HU191959B - Pozicionáló eljárás - Google Patents

Abstract

A javaslat tárgya pozícionáló eljárás adott helyzetnek megfelelő nagy sebességű kivezérlésre, amelynek során hajtó-, vezérlő-, mérő és összehasonlító-egységeket, illetve számítástechnikai eszközöket alkalmazunk. A javaslat lényege, hogy kezdetben rendszerfüggő, megfelelően nagy fékezési konstansértéket (kee) feltételezve a hajtóegységet maximális gyorsulással gyorsítjuk addig a metszéspontig (B), amelyben a rendszer sehesség-út jelleggörbéje (20) az ,s=kBR-v2” egyenletű első fékezési-parabolát (22) metszi, ahol .s" az utat, ,v" a sebességet jelenti. Ezt követően a hajtóegységet egyszer, illetve újabb gyorsításokat követően többször maximális negatív gyorsulással fékezzük addig a metszéspontig (C; E), amelyben a rendszer sebesség-út jelleggörbéje (20) az s=kBEi'V2 egyenletű gyorsulási-parabolát (21; 23) met- & szí, ahol kBEi=kBRi,ccí, ahol «L>1. Egyidejűleg a fékezési konstans aktuális értékét (ken) folyamatosan meghatározzuk, és a következő meghatározásig tároljuk, mindaddig, amíg az adott célhelyzetet egy összehasonlítási tűrésen belül elérjük. Ekkor a hajtóegységet lekapcsoljuk, illetve a fékezést megkezdjük. (2. ábra)

Description

A találmány tárgya pozicionáló eljárás meghatározott célhelyzet megfelelő vezérlés utján, nagy sebességgel történő elérésére, amely hajtó-, vezérlő-, mérő- és összehasonlító egységek, illetve számítástechnikai eszközök segítségével foganatosítható. A megoldás különösen előnyösen alkalmazható mágnesszalagok tekercseinek hajtóműveinél, változó tömegű munkadaraboknál és egyéb változó rendszerparaméterű rendszereknél, ahol szigorú sebességkövetelmények vannak előírva.

A 2 232 451 sz. NSZK-beli közrebocsátási iratból ismert olyan, munkadarabok pozicionálására szolgáló vezérlés, amelyben gyökvonó egységet és tachogenerátort alkalmaznak. Ez a vezérlés idóoptimalizált folyamatokra nem alkalmazható.

A 138 449 sz. NDK-beli szabadalmi leírás olyan túllengésmentes és időtakarékos pozicionáló helyzetszabályozókört ismertet, amely az előirt és valódi érték közötti különbséget aritmetikai egység és szorzó segítségével értékeli ki úgy, hogy a gyorsulásban megszakítások jelentkeznek. Ugrások a gyorsulásban éppen az időoptimalizált rendszerek jellemzője.

A 2 334 455 sz. NSZK-beli közzétételi iratban olyan elrendezést ismertetnek, amelylyel közel időoptimális vezérlés valósítható meg. A fékezési parabola előre adott egyenes szakaszokkal van közelítve. Valamennyi szakaszhoz konstans fékezési gyorsulás van rendelve. Ezért az elrendezés változó paraméterű rendszereknél nem alkalmazható.

A 2 304 888 sz. NSZK-beli közrebocsátási iratból olyan pozicionáló hajtás ismert, amelynél a fékezés több fázisban történik, ahol az első fázisban a maximális késleltetésnél kisebb, illesztett késleltetéssel fékeznek. A megoldás hiányossága, hogy két-pontos szabályozást nem valósit meg.

A 2 816 780 sz. NSZK-beli közrebocsátási irat olyan pozicionáló rendszert ismertet, amelynél a hajtó, illetve fékező nyomaték két fékezőgörbe közötti tartományban állandóan változik. Ennek megvalósításához külön eszközök szükségesek. Az időoptimalizált vezérlés ilyen modifikációja ellenére a hajtás paramétereinek változásai a célpontot meghaladó túllengésekhez vezethetnek.

A 2 501 792 sz. NSZK-beli közrebocsátási iratban olyan pozicionáló hajtást ismertetnek, amelynél a rendszerparaméterek változásait azáltal veszik figyelembe, hogy a sebesség a fékezési fázisban az előző gyorsulási fázis valódi sebességétől függ. Ez az elrendezés csak abban az esetben működik a kívánt módon, ha a rendszerparaméterek függetlenek a mozgó szervre ható erő előjelétől. További hiányosság, hogy a fékezési fázisban a rendszer folyamatos szabályozása megy végbe.

