Цифровая следящая система управленияперемещением обекта

Союз Советскиее Социапистическиее РеспубликОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВ 6 ) Дополнительное к ввт. св22) Заявлено 1103.79 (2 ву 36043/18-2 присоединением зая23) Приоритет 5 В 19/40 осударственный комите СССР по делам изобретений и открытийОпубле:ковано 2301 Дата опубликования летень йо 1. Бю 621.503.5(71) Заявите Институт автоматики и электрометрии Сибирско отделения АН СССР ИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ОБЪЕКТАавтомаправлени например ния стан ем, преительных х, в кока пере- тно-имИзвестна цифровая следящая система управления перее 1 ещением, в которой физическое перемещение объекта фиксируется при помощи информации реверсивного счетчика, содержащая реверсивный счетчик, операционный усилитель, преобразователь скорости перемещения объекта в постоянное напряжение, схему Формирования управляющего сигнала с усилителем мощности, исполнительное устройство, объект регулирования и частотный датчик. Счетчик заполняется или освобож дается при помощи направленно ориентированных импульсов. Информация, записанная в счетчике, управляет операционным усилителем, чтобы обеспечить индикацию о положении объекта относительно нулевой точки Изобретение относится к тическому регулированию и . и может быть использовано, в устройствах позициониров ков с программным управлен цизионных координатно-изме .устройств и фотопостроител торых выходной сигнал датч мещения представлен в част пульсной форме. Известна также цифровая управляющая система с цифровым управлением,устанавливающая в определенное положение подвижной элемент и содержащая 5 схемы сравнения счетных импульсов,в которые входят кольцевые регистры,принимающие входные дискретные сигналы от датчика, характеризующие требуемое положение устройства и сиг- О налы обратной связи, характеризующиедействительное положение объекта. Вэтих схемах арифметические комбинации входных сигналов компенсируютсяв зависимости от требуемого позицион 5 ного смешения и с помощью сигналовобратной связи вырабатываются сигналы, управляющие положением объекта 2Однако системы имеют недостаточную точность и быстродействие.20 Наиболее близкой по техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровая следящая система управленияперемещением, содержащая программноеустройство, блок программируемой 25 частоты, цифровой интегратор, фиксирующий величину рассогласования,преобразователь ощибки рассогласования в частоту следования импульсов,компаратор частот, сравнивающий час- ЗО тотный сигнал пропорциональныйошибке рассогласования системы, с программируемой частотой, второй цифровой интегратор, соединенный с компаратором частот и частотным датчиком перемещения объекта и подключенный ко второму преобразователю 5 код-частота. Выход последнего подключен к усилителю, соединенному через исполнительное устройство с 1 объектом перемещения 3.Недостаток системы - низкое быст О родейстние, которое вызвано тем, что перемещение объекта происходит не в режиме разгон-торможение с максимально допустимым управляющим сигналом для исполнительного элемента, а формируетсяв цифровом интеграторе, фиксирующим в любой момент времени разность числа импульсов, прошедших от компаратора частот импульсон, поступивших от частотного датчика перемещения объекта, т.е. н линейном 20 режиме.Цель изобретения - повышение быстродействия системы.Поставленная цель достигается тем, что н цифровую следящую систему 5 управления перемещением объекта, содержащую последовательно соединенные первый усилитель, исполнительное устройство, объект упранления и частотный датчик перемещения, знаковый и информационный выходы которого соединены управляющим и счетным входами первого цифрового интегратора, подключенного информационными и знаковыми входами к выходам программногоз 5 блока, а информационными выходами ко входам первого преобразователя код-частота, соединенного выходом с первым входом компаратора частот, и второй интегратор, подключенный информационными выходами ко входам второго преобразователя код-частота, введены три преобразователя частоты в постоянное напряжение, формирователь максимального управляющего сигнала и последовательно соединенные элемент ИЛИ, первый элемент НЕ и первый элемент И, выход которого подключен к счетному входу второго цифрового интегратора, а второй вход - к выходу первого