Цифровая следящая система

Цифровая следящая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Сонете ни к

Социапистичвскик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22)Заявлено 12.04.79 (21) 2751878/18-24

° \ с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 30 04 82 ° Бюллетень яю 16

Дата опубликования описания 30.04.82 (51) М. Кл.

G 05 В I1/26

Гееударстинный квмнтвт

СССР ао авлам нзабрвтеннй н открытнй (53) УЙК 62-50 (088. 8) Г °

Ю. Н. Егоров, Н. Е. Зарубин, Н. В. Ростов и И."И-. . Думанов ю ..;ц

Ленинградский ордена Ленина политехничес ий ийстйтут, . им. И. И. Калинина

-,-. (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель 54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЦАЯ СИС1ЕмА

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения электромеханических исполнительных систем производственных механизмов, в частности манипуляционных роS ботов.

Известны цифровые следящие системы, в которых сигнал управления силовым преобразователем формируется с то помощью специализированного вычислительного устройства (СВУ), построенного на цифровых и аналоговых микросхемах П3, Основными недостатками укаэанных

1S систем являются их сложность и высокая стоимость из-эа большого числа микросхем, входящих в эти.системы.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является цифровая следящая система, содержащая последовательно соединеннЫе широтно1 импульсный преобразователь, двигатель, редуктор, исполнительный механизм, дат-. чик обратной связи по положению, первый аналого-цифровой преобразователь, блок регистров памяти, вычислитель разности кодов, второй аналого-цифровой преобразователь и датчик обратной. связи по току, вход которого соединен с вторым выходом двигателя, а выход " с входом второго аналого-цифрового преобразователя..

СВУ этой системы, включающее в себя, в частности блок регистров памяти и вычислителя кодов, построено полностью на цифровых интегральных микросхемам (ЦИС) и представляет собой арифметико-логическое устройство, вычисляющее в каждом цикле работы, состоящем из 16 подынтервалов, циф" ровой сигнал, поступающий на вход схемы управления, где он преобразуется в широтно"импульсный сигнал, управляющий преобразователем, с помощью которого регулируется напряжение, поступающее на электродвигатель следя" щей системы. Управляющий код поступа3 92466 е1 ol I1BH, а код отработки — от преобразовагеля фаза - код, соединенного с преобразователем угол — фаза, которьГй связан с валом редуктора.

СВУ включает в свой состав сумматор комбинационного типа, шесть регистров и блок управления, содержащий генератор импульсов, три линии задержки для выработки трех тактирующих импульсов в каждом из 16 подынтерва- 10 лов„ делитель частоты и ряд других лоrèческих схем, формирующих импульсные и потенциальные сигналы (21.

Алгоритм работы СВУ представляет собой вычисление ошибки, хранение 15 ошибки предыдущего цикла, умножение каждой из этих величин на определенный коэффициент и суммирование результатов, Умножение величины на коэффициент реализуется путем многократно- 20 го суммирования этой величины в одном и том же цикле.

Основными недостатками известной системы являются сложность и высокая стоимость из-за большого количества 25 ЦИС, входящих в СВУ, а также слож ность перенастройки параметров алгоритма управления, которые вызваны

1 неиспользованием вычислительной функции двигателя системы, приводящего З0 в движение исполнительный меМанизм, как интегрирующего элемента, а также неиспользованием всех возможностей широтно-импульсного способа регулирования напряжения, питающего электродвигатель.

Цель изобретения - упрощение системы путем уменьшения числа ЦИС, т,е. уменьшение стоимости и увеличение надежности системы без ухудшения дина- 0 мических свойств, а также обеспечение возможности и простоты перенастройки параметров алгоритма управления в широких пределах.