A 2 643 148 ez. NSZK-beli közrebocsátási iratból ismert vezérlőberendezésnél a fékezés beavatkozási pontját számítógép extrapolálással számítja ki. Ezáltal elkerülhető, hogy a fékezési utasítást a számítógép órajelhez kötött üzemmódja által túl későn adja. A számításnál figyelembe lesz véve a pillanatnyi sebesség, a maradék út és a gyorsulás. A rendszerparaméterek változása esetén azonban a célpont túllépése nincs kizárva.

A 3 005 139 sz. NSZK-beli közrebocsátási iratban ismertetett, többtengelyü pozícionáló hajtáshoz alkalmazott vezérlésnél a különböző tengelyek között kölcsönhatás lép fel. Ezáltal valamely tengely paraméterei a többi tengely mozgásától függenek. Hogy ennek ellenére a helyes fékezési időpont meghatározható legyen, a tényleges művelet előtt három próbamenetet végeznek, amelyek alapján a paramétereket meghatározzák, és kiszámolják, valamint tárolják a fékezési szöget. Ezek a tényleges működés során vezérlómennyiségekként lesznek felhasználva. Ilyen vezérlés akkor alkalmazható, ha a hajtás azonos mozgásfolyamatokat konstans körülmények között végez, például ipari robotok esetében. Más esetekben újabb próbameneteket kell végezni.

A 1 314 417 sz. NDK-beli szabadalmi leírás olyan adaptív-előrejelző szabályozási rendszert ismertet, amely digitális számítógép által szabályozási vektort számit ki, amely a folyamatos előjelzett kimenővektorából közvetlenül a kívánt kimenővektort állítja elő. Ehhez olyan folyamatmodell szükséges, amelynek paraméterei folyamatosan megvalósulnak. Itt tehát közvetlen digitális szabályozás automatikus optimalizálása folyik. Az eljárás idóoptimalizált szabályozásnál nem alkalmazható, mivel mind a célkitűzés, mind pedig a működési mód a két szabályozásnál egymástól alapvetően különbözik.

A találmánnyal célunk gyors pozicionálás megvalósítása a fenti megoldások hiányosságainak és korlátainak kiküszöbölésével, viszonylag csekély ráfordítással.

A megvalósítandó feladat tehát olyan új, adaptív és gyors pozicionáló eljárás kidolgozása, amely ismert berendezésekre és eszközökre támaszkodva, újszerű műveletsorozat által változó, elöjelfüggő és nem-lineáris paraméterekhez illeszkedik, és előzetes próbameneteket nem igényel.

A kitűzött feladatot olyan pozícionáló eljárás kidolgozásával oldottuk meg, amelynek sorén hajtó-, vezérlő-, mérő és összehasonlitó-egységeket, illetve számítástechnikai eszközöket alkalmazunk. A rendszer pillanatnyi helyzetét útmérés és külónbségképzés révén folyamatosan összehasonlítjuk a célhelyzettel és legalább a célhelyzet közelében sebességmérést is végzünk. A fékezést tárolt, illetve kiszámított fékezési-jellemgörbék alapján vezéreljük. A találmány szerint a rendszer hajtóegységét kezdetben maximális gyorsulással gyorsítjuk addig a metszéspontig, amelyben a rendszer aebesség-út jellemgőrbéje az ,s= =kano^-v²' (ahol .s az út, ,v a sebesség,

-2191959 .kBRo pedig a fékezési konstans előre meghatározott értéke) egyenletű fékezési-parabolát metszi. Ezt követően hajtó-, illetve fékezöegységek megfelelő vezérlésével a rendszert maximális negatív gyorsulással fékezzük addig a metszéspontig, amelyben a rendszer sebesség-út jelleggörbe - a célhelyzet közelében - az .s=kBErv² (ahol KsEi=kBiuOa, cc£l, i=0,l,2...) egyenletű gyorsulási-parabolát metszi. E közben a mért sebességváltozás alapján meghatározzuk a fékezési konstans aktuális ksRi, keKZ... értékét, amelyet a következő aktuális érték meghatározásáig tárolunk. Ezután a rendszert ismételten maximális gyorsulással gyorsítjuk, majd fékezzük, mindaddig, amíg a rendszer a célhelyzetet a megengedett tűrésen belül eléri, végül a hajtóegység beállítását és a teljes lefékezést korrigált fékezési-parabola szerint végezzük.

