SU1124256A1 - Число-импульсный след щий электропривод - Google Patents

Abstract

ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНЫЙ СЖДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий блок задани  программы, подключенный первым выходом к первому входу первого коммутатора , а вторым выходом - к первому входу блока синхронизации, соединенного первым и вторым выходами соответственно с вторым и третьим входами первого коммутатора, подключенного первым и вторым выходами соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого реверсивного счетчика , цифроаналоговый преобразователь, электродвигатель, кинематически св занный через редуктор с входом датчика перемещени ,а выходом - с входом датчика тока,подключенного выходом через блок ограничени  тока к управл ющему входу усилител  мощности, подключенного выходом к входу электродвигател , блок формировани  импульсов отработки, соединенный входами с выходами датчика перемещени , а первым и вторым выходами - соответственно с вторым входом блока синхронизации и с четвертым входом первого коммутатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  области применени  электропривода, в него введены второй коммутатор, второй реверсивный счетчик, сумматор, первый и второй элементы ИПИ-НЕ, первый D-триггер, преобразователь код-частота и блок формировани  скоростной ошибки, содержащий R6 -триггер, подключенный S - и ( -входами к первым входам соответственно, первого и второго элементов И, пр мым выходом - к первому входу элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ и ко второму входу первого элемента И, а инверсивным выходом - к второму входу второго элемен-1 та И, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу первого элемента И, а выходом - к информационно .. му входу преобразовател  частота-напр жение и к С -входу второго триггера , св занного выходом с управл ющим входом преобразовател  частота-на , пр жение, а D -входом - с выходом : элемента ЭКВИВАИЕНТНОСТЬ, подключенно го вторым входом к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, соединенного выходами каждого разр да с входами преобразовател  код-частота и с входами первого элемента ШШ-НЕ, подключенного выходом к п тому входу первого коммутатора, св занного третьим выходом с первым входом, второго коммутатора, с Б -входом первого D -триггера и 5-входом RS -триггера, подключенного R входом к вычитающему входу первого реверсивного счетчика и к второму

Description

входу второго коммутатора, соединенного третьим и. четвертыми входами соответственно с первым выходом первого коммутатора и с третьим выходом блока синхронизации, а п тым входом - с управл ющим входом цифроаналогового преобразовател  и с выходом первого О -триггера, подключенного С -входом к выходу второго элемента ИЛИ-41Е, св занного входами с выходами второго реверсивного счетчика и с входами цифроаналогового

преобразовател , подключенного выходом к первому входу сумматора, соединенного вторым входом с выходом преобразовател  частота-напр жение, а выходом - с информационным входом усилител  мощности, причем суммирующий и вычитающий входы второго реверсивного счетчика подключены соответственно к первому и второму выходам второго коммутатора, а выход преобразовател  код-частота - к третьему входу блока синхронизации.

1

Изобретение относитс  к устройствам автоматического регулировани  и может быть использовано в установках с программным управлением (станках с ЧПУ, промышленных манипул торах , в которых входной сигнал представлен у читарным кодом) .

Известен след щий электропривод, содержащий последовательно соединенные блок задани  программы, узел синхронизации, коммутатор, реверсивный счетчик, ЦАП, усилитель мощное-ти , электродвигатель, импульсный датчик обратной св зи ij .

Недостатками известного привода  вл ютс  невысокие точность и быстродействие , так как в нем реализуетс  пропорциональный закон регулировани  положени .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  число-импульсный след щий электропривод, содержащий блок задани  программы, подключенный первым выходом к nepBobiy входу первого коммутатора , а вторым выходом - к первому входу блока синхронизации, соединенного первым и вторым выходами соответственно с вторым и третьим входами первого . коммутатора, подключенного первым и вторым вькодами соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого реверсивного счетчика, цифроаналоговый преобразователь, электродвигатель , кинематически св занный через редуктор с входом датчика перемещени , а выходом - с входом датчика тока, подключенного выходом через блок ограничени  тока к управл ющему входу усилител  мощности, подключенного выходом к входу электродвигател , блок формировани  импульсов отработки, соединенный входами с выходами датчика перемещени , а первым и вторым выходами - соответственно с вторым входом блока синхронизации и с четвертым входом первого коммутатора И

Недостатком известного привода  вл етс  невысока  точность регулировани  положени  при контурном регулировании , так как регулирование производитс  по ошибке по положению Кроме того, ошибка по положению, накапливаема  реверсивным счетчиком, представл етс  как в пр мом, так и в дополнительном позиционных кодах , что приводит к усложнению схемы при реализации сложных законов регулировани  в известной схеме.

