Следящий привод

 

(i

Союз Советских

Сециалистимеских

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 461410 (22) Заявлено 04.05.77 (21) 2482655/1 8-24 с присоединением заявки Ж (23) П риоритет

Опубликовано 05.09.79. Бюллетень Рй 33

Дата опубликования описания 08.09.79 (51 }И. Кд.

С 05 В 11/26

Государственный комитет

СССР

fl0 делам нзооретеннй н открытий (53 } УДК 62-50 (088. 8) (72) Автор изобретения

B П. Лоншаков (71) Заявитель (54) СЛЕДЯШИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в системах дистанционного управления перемещением.

Известны следящие приводы, содержа5 щие сельсин эадатчик, сельсин-датчик обратной связи, источник питания, усилитель мощности и двигатель (1.).

Из известных следящих приводов наиболее близким к изобретению по технической сущности является привод, содержащий сельсинзадатчик, выХод которого через первый выпрямитель соединен с первым формирователем импульсов, сельсин-датчик обратной связи, соединенный через второй выпрямитель со вторым формирователем импульсов, сглаживающий фильтр, выход которого через усилитель мощности подключен к двигателю, выход первого формирователя импульсов соединен с первым делителем частоты, один выход которого подключен.к первому входу фазового дискриминатора, а другой через первый преобразователь код-аналогк первому входу суммирующего блока, выход второго формирователя импульсов соединен со вторым делителем частоты, один выход которого подключен ко второму -входу фазовог о дискримина гора, а другой через второй преобразователь код-аналог - ко второму входу суммирующего блока, 1ретий вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выход - со сглаживающим фильтром (2 1.

Недостатком данного следяшег.о привода является ограниченное быстродействие из- за значительной постоянной времени сглаживающего фильтра, которая вносит запаздывание в процесс управления. Этот недостаток особенно ярко проявляется при низких частотах источника питания сельсинов, например при частоте 50 Гц, и при применении в качестве усилителя мощности тиристорного преобразователя, управляющего быстродействующим двигателем с гладким якорем, который имеет малую постоянную

684507

3 времени. В этом случае постоянная времени следящего привода практически пол. ностью определяется постоянной времени сглаживающего фильтра, которая обратно пропорциональна частоте питания сельсинов.

Целью изобретения является повышение быстродействия привода.

Эта цель достигается тем, что в следящий привод введены первый и второй блоки фазовращателей, первый и второй блоки выпрямителей, первый и второй блоки формирователей импульсов и первый и второй блоки кодирования, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, к другим входам первого блока кодирования через послецовательно соединенные первый блок формирователей импульсов, первый блок выпрямителей и первый блок фазовращателей подключен выход сельсин задатчика, к другим входам второго блока кодирования через последовательно соединенные второй блок формирователей импульсов, второй блок выпрямителей и второй блок фазовращателей поцключен выход сельсин- цатчика обратной связи, а выходы первого и второго блоков кодирования соединены соответственно со входами первого и второго преобразователей код-аналог.

На фиг. 1 представлена структурная схема следящего привода; на фиг. 2 то же, с принципиальным выполнением некоторых блоков; на фиг. 3 — временные диаграммы следящего привода.

Следящий привод содержит сельсинзадатчик 1, сельсин-датчик 2 обратной связи, источник питания 3, первый 4 и второй 5 выпрямители, первый 6 и второй 7 формирователи импульсов, первый делитель частоты 8, первый преобразователь код-аналог 9, фазовый дискриминатор 1 О, второй делитель частоты 1 1, второй преобразователь код-aíàëîã 1 2, суммирующий блок 13, сглаживающий фильтр 14, усилитель мощности 15, двигатель 16, первый блок фазовращателей 17, первый 18, второй 19 и третий

20 фазовращатели первого блока фазовращателей, первый блок выпрямителей

21, первый 22, второй 23 и третий 24 выпрямители первого блока выпрямителей первый блок формирователей импульсов

25, первый 26, второй 27 и третий 28 формирователи импульсов первого блока формирователей импульсов, первый блок кодирования 29, второй блок фазовращателей 30, первый 31, второй 32 и третий 33 фазовращатели второго блока фа зовращателей, второй блок выпрямителей

5 34, первый 35, второй 36 и третий 37 выпрямители второго блока выпрямителей, второй блок формирователей импульсов

38, первый 39, второй 40 и третий 41 формирователи импульсов второго блока (О формирователей импульсов и второй блок кодирования 42.

