3. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

В дискретных системах автоматического регулирования преобразова» ние сигналов происходит не непрерывно, а дискретно по времени, по уровню или по времени и уровню одновременно. В зависимости от этого все дискретные системы можно разделить на импульсные, релейные и цифровые.

Импульсные системы автоматического регулирования характеризуются тем, что действующие в них сигналы представляют собой последовательности равноотстоящих импульсов (с периодом Т), высота или длительность которых пропорциональна значениям самих сигналов в дискретные моменты времени (рис. 11.17, а и б). Устройством, преобразующим непрерывный сигнал в таких системах, является импульсный элемент (см. гл. XV).

К релейным системам автоматического регулирования принято относить такие систему, в которых происходит преобразование сигнала по уровню (рис. 11.17, в). Как уже говорилось выше, в таких системах устройством, преобразующим непрерывный сигнал, является релейный элемент (см. гл. XIV).

Рис. II.17. Типы дискретных сигналов: а — амплитудно-импульсный; б — широтно-импульсный; в — релейный; г — цифровой (кодово-импульсный}; 1 - непрерывный входной сигнал; 2 — преобразованные выходные сигналы

Рис. II.18. (см. скан) Упрощенная схема дискретной системы программного регулирования подачи стола фрезерного станка

И, наконец, цифровые системы автоматического регулирования характеризуются тем, что в них сигнал преобразуется как во времени, так и по уровню (рис. 11.17, г). В качестве устройств, преобразующих сигналы в цифровых системах, применяют преобразователи «код—аналог», «аналог—код» и цифровую вычислительную машину (см. гл. VI).

В виде первого примера дискретной системы автоматического регулирования рассмотрим систему программного регулирования подачи по одной координате стола фрезерного станка [39]. Упрощенная схема этой системы изображена на рис. 11.18. Из рисунка видно, что система состоит из следующих основных устройств: I — вводного; II — фотоэлектрического аналого-кодового преобразователя; III — двойного реверсивного счетчика импульсов; IV — преобразователя «код—аналог»; V — усилителя мощности; VI — электрического шагового двигателя; VII — механического редуктора с цилиндрической зубчатой передачей; VIII — рейки, скрепленной со столом фрезерного станка.

Вводное устройство представляет собой лентопротяжный механизм с магнитной лентой, на которой для управления по одной координате записаны импульсы: на одной дорожке импульсы для управления движением стола станка в одном направлении, а на другой дорожке — в противоположном направлении. С магнитных головок 1 сигналы поступают на блок 2, где они усиливаются и формируются в правильные прямоугольные импульсы. Одновременно с этим выполняется их синхронизация в блоке 3 с импульсами, поступающими от фотодиодов фотоэлектрического аналого-кодового преобразователя (см. гл. VI). Схема синхронизации служит для исключения возможности потери информации при совпадении во времени на двоичном реверсивном счетчике (см. гл. VI) импульсов от входного устройства и от фотоэлектрического преобразователя.

Двоичный реверсивный счетчик выполняет функцию сравнивающего устройства, где происходит вычитание поступающих на него импульсов. Счетчик запоминает любое число импульсов от 0 до 128. За нулевое состояние счетчика принимается такое состояние, когда в нем находится 64 импульса.

К выходу счетчика подключен преобразователь «код—аналог» (см. гл. VI), преобразующий импульсы в напряжение постоянного тока, котороепоступает в усилитель мощности. Усилитель не только усиливает сигнал постоянного тока, но и обеспечивает практически безынерционное подключение в определенной последовательности обмоток статора шагового электродвигателя (см. гл. VII). Шаговый двигатель через редуктор обеспечивает перемещение рейки, а следовательно, и стола подачи.

Диск с кодовой маской фотоэлектрического преобразователя поворачивается одновременно с валом шагового двигателя. Кодовая маска 7 представляет собой чередование прозрачных и непрозрачных участков, расположенных в определенной последовательности. Когда световой поток от лампочки 4 проходит через щелевую диафрагму 5, то образующийся плоский пучок 6 попадает через прозрачные участки диска на многоячеечный фотоэлемент 8, где вырабатываются импульсные сигналы.

Рис. II.19. (см. скан) Блок-схема дискретной системы программного регулирования подачи стола фрезерного станка

В результате этого с фотоэлементов снимаются импульсные сигналы, соответствующие углу поворота диска, так как различным углам поворота соответствует свое вполне определенное сочетание прозрачных и непрозрачных участков [78].

Дискретная система работает следующим образом. Управляющий сигнал, считанный с магнитной ленты, через электронные схемы формирования импульсов и синхронизации поступает на первый вход реверсивного счетчика. На его выходе образуется импульсный сигнал, который преобразователем «код—аналог» превращается в постоянное напряжение.

Это напряжение усиливается и поступает на статорные обмотки шагового двигателя. Шаговый двигатель поворачивается и перемещает станину станка на один шаг. Одновременно поворачивается и кодовый диск. В результате этого на фотоэлементах образуется импульсный сигнал, который также после формирования и синхронизации поступает на второй вход реверсивного счетчика. Сигнал по второму входу компенсирует сигнал по первому входу, и станина станка, переместившись на один шаг, останавливается.

Величина одного шага в системе соответствует минимальному значению подачи стола фрезерного станка. У большинства современных автоматических фрезерных станков с программным регулированием она составляет 0,01-0,02 мм.

На рис. 11.19 показана блок-схема дискретной системы программного регулирования подачи стола фрезерного станка.

В виде второго примера дискретной системы автоматического регулирования рассмотрим следящую систему радиолокационной станции. В радиолокационных станциях дальность до цели измеряется по сдвигу времени [40] между импульсами, посланными передатчиком, и импульсами, принятыми приемником. Если измерять то дальность до цели в метрах будет определяться по формуле

Рис. II.20. Блок-схема следящей системы радиолокационного дальномера

Рис. II.21. Типы сигналов в следящей системе радиолокационного дальномера

Блок-схема следящей системы радиолокационного дальномера приведена на рис. 11.20. Отраженные от цели импульсы (рис. 11.21) на выходе дискриминатора образуют двухполярные импульсы разной амплитуды постоянная составляющая которых и представляет сигнал ошибки.

После дискриминатора устанавливают запоминающий элемент (см. гл. XV), в котором каждое импульсное значение сигнала запоминается до прихода следующего сигнала. В результате этого образуется ступенчатый сигнал в виде напряжения постоянного тока

После этого сигнал усиливается в усилителе и поступает на шаговый электродвигатель, где вырабатывается сигнал На оси электродвигателя установлен фазовращатель, питающийся синусоидальным напряжением нулевая фаза которого совпадает по времени с моментом излучения импульса передатчиком (рис. 11.21).

Синусоидальное напряжение на выходе фазовращателя сдвинуто по фазе на 90° относительно После фазовращателя установлен формирующий элемент, который и формирует полустробы сопровождения таким образом, чтобы их середина совпадала с нулевой фазой сигнала Эти полустробы поступают на дискриминатор. Если середина отраженных импульсов не совпадает с серединой полустробов, то на выходе дискриминатора возникает сигнал ошибки такого знака, что после поворота фазовращателя полустробы перемещаются, уменьшая ошибку рассогласования. В результате этого шаговый двигатель поворачивается на угол, величина которого пропорциональна дальности до цели.