Цифровая следящая система

 

Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных работах и других устройствах автоматики в качестве исполнительных следящих систем. Цель изобретения - повышение быстродействия. Цифровая следящая система содержит измеритель 1 рассогласования, блок2 выделения модуля, первый пороговый элемент 3. первый блок 4 умножения, цифровой широтно-импульсный преобразователь 5, коммутатор 6 фаз, синхронный электродвигатель 7, датчик 8 положения ротора, второй пороговый элемент 9, второй блок 10 умножения , преобразователь 11 код - частота импульсов. Цель изобретения достигается за счет введения связей второго входа и выхода первого блока умножения соответственно с входом цифровой следящей системы и входом задания цифрового широТно-имп льсн Ьго преобразователя и изменения конструкции последнего. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК г (19) (11) (51)5 G 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4682923/24 (22) 27.04.89 (46) 23.02.93. Бюл. М 7. (71) Белорусский государственный университет им.В,И,Ленина (72) В,А,Вербицкий, В,В.Кузьменков, О.С.Лукьянец, В.Д,Любецкий и А.С.Михапе8 (56) Авторское свидетельство СССР

М 1730610, кл. G 05 0 11/01. (54) ЦИФРОВАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных работах и других устройствах автоматики в качестве исполнительных следящих систем. Цель изобретения — повышение быстродействия.

Цифровая следящая система содержит измеритель 1 рассогласования, блок 2 выделения модуля, первый пороговый элемент 3, первый блок 4 умножения, цифровой широтно-импульсный преобразователь 5, коммутатор 6 фаз, синхронный электродвигатель

7, датчик 8 положения ротора, второй пороговый элемент 9, второй блок 10 умножения, преобразователь 11 код — частота импульсов. Цель изобретения достигается за счет введения связей второго входа и выхода первого блока умножения соответственно с входом цифровой следящей системы и входом задания цифрового широтно-импульсного преобразователя и изменения конструкции последнего. 4 ил.

1797094

Изобретение относится. к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями постоянного тока {БДПТ) и может быть использовано в манипуляционных роботах и других устройствах автоматики в. 5 качестве исполнительных следящих систем, Цель изобретения — повышение быстродействия, На фиг. 1 представлена функциональная схема цифровой следящей системы; на фиг, 2 — функциональная схема цифрового широтно-импульсного преобразователя; на фиг. 3 — эпюры основных координат системы-прототипа (фиг.3,а) и цифровой следящей системы (фиг.3,6) при отработке скачкообразного входного сигнала; на фиг.

4 приведены векторные диаграммы магнитных потоков статора Ф и ротора Фь для системы прототипа (фиг.4,а) и цифровой следящей системы (фиг.4,6) в режиме БДПТ 20 (t = t, - 1): в момент переключения {t = t,) и в дискретно-шаговом режиме системы (t = 1 +

+ 1), (t = тп + 2).

Цифровая следящая система содержит

{фиг. 1) измеритель 1 рассогласования, блок 25

2 выделения модуля, первый пороговыйэлемент 3, первый блок 4 умножения, цифровой широтно-импульсный преобразователь

5, коммутатор 6 фаз, синхронный электродвигатель .7, датчик 8 положения ротора, второй пороговый элемент 8, второй блок 10 умножения, преобразователь 11 код-частота импульсов, Цифровой широтно-импульсный преобразователь 5 содержит (фиг, 2) блок 12 формирования адреса, блок 13 преобразования адреса, первый сумматор 14, измеритель 15 рассогласования, блок ограничения рассогласования 16, второй сумматор 17, преобразователь 18 кода глубины модуляции в коды 40 фазных управляющих импульсов, широтноимпульсный модулятор 19, генератор,20.несущей частоты.