Поставленная цель достигается тем, что система дополнительно содержит ждущий мультивибратор, распределитель тактовых импульсов, формирователь шиpviHbl импульса, блок управления реверсом напряжения, блок мульти вибрато" . ров высокой частоты и первый и второй коммутатор, при этом первый и второй входы первого коммутатора соединены с соответствующими входами системы, третий вход - с выходоГ1 первого àíà- 5$ лого-цифрового преобразователя, четвертый вход - с выходом блока регист" ров памяти> Г1яГый ВХОД с выхОдОм

3 4 втоРого аналого-цифрового преобраз:— вателя, первый и второй выходы с соответствующими входами вычислителя разности кодов, первый выход которого соединен с первым входом формирователя ширины импульса, второй вход которого соединен с выходом ждущих мультивибратора и с входом распределителя тактовых сигналов, третий вход - с выходом второго коммутатора, а выход — с входом ждущего мультивибратора и первым входом широтно-импульсного преобразователя, вход блока управления реверсом напряжения соединен с вторым выходом вычислителя разности кодов, а выход с вторым входом широтно-импульcHoго преобразователя, выходы блока мультивибраторов высокой частоты соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выходы распределителя тактовых импульсов соединены с с0ответствующими управляющими входами первого коммутатора, второго коммутатора, первого и второго аналогоцифровых преобразователей и блока регистров памяти.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемой системы.

Схема содержит первый коммутатор (цифровых сигналов) 1, вычислитель 2 разности кодов, формирователь 3 ширины импульса, блок 4 управления реверсом напряжения, широтно-импульсный преобразователь 5, двигатель 6, редуктор 7, исполнительный механизм 8, ждущий мультивибратор 9, распределитель 10 тактовых сигналов, блок 11 мультивибраторов высокой частоты, второй коммутатор (импульсных сигна" лов) 12, блок 13 регистров памяти, аналого-цифровые преобразователи 14 и 15, датчик обратной 16 связи по току и датчик 17 обратной связи по положению.

В системе реализован следующий алгоритм управления: где И i - сигнал управления,формируемый в и -м цикле

М е Д11 ч "ГзИ- сигналы задания положения и скорости соответственно, поступающие От ЦВМ в и -м цикле;

9246 сигнал обратной связи по положению, измеренный в и-м и (n-1)-и циклах; 9 ь 1 - сигнал обратной связи по току, измеренный в п-м цикле;

Icy К2 и К вЂ” коэффициенты пропорциональности (параметры алгоритма управления).

Цикл работы системы состоит из 4-х тактов. В первом такте каждого цикла

15 напряжения, подаваемое на двигатель, пропорционально составляющей к,ф5 л1-cLC J),, во втором - Kg@yC 3 в третьем — Kg(

Система работает следующим образом.

В канале 1-го такта и-го цикла через коммутатор 1 цифровых сигналов, который управляется тактовыми сигналами t формируемыми распределителем 10 тактовых импульсов, к входам вычислителя 2 разности кодов поступает i-я пара цифровых сигналов, причем сигнал, которому соответствует знак Плюс в алгоритме управления поступает на первый вход блока 2, а сигнал, которому соответствует знак минус - на второй вход блока 2. В i-м такте может подаваться один сигнал, если по одному иэ каналов блока 1 подается нуль. Код Р, с выхода блока 2 поступает на цифровой вход формирователя 3 ширины импульса, одновременно начинается формирование импульса, усиленного в широтно-импульсном преобра- 4„ зователе 5, а на вход .интегрирующего счетчика блока 3 начинают поступать импульсы заполняющей частоты 1, которая соответствует параметру К„ данного такта и которая подается через 45 коммутатор 12 импульсных сигналов с выхода i-ro мультивибратора блока 11.

Ширина импульса напряжения в i-м .такте определяется моментом равенства кода Р и кода интегрирующего счетчиL 50 ка в блоке 3, а полярность определяется блоком 4, на вход которого поступает сигнал знака )i. B 1-м такте с выхода блока 2. Длительность паузы в конце i-го такта определяется вре55 менем срабатывания ждущего мультивибратора 9, при включении которого начинается следующий (i + 1) такт, в котором работа устройств системы ана63 6 логична описанной. Блок 13 в данном случае представляет собой регистр памяти для хранения а (0-1),.