Цель изобретени  - повышение точности и расширение области применени  электропривода.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в число-импульсный след щий электропривод, содержащий блок задани  программы, подключенный первым выходом к первому входу первого коь мутатора, а вторым выходом к первому входу блока синхронизации, соединенного первым и вторым выходами соответственно с вторым и третьим входами первого коммутатора, подключенного первым и вторым выходами соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого реверсивного счетчика, цифроаналоговый преобразователь , электродвигатель, кике31 магически св занный через редуктор с входом датчика перемещени ,а выходом - с входом датчика тока,подключенн го выходом через блок ограничени  тока к управл ющему входу усилител  мощности , подключенного выходом к входу электродвигател , блок формировани  импульсов отработки, соединенный вхо дами с выходами датчика перемещени  а первым и вторым выходами - соответственно с вторым входом блока синхронизации и с четвертым входом первого коммутатора, введены второй коммутатор, второй реверсивный счетчик , сумматор, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ,первый D -триггер, пре образователь код-частота и блок фор мировани  скоростной ошибки, содержа щий -триггер, подключенный S и ft-входами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, пр мым выходом - к первому . входу элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ и к второму входу первого элемента И, а инверсным выходом - к второму входу второго элемента И, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу первого элемента И, а выходом - к информационному входу преобразовател  частота-напр жение и к С -входу второго D -триггера, св  занного выходом с управл ющим входом преобразовател  частота-напр жение , а D -входом - с выходом элемен та ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ,подключенного вторым входом к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, соединенного вьгх:одс1ми каждого разр  да с входами преобразовател  кодчастота и с входами первого элемента ИПИ-НЕ, подключенного выходом к п тому входу первого коммутатора, св занного третьим выходом с первым вхрдом второгокоммутатора, с В -вх дом первого)-триггера и с S-входом RS-триггера, подключенного R -входом к вычитающему .входу первого реверсивного счетчика и к второму вхо ду второго коммутатора, соединенного третьим и четвертым входами соответственно с первым выходом первого коммутатора и с третьим выходом блока синхронизации, а п тым входом - с управл ющим входом цифроаналогового преобразовател  и выходом первого) -триггера, подключенного С -входом к выходу второго элемента Т-ШИ-НЕ, св занного вхо64 дами с выходами второго резерсивного счетчика и с выходами цифроаналогового преобразовател , подключенного выходом к первому входу сумматора, соединенного вторым входом с выходом преобразовател  частота-напр жение, а выходом - с информационным входом усилител  мощности, причем суммирующий и вычитающий входы второго реверсивного счетчика подключены соответственно к первому и второму выходам второго коммутатора, а выход преобразовател  код-частота - к третьему входу блока синхрониз ации. На фиг, 1 приведена структурна  схема предлагаемого след щего электропривода; на фиг. 2 - функциональна  схема блока синхронизации; на фиг. 3 - функциональна  схема первого коммутатора, на фиг, 4 функциональна  схема второго коммутатора{ на фиг. 5 - функциональна  схема блока формировани  импульсов отработки; на фиг. 6 - функциональпа  схема блока скоростной ошибки. След щий электропривод (фиг,1) содержит блок 1 задани  программы, блок 2 синхронизации, первый коммутатор 3, второй коммутатор 4, второй реверсивный счетчик 5, второй элемент КЧИ-НЕ 6, цифроаналоговый преобразователь 7, сумматор 8, усилитель 9 мощности, электродвигатель 10, редуктор 11, датчик 12 перемещени , блок 13 формировани  импульсов отрз-ботки, датчик 14 тока, блок 15 ограничени  тока, первый реверсивный счетчик 16, первый элемент ИЛИ-НЕ 17, преобразователь 18 кодчастота (ПКЧ), блок 19 формировани  скоростной ошибки, первый Д5 -грщ- гер 20, первый и второй выходы 21 и 22 блока задани  программы, третий и второй входы 23 и 24 блока синхронизации, п тый, второй и третий входы 25, 26 и 27 первого коммутатора , третий 28 выход блока синхро-. низации, четвертый 29 вход первого коммутатора, третий, второй первый и п тый вход;ы 30, 31, 32 и 33 второго коммутатора, первый и второй выходы 34 и 35 второго коммутатора , выход 36 блока формировани  скоростной ошибки, выходы 37 и 38 датчика перемещени , Блоксинхронизации (фиг.2) содер мт вторые R5--триггеры 39-41 , третьи элементы И 42-44,генератор 45 импульсов к распределитель 46 импульсов .

