Следящая система

СОЮЭ СОВЕТСКИХллллллллллпеиРЕСПУБЛИН 21647 А Ю (11) За 1 С 05 В 11/ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ИТЕТ СССР И ОТНРЫТИЙ л .САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТ К. АВТОРСКОМУ етельство СС1/01, 1973,ельство СССР1/01, 1978 и(71) Физико-технический институт АН ТССР(56) 1. Авторское свид СР У 533908, кл. С 05 В 12. Авторское свидетВ 930234, кл, С 05 В(54)(57) 1. СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА, содержашая последовательно соединенные преобразователь код-ширина импульса, блок реле, блок секционных сопротивлений и группу контактных колец фаэного ротора двигателя, выход двигате.ля через последовательно соединенные преобразователь угол-код, преобразователь код-код, первый сумматор, первый элемент И и реверсивный пускатель соединен с входом двигателя, вторые входы перворо сумматора соединены с выходами цифрового эадатчика, второй выход преобразователя код-ширина импульса через второй элемент И соединен с вторым входом реверсивного пускателя и вторым входом первого элемента И непосредственно, первый вход первого элемента И соединен с первым входом преобразователя код-ширина импульса и через элемент НЕ - с вторым входом второго элемента И и вторым входом преобра зователя код-шнрина импульса, третьи входы которого соединены соответственно с вторыми входами первого сумматора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она содержит последовательно соединенные блок элементов НЕ и второй сумматор, выходы которого соединены с четвертыми входами преобразователя код-ширина импульса, а входы блока элементов НЕ соединены с соответствующими третьими входами преобразователя код-ширина импульса.2. Система по п, 1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью упрощения системы, преобразователь код-ширина импульса содержит первый блок элементов И и последовательно соеди-ненные второй блок элементов И, пер-. вый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, третий элемент ИЛИ и четвертый элемент ИЛИ, вторые входы второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ а подсоединены соответственно к второму, третьему и четвертому выходамвторого блока элементов И, третьивходы элементов ИЛИ соединены с соответствующими выходами первого блокаэлементов И, первые выходы преобразователя код-ширина импульса соединены с соответствующими первымивыходами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, второй выход - свыходом четвертого элемента ИЛИ,первый вход - с первыми входами первого,блока элементов И,третьи входы - с вторыми входами первого блока элементов И,четвертый вход - с вторыми ввторого блока элементов И.1121647 2 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к цифровым системам автоматического регулирования, и может быть использовано для отслеживания угловых и линейных перемещений в системах слежения с повышенными требованиями к точности отслеживания регулируемого параметра.Известна следящая система, содер О жащая электропривод регулируемого органа, кинематически связанный с преобразователем угла поворота вала в код, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом эадатчика 1 .Известная следящая система сложна в настройке и имеет низкие быстродействие и точность. 20Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является следящая система, содержащая последовательно соединенные первые выходы преобразователя код-ширина импульса, 25 блок реле, блок секционных сопротивлений и группу контактных колец фазного ротора двигателя, выход двигателя через последовательно соединенные.преобразователь угол"код, преобразо- ЗО ватель код-код соединен с первыми разрядными входами первого сумматора, вторые разрядные входы которого соединены с входами цифрового задатчика, а вход переноса младшего разряда35 первого сумматора соединен с источником, напряжение которого соответствует сигналу "1", первый выход первого сумматора соединен с первыми входами первого элемента И и преоб" раэователя код-ширина импульса непосредственно и через элемент НЕ - с первым входом второго элемента И и вторым входом преобразователя кодширина импульса, второй выход соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, своими выходами соединенных с первым и вторым входами реверсивного пускателя, выход которого соединен с входом двигателя, а третьи входы преобразователя кодширина импульса соединен соответственно с разрядными выходами первого сумматора 23.