Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Цифрові слідкувальні електроприводи
Загальні відомості. Класифікація
Цифровий СП (ЦСП) – привід, в якому порівняння заданого і дійсного значень кутів повороту здійснюється в двійковому коді.
У зв'язку з інтенсивним впровадженням у виробництво засобів обчислювальної техніки частка ЦСП зросла.
Призначення ЦСП:
ЦСП характеризуються високим швидкодією, підвищеною надійністю, завадостійкістю, а також високою статичною точністю.
За структурою ЦСП ділять на дві групи:
У розімкнутих ЦСП керуючий сигнал, перетворений в двійковий код, відпрацьовується виконавчим механізмом у вигляді пропорційного переміщення. У замкнутих ЦСП інформація про виконання заданої команди подається на вхід по каналу ЗЗ за допомогою цифрового датчика положення, що перетворює кут повороту в двійковий код.
За властивостями приводу в сталому режимі ЦСП ділять на
У ІЦСП вихідний вал в сталому режимі знаходиться в стані дискретного руху, а в якості ВП служить КД. Завдяки тому, що КД безпосередньо перетворює дискретну інформацію у фіксований кут повороту навантаження, ІЦСП можуть бути розімкнутими. Однак застосування розімкнутих СП обмежена внаслідок їх неточності. Для замикання приводу на вихідному валу встановлюють імпульсний датчик положення, і в цілому весь привід будується на дискретних елементах.
У ЦАСП вихідний вал в сталому режимі знаходиться в стані безперервного руху. Як ВП застосовують двигуни постійного або змінного струму, що працюють від аналогового сигналу, а введення завдання в СП роблять цифровим. Наявність в одному приводі аналогових і цифрових сигналів призводить до застосування перетворювачів безперервних сигналів у цифрові (АЦП) і навпаки (ЦАП). У результаті в будь-якому ЦАСП можна виділити цифрову і аналогову частини (рис. 9.1).
Цифрова частина виробляє цифровий сигнал розузгодження шляхом складання в обчислювальному пристрої коду цифрової ЕОМ та коду сигналу ЗЗ, кодує сигнал ЗЗ за допомогою перетворювача і декодує керуючий сигнал за допомогою перетворювача .
Аналогова частина здійснює підсилення сигналу по напрузі в підсилювачі , по потужності в підсилювачі , відпрацювання розузгодження двигуном за допомогою редуктора , корекцію СП по напрузі за допомогою тахогенератора з послідовним контуром , а також вимірювання кута відпрацювання з допомогою датчика .
Будучи комбінованим, ЦАСП поєднує позитивні властивості як цифрових елементів (швидкодія, точність), так і аналогових (гарна якість перехідних процесів).
За способом зв'язку з цифровою ЕОМ ЦАСП ділять на:
В автономних ЦАСП ЕОМ не входить в контур регулювання, а грає роль задавача. Функцію обчислення коду похибки виконує спеціалізовий цифровий пристрій, структура якого залежить від розв'язуваного на ньому завдання. Представлений на рис. 9.1, а привід є прикладом автономного ЦАСП.
У неавтономному ЦАСП (рис. 9.5, б) ЕОМ охоплена ЗЗ і порівняння заданого і відпрацьованого кодів відбувається безпосередньо в ЕОМ. Код різниці потім надходить на перетворювач
і далі на аналогову частину приводу, що відпрацьовує розузгодження. Приклад неавтономної ЦАСП у вигляді РСП наведено на рис. 8.1.
За родом задачі регулювання ЦАСП ділять на:
В якості перетворювачів в ланцюзі ЗЗ позиційних ЦАСП використовують цифрові перетворювачі кута, що складаються з датчика кута і АЦП, який виробляє двійковий код, а в швидкісному – дискретні перетворювачі, що виробляють імпульси, частота проходження яких пропорційна частоті обертання вихідного валу приводу.
На рис. 9.2 зображений цифровий привід антени літакового локатора. Антена забезпечена приводним механізмом, що забезпечує обертання по азимуту і куту місця. Задача, яка розв’язується цифровою ЕОМ, зводиться до забезпечення роботи приводу в режимі кругового огляду та режимі стеження за допомогою видачі двох цифрових кодів, що відповідають необхідним кутах повороту антени по азимуту (код А) і куту місця (код УМ). Кожен з каналів управління є замкнутим автономним ЦАСП, виконавчим пристроєм якого є двигун типу АДП-263А. До складу кожного каналу входить підсумовуюий пристрій , ЦАП , підсилювач , редуктор , датчик кута АЦП .
