Следящая система
Иллюстрации
Реферат
110 494725
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 28.01.74 (21) 1993593/18-24 с присоединением заявки № (23) Г1риоритет
Опубликовано 05.12.75. Бюллетень № 45
Дата опубликования описания 02.03.76 (51) М. Кл. G 05b 11/14
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3(088.8) (72) Авторы изобретения
В. Ф. Гумен и T. В. Калининская (71) Заявитель (54) СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА
Изобретение может быть использовано как в наземных дискретных системах автоматического управления, так и в системах управления летательных аппаратов, а также при проектировании следящих систем автоматизированных устройств управления и кибернетики, к которым предъявляются повышенные требования по точности и быстродействию.
Известны следящие системы с шаговыми двигателями, содержащие последовательно соединенные устройство сравнения, усилитель, пороговое устройство, первый выход которого через первые дифференциатор и элемент «И», а второй через вторые дифференциатор и элемент «И» соединены с соответствующими входами коммутатора, соединенного с обмотками шагового двигателя, механически связанного с датчиком шагов и через исполнительный механизм с устройством сравнения, ключ, триггер и линию задержки, Однако такие системы не позволяют изменять скорость отработки рассогласования пропорционально величине ошибки.
С целью повышения плавности регулирования в предлагаемую систему введены формирователь импульса и элемент «ИЛИ», первый вход которого соединен со входом триггера и выходом датчика шагов, второй — с другим входом триггера, входом линии задержки и с выходом формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера. Выход линии задержки соединен с третьим входом элемента «ИЛИ», 5 выход которого соединен с другими входами элементов «И».
На фиг. 1 представлена функциональная схема описываемой следящей системы; на фиг. 2 — схема расстановки во времени управ10 ляющих импульсов ШД и угловые характеристики синхронизирующего момента четырехфазного двигателя при отработке первых шагов.
Следящая система состоит из сравнивающе15 го устройства 1, на вход которого поступает входное воздействие д, где сравнивается с сигналом главной обратной связи у и в виде сигнала ошибки х через усилитель 2 поступает на вход порогового устройства 3, которое
20 представляет собой двухпозиционное электронное реле с зоной нечувствительности.
К каждому выходу порогового устройства 3 попарно подключены входы дифференциаторов
4, 5 и логических элементов «И» 6, 7. Выходы
25 этих пар перекрестно подключены на входы логических элементов «ИЛИ» 8 и 9, которые подключены соответственно на входы «вперед» и «назад» коммутатора 10. К выходам коммутатора подключены обмотки управления ша30 гового двигателя 11 (ШД). ШД 11 через ре494725
G5 дуктор (в общем случае) связан с исполнительным механизмом 12, включающим в себя датчик регулируемой величины (главная обратная связь на чертеже показана пунктиром). На валу ШД 11 установлен импульсный датчик шагов 13. Вторые входы элементов
«И» 6 и 7 подключены к выходу элемента
«ИЛИ» 14, один вход которого соединен с выходом датчика шагов 13, второй — с выходом линии задержки 15, а третий — с входом этой линии задержки, к которому через ключ
16 и формирователь импульса 17 подключен выход усилителя 2 и один из входов триггера
18, второй вход которого соединен с первым входом элемента «ИЛИ» 14.
Формирователь импульса 17 представляет собой мультивибратор с регулируемой временной задержкой на выдачу импульса, регулируемой сигналом рассогласования, который подается на вход формирователя 17 через ключ 16. Период замыкания ключа 16 задается триггером 18.
Устройство работает следующим образом.
При сигнале рассогласования, превышающем значение зоны нечувствительности порогового устройства 3 на одном из выходов последнего в зависимости от знака рассогласования появляется потенциал, который подается на соответствующий элемент «И» 6 (или 7) и дифференцирующую цепь «5» (или 4). В итого через элемент «ИЛИ» 8 (или 9) на вход
«вперед» 19 (или «назад» 20) коммутатора 10 поступает импульс (например, импульс 1), как показано на фиг. 2 при работе двигателя
«вперед», обмотки двигателя 11 переключаются, ротор попадает в ускоряющее поле (характеристика синхронизирующего момента а на фиг. 2) и начинает двигаться к новой точке устойчивого равновесия. В момент времени, соответствующий отработке ротором ШД половины шага, датчик шагов 13 вырабатывает импульс, который через элементы 14, 7 и 9, или 14, 6 и 8 поступает на переключение обмоток статора ШД в положение, соответствующее торможению ротора (фиг. 2 импульс II и характеристика d). Одновременно импульс с датчика шагов 13 поступает на один из входов триггера 18, который срабатывает и устанавливается в положение, соответствующее включенному состоянию ключа 16. Сигнал рассогласования х подается на вход формирователя 17. Через время, определяемое величиной сигнала рассогласования, на выходе формирователя 17 появляется импульс. Временная задержка импульса с формирователя
17 определяет длительность торможения ротора ШД. Время торможения ротора обратно пропорционально величине рассогласования.
