Нелинейное корректирующее устройство

 

Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станков с программным управлением , приводов роботов-манипуляторов, высококачественных следящих установок, и является усоверщенствованием известного устройства по авт. св. № 1226403. Целью изобретения является повыщение точности, надежности и уменьшение энергоемкости устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что сигнал рассогласования корректируемой системы поступает на первый вход устройства и в нем - на первый информационный вход первого переключателя , на информационные входы пикового детектора и интегратора, на вход нуль-органа , на первые входы первого, второго и третьего сумматоров, на первый вход компаратора и на первый информационный вход второго переключателя. Выходной сигнал нуль-органа поступает на управляющий вход пикового детектора, вход «Сброс интегратора и на первый управляющий вход блока памяти. Выходной сигнал пикового детектора поступает на входы первого и второго масщтабирующих блоков и на второй вход третьего сумматора, выходной сигнал которого подается на информационный вход блока памяти . Выходной сигнал первого масщтабирующего блока поступает на второй вход первого сумматора, выходной сигнал которого через сигнум-реле и ключ поступает на второй информационный вход первого переключателя и информационный вход интегратора. Выходной сигнал интегратора сравнивается с сигналом,пропорциональным скорости вращения вала исполнительного двигателя, в четвертом сумматоре, выходной сигнал которого через второй релейный блок поступает на вход блока управления. Выходной сигнал второго масщтабирующего блока поступает на второй вход второго сумматора, выходной сигнал которого поступает на управляющие входы первого и второго переключателей. Сигнал с выхода датчика скорости поступает на второй вход устройства и в нем - на вход первого релейного блока, выходной сигнал которого поступает на первый управляющий вход ключа и на второй управляющий вход блока памяти. Выходной сигнал блока памяти поступает на второй вход компаратора, а его выходной сигнал подается на второй управляющий вход ключа. Выходной сигнал источника постоянного напряжения подается на второй информационный вход второго переключателя , а его выходной сигнал поступает на вход усилителя. Выходные сигналы первого переключателя , усилителя и блока управления являются выходными сигналами устройства. 7 ил. i (Л to 00 N5 О О5 N3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК г5о 4 б 05 В 5/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

Ю

CO 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1226403 (21) 3927530/24-24 (22) 05.07.85 (46) 07.01.87. Бюл. № 1 (71) Минский радиотехнический институт (72) В. А. Барабаш, А. Д. Горбачев, И. А. Горбачев и О. А. Сосновский (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1226403, кл. G 05 В 5/01, 1984. (54) НЕЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙ СТВО (57) Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам и может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станков с программным управлением, приводов роботов-манипуляторов, высококачественных следящих установок, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 1226403. Целью изобретения является повышение точности, надежности и уменьшение энергоемкости устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что сигнал рассогласования корректируемой системы поступает на первый вход устройства и в нем — на первый информационный вход первого переключателя, на информационные входы пикового детектора и интегратора, на вход нуль-органа, на первые входы первого, второго и третьего сумматоров, на первый вход компаратора и на первый информационный вход второго переключателя. Выходной сигнал нуль-органа поступает на управляющий вход пикового детектора, вход «Сброс» интегратора и на первый управляющий вход блока памяти.

„„SU„„1282076 А 2

Выходной сигнал пикового детектора поступает на входы первого и второго масштабирующих блоков и на второй вход третьего сумматора, выходной сигнал которого подается на информационный вход блока памяти. Выходной сигнал первого масштабирующего блока поступает на второй вход первого сумматора, выходной сигнал которого через сигнум-реле и ключ поступает на второй информационный вход первого переключателя и информационный вход интегратора. Выходной сигнал интегратора сравнивается с сигналом, пропорциональным скорости вращения вала исполнительного двигателя, в четвертом сумматоре, выходной сигнал которого через второй релейный блок поступает на вход блока управления. Выходной сигнал второго масштабирующего блока поступает на второй вход второго сумматора, выходной сигнал которого поступает на управляющие входы первого и второго переключателей. Сигнал с выхода датчика скорости поступает на второй вход устройства и в нем — на вход первого релейного блока, выходной сигнал которого поступает на первый управляющий вход ключа и на второй управляющий вход блока памяти.