Цифрова команда, що надійшла з цифрової ЕОМ, порівнюється в суматорі з кодом ЗЗ, що виробляється АЦП . Причому сигнали, що надійшли як з ЕОМ, так і з перетворювача, представлені в паралельному двійковому коді. Код похибки приводу за допомогою перетворювача перетвориться в аналоговий сигнал і через підсилювач надходить на двигун , який за допомогою редуктора повертає антену відносно азимутальної осі. Одночасно повертається ротор датчика цифрового перетворювача кута , виробляє дійсне значення кута повороту антени по азимуту. Привід по каналу кута місця виконаний аналогічно. В результаті спільної роботи обох каналів антена розгортається у напрямку, що відповідає командам з цифрової ЕОМ.
Елементи цифрових слідку вальних приводів
Блок вироблення коду похибки. ЦСП відносяться до приводів замкнутого циклу, що працює за принципом порівняння коду заданого кута з кодом істинного кута, який виробляється по ланцюгу ЗЗ. Отже, як блок порівняння необхідно застосувати схему, що забезпечує отримання різниці двох чисел. Застосування зворотного коду від'ємного числа дозволяє замінити операцію віднімання операцією додавання, що значно спрощує пристрій блоку порівняння. При цьому зменшуване береться в прямому коді, а число, що віднімається, – у зворотному. В результаті у вигляді блоку вироблення коду похибки застосовують багато розрядні суматори нагромаджу вального і комбінаційного типів.
Цифроаналогові перетворювачі (ЦАП). В основу будь-якого перетворювача покладено підсумовування струмів, відповідних ваг розрядів перетворювача. ЦАП служить для перетворення цифрових сигналів в напругу, що використовується для безпосереднього керування двигунами, ЕМП, реле і т. п.
Як елементна база, для побудови ЦАП можна застосувати найбільш перспективний в даний час лінійний ЦАП, побудований з використанням мікросхеми К572ПА1.
Перетворювач коду в часовий інтервал (ПК-ШІМ). Для перетворення коду в послідовність прямокутних імпульсів зі змінною шпаруватістю служить ПК-ШІМ. На рис. 9.3, а представлена схема ПК-ШІМ, що складається з лічильника імпульсів, виконаного на мікросхемі , генератора імпульсів , -тригера та елемента , виконаного на мікросхемі . Робота перетворювача синхронізується імпульсами, які надходять з блоку управління. Код числа, що підлягає перетворенню, надходить на сигнальні шини установки коду (, , ... ) лічильника і фіксується в ньому.
Тригер встановлюється у вихідне (одиничне) положення
тактуючим старт-імпульсом з блоку управління, що задає період роботи перетворювача. При цьому сигнал з виходу тригера дозволяє проходження імпульсів з генератора через елемент спів падання (збігу) на підсумовуючий вхід лічильника. Перетворення коду здійснюється підсумовуванням імпульсів що надійшли. Діаграми, зображені на рис. 9.3, б, пояснюють принцип перетворення.
При вихідному (початковому) коді, що дорівнює нулю, з приходом старт-імпульсу, який фіксує початок перетворення, лічильник працює на додавання (діаграма ). Під впливом монотонно зростаючого коду лічильника, старший розряд формує імпульс переповнення. Цей імпульс переводить лічильник в нульове положення (на діаграмі стан лічильника відображаєпилоподібною напругою) і у вигляді стоп-імпульсу (діаграма ), що фіксує кінець тимчасового інтервалу, надходить на вхід тригера . Тригер перемикається в нульовий стан і припиняє подачу імпульсів в лічильник. З приходом нового старт-імпульсу робочий цикл повторюється. Оскільки тригер практично весь час знаходиться в одиничному стані, шпаруватість імпульсів, що знімаються з його виходу, дорівнює нулю (діаграма ).
При наявності в DD3 вихідного (початкового) коду, що відмінний від нуля, лічильник з приходом старт-імпульсу починає підсумовувати, але не з нуля, а з коду, який зафіксований в лічильнику (діаграма ). Очевидно, що ця сума буде відповідати коду, який зворотній до вихідного. Оскільки крутість наростання коду лічильника залишилася попередньою, то
момент переповнення лічильника, а отже, вироблення стоп-імпульсу настане раніше закінчення періоду (діаграма ). Чим більшим буде вихідний код, тим коротшим буде інтервал часу і тим коротші прямокутні імпульси напруги, що одержуються на прямому виході тригера (діаграма ).
Для отримання прямокутних імпульсів, що відповідають вихідному коду, вихідний сигнал необхідно знімати з інверсного виходу тригера (діаграма ). Шпаруватість імпульсів визначається відношенням , де – інтервал часу між стоп-імпульсом і наступним старт-імпульсом.