Цифровая следящая система работает следующим образом. 45

Блоки 12, 13 при работе-системы в режиме непрерывного управления отключены и на второй вход сумматора 14 поступает нуль. При переходе системы в шаговый режим в блоке 12 записывается текущее эна- 50 чение кода угла положения ротора, которое . в дальнейшем изменяется за счет импульсов, поступающих с преобразователя 11. В зависимости от знака ошибки к выходному коду блока 12 в блоке 13 прибавляется код, 55 соответствующий углу +90 эл,град. Таким образом формируется поле статора, магнитный поток которого Ô перпендикулярен магнитному потоку ротора Ф, и момент, развиваемый при этом двигателем, является тормозящим. При любом режиме работы системы на выходе сумматора 14 формируется код углового положения поля статора, на выходе измерителя 15 — «код угла рассогласования между полями Ф, и Ф, который ограничивается при помощи блока 16 в пределах +90 эд.градусов, что предотвращает выпадение двигателя из синхронизма. В преобразователе 18 записаны коды длительностей и знаки (например, гармониче-: ских) импульсов m функций, сдвинутых на угол 2л/в радиан, которые поступают на входы модулятора 19, где.преобразуются в широтно-модулированные последовательности импульсов.

Блок 13 может быть выполнен путем синтеза комбинационных схем с использо- . ванием арифметико-логических устройств, в шаговом режиме он выполняет операцию сложения (вычитания) над выходным кодом блока 12 и двоичным представлением угла в 90 эл.град., которое однозначно определяется коэффициентом передачи датчика положения ротора и числом пар полюсов электрической машины.

Комбинационные схемы по сигналам знака ошибки sign Лди выходного сигнала

AU> порогового элемента Жлл позволяют выбрать для реализации одну из функций арифметика-логического устройства (AllY):

А+ В или А - В, где А — входы АЛУ, на которые поступает код блока 12;  — входы АЛУ, код на которые соответствует углу в 90 эл.град.

В статическом режиме ошибка системы равна нулю, пороговый элемент 9 имеет. выходное значение равное 1, а пороговый элемент

3 — нулевой сигнал. В результате на первый вход сумматора 14 поступает нулевой сигнал. Поскольку ошибка системы равна нулю, импульсы на выходе преобразователя 11 отсутствуют и модулятор 19 генерирует последовательности импульсов постоянной скважнасти. При этом поле статора неподвижно, максимально по величине и угол поворота его относительно ротора равен а= =

arcsinM

При подаче на вход системы скачкообразного задающего. воздействия ЛЯ код модуля рассогласования I ЛО! больше порога срабатывания порогового элемента 3, в результате на ето выходе присутствует высокий уровень, а на выходе порогового

1797094

40 элемента 9 — низкий, Преобразователь 11 отключен от блока 12 и задающее воздействие поступает на первый вход сумматора 14, на второй вход которого поступает 0, т.к. блоки 12, 13 выключены сигналом Ж4. На 5 входе измерителя 15 присутствует код разности ЛЯ вЂ” ЛОО и если он больше по абсолютному значению кода, соответствующего

90 эл.градусов, то он ограничивается блоком 16, после чего он складывается с кодом 10 угла положения ротора. Таким образом, система работает в непрерывном режиме. По мере отработки задающего воздействия рассогласования уменьшается и в некоторый момент t = tn и происходит переключе- 15 . ние пороговых элементов 3 и 9. При этом в блоке 12 записывается текущее значение кода датчика, выходной код блока 4 обнуляется, преобразователь 11 через блок 10 подключается к блоку 12, кроме того, по 20 сигналам hU и sign ЛО определяется режим работы блока 13 так, что магнитный поток Ф поворачивается на 180 эл.градусов, т.е, в блоке 13 осуществляется прибывание кода, соответствующего углу в 90 25 эд,градусов при ЛО< О, и вычитание при

1Л О > О, к выходному коду блока 12. Двигатель начинает эффективно тормозиться, т.к. поля статора и ротора перпендикулярны. Вследствие ненулевого рассогласова- 30 ния с преобразователя 11 поступают импульсы и поле статора продолжает вращаться в том же направлении, при этом двигатель продолжает тормозиться.