Выходной сигнал блока памяти поступает на второй вход компаратора, а его выходной сигнал подается на второй управляющий вход ключа. Выходной сигнал источника постоянного напряжения подается на второй информационный вход второго переключателя, а его выходной сигнал поступает на вход усилителя. Выходные сигналы первого переключателя, усилителя и блока управления являются выходными сигналами устройства.

7 ил.

1282076

Изобретение относится к двухканальным нелинейным корректирующим устройствам, может быть использовано в быстродействующих системах позиционирования, например станков с программным управлением, приводов роботов-манипуляторов, в следящих установках, и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1226403.

Цель изобретения — повышение точности, надежности и уменьшение энергоемкости устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства в составе корректируемой системы; на фиг. 2 — временные характеристики сигналов устройства; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема интегратора; на фиг. 4 — принципиальная электрическая схема второго релейного блока; на фиг. 5— статическая характеристика второго релейного блока; на фиг. 6 — принципиальные электрические схемы блока управления и суммирующего устройства; на фиг. 7 — статическая характеристика входного каскада блока управления.

Блок-схема устройства содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 умножения, суммирующее устройство 3, исполнительный двигатель 4 с нагрузкой, датчик 5 скорости, нелинейный корректирующий блок 6, пиковый детектор 7, первый масштабирующий блок 8, первый сумматор 9, сигнум-реле 10, первый переключатель 11, второй масштабирующий блок 12, второй сумматор 13, второй переключатель 14, источник 15 постоянного напряжения, нуль-орган 16, усилитель 17, третий сумматор 18, блок 19 памяти, компаратор 20. ключ 21. первый релейный блок 22, первый 23 и второй 24 входы и первый 25, второй 26 и третий 27 выходы нелинейного корректирующего блока 6, интегратор 28, четвертый сумматор 29, второй релейный блок 30 и блок 31 управления.

Интегратор содержит резистор 32, ключ

33, конденсатор 34, операционный усилитель.35 и общую шину 36.

Второй релейный блок включает резисторы 37 — 42, операционные усилители 43 и 44 и диоды 45 и 46.

Блок управления содержит резисторы 47 — 57, стабилитроны 58 и 59, диоды 60 и 61, операционные усилители 62 и 63, элементы ИЛИ-НЕ 64 и 65, ключи 66 и 67 и транзистор 68.

Суммирующее устройство включает резисторы 69 — 76 и операционные усилители 77 — 79.

Кроме того, приняты обозначения: источники 80 — 83 постоянного напряжения, Ол1 Uon2 Uon3, Uon 4 — выходные напряжения источников постоянного напряжения

80 — 83, U; — сигнал на выходе i-го блока, 6 — величина допустимой ошибки скорости.

Интегратор 28 (фиг. 3) служит для формирования требуемого профиля диаграммы

2 скорости. Он представляет собой интегратор, собранный на операционном усилителе 35, коэффициент усиления которого задается конденсатором 34 обратной связи и входным резистором 32. Сброс интегратора 28 осу5 ществляется выходным сигналом нуль-органа 16, который замыкает аналоговый ключ 33.

Второй релейный блок 30 (фиг. 4) представляет собой реле с зоной нечувствитель10 ности, формирующее сигнал управления блоком 31 управления, в случае превышения допустимого отклонения истинной скорости движения от требуемой по заданному профилю диаграммы скорости. Величина зоны нечувствительности задается выходными

15 напряжениями Uoni или U„2 источников 80 и 81 постоянного напряжения. Когда напряжение U2o на входе второго релейного блока 30 превышает значение U,„ или U,n2, то открывается соответственно либо диод 45, либо диод 46. Если напряжения Uoni u U 2 равны по абсолютной величине, то получается симметричная статическая характеристика второго релейного блока 30 (фиг. 5).

Для этого должны быть равны между собой соответственно резисторы 37 и 39, 38 и 40, 25 41 и 42.