Цифрові перетворювачі кутів (ЦПК). Ці перетворювачі є важливими елементами ЦСП, оскільки виробляючи код дійсного кута повороту вихідного валу, вони несуть інформацію про виконання команди. ЦПК є поєднанням вимірювального перетворювача з електронним блоком. Призначення вимірювального перетворювача – формування пов'язаного з кутом повороту електричного сигналу в аналоговій або дискретній формі. Електронний блок обробляє отриману інформацію та видає її в цифровій формі, тобто виконує функцію АЦП.
Широкого застосування в ЦСП набули циклічні перетворювачі кута в код на основі ШВОТ.
Крокові електродвигуни (КД). Вони відносяться до дискретних ВП і призначені для перетворення кожного імпульсу команди на керуючому вході в строго фіксоване переміщення вихідного валу, що називається кроком. Такий ефект одержується за рахунок дискретної зміни стану електромагнітного поля в повітряному зазорі між статором і ротором КД. Принцип дії КД можна пояснити за допомогою обертового електромагніту, зображеного на рис. 9.4, а і має на статорі чотири явновираженних полюси (зубці) з обмотками управління і один полюс (зубець) на роторі.
Нехай в початковий момент часу імпульс команди надходить на обмотку і явновираженний полюс ротора знаходиться проти полюса цієї обмотки. При подачі керуючого імпульсу на обмотку ротор, прагнучи зайняти положення, при якому опір магнітного потоку буде найменшим, повернеться на один крок в і буде утримуватися магнітним потоком в положенні полюса обмотки , поки по ній протікає струм. З подачею імпульсу на обмотку ротор повернеться ще на крок за годинниковою стрілкою і т.д.
Таким чином, управляючі імпульси, що надійшли на обмотки в послідовності (рис. 9.4, б), змусять ротор за чотири такту повернутися на за годинниковою стрілкою. Реверс КД забезпечується зміною черговості комутації обмоток (). Для зменшення дискретності (кроку) двигуна
ротор роблять з великим числом зубців. Так, на рис. 9.4, в ротор КД має три зубці , що розташовані під кутом . Якщо в такому КД подати імпульс на обмотку , то ротор повернеться на крок, що дорівнює , але проти годинникової стрілки, оскільки найближчим до робочої обмотки буде зубець ротора. Повний поворот ротор зробить за 12 тактів і при комутації обмоток .
Насправді перемикання обмоток відбувається з такою частотою, що ротор не встигає досягти стану спокою відносно робочої обмотки. У момент перемикання обмоток він займає певне положення і має певну швидкість, що залежить від частоти перемикання обмоток. Так, для забезпечення кутової швидкості навантаження, що дорівнює , при статичній похибці не більше частота перемикання обмоток повинна бути . Сучасні серійні КД мають частоту прийомистості (перемикання) до і забезпечують крок в .
Часто застосовується одночасна комутація двох обмоток згідно діаграми, що представлена на рис 9.4, г. Робота КД відбувається аналогічно, але при повороті ротора його полюс встановлюється не під полюсом статора, а між двома робочими обмотками. Момент двигуна при цьому зростає в 2 рази.
Отже, перемикання обмоток КД викликає відпрацювання кроку ротора зі швидкістю, яка залежить від частоти перемикання обмоток, і в напрямку, визначеному законом комутації. Закон комутації забезпечується блоком управління (комутатором), що входять до складу електронного підсилювача.
Показаний на рис. 9.4, в КД має ротор, виконаний із магнітомякого матеріалу, і називається КД з реактивним ротором. На відміну від нього КД з ротором у вигляді постійного магніту називають КД з активним ротором, оскільки у створенні електромагнітного поля бере участь і ротор. Розглянуті КД характеризуються великими моментами обертання, але мають порівняно великий крок (не менше ) і невелику прийомистість (до ). Крім того, для комутації обмоток такого КД потрібно більш складний блок управління, що виробляє знакозмінні імпульси напруги.
До переваг КД з активним ротором слід віднести збереження магнітної фіксації ротора при забезпеченні обмоток за рахунок магнітного потоку ротора. Розроблений останнім часом метод електронного дроблення кроку дозволяє розширити частотний діапазон КД і поліпшити плавність руху.
Типові схеми цифрових слідку вальних приводів
Цифроаналоговий слідкувальний привод (ЦАСП). Одна з можливих схем ЦАСП дана на рис. 9.1, а. Привод побудований за структурою підлеглого регулювання параметрів, при якій основний контур – цифровий, а внутрішній – аналоговий. Аналоговий контур, утворений за допомогою датчика швидкості вихідного валу і пасивного контуру , застосований для забезпечення заданих динамічних показників.
