Фазовая следящая система

Фазовая следящая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

се оа 1б

П т „ нс

СПИ

ИЗОБРЕТЕН Ия (ii}77997() Союз Советских

Социалистических

Республик

=е

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) З »«0 01. 11.76 (21) 2417p55/18 24 с присоединением заявки %в (23) Приоритет (5E)M. Кл.

G 05 В 11/12

Гесудерстеенный комитет

Опубликовано 15 11 8р Бюллетень J%42 по делам изобретений н OTKpblTHH (53) УДК 62.50 (088.8) Дата опубликования описания 18.ll.80 (72) Автор изобретения

Е. А. Артюхов (71) Заявитель. (54) ФАЗОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к области ав,томатики и телемеханики и может найти

° широкое применение при построении прецизионных следящих систем иэмеренття углов поворота.

В настоящее время в системах такого рода широкое применение получили датчики угла с электрической редукцией, в частности, параметрические датчики, содержащие механический модулятор, ус о тановленный на валу электродвигателя. °

Такие датчики при сравнительно умеренных требованиях к точности изготовления сборки позволяют получить точность порядка 1-2 угл. с. Однако информация

5 об угле поворота в этих датчиках представлена фазовым сдвигом между сигнальным и опорным напряжениями, что вызывает необходимость применения следящих систем с фазовым.управлением, включающих в себя фаэоврашатель-приемник на

СКВТ с %C-цепью jl)

l 1рименяемые следящие системы вносят дополнительные погрешности, основными

2 из которых являются погрешность, обусловленная нелинейностью характерйстйки

"угол-фаза фазовращателя- прйемника и погрешности, вызываемые нестабильностью характеристики "угол-фаза фазоврашателя-приемника и характеристики фаза-напряжение рассогласования демодулятора (фазового дискриминатора).

В известных фазовых следящих системах коррекция погрешностей, возникающих от нестабильности электроэлементов системы, осуществляется с помощью фаэорасШеиителя, используемого для питания фазоврашателя-приемника, выявление возникающих погрешностей осуществляется с помощью ряда коммутаторов, а смещение нулевого положения исполнительного вала устраняется оператором с помощью корректирующего фазовращателя (2, Ç .

Использование в известных системах коммутаторов даже электронного типа приводит к уменьшению быстродействия системы. и, следовательно, к дополнительным динамическим погрешностям.

3 7799 70

Иэ известных фазовых следяцих систем наиболее близкой по технической сущности шляется система, содержащая параметрический датчик, первый выхоц которого через последовательно соединенные первый

5 цетектор и первый фаэорасщепитель подключен к статорным обмоткам CKBT-приемника, роторные обмотки которого подключены к первым входам соответственно первого и второго вычитателей, второй выхоц параметрического цатчика через второй детектор соединен со входом второго фазорасщепителя, первый выход которого соецинен с первым входом первого демоцу лятора и вторым входом первого вычита1S телей, а второй выхоц —. с первым входом второго вычитателя, выхоц которого соединен со вторым входом первого демодулятора, выход которого через последовательно соединенные третий вычитатель

Эо усилитель и исполнительный двигатель соединен с валом СКВТ-приемника (4) .

1Лелью изобретения является повышение точности фаэовой следящей системы с параметрическим цатчиком угла за счет, 25 уменьшения нестабильности фазовращателя и демодулятора и улучшения линейнос- . ти характеристики "угол--фаза-фазовращателя путем повышения инструментальной точности СКВТ Н(например, благо30 даря исключению погрешности иэ-за не-. равенства коэффициентов трансформации и неортогональности статорных и роторных обмоток (СКИТ).

Цель достигается за счет того, что в системе установлен второй демодулятор, первого вхоц которого соединен co âòîрым выхоцом второго фазорасщепителя, второй вход — с выходом второго вычитателя, а выход — со вторым входом третьего вычитателя. и 8 СКВТ, И вЂ” напряжение на втором выходе второго фаэорасщепителя 12 И

7 и И 8 — напряжение на выходах соответс твенно первого и второго вычитателей

14, 15, И„, и И вЂ” напряжение на выходах соответственно первого и второго демоцуляторов, И „,„- напряжение на выходе третьего вычитателя 16.

Система работает слецующим образом.

Параметрический цатчик угла 1 генерирует цва высокочастотных сигнала, модулированных по амплитуде частотой:

F = Q.p, (1) где. 52 — угловая скорость вращения модулятора датчика угла 1; р — .коэффициент электрической редукции .датчика угла 1.

Детекторы 2 и 3 выделяют огибающие модулированных сигналов, относительное изменение фазы которых равно.

Я=Jр, (2) гце; сс. — угол поворота ротора цатчиугла 1.