преобраэова О теля код-частота и к первому входу первого поеобразователя частоты в постоянное напряжение, соединенного вторым входом с первыми входами второго и третьего преобразователей частоты н постоянное напряжение и с выходом первого элемента НЕ, а третьим входом - с управляющим входом второго и со знаковым выходом первого цифровых интеграторов и с первым входом формирователя максималь ного управляющего сигнала, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому и второму выходам компаратора частот, первый и торой выходы - к первому и второ му входам, соответственно, первогоусилителя, а четвертый вход - к знаковому выходу частотного датчика перемещения, второй и третий нходывторого преобразователя частоты впостоянное напряжение соединены,соответственно, со знаковым и информационным выходами частотного датчика перемещения, второй и третий входы третьего преобразователя частотыв постоянное напряжение - с информационными входами второго цифровогоинтегратора и второго преобразователя код-частота, соответственно, авыходы первого, второго и третьегопреобразователей частоты в постоянное напряжение - с третьим, четвертым и пятым входами первого усилителя, причем информационный выход часг,тотного датчика перемещения, входыи выход элемента ИЛИ подключены,соответстненно, ко второму входукомпаратора частот, к информационнымвыходам старших разрядон первогоцифрового интегратора и к пятомунходу формирователя максимальногоупранляющего сигнала и тем, что формирователь максимального управляющего сигнала содержит элементыИ-ИЛИ, первые входы которых соединены, соответственно, со вторым и третьим входами формиронателя, вторыевходы - с выходами вторых элементовНЕ, а выходы . - со входами триггера,подключенного прямым выходом с первыми входами вторых элементов И,вторые входы которых соединены спятым входом формирователя, а выходы - со входами соответствующихтретьих элементов НЕ, выход одногоиэ которых непосредственно, а выходдругого через второй усилитель подключены ко второму и первому выходам формирователя, первый вход которого соединен с первыми входамитретьего и четвертого элементов Ии через четвертый элемент НЕ - спервыми входами пятого и шестогоэлементов И, четвертый вход формирователя подключен ко вторым нходамчетвертого и пятого элементов И ичерез пятый элемент НЕ - ко вторымвходам третьего и шестого элементаИ, а выходы третьего, четвертого,пятого и шестого элементов И соединены со входами соответствующих вторых элементов НЕ.На фиг. 1 приведена функциональная схема системы, на фиг. 2 - схемапервого преобразователя код-частота,компаратора частот н формирователямаксимального управляющего сигнала;на фиг. 3 - диаграммы, поясняющиепринцип работы системы.Цифровая следящая система регулирования содержит программный блок 1,информационный 2 и знаковый 3 выходы частотного датчика 4 перемещенияобъекта 5, выходы 6, 7 компаратора8 частот, знаковый выход 9 и информационные выходы 10 первого 11 цифро. -вого интегратора, второй 12 цифровой интегратор, выход 13 первогоэлемента ИЛИ 14, первый элементНЕ 15, первый элемент И 16, первый17 и второй 18 преобразователи,первый 19 и второй 20 выходы Формирователя максимального управляющего сигнала 21, второй 22, первый 23и третий 24 преобразователи частотыв постоянное напряжение, первый усилитель 25 и исполнительное устройство 26.На фиг. 2 изображены генератор27 импульсов и управляемые делители28 частоты преобразователя 7, элементы НЕ 29 и делители 30 частотыкомпаратора 8 частот, вторые и третьиэлементы НЕ 31, вторые элементы И 32,элементы И-ИЛИ 33, триггер 34, второй 35 усилитель, пятый 36 и четвертый 37 элементы НЕ и третий 38, пятый 39, четвертый 40 и шестой 41элементы И Формирователя 21На фиг. За - Фазовые траекториисистемы, на фиг. Зб - управляющий р 5сигнал на выходе 13 элемента ИЛИ 14диаграммы (фиг.З в и г) отражают характер изменения максимально допустимого управляющего сигнала на выходе усилителя 26 при рассогласованияхобъекта - 5 и 5, на Фиг. Зд - диаграмма напряжения на выходе преобразователя 23 в зависимости от рассогласования, фиксируемого интегратором 11 в зоне 5 о35Система работает следующим образом.