SU1018108A1

SU1018108A1 - Device for smoothing discontinuous measurements of preset value

Info

Publication number: SU1018108A1
Application number: SU797770704A
Authority: SU
Inventors: Зигфрид Шлайхер; Ехен Келлер; Бернд Улеман
Original assignee: Феб Нумерик "Карл Маркс" (Инопредприятие)
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1983-05-15
Also published as: DE2919730C2; BG38610A1; DD138448B1; CS222971B1; DE2919730A1; DD138448A1

Abstract

The interpolation pulses generated within a numerically controlled machine tool system are shaped to prevent positioning overshoot occuring. A compensating loop operates on both the interpolator command and the error between command and position feedback, to generate a function for the amplification factor, k, k = ko - k1 (Vc = V2) where Vc and V2 are the voltages at the signal pickup points. The compensator output operates on the integrated interpolated pulse in a multiplier to produce a square wave signal with ramped flanks to avoid overshoot occuring.

Description

Изобретение относитс к устройствам числового программного управлени любого назначени . Известно ( Werketattstechnik ,).1975 , 11, с. 689, 690), что при процессах позиционировани на станках с числовым программным управлением способ задани задающего воэдейст )зи имеет большое вли ние на достигаемую точность позиционировани Эта св зь действует тем сильнее, чем , выше скорость позиционировани . Привод может реагировать на скачкообразное задание нового заданного зна чени скорости максимальным возможным ускорением и при достижении новой заданной позиции максимальным . возможным торможением. Однако указанным приводом нельз осуществить подход в новую заданную позицию без перерегулировани . . дл того, чтобы контур регулировани положени , на который подано задающее воздействие, обеспечил высокую точность позиционировани при коротком времени позиционировани , производитс сглаживание прерьшньгх характеристик заданного значени ско рости, чем достигаетс уравнивание характеристики ускорени заданного значвчИ-и с той характеристикой уско рени заданного значени , которую может реализовать привод контура регулировани положени . Однако при этом не приводитс схема дл практи ческой реализации указанной взаимосв зи . Известно устройство позиционирова ни (неакцептованна за вка ФРГ 2420284), которое выполн ет трапецеидальную характеристику скорости при разгоне и торможении. Трапецеидальна характеристика скорости уже в определенной мере сглаживает скачкообразное изменение заданного значени . Однако в этом устройстве остаютс еще имеющиес места разрыва непрерыв ности в начале и в конце трапеции. Кроме того, требуютс особые затраты чтобы устройство позиционировани соблюдало баланс пути перемещени .. Известно также устройство дл не прерывного задани скачкообразно измен ющегос заданного значени контура регулировани (акцептованна за вка ФРГ 1513190), содержащее потенциометр/ на ползунковом контакте которого при передвижении его вырабатываетс трапецеидальна характеристика заданного значени . Разрывы непрерывности в начале и в конце тр пеции сглаживеиотс в том случае, ес. ли обмотка -потенциометра выполнена в виде функциональной обмотки с нелинейной функциональной зависимостью от времени. Данное устройство защищает от разрывов непрерывности в характеристике заданного значени только при полном управлении функциональной обмотки , т.е. при скачке заданного значени определенной величины. Скачки заданного значени других значений требуют иных передвижений ползунка потенциометра , поэтому сглаживание разрывов непрерывности в начале и в конце трапеции, обусловленное функциональной обмоткой, не действует. Этим возможность применени такого устройства ограничена только на скачок заданного значени на определенную величину, что совершенно непригодно дл применени в контурных устройствах числового программного управлени . Кроме того, требуютс еще особые затраты, чтобы обеспечить точный баланс пути перемещени , ко- торый должно Обеспечить устройство числового программного управлени . Известно С Werkstattstechnik , 1917f № 7, с. 379), что при позиционировании , оптимированном по времени , можно дискретным способом определить начало торможени и регулирование замедлени торможени и использовать дл этого в качестве исходных величин максимальное ускорение, мгновенную скорость, оставшуюс величину Перемещени и требуемую путь торможени , и устанавливать взаимную св зь между ними. Необходимое дл этого врем вычислени допускает только ограниченную точность вычислени , так как погрешность при позиционировании не должна превышать определенную величину , то по крайней мере в конце позиционировании перемещение по оставшемус пути происходит с более низкой скоростью, определ ющуюс погрешностью вычислени .