Цифроаналоговая следящая система

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3473 А 1 9) .сЦ. ( Н 03 М 1/3 5 605 В ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ(71) Самарское научно-производственное объединение автоматических систем , (72) В. В, Ледерер. (56) Авторское свидетельство СССР В 1029143, кл. 6 05 В 15/02, 1981.Авторское свидетельство СССР В 1282328, кл, Н 03 М 1/38, 1985.Авторское свидетельство СССР М 1697055, кл, 6 05 В 15/02, 1988, (54) ЦИФРОАНАЛОГОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА. (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами по сигналам от вычислительных устройств. В цифроаналоговую. следящую систему, содержащую СКВТ-датчик 1 угла Предлагаемое изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами по сигналам вычислительных устройств,Известна цифроаналоговая следящая система, содержащая функциональный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, вторые входы - с выходом системы, а выход- с входом первого усилителя и последовательно соединенные вращающийся трансформатор, второй усилитель и двигатель, вал которого механически связан с ротором вращающегося трансформатора, а также дешифратор и шесть ключей, вклюповорота, соответственно с входом 2 питания, а также с синусным 3 и косинусным 4 выходами, источник 5 переменного напряжения, блок 6 определения знака, первый 7 и второй 8 фазочувствительные выпрямители, коммутатор 9, преобразователь 10, состоящий из блока памяти 11 и цифроаналогового преобразователя 12, низкочастотный фильтр 13, электропривод 14, первый 15, второй 16, третий 17 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, цифровой задатчик 18., с целью повышения точности, быстродействия и увеличения запаса устойчивости системы, введены генератор 19. импульсов и О-триггер 20, Поставленная цель достигается за счет того, что скважность импульсов на выходе О-триггера 20 строго равна двум, а на его входе может быть любой, в противном случае в работу системы будет внесена ошибка, 3 ил. ченный между первым усилителем и обмотками вращающегося трансформатора.Недостатками данной системы является ее низкие точность, быстродействие и устойчивость.Известна цифроаналоговая следят.,ая система, содержащая последовательно соединенные источник опорного напряжения, функциональный цифроаналоговый .преобразователь, два фильтра, четыре ключа, два усилителя, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, синусная и косинусная обмотки которого соединены с . выходами усилителей, а выходная обмотка соединена через ключ - прерыватель с выходом электропривода, а также генераторнесущей частоты, выходы которого соединены с вторыми входами ключей и управляющим входом ключа - прерывателя.Недостатком данной системы являютсяее низкие точность; быстродействие и ус тойчивость.Наиболее близкой к предлагаемой является цифроаналоговая система, по которой получено положительное решение, содер; жащаяисточник переменного напряжения, 10злектропривод, датчик угла поворота, ротор которого механически соединен с валом электропривода, вал которого кинематиче 4 ки связан с валом нагрузки и валом СКвТДатчика;" синусно-косинусный 15 цифроаналоговый преобразователь, младвие разряды цифрового входа которого являются . " младшими .разрядамиуправляющего входа "истемы, коммутатор,два фазочувствительных выпрямителя, сое . диненных информационными входами с соответствующими выходами датчика угла поворота, блок определений знака, первый вход которого соединен с выходом источни-: ка переменного напряжения и входом дат чика угла поворота, а второй вход подключен к общей шине, три элемента "исключающее ИЛИ", при этом первые входытретьего и второго элементов "исключающее ИЛИ" являются старшими разрядами 30 "управляющего входа системы,вторые входы третьего и второго элементов "исключающее ИЛИ" связаны с выходом блока определения знака, аналоговый вход синус- но-косинусного цифроаналогового преоб