Фиг,. 1
Изобретение относится к цифровым следящим системам с бесконтактными двигателями
постоянного тока и может быть использовано в манипуляционных роботах
и других устройствах автоматики в качестве исполнительной следящей системы.
Цель изобретения состоит в упрощении системы и повышении ее быстродействия.
На фиг. 1 представлена блок-схема цифровой следящей системы; на фиг. 2 - блок-
схема цифрового широтно-импульсного преобразователя для трехфазного бесконтактного
двигателя постоянного тока,
В цифровую следящую систему (фиг. 1)
входят измеритель 1 рассогласования, блок 2 формирования модуля, первый 3 и второй
4 пороговые элементы, цифровой широтно- импульсный преобразователь 5, реле 6 реверса
, коммутатор 7, бесконтактный двигатель 8 постоянного тока, редуктор 9,
датчик 10 положения ротора, первый 11 и второй 12 умножители, сумматор 13 и преобразователь
14 код-частота.
В цифровой широтно-импульсный преобразователь
(фиг. 2) входят блок 15 формирования адреса, блок 16 преобразования
адреса, постоянное запоминающее устройство 17, первый 18, второй 19 и третий 20
широтно-импульсные модуляторы, генератор 21.
В тексте приняты следующие сокращения и обозначения:
ЦШИП - цифровой широтно-импульсный преобразователь;
БДПТ - бесконтактный двигатель постоянного тока;
ПКЧ - преобразователь код-частота;
ДПР - датчик положения ротора;
БФА - блок формирования адреса;
БПА - блок преобразования адреса;
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство;
ШИМ - широтно-импульсный модулятор;
БФМ - блок формирования модуля; &, , в0 , в, Д#| , , Д0- входной, выходной
углы, ошибка следящей системы и их цифровые коды соответственно;
I Д$ I - модуль кода ошибки системы;
ДУп - код срабатывания пороговых элементов;
sign Д$- знаковый разряд кода рассогласования (ошибки) системы;
sign ш - знак направления вращения электродвигателя;
гш - частота импульсов на выходе преобразователя код-частота импульсов;
Мн - момент нагрузки на валу двигателя;
Мо-максимальный синхронизирующий
момент двигателя;
Фр , Фс - магнитный поток ротора и статора
электродвигателя соответственно; tn момент времени переключения системы
из непрерывного в дискретно-шаговый режим.
ЦШИП 5 предназначен для преобразования угла поворота ротора в систему
0 трех широтномодулированных последовательностей . Глубина модуляции
указанных последовательностей определяется цифровым кодом Uo. при этом в
непрерывном режиме U0 остается постоян5 ной, а в дискретно-шаговом изменяется согласно
закону преобразования ПКЧ 14.
ЦШИП 5 содержит последовательно соединенные
БФА 15, БПА 16 и ПЗУ 17, в котором записаны коды ширины импульсов
0 трех функций (например, гармонических), сдвинутых на 120°. Эти коды поступают на
входы трех ШИМ 18, 19 и 20, где преобразуются в широтно-импульсные последовательности
. На управляющие входы задания
5 глубины модуляции ШИМ подключен выход
генератора 21. Выходы ШИМ 18, 19 и 20 подключены к реле 6 реверса, которое управляется
сигналом sign , и при изменении знака последнего меняются знаки sign
0 1, sign 2, sign 3 сигналов ШИМ 1, ШИМ 2, ШИМ 3, т.е. направления токов в обмотках
БДПТ 8, коммутируемых коммутатором 7.
В системе в качестве датчика положения
ротора использован инкрементальный
5 датчик на основе фотосчитывающих чувствительных
элементов, подсчет импульсов от которого позволяет получить цифровой код
Д$0 для замыкания главной обратной связи на измеритель 1 рассогласования. Кроме то0
го, при использовании инкрементального датчика удается получить и направление вращения sign ш.
В статическом режиме Дф Д00 и Д(9 0 первый пороговый элемент 3 имеет
5 максимальный выходной код, а второй пороговый элемент 4 - нулевой сигнал на выходе.
В результате выход ДПР 10 с помощью умножителя 12 отключен от входа ЦШИП 5, а
к его входу подключен выход ПКЧ 14. По0 скольку Д 0, импульсы на выходе ПКЧ 14
отсутствуют, и ШИМ 18, 19 и 20 генерируют импульсы, длительность которых постоянна
во времени. Поле статора БДПТ 8 неподвижно , максимально по величине, и угол по5
ворота его относительно ротора равен
Мн -г
а - arcsin -rr-. Таким образом, в режиме
MQ
покоя БДПТ 8 развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий
момент нагрузки на валу двигателя при нулевом рассогласовании, т.е. система обладает
астатизмом по отношению к момен- тным возмущениям.