Этим нарушаетс оптимальна по времени характеристика процесса торможени . Цель изобретени - улучшить сглаживающий эффект схемы дл сглаживани прерывных изменений заданного значени , а также уменьшить затраты на вычисление в целом дл оптимального по времени позиционировани . I. . Недостатки, описанные в характеристике известных технических решений , имеют свою причину в отсутствии выполнени сглаживани прерывного изменени заданного значени переменной величины. Поэтому, в .основу изобретени положена задача создать устройство дл сглаживани прерывных изменений заданного значени , которые в устройстве числового программного управлени вырабать1ваютс интерпол тором и которые подаютс в контур регулировани положени в качестве задающей величины, примен при этом элементы обеспечивающие переход от старого заданного значени к новому заданному значению в функциональной временной зависимости, при которой за счет сглаживани устран ютс разрывы непрерывности в характеристиках заданного значени независимо от велич ны изменени заданного значени , не требуютс особые затраты дл обеспечени баланса пути перемещенн и дл уменьшени разбросов погрешности перемещени . Цель достигаетс тем, что в устройстве дл сглаживани прерывных изменений заданного значени предусмотрены сравнивающий блок, уменьшаемый вход которого подключен k выходу интерпол тора, интегрирующее звено, подключенное после блока образовани :разности, блок образовани произведени , соединенный через его первый Bxoj: с выходом интегрирующего звена, обратна св зь с выхода блока образовани произведени на вычитаемый . вход сравнивающего блока, а также функциональный блок, первый и второй вход которого по отдельности соедине ны с одним из входов или с выходом сравнивгиоцего блока и выход которого соединен с вторым входом блока образовани произведени . При исполнении функционгшьного блока и при.подключении первого входа к уменьшаемому входу и второго входа к выходу сравнивающего блока функциональный блок имеет на входе два элемента образовани абсолютных величину после которых включен элемент сложени с последующим пропорциональным звеном и на выходе имеетс элемент вычитани ,-уменьшаемый вход которого подключен к источнику опор ного сигнала и вычитаемый вход которого подключен к выходу пропорционал иого звена. Эта схема сглаживает быстрые изменени заданного значени , возникаюпше . в местах разрыва непрерывности любой характеристики заданного . значени . При этом медленные изменени заданного значени -не подлежат существенному сглаживанию. На фиг.1 приведена функциональна схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - характеристики заданных значений и коэффициента усилени во вре менной зависимости и относительио друг друга. К .интерпол тору 1 устройства числового программного управлени подключен .уменьшаемый вход сравнивгиощего блока 2. Интегрирующее звено 3 соединено с выходом блока 2, первый вход блока 4 умножени соединен с выходом интегрирующего звена 3. Контур 5 регулировани положени устройства числового программного управлени соединен с выходом блока 4 умножени , который используют, кроме того, дл обратной св зи на вычитаемый вход блока 2 образовани разности . Функциональный блок 6 содержит первый блок 7 образовани абсолютной величины, второй элемент 8 образовани абсолютной величины, элемент 9 сложени , пропорциональное звено 10 и элемент 11 вычитани . I Вход первого блока 7 образовани абсолютной величины подключен к уменьшаемому входу сравнивающего блока 2, вход второго элемента 8 образовани абсолютной величины подключен к выходу блока 2. Один вход элемента 9 сложени подключен к первому элементу 7 образовани абсолютной величины и дру- - гой вход - к второму блоку 8 образовани абсолютной величины. Вход пропорционального звена 10 соединен с выходом элемента 9 сложени , а выход его подключен к вычитаемому входу элемента 11 вычитани . Умень (Шаемый вход элемента 11 вычитани - подключен к источнику 12 опорного сигнала. Выход элемента 11 вычитани соединен с вторым входом блока 4 образовани произведени , а также с контуром 5 регулировани положени . Устройство работает следующим образом . Интерпол тор 11 выдает заданное . значение скорости , которое в начале и в конце позиционировани имеет Скачкообразную характеристику (фиг. 2а). Блок 2 образовани разности уменьшает это заданное значение скорости VoQgg на величину измененного заданного значени скорости Vgoeg4 которое имеетс на выходе блока 4 образовани произведени , т;е. на выходе блока 2 образовани разности по вл етс характеристика V/z. {фиг.2), Значение V преобразуетс интегрирующим звеном 3 в характеристику V (фиг. 2с). В Слоке 4 образовани произведени значение V, умножаетс на коэффициент усилени , вл ющийс в свою очередь переменной величиной и вырабатывающийс функциональным блокс 1 6 (фиг. 2(3). с выхода блока 4 образовани произведени подаетс на контур 5 регулировани положени уже названное заданное значение скорости soeeA На фиг. 2е показано, что это заданное значение скорости 0в64 в принципе имеет трапецеидальную форму, НО при этом сглажены разрывы непрерывности трапеции. Если на контур 5 регулировани положени подаетс сглаженное заданное значение скорости VgoEgi , то процесс позиционировани происходит оптимально-по времени и без перерегулировани .The invention relates to numerical control devices for any purpose. It is known (Werketattstechnik,). 