На фиг. 3 показаны сигнал 43 на выходе сельсиназадатчика 1, сигнал

44 на выходе фазовращателя 18, сигнал

45 на выходе фазовращателя 19, сигнал

46 на выходе фазовращателя 20, сигнал 4 7 на выходе выпрямителя 4, с и (-нал

48 на выходе выпрямителя 22, сигнаг(49 на выхоце выпрямителя 23, сигнал

50 на выходе выпрямителя 24, импуль сы 51 на выходе формирователя импульсов 6, импульсы 52 на выходе формирователя импульсов 26, импульсы 53 на выходе формирователя импульсов 27, им25 пульсы 54 на выходе формирователя импульсов 28, импульсы 55 на выходе преобразователя код-аналог 9, сигнал 56 на выходе сельсина-цатчика 2, сигнал

57 на выходе формирователя 31, сигнал

58 на выходе фазовращателя 32, сигнал

59 на выходе фазовращателя 33, сигнал

60 на выходе выпрямителя 51, сигнал

61 на выходе выпрямителя 35, сигнал

62 на выходе выпрямителя 62, сигнал

63 на выходе выпрямителя 37, импульсы 64 на выходе формирователя импульсов 7, импульсы 65 на выходе формирователя импульсов 39, импульсы 66 на

40 выходе формирователя импульсов 40, импульсы 67 на выходе формирователя

41, импульсы 68 на выходе преобразователя код-aналог 42, импульсы 69 на выходе фазового дискриминатора 10, постоянная составляющая 70 в импульсах на выходе фазового дискриминатора 10, пульсирующий сигнал 71 на входе сглаживающего фильтра 14 и постоянная составляющая 72 в пульсирующем сигнале на выходе сглаживающего фильтра 14.

Следящий привод работает следующим образом.

Сельсин-(адатчик 1 и сельсин-датчик

2 обратной связи питаются от общего источника питания 3, который представляет собой трехфазный генератор синусоидальных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на 120 эл. град. Трехфазные обмотки статоров задатчика 1 и

?5

25

35

5 68 дагчикп 2 создают ? них вращаю!циеся магнит??ыг- ??отоки, KoTophIp. Наводят в однофазных обмотках роторов синусои» дальные сигналы пост оянной амплитуды, фаa?I которых определяется положением валов задатчика и дат ?ика. С выходов опнофазных обмоток роторов задатчика 1 и датчика 2 синусоидальные сигналы поступают на входы блоков фазовращателей 1 7 и 30. Каждый фазовращатель поворачивает фазу на величину, определяемую количеством фазоврашателей в блоке и номером фазовра цателя в блоке, причем сдвиги фаз между соседними синусоидальными сигналами на входе и Bbiходах одного блока фазовра;цателей равны между собой и в сумме составляют

180 эл. град. f3 рассматриваемом примере первые фазовращатели 18 и 31 поворачивают фазу на 45 эл. град„вторые фазовращатели 19 и 32 - на 90 эл, град, третьи - фазоврашатели 20 и 33— на 135 эл . град. В результате сдвиг фаз между синусоидальными сигналами на входе блока фазовращателей и на выходе первого фазовращателя этого блока равен сдвигу фаз между синусоидальными си!.??алами на выходах первого и второго фазовращателей . одного блока, сдвигу фаз между синусоидальными сигналами на выходах второго и третьего фазовращателей одного блока, сдвигу фаз между синусоидальными сигналами на Bblxo??e и входе третьего фазоврашателя и равен 45 эл. град. При этом сумма всех сдвигов фаз между синусоидальными сигналами на входе и выходах одного блока фазоврашателей составляет 180 эл.град. Синусоипальные сигналы с выходов задатчика 1 и датчика 2 поступают на входы выпрямителей 4 и 5, а синусоидальные сигналы с выходов фазовращателей 18 — 20 первого блока фазовращателей 1 7 и синусоидальные сигналы с выходов фазовра. щателей 31 — 33 второго блока фазовращателей 30 — соответственно на входы выпрямителей 22 — 24 первого блока выпрямителеи 21 и на входы выпрямителей 35 — 37 второго блока выпрямитеJ лей 34, где формируются остроконечные сигналы удвоенной частоты. Так как при удвоении частоты удваивается фаза, то сдвиг фаз между соседними остроконечными сигналами, поступаю!цими с выхода выпрямителя 4 на вход формирователя импульсов 6 и с выходов выпрямителей 22-24 блока выпрямителей 2 1 на входы формирователей импульсов 26-28