A fékezési konstans aktuális értékeit előnyösen a kővetkezőképpen határozzuk meg:

kBRi=ők«i, ahol βϋ, i=l,2..., kin mérési értéket pedig a fékezési ciklus közbeni út- és sebességmérések alapján számítógép határozza meg. km mérési értékként előnyösen az adott fékezési Cikluson belül utolsóként meghatározott mérési értéket használjuk fel.

Az eljárás során az összes logikai és aritmetikai műveletet célszerűen mikroszámitógépes vezérlőegység végzi.

A megtett utat, illetve szögelfordulást a találmány szerint előnyösen impulzusok számlálása révén, a hozzátartozó sebességet, illetve szögsebességet pedig az impulzusok periódusidejének mérése által, inkrementális út-, illetve szögméréssel egyidejűleg határozzuk meg.

Az impulzusszám és az impulzustartam meghatározási időtartama célszerűen az osztáshibák periódusidejének, illetve ennek többszöröseinek felel meg.

A találmány szerint előnyösen abszolút út-, illetve szögmérés révén egymást követő helyzet- és idő-, illetve órajeladatokat határozunk meg, és hasonlítunk össze.

A helyzeti információt (például időkód-, vagy vezérlőnyom mágneses jelzéshordozón) előnyösen közvetlenül a pozícionálandó tárgyról nyerjük.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. A rajzon:

Az 1. ábrán a találmány szerinti pozícionáló eljárás foganatosítására alkalmas példakénti elrendezés blokkvázlatát tüntettük fel;

A 2. ábrán a pozicionáló eljárás fázisdiagramjait ábrázoltuk.

Amint az 1. ábrán látható, a példakénti elrendezés mágnesszalag-egység keresővezérlésére alkalmazható. Az elrendezésben 16 mágnesszalag 1 és 9 orsókon van elhelyezve. Az 1 orsót 5 motor, a 9 orsót 12 motor hajtja. A 16 mágnesszalag vezetése 3 és 8 feszítők, valamint 4 és 6 terelőgörgők közbeikta4 tásával történik. As elrendezésben továbbá 2 és 11 fékpofák vannak elhelyezve, amelyeket 13 fékezómágnes működtet. Az 5 és a 12 motorok, valamint a 13 fékezómágnes 10 vezérlőegység kimeneteivel vannak összekötve. A 10 vezérlőegység két bemenetére 7 tachogenerátor csatlakozik, amely a 6 terelőgörgővel mechanikusan össze van kapcsolva. A 10 vezérlőegység továbbá 15 visszaállitó-bemenettel van ellátva. A pozicionálás folyamata 14 START-bemeneten keresztül indítható.

A pozícíonálási folyamat ismertetésénél abból indulunk ki, hogy az 5 és a 12 motorok egyenáramú motorok. Ebben az esetben a 3 és 8 feszítők, valamint a 16 mágnesszalag rugalmasságának hatását elhanyagolva az 5 és 12 motorokból, az 1 és 9 orsókból valamint a 4 és 6 terelőgórgőkből álló rendszert az út szempontjából ΙΤι-rendszerrel (integrátor és elsőfokú késleltetőtag lánckapcsolása) analóg rendszernek tekinthetjük. Az előre megadott célhelyzet lehető legrövidebb idő alatt történő elérése ún. időoptimalizált szabályozási rendszer által történik. Ekkor feltétel, hogy a paraméterek (analóg példánk esetében a Τι-tag időkonstansa, valamint egy erősítési tényező) állandók legyenek. Az 1. ábra szerinti elrendezésnél ez a feltétel az 1 és 9 orsókon levő 16 mágnesszalag változó sugara következtében nem valósul meg. A találmány szerint a változó paramétereket a pozícionáló eljárás közben aktualizáljuk. Ezáltal az ITi-rendszerek rendkívül bonyolult jelleggörbéi a két integrátor lánckapcsolásával kialakított 12-rendszerekre érvényes, lényegesen egyszerűbb s=k-v² összefüggéssel helyettesíthetők.

A pozicionáló eljárás indításakor a 10 vezérlőegység 14 START-bemenetén keresztül a 12 motort bekapcsoljuk. A 16 mágnesszalaghoz illeszkedő 6 terelógörgó elfordulása által a 7 tachogenerátor mindkét kimenetén impulzussorozat keletkezik, egymáshoz képest 90°-os fáziseltolódással, aminek alapján a mozgásirány meghatározható. A 10 vezérlőegységben az impulzusok számlálása révén a megtett s útnak megfelelő érték képződik. A számlálási érték a 15 visszaszállító-bemeneten keresztül nullázható, ezáltal új célhelyzet határozható meg.