1975, 11, p. 689, 690), that during positioning processes on numerically controlled machine tools, the method of specifying the driving force has a great influence on the achievable positioning accuracy. This connection acts the stronger, the higher the positioning speed. The drive can react to a stepwise setting of a new setpoint speed with the maximum possible acceleration and when the new setpoint reaches the maximum. possible braking. However, the actuator could not implement the approach to a new target position without overshoot. . In order for the position control loop to which the driver action is applied, to ensure high positioning accuracy with a short positioning time, the smoothing characteristics of the target velocity value are smoothed, thereby achieving the equalization of the acceleration characteristic of the predetermined value — and that acceleration characteristic of the predetermined value can realize the drive of the position control loop. However, it does not provide a scheme for the practical implementation of this interconnection. It is known a positioning device (non-accepted application of the FRG 2420284), which performs the trapezoidal speed characteristic during acceleration and deceleration. The trapezoidal characteristic of speed already to a certain extent smoothes the jump-like change of the given value. However, in this device, there are still existing discontinuities at the beginning and at the end of the trapezium. In addition, special costs are required for the positioning device to maintain the balance of the path of movement. It is also known a device for continuously setting an abruptly changing setpoint of the control loop (accepted FGD 1513190 accepted), which contains a potentiometer / on a slider contact which, when moved, produces a trapezoid. given value. The discontinuities at the beginning and at the end of the path are smoothed in the case of EU. whether the winding -potentiometer is made in the form of a functional winding with a non-linear functional dependence on time. This device protects against discontinuities in the characteristic of a given value only with full control of the functional winding, i.e. with a jump of a given value of a certain value. Jumps of a given value of other values require a different movement of the potentiometer slider, therefore smoothing the discontinuities at the beginning and at the end of the trapezium due to the functional winding does not work. By this, the possibility of using such a device is limited only to a jump of a given value by a certain amount, which is completely unsuitable for use in contour devices of numerical program control. In addition, special costs are still required to ensure an accurate balance of the path of movement, which should provide a numerical control device. Known From Werkstattstechnik, 1917f № 7, p. 379) that with time-optimized positioning, you can discretely determine the start of braking and the control of braking deceleration and use for this as the initial values the maximum acceleration, the instantaneous speed, the remaining amount of the displacement and the required braking path, and establish the mutual relationship between them . The calculation time required for this allows only limited calculation accuracy, since the positioning error should not exceed a certain amount, then at least at the end of positioning movement along the remaining path occurs at a lower speed, determined by the calculation error. braking process. The purpose of the invention is to improve the smoothing effect of the circuit to smooth out the intermittent changes of a given value, as well as reduce the cost of calculating the whole as a whole for optimal time positioning. I. The disadvantages described in the characteristic of the known technical solutions have their cause in the absence of smoothing out the continuous change of the predetermined value of the variable value. Therefore, the basis of the invention is to create a device for smoothing discontinuous changes of a given value, which are developed by an interpolator in a