SU1328793A1 - Устройство задани скорости в системах числового программного управлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управлени . Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов , первый делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый 4, второй 14 и третий 16 блоки элементов И, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнени  кодов , регистр 7 скорости., блок 8 управлени , второй 9 и третий 15 делители , первый 10 и второй 11 элементы И, первый 12 и второй 13 счетчики, регистр 17 константы. Устройство позвол ет измен ть скорость в режимах разгона и торможени  по экспоненциальному , квадратичному и линейному законам путем определени  интервала дискретизации ускорени  и скорости, соответствующего приращению ускорени : на посто нную величину. Принцип работы и схемотехническое решение обеспечивают возможность получени  высокой выходной частоты устройства и малого времени разгона-торможени . при этом требований к быстродействию элементов не вьппе, чем в известных устройствах аналогичного назначени , 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л со ю 00 со СА

Description

.Изобретение относитс  к программному управлению станками, в частности к системам числового программно- г о управлени -.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства.

На фиг. Г приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока у правлени  i на фиг. 3 -- графики разгона от скорости с кодом F О до скорости с кодом f 200 при использовании экспоненциального (а), квадратичного (б) и линейного (в) законов (врем  -разгона дл  всех законо вз то одинаковым).

Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый делитель 2,, сумматор-накопитель 3, первый блок элементов И 4, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнени  кодов, регистр 7 скорости, блок 8 управлени , второй делитель 9, элементы И 10 и 11,. первый 12 и второй 13 счетчики, второй блок элементов И 14, третий делитель 15, третий блок, элементов И 16, регистр 17 константы. Блок 8 управлени  содержит триггеры 18-22.3 элементы ИЛИ 23 и 24, элементы И 25 и 26,

Устройство также содержит выход 27- блока 6 сравнени  кодов, на- котором сигнал возникает при равенстве кодов счетчика 5 и регистра 7, вход 28 устройства установки режима Раз-гон устанавливает триггер 20 блока 8, вход 29 устройства установки режима Торможение устанавливает триггер 21 блока 8, вход 30 установки режима Эксп. - экспоненп,иальное изменение скорости устанавливает триггер 19 блока 8, вход 31 устройства установки режима Квадрат - квадратичного изменени  скорости устанавливает триггер 18 блока 8, выход 32 элемента И 10 Счет на PC дл  подачи сигналов унитарного кода текущего приращенк  кода- скоро.сти на реверсивный счетчик 5 через элементы И 25 и 26 блока 8, выход 33 переполнени  счетчика 12. Конец с-че- та PC, фиксирующий окончание передачи унитарного ко.ца приращени  кода скорости на счетчик 5 выход 34 делител  15 Конец интервала

фиксирующий окончание интервала дискретизации скорости и ускорени , выход 35 элемента И 25 блока ,8 Разгон дл  управлени  режимом Разгон и включени  реверсивного счетчика 5 в реукиме.

сложени , выход 36 элемента И 26 блока 8 Торможение дл  управлени  режимом Торможение и включени  реверсивного счетчика 5 -в режим вычитани , вькод 37 триггера 22 блока В Начало, счета PC открывает -элемент И 10, начало дополнени  счетчика 12 и передачи унитарного кода приращени  кода скорости на счетчик 5, выход 38 элемента ИЛИ 24. блока 8 Разгон V Торможение,- управление элементами И 10 и 11 дл  передачи кода на счетчик 5- и изменени  содер- .

5 жимого счетчика 13 соответственно, выход 39 элемента ИЛИ 23 блока 8 Эксп. V Квадрат - управление элементом И 11 в режимах экспоненциального и квадратичного изменени 

Q скорости, выход 40 триггера 19 блока 8 - управление элементами И блока 14 по вторым входам в режиме экспоненциального изменени  скорости,, выход 41 триггера 19 блока 8 Квадрат v

й v Линeйный -управление элементами И блока 16 по вторым входам в режиме квадратичного и линейного изменени  скорости.

Реверсивный счетчик 5, первьй

Q блок элементов И 4 и сумматор-накопитель 3 включены по Ьхеме параллельного интегратора.. Содержимое счетчика 5 с каждым импульсом делител  2 через первый блок элементов И 4 передаетс  на сумматор-накопитель 3, где суммируетс  с его содержимым. Импульсы переполнени  накопител  3 образуют выходные сигналы устройства.