4507 6 блока формирователей импульсов 25, составляет 90 эл. град., а сумма этих сдвигoB фаз равна 360 эл. град, Аналог??чно сдвиг фаз между соседними остроконечными сигналами, поступающими с выхода выпрямителя 5 HB вход фо?рл?ирователя импульсов 7 и с выходов выпрямителей

35 - 37 блока выпрямителей 34 ??0 входы формирователей импульсов 3941 блока формирователей! импульсов 38, составляет 90 эл. грац., и сумма этих сдвигов фаз равна 360 эл. град. Формирователи импульсов 6, 7, 26, 27, 28, 39, 40 и 41 формируют узкие импульсы с крутыми фронтами, которые постуг?ают на блокц кодирования 29 и 42, пр:.чем импульсь?, поступаю.цпе с выхопог. фор.ьирователей импульсов 6 ll 7 па нулевь?е входы блоков кодирования 29 и 42, кодируют в них число О. Импульсы, посту пающие с выходов формирователе?! импульсоВ 26 и 39 на первые входы блоков кодирования 29 и 42, кодируют B»IIIIX число 1. Импульсы, посту?!аюгцие с выходов формирователей импульсов 2 7 и

40 HB BtOpbIP BXOilbi 0110? OB I?O?1HpOBBния 29 и 42, кодиру?ог в них число 2.

Импульсы, поступающие с выходов фо.— мирователей импульсов -".8 и 41 на третьи входы блоков кодирования 29 и

42, кодируют в них число 3. С BblxolloB формирователей имггульсов 6 и 7 импульсы поступают на входы делителей часто= ты 8 и 11. С выходов делителе частоты 8 и 11 и с вь.х.опов блоков кодирования сигна;?ы поступают на входы преобразователей код»аналог 9, 12, где формируются ступенчато нарастающие пилообразные импульсы, период, г!торых равен периоду импульсов, поступаю?цих с выходов делителей частоты 8 и 11 на входы дискриминатора 1 О, а период ступенчатого изл?енения равен периоду между импульсами, поступающими с выходов двух соседних формирователей импульсов, т. е. с выходов формирователей импульсов, сдвиг фаз между выходил?ми импульсами которых равен 90 эл. град., ??апример, л4ежду выходными импульсами формирователей 27 и 28. Бег?и !и!?а каждого ступенчатого измене??ия .!остоянна.

Размах пилообразных ил?пу;??,сов по-.тоянен и равен величине неступен !атогo .. изменения, умноженной па максимальное число, которое может поступить íа Вхо» ды преобразователя кодт>!а:?о!. Е3о время поступления числа 0 !!а î а входа одного преобразователя код 1llUnîp с

684507

45 зыввется равным нулю, и двигатель не.выходя этого преобразователя код-ана- лог ня вход блока суммирования 13 поступает нулевой сигналр и с выхода делителя частоты на вход фазового дискриминатора 10 также поступает импульс.

На выходе фазового дискриминатора 10 формируются прямоугольные импульсы, размах которых больше размаха пилообразных импульсов, формируемых преобразователем код-аналог, на величину одного ступенчатого изменения, а поl стоянная составляющая в этих импульсах пропорциональна сдвигу фаз между синусоидальными сигналами, поступающими с BblxoGQB роторов задатчика 1 и датчика 2, который, в свою очередь, пропорционален разности углов поворота роторов звдатчика 1 и датчика 2. B результате суммирования всех импульсов, поступающих на входы блока суммирования 13, в нем формируется пульсирующий сигнал, постоянная составляющая которого равна постоянной составляющей в выходных импульсах фазового дискриминатора 10. Период пульсаций равен периоду между импульсами, поступающими с выходов двух соседних формирователей импульсов, и размах пульсаций равен величине ступенчатого изменения. С выхода блока суммирования 13 на вход сглаживающего фильтра 14 поступает пульсирующий сигнал, постоянная составляющая которого равна постоянной составляющей в выходных импульсах фазового дискриминатора 10, период пульсаций этого сиг35 нала меньше периода выходных импульсов фазового дискриминатора 10 в ()дМ) раз и размах пульсаций этого сигналв меч -.ше размаха выходных импульсов в

40 (И1+1) ряз. Сглаживающим фильтром 14 сигнал сглаживается, т. е. выделяется постоянная составляющая этого сигнала, подается на вход усилителя мощности 15 и далее HQ двигатель 1 б с запаздыванием, определяемым постоянной времени сглаживающего фильтра 14. Если при отсутствии разности углов поворота ро торов задатчика 1 и датчика 2 вал звдатчика 1 не вращается, то нет сдвига