На підставі вихідної інформації або програми керуюча ЕОМ задає, кут повороту виконавчому двигуну у вигляді паралельного двійкового коду, який надходить на вхід багаторозрядного суматора . На другий вхід суматора надходить паралельний двійковий код, що виробляється перетворювачем в ланцюгові ЗЗ. На вході суматора формується сигнал різниці в двійковому коді, пропорційний відхиленню вихідного валу від заданого ЕОМ кута. Цей сигнал за допомогою АЦП перетвориться в напругу, яка після попереднього підсилення в надходить на вхід фазозсуваючого пристрою, розташованого в тиристорному підсилювачі потужності і керуючого
його роботою. Напруга, що знімається з підсилювача, поступає на двигун , що відпрацьовує розузгодження в приводі. Розузгодження відпрацьовується циклічно. Синхронізація роботи приводу здійснюється вихідними сигналами з блоку управління
цифрової ЕОМ.
На рис. 9.5 приведена електрична принципова схема восьмирозрядного ЦАСП, виконана у відповідності зі структурною схемою на рис. 9.1, а. По сигналу, що надходить з виходу блоку управління на синхронізуючі входи вихідного регістра ЕОМ і буферного регістра , в регістри заноситься вихідна інформація ЕОМ і перетворювача ЗЗ , а з їх виходів сигнали надходять на вхід восьмирозрядного комбінаційного суматора . Суматор виконаний на двох чотирирозрядних мікросхемах і (типу К155ІМЗ), з'єднаних послідовно так, що вихід переносу мікросхеми з'єднаний зі входом переносу мікросхеми . Прямі виходи регістру підключені до групи входів – і мікросхем та , а інверсні виходи регістру підключені до групи входів – цих же мікросхем.
Суматор працює в режимі віднімання коду перетворювача з коду ЕОМ. Молодші розряди вихідного коду суматора з виходів – надходять на інформаційні входи – та – ЦАП , виконаного з використанням універсального 10-розрядного ЦАП типу 572ПА1. Незадіяні цифрові входи і заземлені. Для захисту виходів і від випадкового попадання негативної напруги вивід заземлений, а вивід захищений діодом . Для нормального функціонування мікросхеми підключено зовнішні елементи: вихідний ОП з резисторами – , джерело опорної напруги , ключі , та інвертор .
Знаковий розряд з виходу мікросхеми надходить безпосередньо і через інвертор на керуючі входи ключів та відповідно. Залежно від стану старшого розряду суматора на вхід перетворювача від джерела G надходить напруга позитивної полярності (при коді ) або напруга негативної полярності (при коді ), що формується за допомогою підсилювача-інвертора . На виході ЦАП виробляється напруга відповідної полярності. Амплітуда вихідної напруги визначається кодом молодших розрядів суматора або різницею кодів ЕОМ та перетворювача ЗЗ.
Сигнал з виходу ЦАП проходить через фільтри , і додається до напруги коригувального ЗЗ, що виробляється тахогенератором постійного струму і послідовним дифференцювальним контуром , . Сумарна напруга, що виділяється на резисторах і , підсилюється каскадом підсилювача, побудованим на мікросхемі та резисторах , , і подається на фазоінверсний каскад, зібраний на мікросхемах , і резисторах – . Підсилювач включений по інвертувальному входу, підсилювач – по прямому входу. Бі-
полярний сигнал з виходу ППС надходить на блок фазозсувого пристрою (ФЗП), що призначений для управління тиристорами вихідного каскаду – . Призначення елементів схеми: транзисторів – , резисторів – , конденсаторів , , діодів – і робота схеми ФЗП відповідають опису до рис. 6.15, в.
Якщо вихідний сигнал ППС перевищує напруга спрацьовування ФЗП, то відкривається один з каналів (верхній або нижній), на вхід якого надходить негативний сигнал. По якоря двигуна починає протікати струм певного напряму, і двигун переміщує навантаження та ротор датчика ЗЗ – обертового трансформатора . Напруга, що знімається з датчика, і відповідний йому код, записаний в регістрі , змінюється в бік зменшення розузгодження в порівнянні з кодом ЕОМ.
При надходженні з блоку управління наступного тактового імпульсу код, що відповідає новому кутовому положенню вихідного валу, заноситься в регістр , а вихідна інформація ЕОМ – в регістр і цикл відпрацювання повторюється. В разі збігу або малої розбіжності кодів вхідного і ЗЗ напруга, що виділяється на виході ЦАП напруга буде меншою за напругу спрацювання ФЗП. Всі тиристори в цьому випадку будуть закриті, а двигун знеструмлений.