numerical control device and fed into the position control loop as a reference value, applying the elements to ensure the transition from the old set value to a new one. a given value in the functional time dependence, in which the smoothing eliminates discontinuities in the characteristics of a given regardless of the magnitude of the change in the target value, special costs are not required to balance the path of the displaced and to reduce the variations in the displacement error. The goal is achieved in that a matching unit is provided in the device for smoothing discontinuous changes of the specified value, the decremented input of which is connected to the k output of the interpolator, the integrating link connected after the formation unit: difference, the production unit connected through its first Bxoj: output of the integrator , feedback from the output of the product formation unit to the subtracted. the input of the comparing unit, as well as the functional unit, the first and second inputs of which are separately connected to one of the inputs or to the output of the comparing unit and the output of which is connected to the second input of the product generation unit. When the functional block is executed and the first input to the reduced input and the second input to the output of the comparing unit are connected, the functional unit has two input elements forming the absolute value after which the addition element is followed by the proportional link and the output has the subtraction element, the reduced input of which connected to the source of the reference signal and the subtracted input of which is connected to the output of the proportional link. This scheme smoothes the rapid changes in the setpoint that occurs. in places of discontinuity of any characteristic given. value. At the same time, slow changes of the given value are not subject to significant smoothing. Figure 1 shows the functional diagram of the device; Fig. 2 shows the characteristics of the set points and the gain in time dependence and relative to each other. To the interpolator 1 of the numerical control unit is connected a reduced input comparing the block 2. The integrating link 3 is connected to the output of the block 2, the first input of the multiplication unit 4 is connected to the output of the integrating link 3. The contour 5 of the position control of the numerical control unit is connected to the output of the block 4 multiplications, which are also used for feedback on the subtracted input of the difference generation unit 2. The functional unit 6 comprises a first absolute value generation unit 7, a second absolute value generation unit 8, an addition element 9, a proportional element 10, and a subtraction element 11. I The input of the first absolute value formation unit 7 is connected to the decreasing input of the comparing unit 2, the input of the second absolute value production element 8 is connected to the output of block 2. One input of the addition element 9 is connected to the first absolute value generation element 7 and the other input to the second block 8 of the formation of the absolute value. The input of the proportional element 10 is connected to the output of the addition element 9, and its output is connected to the subtracted input of the subtracting element 11. Decrease (The input input of the subtracting element 11 is connected to the source 12 of the reference signal. The output of the subtraction element 11 is connected to the second input of the product generation unit 4, as well as to the position-regulating circuit 5. The device works as follows. The interpolator 11 gives the given speed value, which, at the beginning and at the end of positioning, has a discontinuous characteristic (Fig. 2a). The difference generation unit 2 reduces this speed setpoint VoQgg by the amount of the modified speed setpoint Vgoeg4 which is at the output of the product generation unit 4, t; that is, at the output of the difference production unit 2, the V / z characteristic appears (figure 2). The value V is converted by the integrating link 3 into the characteristic V (Fig. 2c). In Slab 4, the production value V is multiplied by the gain factor, which is in turn variable and produced by functional block 1 6 (Fig. 2 (3). From the output of the product formation unit 4, the already specified setpoint is fed to the position control circuit 5) soeeA speeds In Fig. 2e it is shown that this speed setpoint 0в64 is in principle trapezoidal shape, BUT, the discontinuity of the trapezoid continuity is smoothed. If the positioned contour 5 is fed speed VgoEgi, then the process of positioning occurs optimally in time and without overshoot.