разбвателя соединен с выходом коммутатора, первый и второй информационныее входы которого подсоединены к выходам соответствующих фазочувствительных выпрямителей, выход которого элемента "иск лючающее ИЛИ" соединен с управляющим : входом второгО фазочувствительного выпрямителя, первыйвход первого элемента "исключающееИЛИ" связан с первым входом третьего эле мента "исключающее ИЛИ", низкочастотный фильтр, выход которого соединен со входом электропривода, вторые входы третьего и второго элементов "исключающее ИЛИ" связаны со старшим разрядом 50 цифрового входа синусно-косинусного цифрраналогового преобразователя, выходом подключенного ко входу к низкочастотному фильтру, выход третьего элемента "исключающее-ИЛИ" соединен с управляющим 55 входом коммутатора, управляющий вход первого фазочувствительного выпрямителя соединен с выходом первого элемента "исключающее ИЛИ", выход второго элемента "Исключающее ИЛИ" связан со вторым входом первого элемента "Исключающее ИЛИ".Недостатком данного устройства является низкая его устойчивость, которая обуславливается наличием низкочастотного фильтра с постоянной времени т- ЯС. Данный блок вносит отрицательный фазовый сдвиг - агстд в т и уменьшает запас устойчивости системы по фазе на величину агстд в,т, гдето - частота среза следящей системы, Величина т должна быть равной 5 - 10 Тн, где Тн - период опорной частоты, Величину т можно уменьшить, уменьшив величину Тн, однако увеличение опорной частоты приводит к появлению дополнительных погрешностей СКВТ, и, следовательно, следящей системы в целом, поэтому опорные частоты строго определены для каждого СКВТ. Например, для СКВТ 6465 опорная часто 1 а равна 400 Гц. Введение в цепь компенсирующего"звена, например дифферейцирующую цепочку, вносящую положительный фазовый сдвиг, приводит к тому, что резко возрастает пульсация на входе усилителя электропривода. А это приводит к насыщению усилителя, паразитному разогреву обмоток двигателя и снижению точности и быстродействия следящей системы,Целью предлагаемого изобретения яв- ляется повышение точности, быстродействия и увеличение. запаса устойчивости следящей системы.Поставленная цель достигается тем, что в цифроаналоговую следящую систему, содержащую цифровой задатчик, выходы (и+1)-го и (и+2)-го разрядов которого соединены с первыми входами, соответственно первого и второго элементов "исключающее ИЛИ", а выход каждого -го разряда соединен с -ым информационным входом, где 1=1, и цифрового синусно-косинусного преобразователя, подключенного выходом к цифровому входу цифроаналогового преобразователя, аналоговым входом подключенного к выходу коммутатора, а выходом через низкочастотный фильтр - ко входу электро- привода, вал которого кинематически связай с валом нагрузки и валом СКВТ - датчика, соединенного входом питания с выходом источника переменного напряжения и входом блока определения знака, а синусным и косинусным выходами - с информационными входами, соответственно первого и второго фазочувствительных выпрямителей, подключенных управляющими входами к выходам соответственно, первого и второго элементов "исключающее ИЛИ", а выходами соответственно к первому и ко втооому информационным входам коммутатора, соединенного управляющим входом с выходом третьего элемента "исключающее. ИЛИ", подключенного первым входом к выходу(п+1)-го разряда цифрового 5 задатчика, выход блока определения знака соединен со вторым входом второго. элемента "исключающее ИЛИ", подключенного выходом ко второму входу первого элемента "исключающее ИЛИ" согласно изобрете нию, введены генератор импульсов и О-триггер, соециненный тактовым входом с выходом генератора импульсов, инверсным выходом со своим О-входом, а прямым выходом - с входом управления функцией преоб разования цифрового синусно-косинусного преобразователя и со вторым входом третьего элемента "исключающее ИЛИ".