У даному приводі цифрові пристрої забезпечують високу точність регулювання та полегшують процес на лаштування і роботи завдяки точному вимірюванню і індикації кута повороту вихідного валу. Аналогові пристрої, будучи вихідними на виконавчу частину СП, забезпечують необхідну якість перехідних процесів за рахунок застосування корекції сигналом ЗЗ, що пропорційний другій похідній від кута повороту вала навантаження.
Цифровий СП з ПК-ШІМ. Структурна схема ЦАСП з перетворювачем коду в часовий інтервал наведена на рис. 9.6, а. Як видно зі схеми, код кута , що задається ЕОМ, і код кута порівнюються в обчислювачі . Отримана різниця кодів (код похибки) перетворюється на широтно-імпульсний аналоговий сигнал за допомогою ПК-ШІМ і надходить на пристрої безперервної дії: підсилювач , виконавчий двигун , що переміщає за допомогою редуктора навантаження . Кут повороту вихідного валу вимірюється за допомогою датчика і перетворюється в двійковий код ЦАП .
Принципова електрична схема розглянутого приводу наведена на рис 8.20, б. Керуючий вплив у вигляді паралельного двійкового коду кута надходить на обчислювач, виконаний у вигляді багато розрядного суматора з періодом дискретності . Суматор виконує порівняння екстрапольованого значення
кута і дійсного кутового положення вихідного валу у вигляді паралельного двійкового коду, що видається перетворювачем і виробляє код похибки та її знак.
З виходу суматора код похибки надходить на ПК-ШІМ, що складається з двійкового лічильника , тригера , елемента збігу і генератора імпульсів . Час заповнення лічильника імпульсами, які надходять з генератора через елемент , залежить від початкової інформації (кода похибки), введеної в лічильник. Якщо код похибки дорівнює нулю, то інтервал часу від старт-імпульсу до стоп-імпульсу, що виробляється лічильником при його переповненні, буде максимальним і дорівнює періоду перетворення . Відносна тривалість імпульсів, що знімаються з інверсного виходу тригера , дорівнює нулю, оскільки тригер практично весь період знаходиться в початковому стані (шпаруватість .
При наявності початкового коду (похибки) інтервал часу заповнення лічильника скорочується, і зміна стану тригера відбудеться всередині періоду перетворення . На виході формуються імпульси напруги або струму заданої частоти, модульовані по ширині (шпаруватості) залежно від коду.
Реверсивний вихідний каскад підсилювача потужності виконаний на здвоєних транзисторах – з паралельно включеними діодами – і попередніх ключових підсилювачах – . Стан транзисторів, що працюють у ключовому режимі, залежить як від вихідного сигналу ПК-ШІМ, так і від знака коду, визначається на виході суматора. Для реалізації несиметричного закону комутації транзисторів застосований блок логіки , що складається з двох елементів (, ) і двох елементів (, ).
Блок логіки розподіляє сигнали з виходу ПК-ШІМ на ті управляючі ключі – і відповідні їм базові виводи транзисторів – моста, комутація яких необхідна за умовами режиму роботи двигуна . Вихідні ланцюги блоку розв'язані по постійному струму з елементами силового моста оптронними парами – . Алгоритм управління обраний таким, що при відсутності сигналу з ПК-ШІМ (0) і наявності будь-якого знака коду (0 або 1) насичені транзистори , нижньої половини мосту, які разом з діодами – закорочують якір двигуна, забезпечуючи йому електродинамічне гальмування. Транзистори , верхньої половини моста закриті.
За наявності зазначених на рис. 8.20, б кодових знаків і надходженні ШІМ-сигналу починають комутуватися транзистори лівої половини схеми: закривається, відкривається на час тривалості імпульсу. Стан транзисторів правої половини схеми залишається незмінним. Якір двигуна періодично підключається до джерела живлення через транзистори та і набирає середню за період частоту обертання, що пропорційна до сигналу розузгодження, зменшуючи останню.
При зміні кодових знаків комутуються транзистори , правої половини мосту, що призводить до зміни напрямку струму в якірному ланцюгові і реверсу двигуна. За допомогою редуктора двигун повертає на кут навантаження і ротор датчика , що входить до складу ЦАП . Вихідна напруга датчика перетвориться в двійковий код і по ланцюгу ЗЗ надходить на вхід суматора.