Блок-схема прецставлена на чертеже, где параметрический датчик (угла) 1, первый и второй детекторы 2,3, синуснокосинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)-приемник 4, статорные обмотки

СКВТ-приемника 5,6 роторные обмотки

СКВТ-приемника 7,8, первый и второй демодуляторы 9,10, первый и второй фазорасщепи тели 11, 12, усилитель 13, первый, второй и третий вычитатели 14, 15, 16, исполнительный цвигатель 17, d, -угол поворота входного вала, фугол поворота ротора СКВТ 4, И,И„напряжение на выходе соответственно первого и второго цетекторов 2,3, И„-"

И напряжение на втором выходе первого фаэорасщепителя 1 1, И., И -напряжение на выходе роторных обмоток 7

Огибающие (переменные напряжения с частотой Р ) поступают на фаэорасщепители 11 и 12, кажцый из которых преобразует вхоцное напряжение в два выходных, сцвинутых по фазе на х

При поцаче этих напряжений на обмотки

5 и 6 СКИТ 4 в воздушном,зазоре между ротором и статором образуется вращающееся магнитное поле в результате чего на роторных обмотках 7 и. 8 возникают напряжения, фаза которых изменяется пропорционально углу поворота ротора.

Между собой напряжения обмоток 7 и 8 сцвинуты по фазе на Г . Напряжения

3 обмоток 7 и 8 вычитаются с помощью вычитателей 14 и 15 иэ выходных напряжений фазорасщепителя 12. В результате на выходах вычитателей 14 и 15 при равенстве амплитуд поступающих на них напряжений получаются напряжения, пропорциональные углу рассогласования между роторами датчика угла 1 и СКВТ» приемника 4. Эти напряжения рассогласования являются квацоатурными (т.е. сдвинутыми по фазе на —" ) по отношению к выл читаемым напряжениям. При неточном выполнении равенства вычитаемых напряжений, напряжение ны выходе, например вычитателя 14, имеет синфаэную составляющую, искажающую информацию об угле рассогласования. Поэтому цля фильтрации этой синфазной составляющей выхоцные напряt жения вычитателей 14 и 15 подаются на цемоцуляторы 9 и 10, выделяющие только

779970

5 квадратурные составляющие. Выходные напряжения цемоцуляторов 9 и 10 поступают на вычитатель 16, благоцаря которому составляющие выходных напряжений цемоцуляторов, обуславливающие нелинейность характеристики угол-фаза"

СКВТ-приемника, вычитаются (компенсируются), а полезный сигнал об угле рассогласования удваивается, усиливается усилителем 13 и воздействует на об- 10 мотку управления исполнительного двига-. теля 17 цо согласования им задающего и исполнительного вала, т.е. происходит выполнение условия; ч- = ар-р=о, (» из которого следует, что . =о(.Р, (4) т.е. ротор СКИТ-приемника 4 отрабагывает угол поворота параметрического датчика 1 с коэффициентом перецачи (редукции) р .

При использовании параметрического датчика угла 1 в качестве приемника,, а СКВТ-приемника 4 в качестве датчика в системе выполняется условие.

djp = 1 (р, (s) т.е. коэффициент передачи равен

В первом случае (4) система используется для измерения угла поворота вала, ЗО во втором (5) — для установки угла поворота вала. расшепителя 11 (коэф фициент передачи первого канала равен 1");

-амплитуцная расстройка фазов ая расс тро йк а фазорасщепи теля 1 1

Ь . -напряжение на обмотке 6 СКВТ-приемника4.

Напряжение 04 и U на выходных обмотках 7 и 8 СКВТ-приемника 4 равны:

04 = 02СО ((3,СО ((Ъ „1 % 2)! (6)

0 (Ц ЯИ((Ь+ 2)+0 61И((+)"„+ 2 Ж/2)3 (1+ Д6) У (7 ). где j неортогональность обмоток 5 и 6; j -неортогональность обмоток 7

1 и 8. д — относительная разница коэфЬ фициентов трансформации обмоток 7 и 8.

Выражения (6) и (7) преобразуем к виду: (4=0 Р-U>(1 /+ z,cosy), (B)

0 =(U (Э1пР1Д СО З)+О (СО Р-(Д +

5 1

° a8)S1n()) (1 rri6) гце при малых: Т, и 3"2 .6, Подставив в формулы (8) и (9) значения U и U>, получим без учета величин второго порядка малости, g — (1+Д1- Д )СОЬР-1(1+Д1+ h + (амплитуда напряжения

0„ на входе фазорасще-40 пителя 12 принята

pBBHOй " 1)

-напряжение на входе фазорасшепителя 11;

-относительная разница м амплитуд напряжений ц„и 0

-коэффициент передачи второго канала фазорасшепителя 12 (коэффициент передачи первого канала равен "1 )

-амплитудная относительн ая р асс тройк а фазор асще пи теля 12;

-фазовая расстройка фазорасщепителя 12

-коэффициент передачи второго .канала фазо102НЩ

lu i

0l„= (1+Ü +1Д ) В =i(1+д ф jhS) Э

Приведем доказательство эффективности прецложенной следящей системы с по- З5 мощью представленной функциональной схемы, цля чего введем следующие обозначения:

U--ie, СОМ -)ah<

+ )д ) 5111$ (1О) ) 61И(Ъ+ ) (д1 Д2+ Д,1 Д6

8 (14) + 3 1 3 д ) СОВ(Ъ

Напряжение на выхоце демодулятора

10 определим, как.

