Цифроаналоговая следящая система
Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью вычислительных устройств. Система содержит генератор опорной частоты, усилитель, синусно-косинусный цифроаналоговый преобразователь, четыре переключателя, электропривод, соединенный выходным валом с объектом регулирования и ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора. С целью расширения диапазона рабочих углов, введены три компаратора, шесть элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фазочувствительных выпрямителя, блок вычитания, два делителя напряжения, элемент сравнения. 2 ил.
„.SU ÄÄ 1580554
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
PECllÓБЛИК
А1 (51)5 Н 03 И 1/38 G 05 В 15/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21), 4423555/24-24 (22) 10.05.88 (46) 23.07.90. Бюл. Р 27 (72) В.В.Ледерер (53) 62"50(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1029143, кл. G 05 В 15/02, 1983.
Авторское свидетельство СССР
У 1282328, кл. Н 03 N l/38, 1987.
2 (54) ЦИФРОАНАЛОГОВАЯ СЛЕДЯЦ1АЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью вычислительных устройств, Цель изобретения
1.асширение диапазона рабочих углов.
Цифроаналоговая следящая система содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор l электропривод 2, 1580554 объект 3 регулирования, генератор 4 опорной частоты, первый компаратор 5, первый 6 и второй 7 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 8 и второй 9 фазочувствительные выпрямители, первый 10 и второй 11 переключатели, второй 12 и третий 13 компараторы, третий 14, четвертый 15, пятый 16 и шестой 17 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент 18 сравнения, третий 19 и четвертый 20
Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления объектами с помощью. вычислительных устройств. 20
Цель изобретения — расширение диапазона рабочих углов.
На фиг.1 представлена функциональная схема цифроаналоговой следящей системы; на фиг.2 — эпюры сигналов. 25
Цифроаналоговая следящая система содержит (фиг.1) синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)1, электропривод 2, объект 3 регулирования, генератор 4 опорной частоты, пер-30 вый компаратор 5, первый б.и второй 7 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 8 и второй 9 фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), первый 10 и второй 11 переключатели, второй 12 и третий 13 ком35 параторы, третий 14, четвертый 15, пятый 16 и шесто" 17 элементы ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент 18 сравнения, третий 19 и четвертый 20 переключатели, Усилитель 21, первый 22 и второй 23 40 делители напряжения, блок 24 вычитания, синуено-косинусный цифроаналоговый преобразователь 25.
Синусно-косинусный цифроаналоговый преобразователь 25 содержит (фиг.1) 45 синусный 26 и косинусный 27 преобразователи, первый 28 и второй 29 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).
Цифроаналоговая следящая система работает следующим образом 50
Генератор 4 опорной частоты формирует напряжение синусоидальной формы
U U sin ut которое питает обмотф ку возбуждения СКЕТ 1 (фиг.2, эпюра a).
Напряжение Ц4 сравнивается с нулем 55 компаратором 5;когда 04 ? О, напряжение U5 на выходе компаратора 5 равно нулю, если Ц о < О, то напряжение U< равно единице (фиг.2, эпюра е). переключатели, усилитель 21, первый 22 и второй 23 делители напряжения, блок 24 вычитания,синусйо"косинусный цифроаналоговый преобразователь 25. Цель изобретения достигается за счет введения компараторов 5,12,13 элементов 6,7,14-17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ фазочувствительных выпрямителей 8,9, элемента 18 сравнения, делителей 22, 23 напряжения, блока 24 вычитания,2 ил, На выходных обмотках СКВТ 1 формируются напряжения, пропорциональные синусу (фиг,2, эпюра б) и косинусу (фиг.2, эпюра в) угла 0(поворота выходного вала
U„= U>n -osK Ы sin t;
U „= U> n s i nK о(s in cu t, где n — коэффициент трансформации
CKBT 1;
К вЂ” число пар полюсов СКВТ (электрическая редукция).
Формируемые на выходных обмотках
СКВТ 1 П„„и Б поступают на информационные входы первого 8 и второго 9
ФЧВ, где происходит их выпрямление с учетом фазы опорной частоты. ФЧВ работает следующим образом. Если на управляющем входе ФЧВ присутствует "0", то напряжение на его выходе равно напряжению на его информационном входе, если напряжение на управляющем входе равно "1", то напряжение на выходе
ФЧВ равно по абсолютной величине, но противоположно по знаку напряжению на. его информационном входе. На управляющие входы ФЧВ 8 и 9 подается напряжение U> с выхода компаратора 5, имеющее такую же частоту <,, как и напряжение U . ФЧВ 8 и 9 работают то4 как аналоговые инверторы, to как по вторители, и смена режимов происходит синхронно с напряжением Б4= U sinu) t, поэтому на выходе ФЧВ 8 и 9 выделяются огибающие сигналов У.1„и 1,с.