A 7 tachogenerátor kimenőimpulzusának frekvenciája a 16 mágnesszalag v sebességével arányos. A sebességre jellemző érték képzése a 10 vezérlőegységben a 7 tachogenerátor impulzusfrekvenciájénak vagy periódustartamának mérése által, önmagában ismert módon történik.

A pozicionáló eljárás további menetét a 2. ábra segítségével ismertetjük. Az A pontban indított rendszer maximális gyorsulással mozog a Z céltartomány irányában. B metszéspontban a rendszer 20 sebesség-út jelleggörbéje metszi a 22 fékezési-parabolát, amelynek menetét az

S=kBR0'V^z

-3191959 egyenlet határozza meg. Amikor a rendszer 20 sebesség-út jelleggörbéje B metszéspontot eléri, a 12 motor kikapcsol és az 5 motor bekapcsol, ezáltal a rendszer maximális fékezése következik. A fékezési-konstans keRO értékét ügy kell megválasztani, hogy a rendszer forgásiránya kedvezőtlen paraméterek, és 27 jelleggörbe mentén történő tartós fékezés esetén még a Z céltartomány elérése előtt megváltozna.

A fékezés közben a 10 vezérlőegység az út- és sebességmérés eredményei alapján folyamatosan kiszámítja a rendszert jellemző fékezési konstans aktuális ksu értékének meghatározásához szükséges kw mérési értékeket.

km mérési értékként a C metszéspont előtti utolsó (n-edik), tehát az adott fékezési ciklus végére jellemző ks mérési értéket a következő, knz mérési érték meghatározásáig tároljuk, ktu. mérési értéket a vezérlőegység előnyösen az alábbi összefüggés alapján határozza meg:

[Sn-Sn*l] kni=-, i=l, 2...

2-[vn( Vn- Vn+l)3

Mivel a valódi rendszer viselkedése parabola segítségével egzaktul nem irható le, a fékezési konstans aktuális kem értékét a vezérlőegység az alábbi összefüggéssel határozza meg:

kBRi=ű'km, ahol /321.

Az igy meghatározott 24 fékezési-parabolát a 20 rendszer-jelleggörbe a D metszéspontban metszi. l2-rendszer esetén /3 értéke 1 lehetne, és a rendszer mozgása a D metszéspont után a Z céltartományig egzakt módon 24 fékezési-parabola mentén történne. Az említett különbségek következtében azonban gyorsabb fékezésre van szükség. A rendszer 20 sebesség-út jelleggörbéje 23 gyorsulási-parabolát az E metszéspontban metszi, ahol a 23 gyorsulási-parabolát a kBBl=cfkBRl összefüggés határozza meg. Ezután, az előzőekhez hasonlóan újabb mérési értékek lesznek képezve, és az utolsó kn2 mérési értékből keR2 és kBB2 értékeket állítjuk elő. Ismételt gyorsítás után a 20 rendszer-jelleggörbe F metszéspontban metszi 26 fékezési-parabolát. A példában feltételezzük, hogy a rendszer 20 sebesség-út jelleggörbéjének, a 25 gyorsulási-parabola és a 26 fékezési-parabola közé eső szakasza a Z céltartományon kívül esik. Ezen a szakaszon a motorok további átkapcsolása nem következik be. A Z céltartományba való belépéskor az utoljára bekapcsolt motor kikapcsol. Ezzel egyidejűleg a 13 fékezőmágnes feszültséget kap, ami következtében a hajtás leáll.

Valamennyi fenti logikai és aritmetikai műveletet a 10 vezérlőegység végzi.

Amint a 2. ábrából kitűnik, a rendszer-jelleggörbe valódi menete helyettesíthető parabolával közelíthető. Ebből következik, hogy a rendszer nem-lineáris elemeket is tartalmazhat. így például az 5 és 12 motorok váltóáramú aszinkron motorok is lehetnek. Ebben az esetben a 13 fékezömágnes kimaradhat. Helyette a hajtás leállításakor az 5 és 12 motorokra egyenáramot adunk.

A 7 tachogenerátor tetszőleges helyen, adott esetben külön erre a célra elrendezett tekercsen keresztül csatlakozhat a 16 mágnesszalagra.