О =R,(О,) е(О,) Ä(u,)" „,(О,)=

s1n р-д сов а-д 5111(ъcospi,,(15) 5 7 +

0 -И+д+д - „- <8) 11 (1+д11

+ Д4+ Д6 j 6.<-3 Д8 ) COS (Ь,(И).

При идеально точном слежении ротора

СКВТ-приемники 4 за изменением фазы выполняется условие (. Тогда напряжение на выходе вычитателя 14 будет: ц =u -U =(д - д )coed-j(s +д

7 4 1 1 7, " 4

+ 1 ) 1""W! а напряжение на выходе вычитателя 15 будет при: "ц 1, (1 )

6 1 равно:

0 =u -U =(i1-дд+дь-1дЪ-j д78 5 Ь

7 77997 8 це: 1я λ — действительная часть у изобретения

qg) — коаффициент при мнимой

Источники информации принятые во внимание при акспертизе

1. Элементы цифровых систем упревления. Под. ред. В. A. Мясникова, Л., Наука, 1971, с. 234.

2. Авторское свидетельство СССР

l4 317041, кл. G 05 В LL/12;, 19. 1 1.69.

3. Авторское свидетельство СССР

% 552587, кл. 5 05 В 11 01, 17.6,74.

4. Авторское свидетельство СССР

М 330424, кл. G 05 В 5/01, 1968 (прототип) . г

Ug

Напрюкение на выходе цемодулятора 9 равно . 10 В(®1» © 9 »ю(1 ю(8»

*h -b coS P а +а 81п Р Ъ 5 9

- й, S111+COSP. ()Q).

Погрешность воспроизведения фазы поворотом ротора СКИТ-приемника 4 опрецелим в вице: а погрешность системы передачи угла г в вице ь b, ь+д

Формула (18) показывает, что погрешность предложенной системы не зависит 20 (с точностью до, величин второго порядка малости) от угла поворота <, a является постоянной величиной, учитываемой при начальной выставке ротора CKBTприемника 4, т.е. достигается линеари- 2 зация характеристики угол-фаза СКВТприемника 4, Поскольку в системе используются идентичные фазорасщепители 1 1, 12, мож- но считать, что д - д, и, следова- ЗО тельно, происхоцит компенсац ия измене-, ния погрешности смещения нуля системы при изменении частоты сигналов датчика угла l иэ-за нестабильности вращения цвигателя модулятора. 35

Демодуляторы 9,10 в системе рабо- тают при малом (вычтенном) коммутируемом (входном) сигнале, что позволяет уменьшить .уровень коммутирующего (опорного) сигнала, обуславливаю- щ щего остаточное напряжение íà выходе цемодуляторов 9, 10, дрейф которого определяет погрешность нестабильности укаэанных демодуляторов. Экспериментальная проверка показала, что нестабильность цемодуляторов 9, 10 в системе вызывает погрешность в десятки раз меньше по сравнению с известными системами, Фазовая следацая система, содержащая параметрический датчик, первый выхоц которого через последовательно соециненные первый детектор и первый фазорасщепитель подключен к статорным обмотками спнусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) -приемника, роторные обмотки которого подключены к первым sxoaaM соответственно первого и второго вычитателей, второй выход параметрического цатчика через второй детектор соединен со входом Вто» рого фаэорасщепителя, первый выхоц которого coellHHeH с первым BxolloM nepsoro демодулятора и вторым входом первого вычи1 ателя, а второй выхоц — с первым вхоцом второго вычитателя, выход которого соединен со вторым входом первого демодулятора, выхоц которого через послецовательно соединенные третий вычитатель, усилитель и испол.— нительный цвигатель срединен с валом синусно-косинусно вращающегося трансформатора СКВТ-приемника, о т л и— чающаяся тем,что,сцелью .повышения точности системы, в ней установлен второй демодулятор, первый вхоц которого соецинен со вторым выхоцом второго фазорасщепителя, второй вхоц — с выходом второго вычитателя, а в выход - со вторым входом третьего вычитателя.

779970

Составитель Г. НефедоваРедактор Г. Улыбина Техред М.Рейвес Корректор М. Шарохин

Заказ 9323/13 Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4