Недостатком известной следящей системы является ее низкая точность. 55 Цель изобретения - повьппение точности следящей системы,Поставленная цель достигается тем, что следящая система содержит последовательно соединенные преобразователь код-ширииа импульса, блок реле, блок секционных сопротивлений и группу контактных колец фазного ротора двигателя, выход двигателя через последовательно соединенные преобразователь угол-код, преобразователь код-код, первый сумматор, первый элемент И и реверсивный пускатель соединен с входом двигателя, вторые входы первого сумматора соединены с выходами цифрового задатчика, второй выход преобразователя код-ширина импульса через второй элемент И соединен с вторым входом реверсивного пускателя и вторым входом первогоФэлемента И непосредственно, первый вход первого элемента И соединен с первым входом преобразователя кодширина импульса и через элемент НЕ с вторым входом второго элемента И и вторым входом преобразователя кодширина импульса, третьи входы которого соединены соответственно с вторымн входами первого сумматора, дополнительно содержит последовательно соединенные блок элементов НЕ и второй сумматор, выходы которого соединены с четвертыми входами преобразователя код-ширина импульса, а входы блока элементов НЕ соединены с соответствующими третьими входами преобразователя код-ширина импульса.Преобразователь код-ширина импульса содержит первый блок элемен- тов И и последовательно соединенные второй блок элементов И, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, третий элемент ИЛИ и четвертый элемент ИЛИ, вторые входы второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ подсоединены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам второго блока элементов И, третьи входы элементов ИЛИ соединены с соответствующими выходами первого блока элементов И, первые выходы преобразователя . код-ширина импульса соединены с соответствующими первыми выходами первого, второго и третьего элементов ИЛИ, второй выход - с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый вход - с первыми входами первого блока элемен 1 тов И, третьи входы - с вторыми вхо" дами первого блока элементов И, четвертый вход - с вторыми входами второго блока элементов И.з 1121На фиг. 1 представлена блок-схема следящей системы, на фиг.2 - цик" лограмма, на фиг.3 - график зависимости п=Г(М) и Б=й(М).Устройство содержит двигатель 1, преобразователь 2 угол"код, преобразователь 3 код-код, первый сум" иатор 4, цифровой задатчик 5, вход 6 первого сумматора, первый элемент 7 И, второй элеиент 8 И, выход 9 первого 1 О сумматора 4, элемент НЕ 10,реверсивный пускатель 11, преобразователь 12 код-ширина импульса, блок элементов НЕ 13, второй сумматор 14, блок 15 реле, блок 16 секционных сопотив"15 лений с контактами 17, 17 , 17 и 17, 17 ", 17", группа 18 контактных колец фазного ротора двигателя, входы 19 и 20 второго сумматора, блок 21 элементов И, второй блок 22 элементов И, элементы ИЛИ 23, входы 24-27 и выходы 28 преобразователя 12 код-ширина импульса.Собственно следящая система. содержит последовательно соединенные первые выходы 28 преобразователя 12 код-ширина импульса, блок 15 реле, контактные группы 17 реле, блок 16 секционных сопротивлений и группу 18 контактных колец фазного ротора двигателя 1, причем выход двигателя через последовательно соединенные преобразователь 2 угол-код, преобразователь 3 код-код соединен с первыми разрядныии входами первого З 5 сумматора 4, вторые разрядные входы которого соединены с выходами цифрового задатчика 5, а вход 6 переноса младшего разряда первого сумматора 4 соединен с источником, напряже ние которого соответствует сигналу "1", первый выход 9 первого сумматора 4 соединен с первым входом первого элемента И 7 и с первым входом 26 преобразователя 12 код-ширина импульса непосредственно, а через элемент НЕ 10 - с первым входои второго элемента И 8 и с вторым входом 27 преобразователя 12 код-ширина импульса, второй выход которого соединен. 50 с вторыми входами первого 7 и второго 8 элементов И, своими выходами соединенных с первым и вторым входаии реверсивного пускателя 11, выход которого соединен с входом двигателя 1, 55 ,а третьи входы 24 преобразователя 12 код-ширина импульса соединены соответственно с разрядными выходами 647 4первого сумматора 4, а также с входами блока элементов НЕ 13, последовательно соединенных с вторым сумматором 14 по первым разрядным входам, вторые разрядные входы 19 которого 1 занулены, а вход 20 переноса младшего разряда соединен с источником, напряжение которого соответствует сигналу "1", разрядные выходы второго сумматора соединены с четвертыми входами 25 преобразователя 12 кодширина импульса.