Для правильной работы системы необходимо привести эти сигналы к одному (первому) квадранту О < о(< 90 /K хотя в действительности о(может измео няться в пределах от О до 360 /К, где
К вЂ” число пар полюсов используемого
СКВТ 1.
Для приведения сигналов Б и U y в первый квадрант используются
15805 первый 6, второй 7 и пятый 16 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также первый 10 и второй !1 переключатели. Два старших разряда п-й и (n"1)-й управляюще5 го входа подаются на входы элемента
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. На выходе последнего получается сигнал с периодом,равным периоду n-ro разряда, но сдвинутый относительно него на 90 (фиг,2, эпюры ж,з и). Сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 а также п-й раэряд управляющего входа подаются на вторые входы первого 6 и второго 7 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Когда на вторые входы элементов 6 и 7 поступают сигналы, равные "0" то они работают как повторители и передают сигнал с выхода компаратора 5 без изменений для управления первым 8 и вторым 9 рб
ФЧВ. Если на вторые входы элементов
6 и 7 поступают сигналы, равные "!", то они работают как кнверторы, и фаза сигнала И изменяется на 180 . Благоо
5 даря тому, что синхронно с переходом функций sinKd- и cosK4 через нуль изменяются фазы управляющих сигналов
U < и П на выходах первого 8 и второго 9 ФЧВ, сигналы положительны.
Сигналы с выходов ФЧВ 8 и 9 посту- ЗО пают на входы переключателей 10 и 11, на управляющие входы которых подается (п-1)-й разряд управляющего входа,,поэтому, когда сигнал на (п-1)-м разряде равен "О", сигнал с выхода ФЧВ 8
35 поступает на аналоговый вход второго
ЦАП 29, а сигнал с выхода ФЧВ 9 — на аналоговый вход первого 11АП 28. Когда (п — 1)-й разряд равен 1", сигнал с выхода первого ФЧВ 8 поступает на вход первого IIAII 28, а сигнал с выхода второго ФЧВ 9 — на вход второго
ЦАП 29. Если на управляющий вход переключателя подается "0" то к его выходу подключается первый вход (Hop 45 мально замкнутый), если на управляющий вход переключателя подается "1", то к его выходу подключается второй вход (нормально разомкнутый).
На аналоговые входы первого 28 и второго 29 ЦАП поступают сигналы Б и U „ приведенные к первому квадранту (фиг.2, эпюры к,л). Сигналы U<, и U, представляют собой приведенные функции соответственно косинуса и ( синуса угла 4(. Сигналы с младших (n-2)"х разрядов управляющего входа поступают на входы синусного 26 и косинусного 27 преобразователей, где
54 6 преобразуются соответственно в функции косинуса и синуса входного кода N.
Сигналы sinN u cosN подаются на цифровые входы соответственно второго 29 и первого 28 ЦАП. В каждом ЦАЛ 28 и 29 происходит перемножение сигналов, поступающих на их аналоговые и цифровые входы, поэтому на выходе первого
1IAII 28 формируется сигнал 1),,равный
U U ncosNsinKQ, а на выходе второго ЦАП 29 — сигнал Б,равный !! ЯЭ вЂ” 1!4 паап!1созК /. Сигналы U lggH U J!! поступают на входы блока 24 вычитания и вычитаются в нем. На выходе блока 24 появляется сигнал 27 pBBHblH U 24
U n(sinNcosK 4 — cosNsinK4)
= 11 nsin(N-oC), т.е. сигнал, пропорциональный разности между кодом управляющего кода и углом о(вьходного вала.
Сигнал рассогласования поступает на вход электропривода 2,который стремится свести рассогласование к нулю. Так работает следящая система при плавном изменении кода N управляющего входа.
Предположим, что код Н управляющего входа скачком изменяется на 180 /К (фиг.2, эпюра ж, точка ю).Вследствие инерционности электропривода 2 и объекта 3 регулирования выходной угол
o(не может сразу измениться на заданную величину. Полярность сигнала
U 4 рассогласования изменяется и возможно уже не соответствует требуемому направлению врпщения вала для уменьшения величины рпссогласования. Однако большое изменение кода N управляющего входа (больше 90 /К) неизбежно вызывает изменение одного или обоих старших разрядов. Это в свою очередь приводит к изменению управляющих сигналов на вторых входах первого 6 и (или) второго 7 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к изменению фазы управляющего сигнала U<.