Основними труднощами при реалізації мостового вихідного каскаду є захист транзисторів від наскрізних струмів в момент перемикання. Завдяки несиметричному закону комутації наскрізні струми можливі тільки в одній половині моста. Повного усунення їх можна домогтися включенням в ланцюг якоря серіесного резистора, напругу з якого у вигляді сигналу негативного ЗЗ слід подати через порогів пристрій на блок логіки, дещо ускладнивши його.
Використання ПК-ШІМ і блоку логіки в даному приводі дозволяє забезпечити високу надійність, точність, швидкодію і простоту узгодження з керуючою цифровою ЕОМ. Компактність окремих пристроїв і всього приводу в цілому відповідає сучасним вимогам мікромініатюризації виробництва.
Імпульсні цифрові слідкувальні приводи (ІЦСП). Як зазначалося раніше, ІЦСП, побудовані на основі КД, є послідовно дискретними приводами, починаючи від програми і до переміщення навантаження. Ця особливість дає такі переваги перед ЦАСП, як:
Розімкнутий ланцюг регулювання КД (рис. 9.7, а) складається з програмоносія (керуючої ЕОМ), блоку управління , що включає комутатор і підсилювач потужності , та крокового двигуна , пов'язаного з навантаженням через механічний або електричний редуктор . Штриховою лінією на рис. 9.7, а позначений ще один елемент – перетворювач код – імпульс, що передбачається в ланцюзі управління у разі завдання програми в двійковому коді. При числовому заданні програми необхідність у ньому відпадає, і сигнал управління у вигляді суми імпульсів, що визначає загальне переміщення навантаження, надходить на блок управління .
Блок управління служить для перетворення отриманої по-
слідовності імпульсів в -фазну комбінацію (по числу фаз КД), яка визначається способом управління КД. Імпульси, підсилені по потужності каскадом , надходять на обмотки КД. На кожний імпульс програми КД переміщує навантаження на строго визначений крок. Таким чином, в розімкнутому приводі КД поєднує функції вимірювального та виконавчого пристроїв.
ІЦСП, виконані із застосуванням КД у вигляді розімкнутих систем передачі інформації, знаходять широке застосування в периферійних пристроях ЕОМ, графопобудовувачах, системах числового програмного керування верстатів. На рис. 9.7, б наведено пристрій цифрового графопобудовувача, за допомогою якого здійснюється виведення результуючої графічної інформації з системи на базі ЕОМ СМ-3. Система графопобудовувача складається з двох розімкнутих дискретних приводів, будова яких аналогічна будові приводу, показаного на рис. 9.7, а. Привід з КД кінематично пов'язаний з траверсою і здійснює переміщення її по координаті . Привід з КД переміщує каретку з пишучим пристроєм відносно траверси по координаті . В результаті спільної дії двох приводів на планшеті графопобудовача викреслюється контур , що відповідає вихідним даними ЕОМ. В якості крокових застосовані двигуни типу ДШИ-368-8, що працюють в режимі з повним і дробовим кроком.
Точність розімкнутих систем залежить від точності відпрацювання окремих кроків і точності редуктора. Швидкодія приводу визначається частотою прийомистості КД, а також параметрами блоку управління і, в першу чергу, електронного комутатора.
Комутатор. Одним з основних елементів блоку управління є комутатор, який служить для розподілу на обмотки управління КД керуючих імпульсів, що забезпечують дискретну зміну стану електромагнітного поля в повітряному зазорі машини. До комутатора пред'являють вимоги простоти, надійності, економічності та завадостійкості за умови забезпечення заданого закону розподілу імпульсів. Застосування стандартних логічних елементів дозволяє створити прості та надійні схеми комутаторів.
Блок управління чотирьохфазним КД (рис. 9.8, а) реалізований на логічних елементах серії 155. Комутатор складається з блоку логіки , зібраного на чотирьох елементах 2І-НЕ ( – ), і керуючих тригерів , , дешифратора , чотири розрядного регістра і двох елементів І ( та ). Для управління КД застосована чотиритактна система комутації з парним збудженням обмоток, що працює відповідно до часової діаграми на рис. 9.8, б.
Сигнали з виходів – тригерів , через підсилювач потужності надходять на обмотки управління КД. Послідовність їх розподілу визначається поєднанням сигналів ЗЗ, що формуються на вихідних шинах дешифратора , керуючих сигналів «Вперед», «Назад» з виходу ЕОМ і роботою блоку логіки . Блок логіки формує команди на включення наступного стану керуючих тригерів , за відомим поточним станом.