Блок 31 управления (фиг. 6) служит для перевода суммирующего устройства 3 (фиг. 6) из режима линейного суммирования в режим выработки форсирующего напряжения требуемой полярности в случае измеЗО няющегося момента сопротивления нагрузки.

Согласно приведенному описанию алгоритма работы всего устройства, выходной сигнал U>o второго релейного блока 30 поступает на входной каскад блока 31 управ35 ления. Этот входной каскад, собранный на резисторах 47 — 53, диодах 60 и 61 и операционных усилителях 62 и 63, представляет собой электрическую модель зоны нечувствительности, имеющую статическую характеристику (фиг. 7), и служит для повышения

4п помехоустойчивости и надежности работы всего блока 31 управления. Если сигнал Usa /14ьь, то сигнал Uqo на выходе входного каскада блока 31 управления представляет собой логический нуль. Поэтому сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 64 равен логической еди45 нице и ключ 66 подключает в цепь обратной связи операционного усилителя 77 резистор 71.

Транзистор 68 закрыт и операционный усилитель 78 работает в режиме повторителя напряжения, полученного в результате суммирования на операционном усилителе 77 входных напряжений U2 и Ul I. Коэффициент передачи операционного усилителя 77 определяется отношением резистора 71 к резистору 69 (70). Ключ 67 разомкнут выходным

55 сигналом элемента ИЛИ-HE 65. Если сигнал

Uzo равен максимальному положительному напряжению, то оно, ограничиваясь до величины напряжения стабилитрона 58, в виде

1282076

3 логической единицы поступает на вход элемента ИЛИ-HE 64.

На его выходе формируется сигнал логического нуля и ключ 66 отключает резистор 71 от цепи обратной связи операционного усилителя 77, а ключ 67, замыкаясь, блокирует входное напряжение Uii.

Благодаря этому на выходе операционного усилителя 77 на любом участке движения при УзоФО будет максимальное отрицательное напряжение. Транзистор 68 по-прежнему закрыт и усилитель 78 работает в режиме повторителя, а выходное напряжение Уч имеет максимальное положительное значение. Если сигнал Узо равен максимальному отрицательному напряжению, то на выходе элемента ИЛИ-HE 64 формируется сигнал логического нуля, и тем самым ключ 66 отключает резистор 71, а ключ 67 блокирует напряжение Un. Однако в этом случае открывается транзистор 68. Операционный усилитель 78 переключается в режим инвертирования знака, поступающего на его входы напряжения. Таким образом, на выходе суммирующего устройства 3 будет максимальное отрицательное напряжение.

Операционный усилитель 79 и резисторы 74 и 76 служат для согласования знаков сигнала, поступающего на двигатель 4, и сигнала рассогласования, а также для задания необходимого коэффи циента усиления. Стабилитрон 59 предназначен для ограничения напряжения на выходе входного каскада блока 31 управления: В качестве четвертого сумматора 29 можно применить сумматор, реализованный на операционном усилителе.

Нелинейное корректируюшee устройство работает следующим образом.

В случае, когда момент сопротивления нагрузки не изменяется, система работает как известное устройство и характеризуется четырьмя режимами (фиг. 2): разгоном при

0(t(ti, движением с постоянной скоростью при ti(t(tg, торможением при t)tz и режимом операционного движения к точке позиционирования при 0(IUil(Uz/К . При изменении момента сопротивления нагрузки нелинейный корректирующий блок 6 начинает вырабатывать дополнительный управляющий сигнал, который переводит суммирующее устройство 3 в режим форсировки напряжения, поступающего на исполнительный двигатель 4. Происходит это следующим образом (фиг. 2) ..