Импульс с выхода формирователя 17 поступает на второй вход триггера 18, перебрасывает его, и ключ 16 размыкается. Тем самым на одном шаге двигателя обеспечивается выдача только одного импульса с формирователя 17. Одновременно с этим сигнал с формирователя 17 приходит как непосредственно, так и через линию задержки 15 на элемент
«ИЛИ» 14. Длительность задержки линии 15 выбрана на много меньшей минимального периода рабочей частоты двигателя. Таким образом, на коммутатор поступают два импульса, следующие один за другим, что сдвигает угловую характеристику синхронизирующсго момента на два такта (фиг. 2 импульсы III, 1Ч и кривая в). В итоге ротор попадает в ускоряющее поле, благодаря чему отрабатывается до конца первый шаг, и начинается отработка второго шага. В момент отработки половины второго шага очередной импульс, возникающий tIa датчике 13, формирует серию из трех импульсов (фиг. 2 импульсы V, VI u
VII), обеспечивающих торможение ротора и дальнейший его разгон. На последующих шагах система работает аналогично.
Время подтормаживания на шаге определяется величиной рассогласования. Если задающее воздействие изменяется с постоянной скоростью, то система, имея главную отрицательную обратную связь, производит отработку входного воздействия с той же установившейся скоростью. При уменьшении скорости входного сигнала время торможения увеличивается, и скорость двигателя снижается. При увеличении скорости входного сигнала рассогласование увеличивается и время торможения соответственно уменьшается.
При значительных рассогласованиях время торможения двигателя уменьшается практически до нуля и двигатель переходит в режим бесконтактной машины постоянного тока, т. е. вращается с максимальной рабочей частотой, а прохождение пачки из трех импульсов по каналу коммутатора «назад» соответствует прохождению одного импульса по каналу
«вперед».
В конечном итоге скорость определяется как функция энергии, пропорциональной разности площадей, ограниченных кривой синхронизирующего момента для разгона и торможения (фиг. 2,а). При этом диапазон скорости вращения двигателя изменяется в широких пределах, а именно, начиная от сверхнизких частот, когда площади, определяющие энергию разгона и торможения, мало отличаются одна от другой, и кончая максимальной рабочей скоростью двигателя, когда энергия торможения практически равна нулю.
Если сигнал рассогласования очень мал, то двигатель работает в режиме единичных шагов, и управляющие импульсы поступают только от дифференциаторов 4 и 5.
Благодаря подтормаживанию на каждом шаге путем смещения синхронизирующего момента при определенных положениях ротора разностная энергия, вводимая в систему шагового привода, расходуется на полезную работу, не создавая при этом избытка энергии, характерного для разомкнутых систем, и идущего на колебательные движения ротора, что
494725 особенно опасно на резонансных частотах, так как может привести к нежелательным автоколебаниям в системе.
Формула изобретения
Следящая система, содержащая последовательно соединенные устройство сравнения, усилитель, пороговое устройство, первый выход которого через первый дифференциатор и элемент «И», а второй выход через вторые дифференциатор и элемент «И» соединены с соответствующими входами коммутатора, соединенного с обмотками шагового двигателя, механически соединенного с датчиком шагов и через исполнительный механизм с устройством сравнения, ключ, триггер и линию задержки, отличающаяся тем, что, с целью повышения плавности регулирования, система со5 держит формирователь импульса и элемент
«ИЛИ», первый вход которого соединен со входом триггера и выходом датчика шагов, второй — с другим входом триггера, входом линии задержки и с выходом формирователя
10 импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, выход линии задержки соединен с третьим входом элемента «ИЛИ», выход которого соединен с
15 другими входами элементов «И».
Оси лРастрснс m оже
o8 гоо
Фиг 1
Составитель В. Гумен
Техред T. Курилко
Редактор Л. Утехина
Корректор T. Фисенко
Заказ 219/17 Изд. № 150 Тираж 869 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, 7Ê-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2