМ = 90 -К 0 код угла ч на выходе реверсивного2счетчика 16 не изменяется, т,е. ьч = ьч - О. 11. В = 90 - м, О.В момент времени С (см. фиг,2,в) единичный сигнал с выхода нуль-органа 21 по третьему входу разрешает рабо-ту первого элемента И-НЕ 25 и через третий инвертор 24 по третьему входу 5 блокирует второй элемент И-НЕ 26.Однако в этот момент времени продолжается работа в счетном режиме первого вычитающего счетчика 17 и едииияный сигнал с его выхода по перному входу продолжает разрешать работу первого элемента И-НЕ 25.Поэтому на суммирующий вход реверсивного счетчика 16 начинают поступать импульсы с второго выхода ге нератора 18 импульсов через третий и четвертый элементы И 29,и 30 и первый элемент И-НЕ 25, на второй вход которого подан единичный сигнал с выхода прямого переноса реверсив ного счетчика 16.момент времени й (см. фиг.2,в) устанавливается в нулевое состояние первый вычитающий счетчик 17 и нулевым потенциалом по первому входу блокируется первый элемент И-НЕ 25, прекращая поступление импульсов с второго выхода генератора 18 импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 16.Таким образом, выходной код реверсивного счетчика 16 увеличивается на ьЧ = дМ = 90 -ч и по информационным входам устанавливается соответствующий коэффициент пересчета второго вычитающего счетчика 32. Второй вычитающий счетчик 32 увеличивает сдвиг фаз меандров на О, компенсируя тем самым ошибку в сдвигефаз напряжений на выходе усилителей 12 и 15.Е 1. аР = 90 т0В момент времени й(см.фиг.2 г) после подачи на вычитающий вход первого вычитающего счетчика 17 числа импульсов, соответствующего числу предварительной записи ( = 90), он устанавливается в нулевое состояние и нулевым (выходным) потенциалом через пятый элемент И 31 самоблокируется в нулевом состоянии, по первому входу блокирует первый элемент И-НЕ 25 и через второй инвертор 23 по первому входу разрешает работу второго элемента И-НЕ 26.Однако в этот момент времени й Г; (см, фиг.2 г) нулевой сигнал с выхода нуль-органа 21 по третьему входу продолжает блокировать первый элемент И-НЕ 25, а через третий инвертор 24 по третьему входу продолжает разрешать работу второго элемента И-НЕ 26, Поэтому на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 начинают поступить импульсы с второго выхода генератора 18 импульсов через третий и четвертый элементы И 29 и 30 и второй, элемент И-НЕ 26, на второй вход которого подан единичный сигнал с выхода обратного переноса реверсивного счетчика 16.В момент времени йз(см. фиг.2 г) единичный сигнал е выхода нуль-орга" на 21 через третий инвертор 24 по третьему входу блокирует второй элемент И-НЕ 26, прекращая поступление импульсов с второго выхода генерато-. ра 18 импульсов на вычитающий вход реверсивного счетчика 16.Следовательно, выходной код реверсивного. счетчика 16 уменьшается на аЧ =/йч,/=/90-ч / и пь информацибнным входам устанавливается соответствующий коэффициент пересчета второго вычитающего счетчика 32.Второй вычитающий счетчик 32 уменьшает сдвиг фаз меандров наба, компенсируя тем самым ошибку в сдвиге11238027 фаз напряжений на выходе усилителей т 12 и 14.ЛТаким образом, блок управления из- ч меряет действительный сдвиг фаз ч и напряжений. Питающих обмотки враща в ющихся трансформаторов 4 и 5, сравв нивает его с заданным (90-градусным), . в определяют ошибку в сдвиге фаз Ьч = в 90 - Ч и вносит соответствующие коррекгтивы в величину сдвига Фаз меандров, формируемую вторым вычитаюшим счетчиком 32 ( ч = М . + ьу ), компенф)сируя тем самым ошибку в сдвиге фаз напряжений, питающих обмотки вращающихся трансформаторов 4 и 5.15При больших различиях в параметрах фильтров 11 и 13 и усилителей 12 и 14, формирующих косинусоидальное и синусоидальное напряжения, наступает либо полное заполнение реверсивного счетчика 16, либо его обнуление.При этих крайних состояниях реверсивного счетчика 16 на его выходах прямого или обратного переноса устанавливается нулевой потенциал, блоки рующий первый или второй эЛементы И-НЕ 25, 2 б.Таким образом осуществляется ограничение выходной величины реверсивного счетчика 1,б и блокировка егоЗО от опрокидывания. Кроме того, выдач ется аварийный сигнал, отключающии источник питания или предупреждающий об его аварийной ситуации.В данном техническом решении уменьшаются требования к стабильнос ти параметров элементов фильтров и усилителей, что дает возможность применять для повьппения качества питающих вращающиеся трансформаторы напряжений фильтры с большими значения" 40 ми,добротности, разрешает эксплуатацию системы в более тяжелых климатических условиях. 10 формула из о бр ет ения Источник питания фазовой следящей системы, содержащий реверсивный счетчик, первый вычитающий счетчик, генератор импульсов, соединенный 50 первым выкодом с входом делителя частоты, последовательно соединенные первый триггер , первый фильтр, первый усилитель и первый нуль-орган и. последовательно соединенные второй 55 риггер, второй Фильтр, второй уси-" итель и второй нуль-орган, о т л иа ю щ и й с я тем, что, с целью овьппения стабильности источника,нем дополнительно установлены перый, второй и третий инверторы, перый и второй элементы И-НЕ, первый, торой, третий, четвертый и пятый элементы И и второй вычитающий счетчик, соединенный счетным входом с выходом второго элемента И, входом предварительной записи - с выходом делителя частоты и с первыми входами первого и третьего элементов И и первого триггера, информационным входом - с разрядным выходом реверсивного счетчика, а выходом - с входом первого инвертора и с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с первым выходом генератора импульсов, подключенного вторым выходом к второму входу третьего элемента И, соединенного выходом с первым входом четвертого элемента И, подключенного вторым входом к выходу первого нуль-органа и к входу предвари" тельной записи первого вычитающего счетчика, а выходом - к первым входам первого и второго элементов И-НЕ и пятого элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого вычитающего счетчика, а вторым входом - с выходом первого вычитающего счетчика, с вторым входом первого элемента И-НЕ и с входом второго инвертора, подключенного выходом к третьему входу второго элемента И-НЕ, соединенного вторым входом с выходом третьего инвертора, подключенного входом к выходу второго нуль-органа и к третьему входу первого элемента И-НЕ, соединенного выходом с суммирующим входом реверсивного счетчика, подключенного вычитающим входом к выходу второго элемента И-НЕ, а выходом прямого и обратного переноса - к четвертым входам соответственно первого и второго элементов И-НЕ, выход первого инвертора соединен с вторым входом второго триггера, подключенного первым входом к прямому выкоду первого триггера соединен-ного инверсным входом со своим вторым входом.Тираж 83 ВНИИПИ Государс по делам изобр 133035, Москва, Ж и ньц Цго "о Подпи енного комитета ений и открытий ид ф 625 цЭ ифИ