$ 1

Первый коммутатор (фиг.3) содержит дешифратор 47, элементы 48 и 49 задержки, второй элемент ИЛИ 50, первые элементы И-ИЛИ 51 и 52, узел знака ошибки, включаюш,ий первые элементы НЕ 53 и 54, вторые элементы И-ИЛИ 55 и 56 и третий -триг - гер 57.

Второй коммутатор (фиг.4), содержит второй сумматор 58 mod 2 с инверсией , третий элемент ИЛИ 59, третьи элементы И-Ш1И 60 и 61.

Блок 13 формировани  импульсов от работки и знака направлени  вращени  (фиг.5) содержит вторые элементы НЕ 62, 63, дифференцирующие звень  64 - 67, четвертые элементы И-ЙЛЙ 68 и 69, триггер 70 пам ти направлени  вращени , третий элемент ИЖ 7t.

Блок 19 скоростной ошибки (фиг.6) содержит -триггер 72, элементы ИЛИ 73, ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 74, второйВ-триггер 75, преобразователь 76 частота-напр жение, первый и второй элементы И 77, 78.

След щий электропривод работает следующим образом.

С блока 1 задани  программы сиг нал задани  угла поворота вала двигател  (исполнительного органа) по выходу 22 представлен унитарным кодом, частота импульсов которого пропорциональна скорости вращени  вала дригател  а количество импульсов Р дискретах равно углу поворота вала. Знак кода (направление вращени  выходного вала) подаетс  по выходу 21. Блок 2 синхронизации исключает одновременное по вление импульсов на его выходах при совпадении их во времени на его входах, чтобы исключить возможность неправильной работы реверсивных счетчиков. Блок обеспечивает наличие об зательного временного интервала между выходными импульсами , равного периоду тактового генератора 45. Триггеры 39-41 устанавливают в единичное состо ние по переднему фронту входных импульсов . Элементы И 42-44 открываютс  последовательно и на их выходах по вл ютс  импульсы, разделенные на период следовани  импульсов генератор  45. Распределитель 46 последовательно комйутирует вторые входы элементов И, при по влении импуль42566

сов на вь«ходах которых св занные с ними триггеры устанавливаютс  в нулевое состо ние. ,

5 Дл  правильного функционировани  привода рассогласование по углу Atf, накапливаемое реверсивным счет чиком 16, должно быть всегда представлено в пр мом позиционном коде 10 (модуль рассогласовани ) с совтветствующим знаком.

Введем следующие обозначени  двоичных переменных:

Xj - знак сигнала задани  15 х - знак сигнала обратной св зи; х - сигнал задани ,Х4 - сигнал обратной св зи; Хс - сигнал элемента вы влени  . нулевого состо ни  счетчика 16 (эле20 мента ИЖ-НЕ 17).

Режим работы реверсивного счетчика (суммирование или вычитание импульсов ) определ етс  знаками импульсных последовательностей задани  и об25 .ратной св зи, а также знаком рассогласовани  i(j . Число различных комбинаций двоичных переменных х , -х., у N 2 8. Логические вьфажени , определ ющие состо ни  переменных, 30 следующие;

d,x,X2y, , .,y, , , ,X2y,

dy.X,X2y, , ,X2y, .