Преобразователь 12 код-ширина импульса содержит первый 2 1 и второй 22 блоки элементов И по и двухвходовых элементов И в каждом, где и - число разрядов выходного кода сумматоров 4 и 14, и последовательно соединенные и-й 23+, (и)-й 23 З, (и)-й 23, , первый 23, элементы ИЛИ, вторые и третьи входы первого 23 , второго 23 .(и)-го 23 элементов ИЛИ соединены соответ 3ственно с выходами первого 21 и второго 22 блоков элементов И, несущиии те же ноиера разрядов кода, а и-й 23 двухвходовый-злемент ИЛИ соединен своими входами с оставшимися выходаии первого 21 и второго 22 блоков элементов И, несущими п-е разряды кода, при этом первые выходы 28 преобразователя 2 код-ширина импульса соединены с соответствующими выходами: второго 23 , , Ь)-го 23, Е-го 23 элемейтов ИЛИ, где 1 сп (на чертеже Е=п), первый вход 26 - с первыми входаии первого блока 21 элементов И, второй вход 27- с первыж входами второго блока 22 элементов И, третьи входы 24 - с вторыми входаии первого блока 21 элементов Й, четвертые входы 25 - с вторыми входаии второго блока 22 элементов И.Следящая система работает следующим образом.Пусть в начальный момент времени рассогласование отсутствует, т.е. х-х щО,3 где х - регулируемая величина,хэ - величина задания.В этом случает на первые и вторые разрядные входы первого сумматора 4,1 в качестве которого используется двоичный комбинационный сумматор, от преобразователя 3 код-код, обеспечивающего преобразование кода Грея, используемого во избежание грубых оши 1121647бок считывания, в двоичный код и от цифрового задатчика 5 поступают соответственно два равных двоичных числа: число в прямом коде, предстанля-, ющее величину регулируемого.парамет ра, и то же число н обратном коде, .представляющее величину задания.Пусть, например, эти числа равны 170 или в двоичном виде 10101010. С учетом того, что на входе 6 переноса 1 О младшего разряда сумматора 4 всегда присутствует сигнал "1", этим сумма,тором выполняется следующая операция:101010100101010111.00000000.Сигнал "1" образуется на первом выходе 9 переноса старшего разряда сумматора 4, а на всех его разрядных выходах сигналы равны нулю.Эти сигналы поступают на третьи вхо-. ды 24 преобразователя 12 код-ширина импульса и на входы блока 13 элементов НЕ. Поэтому на всех ныходах этого блока, а следовательно, и на первых разрядных входах сумматора 14 присутствуют сигналы "1".Так как вторые входы 19 этого сумматора занулены, а на его вход 20 переноса младшего разряда постоянно подается сигнал "1", то в результате,выполняемой сумматором 14 операции сложения получается следующее число;11111111000000001401.00000000Сигнал "1" слева от точки образуется на неиспользуемом выходе перено-. са старшего разряда сумматора 14, а45 на всех его разрядных выходах образуются сигналы "0", поступающие на четвертые входы преобразователя код-ширина импульса. Так как третьи 24 и четвертые 25 входы преобразователя 12 код-ширина импульса являются пер О ными входами соответстненно первого 2 1 и второго 22 блоков элементов И, то на всех выходах этих блоков сигналы также равны "0", Следовательно, и на первых выходах 28 преобразователя 12 код-ширина импульса сигналы также равны нулю, так как эти выходы соответствуют выходам 1-го 23, Ос 1) -го 23, , второго 23 элементов ИЛИ, на входы которых поступают сигналы "0" с выходов первого 21 и второго 22 блоков элементов И. Со второго выхода преобразователя 12 код-ширина импульса, являющегося выходом первого элемента ИЛИ 23, также поступает сигнал "О." на вторые входы первого 7 и второго 8 элементов И. При этом все реле блока 15 обесточены, их контакты 17 разомкнуты,. блок 16 секционных сопротивлений полностью подключен к группе контактных колец 18 фазного ротора двигателя 1 с выходов первого 7 и второ- го 8 элементов И на входы реверсивного пускателя 11 подаются сигналы "0", нследствие чего он оказывается разомкнутым и питание на двигатель 1 не подается. Следящая система не производит никаких операций над регулируемым органом, Число Е выходов элементов ИЛИ 23, представляющих общее число выходов преобразователя 12 код-ширина импульса и используемых для преобразования величины рассогласования в набор широтно-импульсных сигналов, может быть меньшим или равным числу и разрядов сумматоров 4 и 14. При этом, если величина рассогласования превышает значение 2 ф, то она отрабатывается двигателем 1 при максимальных его оборотах, так как в этом случае группа контактных колец 18 оказывается короткозамкнутой. На чертеже для простоты приведен случай, когда Е-"п=4.