Изменение фазы сигнала 11 - уже не сопровождается синхронным переходом через нуль сигналов cosK a и sinKa(, поскольку выходной вал еще не отработал заданное воздействие и, следова- . тельно, сигналы U> и U > на выходах первого 8 и второго 9 ФЧВ уже не положительны.
Сигналы 11 и U, поступают на инверсные входы соответственно второго 12 и третьего 13 компараторов. Если сигнал U > (1!Э) больше нуля, то сигнал U 7 (о 73) на выходе компаратора
12 (13) равен "0", если U (U>) 60, То ц Ы (1! 7з) равен "1 ". Сигйалй U 7
1580554 и U<>c выходов компараторов 12 и 13 поступают на первые входы .третьего 14 и четвертого 15 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ, которые определяют исходные знаки функций sinKg и cos, поступающих на информационные входы ФЧВ 8 и 9.
Действительно, на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 подаются те же сигналы, что и на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и 7. При подаче "1" на вторые входы элементов
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 и 7 или элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15 они работают по первому входу как инверторы.
Двойное инвертирование означает возврат к первоначальному знаку сигнала.
То же происходит при подаче на их вторые входы "011, только в этом случае имеются два повторения подряд °
Таким образом, на выходах элементов
14 и 15 будут сигналы, показывающие исходные знаки функций совК .и sinKe.
Зная знаки этих функций, можно определить в каком квадранте находится вы- 25 ходной вал; в .первом квадранте.
О C о(<90 /К, sinKa )О, cosKo(>0; во втором квадранте 90 /К < o(< 180 /К, sinK a()0, cosKM <О; в третьем квадранте 180О/К C сс <270 /К, sinKa(< О, 30
cosK 0 (О; в четвертом квадранте
270 /K <,с(<360 /K, в пКо(<О,созКа ) О.
Если sinKA>0 то U lz= О, если
sinK A C0, то U = I, если cosKH ) О, то О, = О, если совК о <0, то U = 1 °
Чтобы получить номер квадранта в двоичном коде, . напряжения 81 и подаются на входы шестого элемента
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 ° При этом выход элемента 15 является старшим, а выход 40 элемента 17 младшим разрядом двоичного кода, Фактический квадрант местонахождения вала подается в виде двоичного кода на первые входы элемента 18 сравнения, а на его вторые входы пода-45 ются старшие разряды управляющего входа, т.е. код квадранта, в котором должен находиться выходной вал. Если коды заданного и фактического квадран, тов совпадают, то на обоих входах
1 элемента 18 сравнения присутствуют нули. При этом переключатели 19 и 20 подключают к своим выходам первые входы (фиг.1) и на вход усилителя 21 поступает сигнал с выхода блока 24 вычи55 тания. Если коды заданного и фактического квадрантов не совпадают, например угол выходного валА находится в третьем квадранте, а должен находиться в .первом (фиг. 2, точка ю), то на выходе "Больше" присутствует "1" а на выходе "Меньше" "О", При этом на управляющий вход переключателя 19 подается "1" и к выходу подключается его второй вход, На вход усилителя 21 поступает сигнал положительной полярности с выхода делителя 22 напряжения. Выходной вал вращается, например,по часовой стрелке, и при достижении первого квадранта на обоих выходах элемента 18 сравнения появляются нули, и система переходит из режима грубой в режим точной настройки. Если, наоборот, угол поворота выходного вала находится в первом, а требуется переместиться в четвертый квадрант, то на выходе "Больше" элемента 18 сравнения присутствует "О", а на выходе "Меньше"
11 11
I . При этом на управляющий вход переключателя 20 подается ")".и к его выходу подключается Второй вход.
На вход усилителя 21 подается напряжение отрицательной полярности с выхода делителя 23 напряжения, и выходной вал вращается против часовой стрелки, В обоих приведенных примерах напряжение на выходе блока 24 вычитания не совпадает по знаку с требуемым направлением вращения выходного вала, Напряжение на выходах делителей 22 и 23 выставляется предварительно таким, чтобы выходной вал вращался из одного квадранта в другой с оптимальной скоростью. Для того, чтобы моменты .перехода функций sinKn u cosK of точно совпадали с моментами смены сигналов в старших разрядах управляющего входа, требуется или механическая подстройка положения ротора
СКВТ 1 или внесение поправки в код управляющего сигнала внутри ЭВИ.