Из множества состо ний переменных de{d, ....dgl попарно эквивалентны следующие состо ни :, d. -v da , , ЧЦ - dg, ,d dj-, которые соответствуют всем возможным режимам работы счетчика 16 при знакопеременных входных частотных сигналах.

Рассмотрим режимы работы счетчика 16, определ емые состо нием переменных X. , х , у :

1) b,.jy + х,х,у, суммирование импульсов задани  х и вычитание импульсов обратной св зи х .

Режим Ь, соответствует процессу движени  исполнительного органа к заданной точке;

2) bj , + , суммирование импульсов обратной св зи х и вьиитание импульсов задани  х .

Режим Ь2 возникает при прохождении исполнительным органом заданной точки (перерегулирование по положению ) , x. -. 3 I читание импульсов Xj и x. Режим bi возникает при изменении знака сигнала задани , если в момент изменени  знака Х| привод находилс  в состо нии 1 ; ) x,x,jy + с1, +Яб суммирование импульсов задани  х и обратной св зи Х4 . Режим Ьь возникает при изменении знака сигнала х, если в момент изменени  знака Xj привод находилс  в состо нии }} . На основании рассмотренных возмож ных состо ний привода логическое выражение дл  режима суммировани  ре версивным счетчиком импульсов зада ни  Х- имеет вид lji«y,+c))4, (1) соответственно щг  режима суммировани  импульсов обратной св зи к 1) + 5 + Зв)4- 2) Из (1) и (2) получим )4 )2 }5 l l4- b 3- 4)- (3) Аналогично составл ем логическое вьфажениё дл  режима вычитани  реверсивным счетчиком импульсов х- и х в виде , + х). (4) Так как ошибка по положению Д(|) должна быть всегда представлена в пр мом позиционном коде, то необходимо определ ть и запоминать знак оши(бки, который соответствует положе нию исполнительного органа относител но заданной точки. Если в момент обнулени  реверсивиого счетчика (Atf 0, ХЕ 1) первым поступает импуль задани  х-, то знак ошибки у эквивалентен знаку сигнала задани  (у .Xj), а если импульс обратной св зи х, то обратен знаку, сигнала обратной св зи (). Логические выражени , описывающие функционирование узла определени  знака ошибки, следуюпр1е: у, Xj(x,x, + ). УГ ii Коммутатор 3 синтеризрован соглас но логическим выражени м (3) - (6). Введение интеграла от ошибки по положению Дц  вл етс  методом создани  или повышени  пор дка аста11 8 тизмз привода, а значит, и увеличени  его точности. Дл  получени  интегральной составл ющем регулирующего воздействи  от i(p в системе управлени  приводом используетс  преобразователь код-частота (ПКЧ) 18, который осуществл ет преобразование ошибки по положению Дер в пропорцио.: нальную ей импульсную последовательность . Реверсивным счетчиком 5 про . изводитс  накопление ПИ - составл ющей регулирующего воздействи  в виде U i(f + К, . ПКЧ 18 может быть выполнен на базе накапливающего сумматора, осуществл ющего интегрирование с заданной тактовой частотой кода &(р с выделением сигнала переполнени , частота повторени  которого  вл етс  выходной последовательностью . ПКЧ реализует следующую функцию: У6 К,.4(у, при ЛСр i S , где - коэффициент преобразовани } и - входна  частота, Гц, S - числовой объем сумматора . Измен   коэффициент преобразовани  К ПКЧ 18 можно измен ть модуль интегральной составл ющей регулирующего воздействи . В установившемс  режиме рассогласование йСр 0, поэтому 1 К, JbCf di , т.е. происходит компенсаци  всех ошибок. Рассмотрим работу коммутатора 4, управл ющего работой счетчика 5. Обозначим знак содержимого счетчика 5 переменной Xg с пам тью, им пульсный сигнал преобразовател  18 код-частота - yg, сигнал элемента ЮШ-НЕ 6 вы влени  нулевого состо ни  счетчика 5 - х. Логические выражени  дл  определени  знака содержимого счетчика 5 имеют вид х .f у,,- Xg Xj.y, . Режим работы t счетчика 5 определ етс  состо нием знаком х. и у . Число различных комбинаций переменных х и .у, равно четырем. Однако -v , -- ,, поэтому если , то в счетчике 5 производитс  суммирование импульсов последовательсти у с дер , а если Xg y , то вычитание. Логические выражени  работы коммутатора следующие: )У4+Уб) + (Усхб)у.