Серводин

 

Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ) и позволяет повысить их точность и качество управления. Это достигается тем, что с помощью логического устройства управления изменяют режим работы БДПТ с непрерывного (при больших сигналах рассогласования) на дискретно-шаговый (при малых рассогласованиях). Для этого при величине модуля сигнала рассогласования, меньшей некоторого порогового значения, с помощью пороговых элементов и умножителей отключают импульсный выход датчика положения ротора БДПТ от второго входа цифрового широтно-импульсного преобразователя (ЦШИП), а вместо него на этот вход подключают выход преобразователя код-частота, и одновременно с помощью порогового элемента и сумматора на первый вход ЦШИП подают максимальный управляющий сигнал. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4063251/24 (22) 29.04.86 (46) 30.07.91. Бюл. М 28 (71) Белорусский государственный университет им. В.И.Ленина (72) Л.И.Матюхина и А.С.Михалев (53) 62-50 (088.8) (56) Михалев А.С.. Миловзоров В.П. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. М.: Энергия, 1979.

Матюхина Л.И., Михалев А.С„Сидорук

С.Н. и Чушенков И.М. Исполнительный модуль промышленного робота на основе бесконтактного двигателя постоянного тока.—

Сб. статей "Электронная техника в автоматике", под ред. Ю,И,Конева, вып. 16. М.:

Радио и связь, 1985, с. 12-16.

Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано для повышения точности и исключения перерегулирований, что особенно важно при их работе в качестве исполнительных следящих систем, например в манипуляционных роботах.

Цель изобретения — повышение точности и качества управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого серводина; на фиг. 2 — пример реализации цифрового широтно-импульсного преобразователя; на фиг, 3— эпюры основных координат предлагаемой..!Ж 1667000 А1 (54) СЕРВОДИН (57) Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ) и позволяет повысить их точность и качество управления. Это достигается тем, что с помощью логического устройства управления изменяют режим работы БДПТ с непрерывного (при больших сигналах рассогласования) на дискретно-шаговый (при малых рассогласованиях). Для этого при величине модуля сигнала рассогласования, меньшей некоторого порогового значения, с помощью пороговых элементов и умножителей отключают импульсный выход датчика положения ротора БДПТ от второго входа цифрового широтно-импульсного преобразователя (ЦШИП), а вместо него на этот вход подключают выход преобразователя код-частота, и одновременно с помощью порогового элемента и сумматора на первый вход

ЦШИП подают максимальный управляющий сигнал, 3 ил. системы и системы-прототипа при обработке скачкообразного входного сигнала.

На чертежах приняты следующие обозначения:

О,64,H.b!9,ЬЯЬ,ИЛ& — входной, выходной углы и ошибка следящей системы и их цифровые коды соответственно; (Л О) — код модуля сигнала ошибки;

A U> — коды срабатывания пороговых элементов;

Л Uo — код сигнала на выходе первого порогового элемента;

М вЂ” момент нагрузки на валу двигателя;

1667000

М вЂ” максимальный синхронизирующий момент двигателя в шаговом режиме;

f — частота импульсов на выходе преобразователя "код-частота";

Q.Ф вЂ” поток ротора и статора двигателя соответственно;

0 — добротность системы по моменту.

Серводин содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 формирования модуля, первый сумматор 3, цифровой широтно-импульсный преобразователь 4, реле 5 реверса, коммутатор 6, бесконтактный двигатель 7 постоянного тока, датчик 8 положения ротора, редуктор 9, преобразователь 10 код-частота, первый умножитель

11, первый и второй пороговые элементы 12 и 13, второй умножитель 14 и второй сумматор 15.

Преобразователь 4 предназначен для преобразования угла поворота ротора в систему трех широтно-модулированных по закону синуса импульсных последовательностей, первые гармоники которых сдвинуты друг относительно друга на 120 эл.град., причем глубина модуляции указанных последовательностей определяется цифровым кодом

Л О+ AL4 на его первом входе.