Az osztáshibák (az impulzustávolságok ingadozásai a 6 terelögörgő konstans fordulatszáma mellett) következtében a pozicionáló eljárás menetében zavarok léphetnek fel. Ezek az osztáshibák kompenzációjának ismert konstruktív intézkedései által elkerülhetők. A periódustartam mérése előnyösen nagyobb számú impulzus által történhet, például a 6 terelőgörgő teljes fordulatának megfelelő számú impulzus segítségével.

A felhasznált impulzusok közvetlenül a szalagon jelölhetők, vagy regisztrált kódolt információkból levezethetők. Ez utóbbi esetben az impulzusok számlálásától előnyösen eltekinthetünk, mivel a kódolt információ már maga is a megtett útra jellemző érték. Ez akkor is érvényes, ha abszolút út-, vagy szögmérést alkalmazunk.

Az 1 és 9 orsók hajtása úgy is megvalósítható, hogy csak egy 5, 12 motort alkalmazunk, amely csatolóáttételen keresztül választhatóan az egyik vagy a másik 1, 9 orsót hajtja, és a csatolóáttétel átkapcsolása a motorátkapcsolást helyettesíti.

Ha a találmányt olyan pozícionálórendszerben alkalmazzuk, amelyben munkadarabot, vagy más tárgyat kell mozgatni, úgy a gyorsítási irány átkapcsolása a hajtóegység irányváltása által történik. Olyan esetekben, ahol a pozicionáló rendszer lineáris mozgásokat végez (például szállítóhajtások), a 7 tachogenerátor helyett célszerűen önmagában ismert, lineáris inkrementális, vagy abszolút útmérés alkalmazható.

A pozicionáló eljárás alkalmazási területe azáltal bővíthető, hogy a 10 vezérlőegységbe további bemeneteken keresztül célhelyzetet táplálunk be.

A technika jelenlegi állása mellett a 10 vezérlőegység valamennyi feladatát egy- chipes mikroszámítógép is képes megoldani. A 10 vezérlőegység megvalósítható azonban több-chipes rendszerrel, illetve külön logikai építőelemek segítségével is.

Claims (5)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Pozicionáló eljárás, amelynek során egy hajtóegységgel ellátott rendszer pillanatnyi helyzetét útmérés és kúlónbségképzés révén egy célhelyzettel folyamatosan összehasonlítjuk, és legalább a célhelyzet közelében sebességmérést is végzünk, továbbá a fékezést tárolt, illetve számított fékezési-pa5

   -4191959 raboláktól függően vezéreljük, azzal jellemezve, hogy első lépésben a hajtóegységet maximális gyorsulással gyorsítjuk addig a metszéspontig (B), amelyben a rendszer sebesség-út jelleggörbéje (20) az .s=kBR0-v² egyenletű eleő fékezési-parabolát (22) metszi, ahol ,s‘ az utat, .V a sebességet, .ksRo' pedig a fékezési konstans értékét jelöli, majd ettől a metszésponttól (B) kiindulva a hajtóegységet legalább egyszer, a rendszer sebesség-üt jelleggörbéjének (20) az .s=kBEi v²’ egyenletű - ahol kBU^ksiuvci, (oo2l, í= =0,1,2...) - gyorsulási-parabolával (21) való metszéspontjáig (C, E) maximális negatív gyorsulással fékezzük, és ezzel egyidejűleg a mért sebességváltozás alapján meghatározzuk a fékezési konstans aktuális értékét (ksei), amelyet ismételt fékezési ciklusok során a következő aktuális érték (keR2) meghatározásáig tárolunk, végül a teljes lefékezést és a hajtóegység leállítását az aktuális érték ²⁰ (keez) alapján korrigált fékezési-parabolának (26) megfelelően végezzük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti pozicionáló eljárás, azzal jellemezve, hogy a megtett utat, illetve szőgelfordulást impulzusok számlálása révén, a hozzátartozó sebességet illetve szögsebességet pedig az impulzusok periódusidejének mérése által, inkrementális út-, illetve szögméréssel egyidejűleg határozzuk meg.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti pozícionáló eljárás, azzal jellemezve, hogy az impulzusszám és az impulzustartam meghatározási időtartamát az osztáshibák periódusidejének, illetve ennek többszöröseinek megfelelően választjuk meg.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti pozícionáló eljárás, azzal jellemezve, hogy abszolút út-, illetve szögmérés révén egymást követő helyzet- és idő-, illetve órajeladatokat határozunk meg, és hasonlítunk össze.
5. 5. Az 1. vagy 4. igénypont szerinti pozicionáló eljárás, azzal jellemezve, hogy a heiyzetinformációt közvetlenül a pozícionálandó tárgyról nyerjük.