Сигналы задания i .g"" 3 и с .5ГИ1 поступают с регистров ЦВИ, а сигналы обратных связей аС 1 и I Lnl " с регистров аналого-цифровых преобразователей 14 и 15. Работой блоков 13-15 управляют тактовые сигналы t снимаемые с выхода блока 10. Измерения цифровых величин > C<$ производятся в течение последней паузы (n-1) -ro цикла, т.е. непосредственно перед началом и-ro цикла.

Яналогичным образом может быть построена ЦСС, реализующая более сложный алгоритм управления, в управление которого входят сигналы, характеризующйе ускорение, т.е. г 1- -.) + о . Се-2.„ или сигналы других обратных связей.

Усложнение алгоритма управления при" водит к непринципиальным изменениям блоков 1 и 10-13.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с известной обладает следующими преимуществами: используется циклическое широтно-импульсное управление напряжением электродвигателя, при котором формирование сред" него напряжения производится в течение цикла, состоящего из нескольких тактов работы широтно-импульсного преобразователя, т.е, в самом электродвигателе осуществляется суммирование напряжений, пропорциональных о>дельным составляющим алгоритма управления; ширина импульса напряжения, формируемого широтно-импульсным преобразователем, определяется не только величиной кода, поступившего на его цифровой вход в данном такте, но и номером этого такта внутри цикла, т.е. в каждом такте одновременно с формированием ширины импульса напряжения производится умножение сигнала данного такта на свой коэффициент; увеличение добротности системы по скорости при малых сигналах рассогласования и более полное использование электродвигателя по напряжению (по мощности) достигается нелинейным управлением широтно-импульсным пре" образователем с переменной частотой следования импульсов (низкой при боль. ших рассогласованиях и более высокой при малых), при котором ширина и полярность импульса напряжения зависят

92466

3 8 первый и второй входы первого коммутатора соединены с соответствующими входами системы, третий вход - с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, четвертый вход - с выходом блока регистров памяти, пятый вход " с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, первый и вто" рой выходы - с соответствующими входами вычислителя .разности кодов, первый выход которого соединен с первым входом формирователя ширины импульса, второй вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора и с ,входом распределителя тактовых сиг налов, третий вход - с выходом второ го коммутатора, а выход - с входом ждущего мультивибратора, и первым входом широтно-импульсного преобразователя, вход блока управления реверсом напряжения соединен с вторым выходом вычислителя разности .кодов, а выход - с вторым входом широтноимпульсного преобразователя, выходы блока мультивибраторов высокой частоты соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выходы распределителя тактовых импульсов соединены с соответствующими управляющими входами первого коммутатора, второго коммутатора, первого и второго аналого-цифровых преобразователей и блока регистров памяти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 531129, кл. С 05 B 11/01, 1973.

2. Батоврин А. А. и др. Цифровые системы управления электроприводами.

Л., "Энергия", 1977, с. 244-246 (прототип) . от величины и знака выходного кода в данном такте, а пауза постоянна и мала по сравнению с максимальной шириной импульса, длительность паузы ограничивается временем преобразова- s ния аналог-цифра измерительной части системы и задается схемой временной задержки в конце каждого, такта; гибкость перенастройки параметров .алгоритма управления определяется тем, 0 что изменение коэффициента, на кото рый умножается выходной код в каждом ! такте, сводится к изменению частоты импульсов, заполняющих интегрирующий счетчик в схеме управления широтноимпульсным преобразователем в данном такте. формула изобретения

Цифровая следящая система, содержащая последовательно соединенные широтно-импульсный преобразователь, двигатель, редуктор, исполнительный И механизм, датчик обратной связи по положению, первый аналого-цифровой преобразователь, а также блок регист.

pos памяти, вычислитель разности кодов и датчик обратной связи по току, зО вход которого соединен с вторым выходом двигателя, а выход - с входом второго аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ а. я с я тем, что, с целью упрощения системы, она содержит ждущий мультивибратор, распределитель тактовых импульсов, формирователь ширины импульса, блок управления реверсом напряжения, блок мультивибраторов высокой частоты и первый и второй коммутаторы, при этом

92466) Заказ 2817!65 тираж SOS

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

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

Составитель Г, Нефедова

Редактор С. Крупенина Техред д. дц Корректор М. Пожо