Цифровой широтно-импульсный преобразователь 4 содержит блок 16 формирования адреса, постоянное запоминающее устройство 17, первый, второй и третий блоки 18-20 широтно-импульсной модуляции и управляемый делитель 21 частоты.

В системе в качестве датчика 8 положения ротора использован инкрементальный датчик на основе фотосчитывающих чувствительных элементов, подсчет импульсов от которых позволяет получить цифровой код для замыкания главной обратной связи на измеритель 1 рассогласования. Поэтому на фиг. 1 датчик 8 изображен с двумя выходами — импульсным и цифровым и датчик использован как для формирования напряжений на обмотках двигателя 7 (импульсный выход), так и для организации главной обратной связи (цифровой выход).

В статическом режиме ЛО =Л64, Л О = О пороговый элемент 12 имеет максимальный выходной код, а пороговый элемент 13 — нулевой сигнал на выходе. В результате выход датчика 8 с помощью умножителя 14 отключен от входа преобразователя 4, а к его входу подключен выход преобразователя 10. Поскольку ЛО = О, импульсы на выходе последнего отсутствуют, и блоки 18 — 20 генерируют импульсы, длительности которых постоянны во времени и определяются значениями гармонических функций угла поворота ротора. При этом благодаря действию сигнала AU< с выхода порогового элемента 12 на вход преобразователя 4 эти длительности соответствуют максимальной глубине модуляции

5 импульсов, поле статора двигателя 7 неподвижно, максимально по величине и угол Ilo/ ворота его относительно ротора равен

Мн

%< = агсэ1п„„. Таким образом, двигатель 7

Мо

10 в режиме покоя развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий момент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогласовании, т.е„система относится к классу астатических по отношению

15 к моментным возмущениям.

При подаче на вход системы, например, большого скачкообразного сигнала код модуля сигнала ошибки превышает код срабатывания Л U, т.е. (A Up )> Л Un срабатывают пороговые элементы 12 и 13, в результате чего обнуляется выход умножителя 11 и выход преобразователя 10 отключается от второго входа преобразователя 4. Одновременно благодаря действию порогового элемента 13

25 и умножителя 14 к второму входу преобразователя 4 через сумматор 15 подключается выход датчика 8 положения ротора. Код сигнала ошибки ЛО поступает на вход преобразователя 4, выход которого через реле 5 реверса подключен к управляющему входу коммутатора б и определяет среднее значение напряжения на обмотках статора двигателя 7, Поле статора двигателя благодаря жесткой связи по угловому положению с

35 ротором через датчик 8 вращается синхронно с ротором, его угол с полем последнего составляет 90 эл.град.. а его величина определяется глубиной модуляции широтно-импульсных последовательностей, т,е.

40 пропорциональна рассогласованию Л О.

Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока аналогично последнему в системе-прототипе, отрабатывает рассогласование, С уменьше45 нием сигнала ошибки в некоторый момент времени t = t1 на фиг. 2, определяемый величиной кода срабатывания пороговых элементов 12 и 13, последние срабатывают. Это приводит к тому, что обнуляется выход порогового элемента 13 и благодаря действию умножителя 14 разрывается связь между выходом датчика 8 положения ротора и вторым входом преобразователя 4. Одновременно на выходе порогового элемента 12 появляется скачкообразный сигнал, который, поступая на первый вход преобразователя 4 через сумматор 3, приводит к появлению на обмотках двигателя 7 полного питающего напряжения. Кроме того, благо1667000 даря умножителю 1 выход преобразователя

10 код-частота через сумматор 15 подключается к второму входу преобразователя 4.