50 фяз между синусоидальными сигналами, поступающими с выходов роторов задатчика 1 и датчика 2, поэтому постоянная составляющая пульсирующего сигнала на входе сглаживающего фильтря 14 равна

55 нулю, и сиг нвл нв выходе сглвживаюгцего фильтра 14 равен. нулю. В результате сигнал нв выходе двигателя 16 окввращается. Если при этом резко начать вращать ввл задатчпкя 1 и продолжать вращение с постоянной скоростью, то в первый момент времени двигатель 16 вращаться не будет. В результате появляется сдвиг фаз между синусоидвльными сигналами на выходах роторов зядатчика 1 и датчика 2, в в пульсирующем сигнале на входе Сглаживающего фильтра 1 4 появляется постоянная составляющая, пропорциональная этому сдвигу фа з. Одна ко на вы ходе с гла ж ива юще г о фильтря 14 постоянная составляющая появляется с запаздыванием, определяеMblM постоянной времени этого фильтра.

В результате вращение валя датчика 2 начинается с запаздыванием и тем большим, ч м больше постоянная времени сглаживающего фильтра 14. Г сли после полног о набора скорости валом датчика 2 резко остановить ввл задвтчикв 1, то аналогично вышеописяннол у набору скорости ввл датчика 2 остановится с запаздыванием и тем большим, чем больше постоянная времени сглаживающего фильтра 14. 11остоянная времени сглаживающего фильтра 14 прямо пропорциональна периоду и размаху пульсаций в пульсирующем сигнале, поступающем на его вход.

Использование новых элементов-6поков фязовращателей, блоков выпрямителей, блоков формирователей импульсов и блоков кодирования выгодно отличает предлагаемый следящий привод от указанного прототипа, твк как позволяет уменьшить постоянную времени сглаживающего фильтра и (r7I+1) раз и таким

2 образом резко увеличить быстродействие следящего привода. В рассмотренном при-. мере, когда количество фазовращателей в каждом блоке фвзовращателей равно трем, т. е. Ill =3, постоянная времени сглаживающего фильтра может быть уменьшена в шестнвдцять раз. При применении л алоиперционного двигателя с гладким якорем и тиристорного усилителя мощности такое уменьшение постоянной вре» мени сглаживающего фильтра увеличивает быстродействие следящего привода в шестнадцать рвз. Кроме того, традиционное повышение быстродействия прототипа путем увеличения частоты питания сельсинов не позволяет получить такого же результата, что в предлагаемом следящем приводе. Например, если частота питания сельсинов в прототипе выбрана равной

50 Гц, ro.äëÿ повышения быстродействия

684507

io в шестнадцать раз требуется увеличить частоту питания сельсинов до 50х16

900 Гц. Однако известные сельсины имеют частоту питания 50 Гц или 400 Гц.

Немаловажен и тот факт, что повышение быстродействия прототипа путем повышения частоты питания сельсинов требует применения преобразователя частоты для запитки сельсинов, в то время как питание сельсичов в предлагаемом следящем приводе может быть осуществлено от промышленной сети.

Эффективность изобретения состоит в увеличении быстродействия, что необходи15 мо в связи со все более широким применением тиристорных преобразователей с быстродействующими двигателями.

Формула изобретения

Следящий привод по авт. св. № 461410, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия привода, он содержит первый и второй блоки фазовращателей, первый и второй блоки выпрямителей, первый и второй блоки формирователей импульсов и первый и второй блоки кодирования, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, к другим входам первого блока кодирования через последовательно соединенные первый блок формирователей импульсов, первый блок выпря— мителей и первый блок фазовращателей подключен выход сельсин-оадатчика, к другим входам второго блока кодирования через последовательно соединенные втс рой блок формирователей импульсов, второй блок выпрямителей и второй блок фазо» вращателей подключен выход сельсиндатчика обратной связи, а выходы первого и второго блоков кодирования соединены соответственно со входами первого и второго преобразователей код-аналог.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 308413, кл. S 05 Б 11/26, 15.09.69.

2. Авторское свидетельство СССР

N 461410, кл. G 05 В 11/26, 04.06.73 ,(прототип) .

684507

И

Я

Ф7

Я

И б2

О и — р I

Составитель Г. Романченко

Редактор В. Фельдман Техред H. Бабурка Корректор Л. Ливри ш

Заказ 5286/41 Тираж 1 015 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4