Блок 1 формирует в прямом позиционном коде величину рассогласования и записывает его в интегратор 11 со знаком, характеризующим величину рассогласования относительно исходного положения объекта 5. Значение величины рассогласования преобразуется с помощью преобразователя 17 в частоту следования импульсов, про порциональную величине рассогласования. Частота Г преобразователя 17 поступает на компаратор 8. Значение частоты опрецеляется из выраженияГо 5 О- йВи згде Го - частота следования импульсов генератора 27; К - число, соответствующее ошибке рассогласованияф В - основание системы счисления ин- у тегратора 11; п - число информационных разрядов интегратора 11. Компаратор 8 сравнивает частоту Г с частотой Г, датчика 4 и, если частота Г больше частоты Г, форми рует на выходе б импульсные сигналы с частотой Г, /10. Если частота Г, больше частоты Г, то импульсные сигналы с частотой Гс/10 формируются на выходе 7 компаратора 8, 45 Если значение рассогласования 5 превышает значение 5, то элемент ИЛИ 14 формирует сигнал, разрешающий работу Формирователя 21, а выходной сигнал элемента НЕ 15 запрещает поступление счетных импульсов на вход интегратора 12 и запрещает работу преобразователей 22, 23 и 24, выходное напряжение которых равно нулю.Рассмотрим формирование сигналов для управления исполнительным элементом в случае, когда значение рассогласования объекта 5 равно - 52, при этом 32/ )/5 О/, а скорость объекта равна нулю,В момент записи кода рассогласования в интегратор 11 частота на выходе преобразователя 17 ниже частоты Г , соответствующей реальной скорости перемещения объекта, Выходной сигнал усилителя 25, управляющий исполнительным элементом, соответствует максимально допустимому для данной системы. Объект перемещения начинает приближаться к точке позиционирования с максимально допустимой скоростью, причем скорость движения объекта возрастает. В некоторый момент, когда частота Г превышает частотуи происходит переключение триггера 34, выходной сигнал усилителя 26 изменяет знак, но значение управляющего сигнала остается по-прежнему максимальным. Объект 5 начинает тормозиться с максимально допустимым ускорением, при этом частота датчика 4 начинает падать.Когда частота Г, датчика 4 станет меньше Г 4 происходит повторное вклю- чение управляющего сигнала, обеспе - чивающего разгон объекта 5 с максимальным ускорением. Такой режим управления объектом существует до тех пор, пока значение рассогласования не становится меньше значения 5 .оВ общем случае значение знаков рассогласования 5 и направления ска" рости О, а также соотношений частоти Г могут быть различны.При любом соотношении знаков рассогласования и скорости сигнал Формирователя 21 заставит объект 5 переместиться в зону / 5 О/ . В момент вхождения объекта перемещения в зону выходной сигнал элемента ИЛИ 14 отключает от входа усилителя 25 управляющие сигналы формирователя 21, а сигнал элемента НЕ 15 разрешает поступление через элемент И 16 импульсов преобразователя 17 на вход интегратора 12, а также разрешает работу преобразователей 22, 23 и 24, В этом случае сигнал управления устройством 26 равен сумме трех со- ставляющих 0 = О + О+ 0 э,"Ф,где О = К(М 6-Г, дй) - выходное напряжение преобразователя 23, пропор 79872610 20 ЗО 40 Формула изобретения 1. Цифровая .следящая система управления перемещением объекта, содержащая последовательно соединенные первый усилитель, исполнительное устройство, объект управления и частотный датчик перемещения, знаковый и информационный выходы которого соединены с управляющим и счетным входами первого циФрового интегратора, подключенного информационными и знаковыми входами к выходам программного блока, а информационными выходами - ко входам чрного преобразователя код-частота, соединенного выходом с первым входом компаратора частот, и втор эй интегратор,50 60 б 5 циональное ошибке рассогласования,ржение йреобразонателя 24, пропорциональное интегралу ошибки рассогласования; 0 = К Г - выходное напряжение преобразователя 22, пропорциональное скорости движения объекта;й 9 - число, соответствующее ошибкерассогласования, записанное в интегратор 11 от блока 1; КЛ, К, КЗ -коэффициенты пропорциональности.Следовательно, в зоне рассогласования 5 р система является системойс интегральным управлением, в которойуправляющий сигнал на исполнительномэлементе, пропорционален ошибке .рассогласования системы, ее производной и интегралу, а н таких системахстатическая ошибка в установившемсярегистре при отработке заданной величины рассогласования равна нулю.