Укаэанные коммутации приводят к тому, что начиная с момента времени t = t> двигатель и система в целом начинают работать к к дискретно-шагоаые. Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле статорных обмоток двигателя 7 перемещается в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от преобразователя 10. При этом знак момента на валу двигателя определяется взаимной ориентацией потоков ротора и статора

В начале шагового режима под действие 1 накопленной кинетической энергии ротора последний, а следовательно, и еп поток

"обгоняют" поток статора и даига1ель развивает пульсирующий момент, среднее значение которого имеет отрицательный знак, т.е. двигатель развивает тормозящий момент. С уменьшением кинетической энергии ротора он начинает "отставать" от потока статора и двигатель развивает положительный вращающий момент, уменьшающий сигнал рассогласования системы.

В связи с укаэанным в предлагаемой системе обеспечиваются монотонные переходные процессы (процессы без перерегулирований) при скачкообразных входных сигналах, что существенно повышает качество процессов управления.

Действительно, в с стемах, основанных на линейном законе уг рааления. при скачкообразных входных сигналах двигатель развивает тормозящие моменты лишь после согласований осей, когда сигнал ошибки уже мал и возникающие при этом

"подтормаживающие" моменты двигателя обычно невелики. В результате переходные процессы в таких системах имеют, как правило, колебательный характер, показанный на фиг. 3 эпюрой Я, .

Благодаря переводу двигателя (фиг. 1) в дискретно-шаговый режим при t ц тормозящий момент может быть близким к максимальному вращающему моменту двигателя, что обеспечивает интенсивное торможение его и последующее движение к установившемуся режиму без перерегулирований. В установившемся режиме покоя сигнал ошибки Л 09станоаится равным нулю и частота импульсов на выходе преобразователя 10 также уменьшается до нуля. В результате поток статора двигателя 7 фиксируется в пространстве, так же как и поток ротора, причем между этими потоками а режиме покоя имеет место угол ан ==

=агсв1п М„/М, если принять, что cèí5

2С.

55 хронизирующий момент двигателя в режиме покоя определяется выражением

М = Mpsin (Фр,% ), где MH — момент нагрузки по валу двигателя. Таким образом, в предлагаемой системе удается исключить установившуюся ошибку в режиме покоя, обусловленную активными нагрузочными моментами, т.е, по высить ее точность.

Рассмотрим теперь работу системы (фиг. 1) при монотонных, например линейно нарастающем входном сигнале О = at, где э =- const, Если а достаточно велико. то в системе возникает установившаяся ошибка, при KQTopoL1 (Л Ия) > Л Un и система работает как непрерывная при отключенном от второго входа преобразователя 4 преобразователе !0 и подключенном к нему выходом датчика 3 положения ротора.

Если же а мало, то (ЛО)< ЛОв и система работает как дискретно-шаговая.

При этом обеспе ивается пропорциональное преобразование Л Ов частоту f импульсов, причем средняя частота f импульсов соответствует скорости эаводки а.

Формула изобретения

Сераодин, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласования и блок формирования модуля, выходом подключенный к первому входу первого сумматора. выход которого соединен с входом цифрового широтно-импульсного преобразователя, последовательно соединенные реле реверса, коммутатор и бесконтактный двигатель постоянного тока, вал которого соединен с редуктором и датчиком положения ротора, цифровым выходом подключенным к разностному входу измерителя рассогласования, знаковый вход реле реверса соединен с выходом измерителг рассогласования, сигнальный вход реле реверса подключен к выходу цифрового широтно-импульсного преобразователя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и качества управления, в систему введены даа пороговых элемента, два умножителя, второй сумматор и преобразователь код-частота, вход которого соединен с выходом измерителя рассогласования, а выход — с первым входом первого умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого порогового элемента и вторым входом первого сумматора, выход блока формирования модуля подключен к входам первого и второго пороговых элементов, причем выход второго порогового элемента соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого подключен к импульсному выходу датчика положения

1667000

Фиг, 1

/а О/+4

1 ротора, выходы первого и второго умножителей соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выходом

0jy7 ум натер подключенного к управляющему входу цифрового широтно-импульсного преобразователя.

1667000 непрерывныЯ режим дискретно-шаговыЯ режим

Фиг. 3.

Составитель Г.Нефедова

Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор Ю.Середа

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2521 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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