Сущность предлагаемого изобретения поясйяется чертежом, где на фиг, 1 по казана блок-схема цифроаналоговой следящей системы, на фиг. 2 - таблица значений функций, на фиг, 3 - эпюры, поясняющие работы системы.Цифроаналоговая следящая система 25 (фиг, 1) содержит СКВТ - датчик 1 угла поворота, выполненный в виде косинусно-синус- ного преобразователя (в качестве которого используется синусно-косинусный вращающийся трансформатор СКВТ) соответствен но с входом 2 питания, а также синусным 3 и косинусным 4 выходами, источник 5 переменного напряжения, блок 6 определения знака, первый 7 и второй 8 фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), коммутатора 9, 35 цифровой синусно-косинусный преобразователь 10, выполненный в виде блока 11 памяти и цифроаналогового преобразовзтеля 12, низкочастотный фильтр 13, злектропривод 14, первый 15, второй 16 и третий 17 40 элементы "исключающее ИЛИ" цифровой задатчик 18, генератор 19 импульсов Д- триггер 20, общую шину 21, конденсатор22, резистор 23, нагрузку 24, и ри этом выходисточника 5 переменного напряжения соединен с входом 2 питания и входом блока 6 определения знака, общая шина 21 соединена с входом 2 питания и синусным 3 икосинусным 4 выходами СКВТ - датчика 1, информационные входы первого 7 и второго8 ФЧВ соединены соответственно с синусным 3 и косинусным 4 выходами СКВТ -датчика 1, а выходы - с информационными входами коммутатора 9, соединенного управляющим входом с выходом третьего 17 55 элемента "исключающее ИЛИ", управляющие входы первого 7 и второго 8 фазочувст-.вительных выпрямителей подключены квыходам. соответственно, первого 15 и второго 16 элементов "исключающее ИЛИ" выход коммутатора 9 подключен к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя 12, выход которого через низкочастотный фильтр 13, содержащий резистор 23 и конденсатор 22, соединенный с общей шиной 21, соединен с электроприводом 14, вал которого кинематически связан с валом нагрузки 24 и валом СКВТ-датчика 1, (и+1) разряд цифрового задатчика 18 соединен с первыми входами первого 15 и третьего 17 элементов "исключающее ИЛИ", (и+2) разряд цифрового задатчика 18 соединен с первым входом второго 16 элемента"исключающее ИЛИ",второй вход которого соединен с выходом блока 6 определения знака, а выход - со вторым входом первого 15 элемента "исключающее ИЛИ", выход ге-, нератора 19 импульсов соединей с тактовым входом О-триггера 20, инверсный выход которого соединен с его Д-входом, а прямой выход - со вторым входом третьего 17 элемента "исключающее ИЛИ" и с входом управления функцией преобразователя цифрового синусно-косинусного преобразователя 10 (блока памяти 11), выход каждого -го разряда цифрового задатчика 18 соединен с 1-м информационным входом, где 1=1 и-цифрового синусно-косинусного преобразователя (блока памяти 11),подключенного выходом к цифровому входу цифроаналогового преобразователя 12,Работает следящая система следующим образом, Источник 5 переменного напряжения формирует напряжение О 5=Осзп ал, которое подается на вход 2 питания СКВТ - датчик 1, блок 6 определения знака выдает "1", когда О 5)0 и 0" кода О 5 0 (см, фиг. 3). На выходах 3, 4 СКВТ - датчика 1 формируются напряжения, пропорциональные сину-су и косинусу угла а поворота валаОз =Оо К 3 па зп гдт;О 4.=Оо К соз а соз ом,где К - коэффициент трансформации СКВТ - датчика 1. Для простоты положим О" К=1, Младшие разряда управляющего сигнала К от цифрового задатчика 18, поступают на вход блока 11 памяти, преобразователя 10, в котором записаны функции з 1 пй и созй. На выходах блока 11 памяти будет функция з 1 пй, если на его старшем (условно) входе присутствует "0" и созй, если присутствует1Генератор 19 импульсов формирует последовательность импульсов,частота аЬ которых значительно больше частоты й) и которая поступает на тактовый вход 0-триггера 20. С приходом каждого импульса О- триггер 20 изменяет свое состояние на противоположное. С выхода О-триггера импульсы имеющие форму меандра и частотуоъ/2 поступают на старший адресный входблока 11 памяти.