[其他]一種高精度數(shù)字式自動(dòng)控制裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87106461
• 申請(qǐng)日: 1987-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87106461A
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王作英;徐士良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P5/00
• 分類(lèi)號(hào): H02P5/00
• 代理公司: 清華大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 胡蘭芝

本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。可用于計(jì)算機(jī)的繪圖機(jī)控制、機(jī)床程序控制、自動(dòng)火炮指揮儀控制及其它工業(yè)儀表控制系統(tǒng)。

當(dāng)前用園盤(pán)光柵作為轉(zhuǎn)角測(cè)量元件的數(shù)字控制器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能可靠而被廣泛采用。例如法國(guó)本森（Benson）公司的1425/1455平板繪圖機(jī)的控制器就是此類(lèi)控制器的典型。其電路方框圖如附圖1所示，它由D/A（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）1、串聯(lián)校正電路2、電壓放大電路3、功率放大電路4、電機(jī)5、發(fā)光二極管、光敏二極管、園盤(pán)光柵組成的光柵測(cè)量系統(tǒng)6、整形譯碼邏輯電路7、可逆計(jì)數(shù)器8、開(kāi)關(guān)控制式速度/電壓轉(zhuǎn)換電路9、控制對(duì)象10、減法器11、12組成。（本森1425-1455平板繪圖機(jī)維修手冊(cè)（Benson Flatabed Plotters 1425-1455Maintenance manual，Publication No4 212 20096/02，June 1983）輸入信號(hào)x_i以數(shù)字形式表示所期望的控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，位置反饋信號(hào)x_o是以數(shù)字形式表示的控制對(duì)象實(shí)際的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，信號(hào)x_i和x_o經(jīng)減法器11得到控制系統(tǒng)的誤差數(shù)字信號(hào)ε。D/Al將誤差數(shù)字信號(hào)ε線性地轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)并經(jīng)電壓放大電路3和功率放大電路4放大，以使其具有足夠大的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，使之朝著減小誤差信號(hào)ε的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。從誤差信號(hào)ε入端到電機(jī)5的電樞之間的放大系數(shù)越大，則控制系統(tǒng)的誤差信號(hào)ε就越小，但是這個(gè)放大系數(shù)越大則系統(tǒng)就越不穩(wěn)定，為了系統(tǒng)有足夠的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)而且又能穩(wěn)定地工作，該裝置設(shè)置了串聯(lián)校正電路2。開(kāi)關(guān)控制式速度/電壓轉(zhuǎn)換電路9的作用是為了獲得一個(gè)與電機(jī)5轉(zhuǎn)速成正比的速度負(fù)反饋信號(hào)v_o供給主回路以形成速度負(fù)反饋，對(duì)系統(tǒng)起并聯(lián)校正作用，并提高功率放大電路4、電機(jī)5以及負(fù)載（控制對(duì)象10）的系統(tǒng)參數(shù)的線性和穩(wěn)定性。為了得到速度負(fù)反饋信號(hào)v_o和位置反饋信號(hào)x_o，在電機(jī)5的軸上安裝了測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的光柵測(cè)量系統(tǒng)6，固定在電機(jī)5軸上的園盤(pán)光柵隨電機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)，在一對(duì)光敏二極管S、C上感應(yīng)出相差90°的正弦電壓，電壓的頻率與電機(jī)5轉(zhuǎn)速成正比，兩個(gè)相差90°的正弦電壓經(jīng)過(guò)整形譯碼邏輯電路7形成一個(gè)重復(fù)頻率與正弦電壓頻率相同或等于兩倍正弦電壓頻率的脈沖串V，并產(chǎn)生一正轉(zhuǎn)信號(hào)P（當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)），或反轉(zhuǎn)信號(hào)N（當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)）。脈沖串V一路送至可逆計(jì)數(shù)器8，由P的有（N無(wú)）或無(wú)（N有）控制加數(shù)或減數(shù)，可逆計(jì)數(shù)器8輸出端給出電機(jī)轉(zhuǎn)角的位置反饋信號(hào)x_o;脈沖串V的另一路送至開(kāi)關(guān)控制式速度/電壓轉(zhuǎn)換電路9形成速度負(fù)反饋信號(hào)電壓v_o，并由正反轉(zhuǎn)信號(hào)P、N來(lái)控制其輸出電壓v_o的正、負(fù)極性。該裝置的不足之處是：①開(kāi)關(guān)控制式速度/電壓轉(zhuǎn)換電路輸出信號(hào)v_o的正、負(fù)極性是靠正、反轉(zhuǎn)信號(hào)P的有（N無(wú)）或無(wú)（N）來(lái)控制的，如附圖2所示。脈沖串V對(duì)C₇充電，充電電壓的大小與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，而其正、負(fù)極性則是由正、反轉(zhuǎn)信號(hào)P、N控制，當(dāng)正轉(zhuǎn)信號(hào)P到來(lái)時(shí)，T₇管截止，B₇工作在同相狀態(tài)即輸出電壓與輸入電壓同相;當(dāng)反轉(zhuǎn)信號(hào)N到來(lái)時(shí)，T₇管導(dǎo)通，B₇工作在反相狀態(tài)，即輸出電壓與輸入電壓反相。這樣由于轉(zhuǎn)換積分常數(shù)的存在，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，轉(zhuǎn)換前的殘留電壓也被倒轉(zhuǎn)極性，形成不正確的反饋，從而使系統(tǒng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不穩(wěn)定;②現(xiàn)有的整形譯碼邏輯電路的譯碼邏輯部分比較復(fù)雜，如附圖3所示。不利于系統(tǒng)成本的降低且增加了生產(chǎn)調(diào)試的困難;③D/Al（數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路）設(shè)計(jì)在全程（如12bit）線性工作狀態(tài)，如附圖4所示，增益低，使作為電壓放大、功率放大等模擬部分增益大，從而使D/Al之后的運(yùn)算放大器零漂對(duì)系統(tǒng)的影響大，至使系統(tǒng)工作不可靠;④用上述系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、高精度控制時(shí)，必須依靠提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，這受到系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)校正復(fù)雜性的限制，使系統(tǒng)的控制精度不可能做的很高（可達(dá)O·幾毫米）。

本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有裝置之不足，設(shè)計(jì)一種高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)精度高、穩(wěn)定可靠的數(shù)字式自動(dòng)控制裝置，并且使電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、成本低。

本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是：①采用了按