При недетерминированных моментах возмущения поле ротора в системе-прототипе может "уйти" вперед, что приведет к увеличению рассогласования между полями больше, чем 90 эд.градусов, что в свою очередь повлечет выпадение двигателя из синхронизма. Поэтому ограничитель 15

Формула изобретения

Цифровая следящая система, содер>хащая измеритель рассогласования, подключенный через последовательно соединенные блок выделения модуля, первый пороговый элемент к первому входу первого блока умножения, выход блока выделения модуля через второй пороговый элемент подключен к первому входу второго, блока умножения, к второму входу которого через преобразователь код-частота импульсов подключен выход измерителя рассогласования, соединенного суммирующим ограничивает абсолютное значение между полями @ и Ф на уровне эл. градусов, что вызывает сохранение наибольшего тормо-. зящего момента и предотвращает наруше- ние работы системы.

Указанные коммутации приводят к. тому, что, начиная с момента времени t - tï, двигатель и система в целом начинают работать как шаговые. Этот режим характеризуется тем, что магнитное поле статорных обмоток двигателя перемещается в пространстве дискретно, на один шаг с приходом каждого нового импульса от преобразователя 11, частота которых определяется рассогласованием ЛО и законом преобразования. При этом знак момента на валу электродвигателя определяется взаимной ориентацией магнитных. потоков ротора

Ф и статора Ф». Такой режим работы системы будет продолжаться до момента времени с = t<, когда рассогласование системы

ЛО станет равным нулю ЛО= О. При этом угол поворота магнитного потока статора

Ф относительно Фь равен:

Мн а =arcsin— 1о

Таким образом, поворот поля статора на 180 эл.градусов в момент перехода из непрерывного режима в шаговый и использование насыщения рассогласования между полями статора и ротора позволяют существенно повысить быстродействие цифровой следящей системы.

Предлагаемая цифровая следящая система наиболее эффективно может быть использована в манипуляционных роботах, где требуется высокое быстродействие, недопустимы перерегулирования, а нагрузочный момент на валу электродвигателя изменяется в широких пределах. входом с входом цифровой следящей системы, цифровой широтно-импульсный преобразователь, содержащий последовательно соединенные блок формирования адреса, блок преобразования адреса, подключенный знаковым входом к знаковому входу цифрового широтно-импульсного преобразователя, а управляющим входом - к его управляющему входу и управляющему входу блока формирования адреса, частотный и адресный входы которого являются частотным входом и входом обратной связи цифрового широтно-импульсного

1797094 зователя, последовательно соединенные преобразователь кода глубины модуляции в . коды фазных управляющих импульсов, широтно-импульсный модулятор, подключен. ный тактовым входом к выходу генератора несущей частоты, а выходом — к выходу цифрового широтно-импульсного преобразователя, соединенному через последовательно включенные коммутатор фаз, синхронный электродвигатель, датчик положения ротора с вычитающим входом измерителя рассогласования и входом обратной связи цифрового широтно-импульсного преобразователя, управляющий, частотный и знаковый входы которого соединены соответственно с выходами второго порогового элемента, второго блока умножения и знаковым разрядом выхода измерителя рассогласования, о т л и ч а «с щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия, вход цифровой следящей системы соединен с вторым входом первого блока умножения, подключенного выходом к входу задания

-цифрового широтно-импульсного преобразователя, в который введены два сумматора, измеритель рассогласования и блок ограничения рассогласования, вход задания цифроаого широтно-импульсного преобразователя через последовательно соединенные первый сумматор, измеритель рассогласования, блок ограничения рассогласования, второй сумматор подключен к адресному . входу постоянного запоминающего устройства, выход блока преобразования адреса соединен с вторым входом первого сумматора, а адресный вход блока формирования адреса — с вторыми входами измерителя рассогласования и второго сумматора.

300 =4 г

Составитель B.Áàøêèðoâ

Техред М.Моргентал

Редактор Г.Бельская

Корректор С.Лисина.Заказ 653 . - Тираж - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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