г, (7) () 8) 911 Коммутатор 4 (фиг.4) синтезирован ссЛгласно (7) и (8). Блок 19 скоростной ошибки (фиг.6) формирует аналоговый сигнал, пропорциональный разности частот импульсов задани  и обратной ср зи. Задава ма  скорость по координате пропорциональна частоте входных импульсов. Поэтому дл  электропривода блок .19 вьтолн ет роль формировател  сигнала . пропорционального ошибке по положа нию . Блок 19 скоростной ошибки содер жит вычитатель импульсных последовательностей ср , ср- , включающий R5 триггер 72, элемент ИЛИ 73 и элементы И 77, 78, на. выходе которого присутствует т пульсна  последовател ность й /У4 У5/ -триггер 72 измен ет свое состо ние по заднему фронту входных импульсов. Если, капример , по S -входу триггер установлен в единичное состо ние, то еледукицим импульсом по R -входу он пере брасываетс  в нулевое. На выход элемента ИЛИ 73 поступают импульсы, еели по одному из выходов поступило больше одного импульса последователь ности ui . Учитыва  (1) и (2), импульсна  последовательность УО, разна  разности импульсных последовательностей у и yj на выходе элемента ИЛИ 73,имеет вид Ч9 КиЭ- 4 Ц(Х4-з1-Ьз(Х,() Знак производной рассогласовани  определ етс  выходным сигналом Р триггера 75. Рассогласование uf в счетчике 16 всегда представлено в пр мом позиционном коде с соответствующим знаком у, . Знак производной рассогласовани  А ср должен быть экви валентен знаку рассогласовани  у в интервале, где Atp возрастает, if противоположен у, в интервале, где i(J убывает. Признаком возрастани  или убывани  Aif  вл етс  состо ние триггера 72 блока 19. Очевидно, что если импульсы поступают на суммирующий вход счетчика 16 и на 5 -вход триггера 72, то ACf возрастает. При этом, если , то импульсом с выхода элемента ИЛИ 73D -триггер 75 устанавливаетс  в единичное состо ние , если у, О, то в нулевое, т.е. в состо ние, эквивалентное у . Таким образом, логические выражени  опреде лени  знака производной рассогласовани  АЦ следующие: У,о (уч Л У4 9 , Выходное напр жение дискретно-аналогового преобразовател  76 частотанапр жение Urf- К J Л Gi . Сумматором 8 производитс  алгебраическое суммирование (пи)и (Д) составл ющих; на выходе сумматора 8 управл ющее воздействие имеет вид (f+ k HdiU2 3lI Мен   коэффициенты К, К2, Kj,: можно измен ть модули составл ющих регулирующего воздействи . В установившемс  режиме , U-k4k2|H }t X4|b4 t, так, как Д0 0, Блок 13 (фиг.5) формировани  импульсов отработки определ ет направление вращени  вала двигател  и про изводит учетверение импульсов отработки , поступаюицпс с выходов датчика 12 перемещени , Рассмотрим работу блока. Датчик . перемещени  вьщает две последователь ности импульсов, сдвинутых по фазе на 90 . Обозначим сигналы импульсных последовательностей датчика Z и ;Z. При фазовом сдвиге сигналов чис . ло периодически повтор ющих комбинаций сигналов равно четырем. Последовательность смены комбинаций переменных имеет вид Z, 2,72-2,2. при вращении вала двигател  в одну сторону и ,,,,-,2 (10) при вращении его в другую сторону. Из (9) и (10) видно, что последовательность смены комбинаций переменных соответствует направлению вращени  вала, причём кажда  из комбинаций отличаетс  от предьщущей состо нием одной из переменных. Логические выражени , описывающие функционирование узла 13, следующие: ,Z,tZ,Z,+ Z,Z, NVj Z,,Z,4Z,Z2tZ,Z, NW, w о о где2, ,2 Z, 2 - сигналы, сформированные дифференцирующи1.{и цепочка 11112 ми 64-67 по переднему фронту соответ ствующих сигналов, V/ - выходной сигнал узла, соответствующий направлению вращени  вала. Элемент ИЛИ 71 суммирует импульсные последовательности. Так как импульсы формируютс  по передним и задним фронтам сигналов X,, Z, то частота выходной импульсной последовательности Х4 в четьфе раза выше входной Z . В предлагаемом след щем электроприводе рассогласование по углу 6 всегда представлено в пр мом позиционном коде при знакопеременных входных частотных сигналах. Изменение коэффициентов К, Kj, Xj регул тора приводит к изменению динамических характеристик привода. Технико-экономическа  эффективность внедрени  предлагаемого числоимпульсного электропривода в устройствах с ЧПУ заключаетс  в повьшении точности слежени  за счет улучшени  динамических характеристик электро- . привода.