При Мп (и-к)вшходов элементов ИЛИ 23, несущих старшие разряды кода, не используются в качестве выходов преобразователя 12 код-ширина импульса.Пусть теперь в цифровом задатчике 5 число изменилось и стало равным, например, 165 или в двоичном виде 10100101. В обратном коде это число равно 01011010. При этом величина рассогласованиях - хв = 170 - 165 = 50. Сумматор 4 осуществляет операциюсложения1010 010 01011010 1 1. 00000101Величина рассогласования в двоичном коде равна 101. На выходе первого7 1121 и третьего весовых разрядов первого сумматора 4 образуются сигналы "1".Такой же сигнал присутствует и на его выходе 9 переноса старшего разряда. Этот сигнал соответствует единице, стоящей слева от точки. На третьих входах преобразователя 12 кодширина импульса присутствует сигнал 00000101, а на его четвертых входах . сигнал с выходов второго сумматора 1 О 14, равный1111101000000000;1 1111011и являющийся результатом инверсии выхода сумматора 4, производимой блоком элементов 13 НЕ, и сложения этого числа с 1 во втором сумматоре 14. Эти сигналы поступают на вторые входы соответственно первого 21 и второго 22 блоков элементов И. Сигнал "1" с выхода 9 переноса старшего разряда сумматора 4 поступает на первый вход преобразователя код-ширина импульса и соответственно на первые входы первого блока 21 элементов И. На пер вые входы второго блока 22 элементов И в этот момент поступает сигнал "0" с второго входа преобразователя код-ширина импульса, соединенного через элемент НЕ 10 с выходом 9 сумматора 4. Таким образом, только на выходах элементов И 21 и 21 первого блока 21 элементов Й присутствуют сигналы "1", которые поступают на входы элементов ИЛИ 23 и 23 . Но так как элементы ИЛИ 23 от и-го до первого соединены последовательно,то сигнал "1" присутствует на выходах элементов ИЛИ 23 , 23, 23, соответствуннцих весовым разрядам кода 2 2", 2 ф. Эти сигналы включают. реле 15 и 15 блока 15 реле. Кроме того,45 сигнал "1" с выхода первого элемента ИЛИ 23, несущего младший весовой разряд, поступает на вторые входы первого 7 и второго 8 элементов И. Но так как сигнал "1" с выхода 9 сумматора 4 поступает только на первый вход первого элемента И 7, то лишь на его выходе присутствует сигнал "1", который с помощью реверсивного пускателя 11 включает двигатель 1 на отработку величины рассогласования в сторону уменьшения значения отслеживаемого параметра. Скорость, с ко 647 8торой двигатель 1 отрабатывает рассогласование, определяется, величиной сопротивлений блока 16 секционных сопротивлений, подключенного к группе контактных колец 18 фазного ротора двигателя 1. Величина сопротивлений,Гподключаемых к группе контактных колец 18, дискретно изменяется от нуля до некоторой наибольшей величины, соответствующей последовательному включению сопротивлений всех секций. В рассматриваемом случае начальная скорость отработки рассогласования определяется сопротивлением секции 165, так какконтактные группы 17 и 172 реле 151 и 15 замкнуты. При достижении рассогласования, равного 3, размыкаются контакты 17 реле 15 управляемого выходом элемента ИЛЙ 23, несущего кодовую единицу с весом 2 Сопротивление в цепи фазного ротора двигателя 1 увеличивается, что приводит к ступенчатому снижению скорости двигателя. Еще раз скорость двигателя 1 снижается при достижении рассогласования, равного 1, так как при этом размыкаются контакты 17 реле 15 и подключается дополнительная секция 161 сопротивления в цепи фазного ротора двигателя 1. Как только рассогласование будет устранено, реле 15 обесточиваются, реверсивный пускатель 11 оказывается разомкнутым и двигатель 1 также обесточен. Это состояние достигается появлением сигнала "0" на выходах всех элементов ИЛИ 23. Сигналы, возникающие на разрядных выходах второго сумматора 14 в ходе устранения рассогласования положительного знака, не оказывают никакого влияния, так как при таком знаке рассогласования на выходе 9 переноса старшего разряда первого сумматора 4 постоянно присутствует сигнал "1", который через элемент НЕ 10 в виде сигнала "О" поступает повторому входу преобразователя 12 код-ширина импульса на первые входы второго блока 22 элементов И, в результате чего все элементы этого блока заперты. Итак, величина рассогласования, равная 5, отрабатывается путем трехступенчатого снижения скорости в пределах диапазонов рассогласований 5-3, 3-1, 1-0. Поэтому, если в преобразователе 12 код-ширина импульса используется Е выходовиз п возможных, то любое рассогласование, большее, значения00000101 0,11111011,92 ф , отрабатываетсяскорости.