Нехай нульовому стану обох тригерів (напруги та на виходах , дорівнюють нулю) згідно з таблицею істинності, наведеною на рис. 9.8, в, відповідає одиничний стан шини дешифратора. Струми управління через відкриті транзистори , протікають по обмотках та КД (див. діаграму на рис. 9.8, б). З подачею керуючої команди «Вперед» тригер повинен перейти в стан , а тригер залишитися без зміни, щоб забезпечити прямий напрямок обертання КД. Для цього по передньому фронту імпульсу з генератора фіксується стан виходів дешифратора в регістрі . Одночасно через відкриті елементи , цей імпульс встановлює тригер в стан . Сигнали низького рівня, що відкривають транзистори , , знімаються з виходів , , і струми будуть протікати по обмотках та КД.
Новій комбінації станів тригерів, згідно з таблицею істинності, відповідає одиничний стан шини . Проходячий при прямому
ході імпульс управління пройде через відкриті елементи , на установку тригера в стан , сигнали низького рівня будуть зніматися з виходів – , а струми потечуть по
по обмотках і . Таким чином, при прямому напрямку обертання будуть по черзі включатися шини ДШ: , , , , , забезпечуючи протікання струмів по обмотках: , , , , і т.д.
При подачі команди «Назад» керуючим імпульсом відкривається елемент ( закривається), по черзі підключаються шини ДШ: , , , , , забезпечуючи зміну порядку комутації виходів тригерів і протікання струмів по обмотках: , , , , і т.д.
Кільцевий комутатор пристрій, що працює по замкнутому циклу.
Показаний на рис. 9.8, а блок управління може бути застосований в приводі графопобудовувачах (див. рис. 9.8, б) для однієї осі, якщо керуючі команди «Вперед», «Назад» подаються з виходу мікроЕОМ. Парафазні виходи тригерів , через відповідні підсилювачі на транзисторах – підключені до обмоток КД. В результаті при будь-якому, стані тригерів пара обмоток КД знаходиться під напругою, фіксуючи ротор двигуна у відповідному стані. Для уникнення збоїв КД при відключеннях живлення в пристрій вводиться блок пам'яті, в якому оперативно запам'ятовується кожний новий стан регістра . При виключенні живлення стан регістра зберігається в блоці пам'яті. При знову ввімкненій напрузі виробляється імпульс, за яким вміст блоку пам'яті переписується в регістр. У результаті КД виставляється в положення, що передує моменту виключення живлення.
Замкнуті ІЦСП. Застосування розімкнутих ІЦСП часто не забезпечує необхідної точності при відпрацюванні вхідної інформації, оскільки можлива непоправна її втрата. Тому представляє інтерес застосування КД в замкнутих приводах, в яких КД грає роль тільки виконавчого елемента, а перетворювач кута в код, який є вимірювальним елементом, визначає точність передачі кута.
За допомогою замкнутих ІЦСП з головним ЗЗ по положенню вирішується завдання створення надійних, компактних розшифровувальних СП (РСП), призначених для зв'язку цифрової ЕОМ з об'єктами управління. Як приклад системи спряження розглянемо наведену на рис. 9.9 структурну схему приводу, що використовується як перетворювач цифра – вал. Привід складається з цифрового суматора , перетворювачів код-частота і кут-код, блоку управління , крокового двигуна , редуктора і навантаження у вигляді обертового трансформатора ВТ-5.
Код положення вихідного валу від датчика одночасно
з кодом завдання з ЕОМ надходить на обчислювач . Обчислювач формує керуючий сигнал у вигляді суми похибки по положенню і швидкості зміни цієї похибки . Сигнал управління в двійковому коді одночасно з імпульсом супроводу подається на перетворювач , де зберігається протягом циклу порівняння. Перетворювач код-частота (ПКЧ) працює за принципом інтегратора. У кожному циклі ПКЧ вміст регістра прийому та регістра суматора складається в суматорі . У моменти переповнення суматора формуються імпульси частоти, що залежить від коду керуючого сигналу. Чим більший код, тим швидше переповнюється суматор.
Імпульси робочої частоти з виходу та інформація про знак надходять на блок управління , що формує закон зміни струмів в обмотках двигуна . За допомогою редуктора КД переміщує ротор ОТ і одночасно ротор перетворювача зі швидкістю, що залежить від , і до тих пір, поки код різниці, що формується в , не стане нижчим порога спрацьовування приводу. Оскільки при цьому кут повороту ОТ буде відповідати коду, заданому в ЕОМ, то привід у цілому виконує функцію перетворювача цифра-вал. Напругу, що знімається з ОТ, можна використовувати в якості задаючого сигналу в безперервних системах управління об'єктами.
Відмінною особливістю розглянутого приводу є пропорційність управління, висока швидкодія і точність роботи, висока надійність і мала потужність споживання. Оскільки стійкість приводу визначається динамікою роботи КД, в якому перехідний процес закінчується протягом часу, необхідного для відпрацювання одного імпульсу, то немає необхідності в проведенні динамічного розрахунку всього приводу.