Следовательно, на выходах блока 11 памяти поочередно появляются функции зпйи созе.Напряжения Оз и 04 поступают на информационные входы первого 7 и второго 8- ФЧ В, которые работают следующим образом: если на управляющем входе ФЧВ присутствует "0", то напряжение на его выходеравно напряжению на его входе Овх=Овых,если на управляющем входе ФЧВ присутствует "1", то напряжение на его выходе равнопо абсолютной величийе напряжению наего входе, но противоположно по знакуОвых=-Овх.В первом 7 и втором 8 ФЧВ происходитфазочувствительное выпрямление напряжений Оз и 04, которые затем поочередно счастотой коммутации вп/2 подаются посредством коммутатора 9 на аналоговыйвход ЦАП 12,Причем приалых углах рассогласования между й и а обеспечивается условие,при котором на входах ФЧВ 7 и 8 напряжения 07 и Ов"имеютразные знаки. Для чего впервом квадранте (фиг, 2) сигналы 01 в и 01 вна выходах схем 16, 15, "исключающееИЛИ" изменяются синфазно, Функции синуса и косинуса в диапазоне от "0" до 90имеют положительные знаки, но посколькусинусный 3 и косинусный 4 выходы (обмотки) СКВТ - датчика 1 включены в противофазе, то напряжения 07 и Ов будутпротивоположны по знаку(07 - отрицательно, Ов - положительно). Во втором квадранте сигналы 016 и 01 Б изменяются впротивофазе (07 - положительно, Ов - отрицательно); В третьем квадранте 070; Ов 0,е четвертом 070, Ов 0 (см. фиг, 2 и 3).В первом квадранте значения напряжений 07 и Ов равны От-. 3 и а; Ов=соз а, азначения разрядов Оп+2=0 и Оп+1=0, В темоменты времени, когда 020=0 и соответственно 017=0 на выход коммутатора 9 будетподаваться функция соз а, В это же времяна выходе блока 11 памяти преобразователя 10 присутствует функция 3 ич. ЦАП 12перемножает сигналы присутствующие наего цифровых и аналоговых входах, поэтомуна выходе ЦАП 12 будет функция зич соз а,При появлении "1" на выходе О-триггера 20 и на выходе элемента 17 "исключающее ИЛИ" коммутатор 9 подключит к своемувыходу функцию зи а, а на выходе блока 11памяти появится функция созй, следовательно, сигнал на выходе ЦАП 12 будет -созй зи а, Так как сигнал на выходе Д-триггера 20 непрерывно изменяется с частотой ап/2, то после усреднения на низкочастотном фильтре 13, напряжение навыходе последнего будет равно,5 01 з 0,5(сова зпй-зпа созй)=0,5зп(й- а),Для малых значений (М - а) О 1 зй 0,5(й - а)Напряжение 01 з подается на электропривод14, который отрабатывает ошибку, устрем 10 ляя ее к нулю.При поступлении команды перехода вовторой квадрант Оп+1=1, Оп+2=0 на (и+1) разряде кода ч появится "1". Это приведет кизменению сигнала на выходе элемента 1515 "исключающее ИЛИ" на противоположный,и соответственно к изменению знака напряжения 07. Оно станет положительным, также как и напряжение Ов и,следовательно,напряжение И 1 з будет заведомо положи 20 тельным и электропривод 14 будет двигаться в сторону второго квадранта. Когда уголдостигнет второго квадранта, сменится знакнапряжения Ов.за счет смены знака функции соз а, при переходе а через угол 90,25 Напряжения 07 и Ов вновь будут иметь противоположные знаки. электропривод остановится при заданном угле.При поступлении команды перехода втретий квадрант 180а -270, значения .,30 разрядов (Оп+1=0, Оп+2=1), При этом фазасигналов И 17 не изменится, а фаза сигналаИ 16 изменится на 180, это приведет к лзменению напряжения полярности сигналаИ 8 и вновь оба напряжения И 7 и И 8 будут35 положительны и электропривод будет вра-.щаться в сторону третьего квадранта, Припереходе через угол а. - ,180 напряжение 07сменит знак и напряжения 07 и Ов вновьбудут разнополярными. Электропривод ос 40 тановится в третьем квадранте при заданном угле.