Интегратор 28, подключенный информационным входом к выходу ключа 21 с момента времени /=0 начинает формировать требуемый профиль скорости движения для расчетного момента сопротивления нагрузки посредством интегрирования сигнал с выхода сигнум-реле 10 с коэффициентом усиления интегратора 28 Ки = —,Клс, где К4 и T4—

Ik коэффициент усиления и постоянная времени

55 двигателя 4; К, — коэффициент передачи датчика 5 скорости. В момент t вхождения скорости движения в режим насыщения ключ

21 размыкается и интегратор 28 фиксирует значение входного текущего напряжения. В момент tä ключ 21 опять замыкается и на информационный вход интегратора 28 поступает сигнал с выхода сигнум-реле 10, однако уже отрицательной полярности. Интегрируя этот сигнал с тем же коэффициентом усиления, интегратор 28 формирует участок торможения требуемого профиля скорости.

Таким образом, с помощью интегратора 28, подключенного информационным входом через ключ 21 к выходу сигнумреле 10, получают задатчик интенсивности требуемой скорости движения. Сигнал с его выхода U» поступает на первый вход четвертого сумматора 29, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика 5 скорости. Сигнал разности, полученный в четвертом сумматоре 29, поступает на вход второго релейного блока 30, который представляет собой реле с устанавливаемой зоной нечувствительности. Если в момент времени момент сопротивления нагрузки начинает изменяться так, что сигнал разности с выхода четвертого сумматора 29 превышает зону нечувствительности второго релейного блока 30 в отрицательную сторону (истинная скорость движения будет меньше требуемой), то второй релейный блок 30 срабатывает и выдает положительный сигнал на вход блока 31 управления. По этому сигналу блок 31 управления переводит суммирующее устройство 3 из режима линейного суммирования в режим форсировки напряжения, и суммирующее устройство 3 выдает на вход исполнительного двигателя 4 напряжение Уч (Фиг. 2).

Сигнал форсировки соответствует максимально допустимому напряжению исполнительного двигателя 4 и длится до момента времени tç, пока разность между требуемой и истинной скоростью движения не становится равной заданной величине о, которая определяет зону нечувствительности второго релейного блока 30.

Если в момент времени lg истинная скорость движения превышает значение требуемой скорости на заданную величину о, то по описанному алгоритму снова срабатывает второй релейный блок 30 и выдает сигнал отрицательного напряжения на вход блока 31 управления, которое переводит суммирующее устройство 3 в режим выработки отрицательного форсирующего напряжения. При возвращении истинной ско- рости движения в заданную зону отклонения

6 суммирующее устройство 3 в момент вре1/ мени 4 опять переходит в режим суммирования посредством обратного срабатывания второго релейного блока 30 и блока 31 управления.

1282076

Формула изобретения.

t = — "= 0,025 с; с м

11 =0,2B=const;

01,Ч5с

-0,2

-04

На фиг. 2 построены временнные характеристики сигналов выходов соответствующих блоков для следующих численных значений параметров: максимальное ускорение

aM = 400 рад/с, максимальная скорость (oM = 10 рад/с, величина ступенчатого задающего воздействия g< = 1 рад, коэффициент передачи второго масштабирующего блока Кд = 50.

Для этих данных получают Uio = 0,4 В; = — — 0,1 с. Величина Уз, равная 0,2 В=

=сойй, определена для номинального момента сопротивления нагрузки.

Таким образом, предлагаемое нелинейное корректирующее устройство позволяет обеспечить требуемую динамическую точность и оптимальное быстродействие как при заданном, так и при изменяющемся моменте сопротивления нагрузки. В результате повышаются экономичность и надежность работы корректируемой системы, так как не происходит превышение допустимого напряжения на исполнительном двигателе при изменяющемся моменте сопротивления нагрузки.

Нелинейное корректирующее устройство по авт. св. № 1226403, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности и уменьшения энергоемкости устройства, в нем дополнительно установлены последовательно соединенные интегратор, четвертый сумматор, второй релейный блок

15 и блок управления, причем информационный вход интегратора подключен к выходу ключа, вход «Сброс» интегратора — к выходу нульоргана, второй вход четвертого сумматора соединен с входом первого релейного блока, а выход блока управления является третьим выходом устройства.

1282076

28

1282076 г Г

Составитель Ю. Гладков

Редактор И. Дербак Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 7178/45 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4