Значения сигналов для различных вариантов, переходящих из одного квадранта в другой, показаны в таблице. цифроаналоговая следяцая система может использовать прецизионные СКВТ с электрической редукцией больше единицы, Такие СКВТ обладают наиболее высокой точностью, следовательно, и предлагаемая следящая система также обладает высокой точностью. Если в известной системе использовать такой
СКВТ, то следящая система работает неустойчиво,. так как при скачкообразных изменениях управляющего кода входного сигнала возможны ошибки в опреде1 580554 ленин направ-.ения вращения выходного вала. В результате этого выходной вал вращается в неправильном направлении, доходит до упора и стопорится.
Работоспособность следящей системы не
5 обеспечивается. B предлагаемой системе осуществляется непрерывный контроль положения выходного вала. Если гыходной вал находится не в заданном квад- 10 ранте, то вначале осуществляют вывод вала в заданный квадрант, а затем точную установку его в требуемое положение. Рабочий диапазон цифроаналоговой следящей системы составляет 360 /К.
Фо р м ул а и з о б р е т е н и я
Цифроаналоговая следящая система, содержащая генератор опорной частоты, усилитель, синусно-косинусный цифро20 аналоговый преобразователь, четыре переключателя, электропривод, соединенный выходным валом с объектом регулирования и ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора, о т л и -25 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих углов, введены три компаратора, шесть элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фазочувствительных выпрямителя, блок вычитания, два делителя напряжения, элемент сравнения, выход генератора опорной частоты подключен к обмотке возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора и первому входу первого компаратора, соединенного вторым входом с общей шиной, а выходом — с входами первого и второго элементов
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенных выходами к входам управления соответствен40 ко первого и второго фазочувствительных выпрямителей, информационные входы которых соединены соответственно с косинусной и синусной обмотками .синусно.-косинусного вращающегося тран45 сформатора, а выходы подключены к первым информационным входам первого и второго переключателей и первым входам соответственно второго и третьего компараторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, а выходы — с вход "tH соответственно третьего и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы пятого элемента
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИподключены к двум старшим разрядам входа цифроаналоговой следящей системы, причем первый вход — к младшему из них, а также к входам .управления первого и второго переключателей, второй вход — к вторым входам второго и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход — к вторым входам первого и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединпн с первым входом шестого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу четвертого элемента
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и входу старшего разряда первой группы входов элемента сравнения, а выходом — к входу младшего разряда первой группы входов элементов сравнения, соединенного второй группой входов поразрядно с двумя.. старшими разрядами входа цифроаналоговой следящей системы, а выходами — с управляющими входами третьего и четвертого переключателей, выходы второго и первого фазочувствительных выпрямителей подключень к вторым информационным входам соответственно первого и второго переключателей, соединенных выходами соответственно с входами опорного напряжения каналов синуса и косинуса синусно — косинусного цифроаналогового преобразователя, информационный вход которого соединен с младшими разрядами входа цифроаналоговой следящей системы, а выходы подключены к входам блока вычитания, выход. которого подключен к первому информационному входу третьего переключателя, соединенного выходом с первым информационным входом четвертого переключателя, выход которого через усилитель соединен с входом электропривода, а вторые информационные входы третьего и четвертого переключателей псдключены к выходам делителей напряжения, входы которых соединены с шинами раэнополярного напряжения °
1580554
Знак приведенной функции
sinK el ада иный вадрант ахо<кдеия вала
Квадрант фактичес кого нахондения
sane
Знак при веденной функции соэК «
Значение U Значение U<> Значение U<< Значения вы- . ходов схемн 22 Значения старших раэрядов сравнения -и — —"Еоль- йеньше" ше".IV. Составитель В. Башкирова Редактор И.Горная Техред Л.Сердюкова Корректор О.Ципле Заказ 2022 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 II III IV II. III IV II III IV II III >О )О (О (О >О )0 <О <0 (О (О )О )О (О (0 >О >О )О (О (О )О (0 )О >О (О (0 )О >О сО >О (О (О )О О О О О I ! 1 ! I ! 1 ! О О О О О О О О О О О 1 1 ! 1 О О О О О I О 1 О О, 1 I 1 О О I О I 1 1 О 1 1 1 О О О О О 1 О 1 О О I 1 О О I О 1 1 1 О 1 1 I О О О О I О I 1 О О О О О 1 1 О 1 О О О О 1 1 О 1 О 1 О О О