При подаче на вход системы, например, большого скачкообразного сигнала код модуля
сигнала ошибки превышает код срабатывания пороговых элементов, т.е. I AUn, срабатывают пороговые элементы
3 и 4, в результате чего обнуляется выход умножителя 11, и выход ПКЧ 14 отключается
от входа ЦШИП 5. Срабатывание порогового элемента 4 приводит к тому, что
при помощи умножителя 12 и сумматора 13 к этому входу ЦШИП 5 подключается импульсный
выход ДПР 10. Одновременно по сигналу AUn БПА 16 преобразует выходной код БФА 15 таким образом, между
магнитными потоками статора Фс и ротора Фр БДПТ 8 составит 90 эл. град. Код сигнала
ошибки А (9поступает на вход ЦШИП 5, выход которого через реле 6 реверса подключен
к входу коммутатора 7. Поле статора двигателя благодаря жесткой связи по угловому
положению с ротором через ДПР 10 вращается синхронно с ротором, его угол с
полем последнего составляет 90 эл.град., а его модуль имеет максимальное значение,
Поэтому двигатель, вращаясь как бесконтактный двигатель постоянного тока с релейным
регулятором, отрабатывает рассогласование. Причем максимальное питающее
напряжение на обмотках электродвигателя обеспечивает минимальное время отработки этого рассогласования.
С уменьшением сигнала ошибки в некоторый момент времени t tn, определяемый
величиной кода срабатывания, пороговые элементы 3 и 4 срабатывают. Это приводит
к тому, что обнуляется выход второго порогового элемента 4 и благодаря действию
умножителя 12 разрывается связь между ДПР 10 и ЦШИП 5. Одновременно на выходе
первого порогового элемента 3 появляется сигнал высокого уровня. Это приводит к
тому, что на вход ЦШИП 5 поступает через сумматор 13 и умножитель 11 сигнал с выхода
ПКЧ 14, Кроме того, БПА 16 по высокому уровню сигнала AUn преобразует код с
выхода БФА 15 так, что магнитные поля ротора и статора электрической машины совмещаются
. Сигнал sign сопри этом служит для выбора правильного направления отсчета .
Указанные коммутации приводят к тому , что начиная с момента времени t tn,
двигатель и система в целом начинают работать как дискретно-шаговые. Этот режим
характеризуется тем, что магнитное поле
статорных обмоток БДПТ 8 перемещается в
пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от ПКЧ 14.
При этом знак момента на валу электродвигателя определяется взаимной ориентацией
магнитных потоков ротора Фр и статора Фс. В момент переключения t tn магнитные
потоки ротора и статора электродвигателя совпадают, но уже в следующий
момент времени при t tn + 1 ротор опередит поток статора и двигатель развивает
тормозящий момент, причем момент пульсируете приходом каждого импульса от ПКЧ
14 на вход ЦШИП 5. С уменьшением кинетической энергии ротора он начнет отставать
от потока статора, и двигатель развивает положительный вращающий момент
, уменьшающий рассогласование в системе до нуля.
Таким образом, при больших рассогласованиях (t tn - 1) БДПТ 8 управляется
релейным регулятором, что, как известно, обеспечивает максимальное быстродействие .
В момент переключения t tn магнитные потоки статора и ротора совмещаются,
что также приводит к увеличению быстродействия системы. Действительно, в системе-прототипе
после перевода БДПТ 8 в
шаговый режим (при этом модуль Фс увеличился
до максимума), т.е. после момента времени t tn, еще какой-то промежуток
времени до момента совмещения Фс и Фр на ротор действует ускоряющий момент, что
приводит к необходимости гасить его в последующие промежутки времени, а
следовательно, к увеличению времени переходного процесса системы в дискретно-шаговом режиме,
Сразу после переключения в шаговый режим двигатель развиваеттормозящий момент
, а следовательно, переходный процесс системы в дискретно-непрерывном режиме существенно меньше.
Формула изобретения
Цифровая следящая система, содержащая
первый и второй умножители, соединенные первыми входами с выходами
соответственно первого и второго пороговых элементов, а выходами - с первым и
вторым входами сумматора, подключенного выходом к информационному входу
цифрового широтно-импульсного преобразователя , выход которого соединен с информационным
входом реле реверса, выход которого через последовательно соединен
ные коммутатор и бесконтактный двигател1 постоянного тока соединен с входом редук
тора, выход которого является выходом си
стемы, и входом датчика положения ротора, импульсный выход которого подключен к
второму входу второго умножителя, а цифровой выход - к разностному входу измерителя
рассогласования, суммирующий вход которого является входом системы, а выход
соединен с знаковым входом реле реверса, с входом преобразователя код-частота,
подключенного выходом к второму входу второго умножителя, и с входом блока фор-
мирования модуля, выход которого соединен с входами первого и второго пороговых
элементов, отличающаяся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия
, в ней цифровой широтно-импульс- ный преобразователь содержит блок
формирования адреса, блок преобразования адреса, постоянное запоминающее устройство, генератор и три
широтно-импульсных модулятора, выходы
Фиг. 2
которых являются выходом цифрового ши- ротно-импульсного преобразователя, входы
задания глубины модуляции подключены к выходу генератора, а информационные входы
- к выходам постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого
соединены с выходом блока преобразования адреса, управляющий вход которого,
являющийся управляющим входом цифрового широтно-импульсного преобразователя
, соединен с выходом первого порогового элемента, знаковый вход, являющийся
знаковым входом цифрового широтно-импульсного преобразователя, - с соответствующим
выходом датчика положения ротора, а информационный вход - с выходом
блока формирования адреса, вход которого является информационным входом
цифрового широтно-импульсного преобразователя .