В общем случае при Мп, например при 1 с 4, и 8, и рассогласовании, превышающем 211, например х-х=53 2 1", все контакты 17 реле 15 зам" кнуты и следящая система начинает отрабатывать рассогласование с максимальной скоростью двигателя 1 до достижения рассогласования, равного 7 1 О или в двоичном виде 0111. При этом размасаются контакты 175 н скорость ступенчато уменьшается, так как в цепь фазного ротора вводится секция 16 блока 16 секционных сопротивле ний. Снижение скорости происходит также при достижении значений рассогласования 0011, 0001, а остановка двигателя - в отсутствие рассогласования. Отсюда видно, что ступени . 20 изменения рассогласования отвечают выражению 2 "1, где 11,21 с,1-Епри этом каждая ступень отрабатывается своей скоростью, поэтому в общем случае время отработки каждой ступени можно представить выражени- ем с, (2 -1) Чр,где Ч - скорость двигателя 1 (число 30его оборотов Ч 11 ЧЧ; ), зависящая от выбранных величин секций сопротивлений 16, включаемых в цепьфазного ротора двигателя 1,Этим способом можно в определенных пределах выбирать ступенчатуюхарактеристику отработки рассогласования. Иожно, например, потребовать, чтобы время отработки ступенейрассогласования различными скорос Отями было одинаковым,Теперь рассмотрим третий случай,соответствующий отрицательному знаку рассогласования х-хСО,45Пусть, например, х175 или вдвоичном виде 10101111. Это число в" обратном коде равно 01010000. Первыйсумматор 4 производит вычисления10101010010100001 Сигнал на выходе 9 сумматора 4 со"ответствует циФре слева от точки,т.е,. "0". Так как этот сигнал поступает на первые входы первого блока21 элементов И и на первый вход пер"ного элемента И 7, то на выходахвсех этих элементов И сигналы равны"0", Кодовая комбинация на выходеблока 13 элементов НЕ и на первыхвходах второго сумматора 14 .имеетвид а на разрядных выходах второго сумматора 14 Этот же сигнал присутствует н на выходах второго блока 22 элементов И, так как он поступает на вторые входы этого блока элементов И с разрядных выходов второго сумматора 14, а на первые его входы подается сигнал "1" с выхода элемента НЕ 10, Входы элементов ИЛИ 23 преобразователя 12 кодширина импульса подключены симметрично к выходам первого 21 и второго 22 блоков элементов И, поэтому полученное двоичное число 00000101,подаваемое на входы элементов ИЛИ 23 описанным выше способом, образует на выходах элементов ИПИ 23 , 23 , 23, сиг 2нал "1" и производит все действия, опиеанные для второго случая. Однако так как теперь сигнал "1" с выхода элемента НЕ 1 О поступает на первый вход второго элемента И 8, а на его вТорой вход сигнал "1" поступает с выхода элемента ИЛИ 23, то сигнал "1", образующийся на выходе второго элемента И 8, включает реверсивный. пускатель 11 на отработку рассогласования в направлении увеличения значения отслеживаемого параметра. После устранения рассогласования все реле блока 15 обесточиваются, реверсивный пускатель 11 размыкается, и двигатель 1 также обесточивается. Таким образом, скорость отработки двигателем 1 возникшего рассогласования ступенчато снижается с уменьшением величины рассогласования, достигая наименьшего значения при рассогласовании, равном 1. Скорость отработки этого минимального рассогласования остается одной и той же, независимо от того, какойскорост ью отраба тыва ется начал ьнаявеличина рассогласования. Этим обеспечивается достижение следящей системой одного и того же ее чоложенияпри выключении двигателя после устранения рассогласования, а значит иповышение точности следящей системы.3 Точность следящей системы зависит от величины шага квантования, опреде 10 ляемой числом разрядов кода преобразователя угол-код и соответствующими числами разрядов сумматоров и циФрового задатчика.Для повышения точности эти параметры увеличиваютОднако при малом шаге квантования в следящих системах, где не учитываются зависимость величины рассогласования от скорости, может иметь место "проскакивание" нуля, ведущее к возникновению "дерганья" регулируемого органа. Предлагаемая система свободна от этого недостатка.