Коэффициент усилейи If зависит от коэффициента усилени {, , вырабатывающегос в источнике 12.опорного сигнала, от коэффициента 1 пропорционального звена 10, от переработанного блоком 7. образовани абсолютной величины заданного значени скорости VgoEg и от переработанного блоком 8 образовани абсолютной величины значени Vj. С учетом функций св зи элемента 9 сложени и элемента 11 вычитани действуетThe amplification factor If depends on the gain factor {, generated in the support signal source 12., on the proportional link coefficient 1, on the absolute value of the specified speed value VgoEg processed by the unit 7. and on the absolute value of the value Vj processed by the formation block 8. Taking into account the communication functions of the addition element 9 and the subtraction element 11

Л Ко-КДНеое( ItlVii;. IL Ko-KDNeoe (ItlVii ;. I

Подобный сглаживающий эффект заданнрго значени скорости VgQgg можно осуществить и при помощи функционального блока б, построенного иначе чем описанный,и вырабатывающе го поэтому коэффициент усилени , образующийс по другому закону.Such a smoothing effect of a given value of the velocity VgQgg can also be implemented using the functional block b, constructed differently from that described, and therefore generating a gain factor, which is formed according to a different law.

Непосредственна выдача коэффи- , циент.а усилени V с выхода функционального блока б дает возможность еще больше сглаживать выходную скорюсть контура 5 регулировани положени , если он имеет специальный управл к ций вход дл этого коэффициен-. та усилени 1с . Это выгодно особенно в случае больших скачков згщанного значени Vgggg .Direct delivery of the coefficient, factor and amplification V from the output of the functional block b makes it possible to smooth out the output velocity of the position control loop 5 even more, if it has a special control input for this factor. that gain 1c. This is advantageous especially in the case of large jumps of a higher value Vgggg.

Бели не произвести отдельное подключение обоих блоков 7 к 8 образовани абсолютных величин на уменьшаемый вход и на выхрд блока 2 образовани разности. а вместо этогоLees do not make a separate connection of both blocks 7 to 8 for the formation of absolute values for the reduced input and for the output of the block 2 for the formation of a difference. and instead

уменьшаемого входа или вместо этого выхода используетв вычитаемый вход блока 2 образовани разности, то необходимо осуществить дополнительную арифметическую операцию, чтобыdiminishing input or instead of this output uses the subtractive input of the block 2 for the formation of a difference, it is necessary to perform an additional arithmetic operation to

0 обеспечить подвод требуе слагаемых на элемент 9 сложени .0 to ensure the supply of required terms to the element 9 of the addition.

Признано изобретением по результатам экспертизы, ос)1«ествленной ведомством по изобретательству Германской Демократической республики.It is recognized as an invention according to the results of the examination, wastes) 1 “established by the department for the invention of the German Democratic Republic.

Claims

1. · DEVICE FOR SMOOTHING CONTINUOUS CHANGES OF THE PRESET VALUE, we form "an interpolator in the numerical control device and feed" to the position control loop as a reference quantity, using elements that ensure the transition from the old set value to the new set value according to the set functional dependence from time, differing in that it provides a comparator unit 2, the first input of which is connected to the output of the interpolator 1, · an integrating link 3, whose input is Inonii yield * comparing unit 2, and • the output - to the input of multiplier block 4, block 2, and 6, the first input of the first input

2, the second input whose output is connected to the second input of the comparing function block of which is connected to the comparing unit with the output of the comparing unit 2> * output - with the second input of the multiplication unit 4, and the third input - with the output of the reference signal source.

2. The device according to Π. 1, characterized in that the functional unit contains the first and second elements 7 and 8 of the formation of ab-g. solute quantities, outputs connected respectively to the first and second inputs * of addition element 9, the output of which is connected through a proportional link to the first input of the comparing element, the output of which is connected to the output of the block, and the second input to the third input of the block, inputs of elements 7 and 8 formations of absolute values are connected respectively to the first and second inputs of the block.

Fig j

I