И, наконец, при поступлении командыперехода в четвертый квадрант (0+1=1;0+2=1) фаза сигнала 01 в сменится на 180 и45 напряжение И 7 станет положительным каки напряжение И 8. Следовательно, и напряжение И 13 будет также положительным иэлектропривод будет вращаться в положительном направлении в сторону четвертого50 квадранта, где напряжения 07 и Ов вновьстанут разнополярными, Если придет команда для перехода в квадрант с меньшим номером, например из третьего во второйили из второго в первый, то в первый момент .55 времени напряжения 07 и Ов, а следовательно, и напряжение 01 з и электропривод 14будет вращаться в обратную сторонупока не достигнет заданного квадранта, Если приходит команда для перехода из первогов третий или из второго в четвертый. илинаоборот, то знак напряжения 01 з не определен. Если величина рассогласования,меньше 180 О, то напряжение 01 з будетиметь одну полярность, если й - а 180, то 5противоположную. То есть электропривод14 будет вращаться в требуемое положение,то по наиболее короткому пути,Д-триггер 20 используется в режиме делителя частоты на два, он необходим для 10того, чтобы скважность тактовой частотыбыла строго равна двум, В противном слу-:чае, в работе системы появится ошибка таккак при й= а напряжение 01 з не будет равно нулю. 15В отличие от прототипакоммутатор 9 иблок 11 памяти коммутируют функции не счастотой возбуждения СКВТ, а со значи-,тельно большей, что позволяет в десятки идаже сотни раз уменьшить постоянную времени низкочастотного фильтра 13. Уменьшение постоянной временинизкочастотного фильтра приводит к уменьшению вносимого им отрицательного фазового сдвига ф, который равен на частоте 25среза у= -агссд врт,где вср - частотасреза системы.А именно величина фазового сдвига начастоте среза определяет устойчивость следящей системы. С другой стороны, увеличение запаса устойчивости позволяет,сохранив прежний запас устойчивости, увеличить коэффициент усиления системы, поскольку они взаимосвязаны. что приведет кувеличению точности позиционированйя; 35Следовательно, повышается и точность системы, И, наконец, снижение постояннойвремени одного из звеньев системы позволяет повысить быстродействие всей системы в целом, 40Формула изобретенияЦифроаналоговая следящая система,содержащая цифровой задатчик, выходы(и+1)-го и (и+2)-го разрядов которого соеди; нены с первыми входами "оответственно первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход каждого 1-го разряда соединен с 1-м информационным входом, где 1=1 п, цифрового синусно-косинусного преобразователя, подключенного к цифровому входу цифроаналогового преобразователя, аналоговым входом подключенного к выходу коммутатора, а выходом через низкочастотный фильтр - к входу электропривода, вал которого кинематически связан с валом нагрузки и валом СКВТ-датчика, соединенного входом питания с выходом источника ееременного напряжения и входом блока определения знака, а синусным и косинусным выходами - с информационными входами соответственнО первого и второго фазочувствительных выпрямителей, подключенных управляющимивходами к выходам соответственно первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; а выходами соответственно - к первому и к второму информационным входам коммутатора, соединейного управляющим входом с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; подключенного первым входом к выходу (и+1)-го разряда цифрового задатчика, выход блока определения знака соединен с вторым входом второго элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ , подключенного выходом к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точностй и быстродействия и увеличение запаса устойчивости системы, она содержит генератор импульсов и Д- триггер, соединенный тактовым входом с выходом генератора импульсов, инверсным выходом - Со Своим Д-входом, а прямым выходом - с входом управления функцией преобразования цифрового синусно-косинусного преобразователя и с вторым входом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,1783473 Фйг Редактор Г,Бельска орректор А,Коз Гагарина, 10 оставитель В,Ледерерхред М.Моргентал Заказ 4514 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб,; 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго ФейФ