У ІЦСП особливий інтерес представляє використання малопотужного КД в якості проміжного засобу зв'язку гідравлічного виконавчого пристрою з цифровою ЕОМ. Перспективність
застосування такого поєднання полягає в тому, що воно забезпечує надійність КД в поєднанні з високими динамічними характеристиками гідроприводу дросельного типу. Структурна схема регулятора швидкості гідравлічного преса [16] показана на рис. 9.10, а. На траверсі преса встановлений датчик зворотнього зв’язку. Сигнал, пропорційний швидкості руху преса, в цифровій формі подається на блок , де порівнюється з сигналом, що визначається швидкістю руху преса, яка задана ЕОМ. Число імпульсів, відповідне коду розузгодженян, і знак розузгодження через блок задання внутрішнього контуру подається на блок управління КД. Імпульси з генератора через блок управління надходять на КД , який одночасно виконує функції ЕМП і ЦАП, перетворюючи електричну цифрову інформацію (у вигляді число імпульсного коду) у відповідне переміщення золотника розподільника гідроприводу преса.
Привід преса працює за принципом релейних систем за рахунок відпрацювання розузгодження КД з рівним кроком. Коли код похибки на виході блоку порівняння досягне певного рівня, на виході блоку з'явиться сигнал, який дозволить проходження імпульсів з генератора на обмотку управління КД через комутатор в послідовності, яка залежить
від знака розузгодження . Вал КД обертається з постійною частотою і за допомогою редуктора переміщує золотник розподільника, змінюючи швидкість гідроприводу до тих пір, поки розузгодження в швидкостях не стане нижче порога спрацьовування .
Для підвищення швидкодії і точності відпрацювання кут повороту КД фіксується датчиком ЗЗ (сельсином-приймачем ). Сигнал з датчика надходить на елемент порівняння блоку управління , утворюючи замкнутий контур. Таким чином, КД забезпечує переміщення золотника керуючого розподільника при відхиленні швидкості преса від заданої в головному контурі регулювання та додаткове переміщення золотника в разі неточності відпрацювання КД імпульсів по внутрішньому контуру.
У виконавчому пристрої гідропресах (рис. 9.10, б) на основі КД з рівним кроком для вироблення сигналу неузгодженості служать розташований в блоці задання внутрішнього контуру сельсин-датчик і сельсин-приймач , з’єднаний з валом КД через редуктора . Фазні обмотки сельсинів і підключені до одного джерела трифазного живлення. Напруги з однофазних обмоток надходять на блок управління . Блок управління шляхом постійного порівняння фаз напруг датчика і приймача пропускає з генератора число імпульсів, пропорційне різниці фаз, і в послідовності, яка залежить від знаку різниці.
Імпульси, посилені по потужності підсилювачами , комутують парні обмотки управління двигуна М. При комутації обмоток в послідовності: , , , дискретний сигнал перетвориться в поворот ротора за годинниковою стрілкою і в переміщення золотника розподільника вправо. При цьому верхня порожнина гідро циліндра з'єднується з порожниною нагнітання, а нижня порожнина – зі зливом, збільшуючи швидкість траверси при русі вниз або зменшуючи при русі вгору.
При комутації обмоток КД в іншій послідовності двигун обертається проти годинникової стрілки, переміщаючи золотник вліво з усіма витікаючими з цього наслідками. Процес комутації обмоток КД відбувається до тих пір, поки фаза сигналу з датчика не зрівняється з фазою сельсина-задавача. При рівності фаз блок управління видає сигнал, що приводить до зупинки КД. Для зміни швидкості відпрацювання КД у виконавчому пристрої передбачений дільник частоти . Для збільшення коефіцієнта підсилення по потужності в розглянутому приводі можна використовувати двохкаскадний гідравлічний підсилювач.
Заміна ЕМП на КД з контуром внутрішнього ЗЗ підвищила стабільність роботи гідроприводу, тому що момент на валу КД не залежить від значення розузгодження і на порядок вищий, ніж у ЕМП. Іншою перевагою є можливість зміни частоти обертання КД в широкому діапазоні, що забезпечує різну швидкість переміщення траверси преса і, як наслідок, поліпшення технології пресування, підвищення продуктивності преса з одночасним зниженням браку.
26
Цифрові слідкувльні електроприводи
Рис. 9.10 Дискретний привод гіроскопа
Рис. 9.4 Кроковий двигун
Рис. 9.3 Перетворювач ПК-ШІМ