L.

.и :

Фиб. 2

L.

..и

. 3

PU8. 4

ФиЗ. 5

Claims (1)

1. ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНЫЙ СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий блок задания программы, подключенный первым выходом к первому входу первого коммутатора, а вторым выходом - к первому входу блока синхронизации, соединенного первым и вторым выходами соответственно с вторым и третьим входами первого коммутатора, подключенного первым и вторым выходами соответственно к суммирующему и вычитаю- ‘ щему входам первого реверсивного счетчика, цифроаналоговый преобразователь, электродвигатель, кинематически связанный через редуктор с входом датчика перемещения, а выходом-с входом датчика тока,подключенного выходом через блок ограничения тока к управляющему входу усилителя мощности, подключенного выходом к входу электродвигателя, блок формирования импульсов отработки, соединенный входами с выходами датчика перемещения, а первым и вторым выходами - соответственно с вторым входом блока синхронизации и с четвертым входом ¹ первого коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения электропривода, в него введены второй коммутатор, второй реверсивный счетчик, сумматор, первый и второй элементы ИПИ-НЕ, первый D-триггер, преобразователь код—частота и блок формирования скоростной ошибки, содержащий RS -триггер, подключенный S - и R-входами к первым входам соответственно, первого и втррого элементов И, прямым выходом - к первому входу элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ и ко второму входу первого элемента И, а инверсивным выходом - к второму входу второго элемен-; та И, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу первого элемента И, а выходом - к информационному входу преобразователя частота-напряжение и к С -входу второго триггера, связанного выходом с управляющим ’ входом преобразователя частота-на. пряжение, a D -входом - с выходом ^элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, подключение го вторым входом к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, соединенного выходами каждого разряда с входами преобразователя код-частота и с входами первого элемента ИЛИ-HE, подключенного выходом к пятому входу первого коммутатора, связанного третьим выходом с первым входом, второго коммутатора, с D -входом первого D -триггера и 5-входом PS -триггера·,' подключенного R входом к вычитающему входу первого реверсивного счетчика и к второму . ’ 1124256 входу второго коммутатора, соединенного третьим и четвертыми входами соответственно с первым выходом первого коммутатора и с третьим выходом блока синхронизации, а пятым входом - с управляющим входом цифроаналогового преобразователя и с выходом первого D -триггера, подключенного С -входом к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, связанного входами с выходами второго реверсивного счетчика и с входами цифроаналогового преобразователя, подключенного выходом к первому входу сумматора, соединенного вторым входом с выходом преобразователя частота-напряжение, а выходом - с информационным входом усилителя мощности, причем суммирующий и вычитающий входы второго реверсивного счетчика подключены соответственно к первому и второму выходам второго коммутатора, а выход преобразователя код-частота - к третьему входу блока синхронизации.