Повышение быстродействия в предлагаемой системе достигается благодаря использованию двух режимов управления, один из которых являетсяпредельным управлением, а второйлинейным. Предельное управление является наиболее выгодным, посколькуоно обеспечивает максимальное использование возможностей исполнительногодвигателя и дает максимальное быстродействие, Однако система с предельным управлением неудовлетворительноработает вблизи положения равнонесия,Для обеспечения высокой точности иустранения автоколебаний н этой зонев предлагаемой системе используетсялинейное управление,Значение зоны линейного управления Ьб выбирается меньше максимальновозможного значения перемещения 5 оОтработка Значений рассогласования,превышающих зону 50, осуществляетсяв режиме разгон-торможение с максимально допустимым ускорением системычто позволяет перемещать объект сбольшой скоростью, затрачивая меньшее время на перенод объекта иэ одного положения н другое. подключенный информационными выходами ко входам второго преобразователя код-частота, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения быстродействия системы, в нее введены три преобразователя частоты в постоянное напряжение, формирователь максимальног:о управляющего сигнала и последовательно соединенные элемент ИЛИ, первый элемент НЕ и первый элемент И, выход которого подключен к счетному входу второго цифрового интегратора, а второй вход - к выходу перного преобразователя код-частота и к первому входу первого преобразователя частоты н постоянное напряжение, соединенного вторым входом с первыми входами второго и тре,тьего преобразователей частоты в ЙЬстоянное напряжение и с выходом первого элемента НЕ, а третьим входом - с управляющим входом второго и со знаковым выходом первого цифровых интеграторов и с первым входом формирователя максимального управляющего сигнала, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к первому и второму выходам компаратора частот, первый и второй выходы - к первому и второму входам, соответственно, первого усилителя, а четвертый вход - к знаковому выходу частотного датчика перемещения, второй и третий входы второго преобразователя частоты в постоянное напряжение соединены, соответственно, со знаковым и информационным выходами частотного датчика перемещения, второй и третий входы третьего преобразователя частоты в постоянное напряжение - с информационными выходами второго цифрового интегратора и второго преобразователя код-частота, соответственно, а выходы первого, второго и третьего преобразователей частоты в постоянное напряжение - с третьии, четнертым и пятым входами первого усилителя, причем информационный выход частотного датчика перемещения, входы и выход элемента,ИЛИ подключены, соответственно, ко второму входу компаратора частот, к информационныи выходам старших разрядов перного цифрового интегратора и к пятому входу формирователя максимального управляющего сигнала.2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что формировательмаксимального управляющего сигналасодержит элементы И-ИЛИ, первыевходы которых соединены, соответстненно, со вторым и третьим входами формирователя, вторые входы - с выходами вторых элементов НЕ, а выходы - со входами триггера, подключенного прямыи выходом к первым входам вторых элементов И, вторые входы которых соединены с пятымвходом формирователя, а выходы - совходами соответствующих третьихэлементов НЕ, выход одного иэ которых непосредственно, а выход другогочереэ второй усилитель подключенысоответственно ко второму и первому выходам формирователя, первыйвход которого соединен с первымивходами третьего и четвертого элементов И и череэ четвертый элементНЕ - с первыми входами пятого и шестого элементов И, четвертый входФормирователя подключен ко вторымвходам четвертого и пятого элементов И и через пятый элемент НЕ - ко вторым входам третьего и шестого элементов И, а выходы третьего, четвертого, пйтого и шестого эЛементов И соединены со входами соответствующихвторых элементов НЕ.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ф 3571685,кл. 318-603, опублик. 1974.2. Патент США Р 3609497,о кл. 318-670, опублик. 1975.3. Патент США Р 3539896,кл. 318-571, опублик. 1972 (прототип).7987 2 б Составитель НаБелинковаРедактор ВаЕремеева Техред Т вМаточка Корректор А,Грицен а аеаааеаве евеваеаееааеаееваеваьаеев аеа еае аеелиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 э 10045/61 ВНИИПИ Го по делам 113035, Москва