В блоке 6 сравнени  кодов произ„ водитс  сравнение кода текущей скорости , содержащего.с  в счетчике 5, с кодом скорости, задаваемым от программы в регистр 7.;

Делитель -2 определ ет интервал интегрировани  At и,следовательно, максимальную скорость подачи. а делитель 9 - минимальный интервал дискретизации скорости и ускорени  в режимах изменени  скорости.Элементы И 10 и 11 предназначены дл  управлени  счетчиками 12 и 13 соответств€1нно. Счетчик 12 служит дл  временного хранени - текущего значени  приращени  кода скорости и передачи его на счетчик 5, Делитель 15, второй и третий блоки элементов И 14 и 16, счетчик 13 и регистр 17 образуют де- .питель с переменным коэффициентом делени . В режиме экспоненциального

0

5

изменени  скорости управление коэффициентов делени  производитс  от счетчика 13 через второй блок элементов И Т4, В режимах изменени  скорости по квадратичному и линейному законам коэффициент делени  задаетс  от регистра 17 через третий блок элементов И 16. В обоих случа х импульс переполнени  делител  15 через элементы И соответствующего блока (14 или 16) вводит в делитель 15 обратный код содержимого счетчика 13 или регистра 17, устанавлива  коэффициент делени  делител  в очередном цикле дискрети- зации«

Элементы блока 8 управлени  служат дл  обеспечени  работы устройства в режимах посто нной скорости и изменени  .скорости по заданным в программе или оператором законам.

Устройство работает в режимах посто нной скорости и изменени  скорости по экспоненциальному, квадратичному или линейному законам. Управление ско ростью осуществл етс  в соответствии со следующими- соотношени ми:.

при экспоненциальном законе

V(t) V - (V.

- v).

к к при квадратичном законе

..

V(t)

Vo t

(V,- VJ

при линейном законе V(t) V t at где V,

0

0

VK начальное и конечное значение скорости соответственно;

а - величина начального ускорени  ,

d - величина, обратна  посто нной времени разгона (торможени ).

В устройстве при изменении скорости код скорости, соде ржащийс  в рё версивном счетчике 5, измен етс  в соответствии с установленным оператором или по программе законом управлени . Вычисление кода скорости осуществл етс  в следующей последовательности: в соответствии с кодом .текущего ускорени  определ етс  интервал дискретизации t , отвечающий посто нной величине приращени  кода ускорени , вычисл етс  код ускорени  в очередном цикле дискретизации , эта величина, отнесенна  к значению Т , используетс  как приращение кода скорости за врем  Т j определ етс  код скорости в очередном цикле дискретизации. Вычислени  производ тс  по следующим соотношени м: при экспоненциальном законе

4.а

Л

qCETT

q(t; +t) q(t.) -4q; dq const;.

F(t; + T) F(t.)± q(t, + T); е q - код ускорени 

q - приращение кода ускорени J F - код скорости, при квадратичном законе

7 Са

uq const

const; Са

q(t,

F(t;

при линейном законе

+ t ) q(T,) - + t) F(t|) t

4V const;

0

iSV const;

F(t ,- + t) F(tj t q) ; q const. Таким образом, при экспоненциальном законе интервал дискретизации Т измен етс  обратно пропорционально текущему ускорению, в двух других случа х он остаетс  посто нным.

Устройство работает следующим образом .

В режиме посто нной скорости со- держимое реверсивного счетчика 5 и регистра 7 скорости одинаково. С каждым выходным импульсом делител  2 содержимое счетчика 5 передаетс  на сумматор-накопитель 3, где суммируетс  с его содержимым. Переполнение сумматора-накопител  3 порождает выходные сигналы устройства, частота которых пропорциональна коду скорости F, , содержащемус  в счетчике 5, и

0 равна:

f ЕО г 1 9

KF,

0

5

61I1C. - -I 2 где f, - выходна  частота делител  2, п - число разр дов сумматора- накопител  3.

Через делитель 9 выходные делители 2 поступают также на делитель 15, Однако, так как элементы И 10 и 11 закрыты, то выходной .импульс делител  на счетчики 12 и 13 не поступает. В зависимости от установленного оператором или ранее в прогр амме закона изменени  скорости выходной импульс

5 1328793 . 6

делител  15 передает через элементы с , счет сигналов генератора прекра- И блока 14 или 16 обратный код содер- щаетс , К этому моменту в счетчике жимого счетчика 13 или регистра 17 5 устанавливаетс  значение кода ско- в делитель 15, устанавлива  коэф(})и- рости, F ± q. Соответственно выход- циент делени  делител  15, что опре- j частота устройства составл ет.

вмх .(0 t q.).

дел ет длительность интервала г ,

В режиме экспоненциального изменени  скорости от программы поступают команды Разгон (Торможение), в счетчик 13 вводитс  код начального ускорени  Яд., в регистр 7 вводитс  код конечной скорости .F,,, подаетс  команда Эксп., Устанавливаетс  тригВ cлeдyюtt eм цикле дискретизации с по влением выходного сигнала делител  15 через элементы И блока 14 в 10 делитель 15 вводитс  обратный код величины (q - 4q) , з счетчик 12 - дополнительный код -этой величины, содержимое счетчика 13 уменьшаетс  на величину flq, в реверсивный счетгер 19 блока 8 управлени , на второй

вход элемента И 11 с выхода 39 блока t5 чик 5. передаетс  величина (q - 44)- 8 управлени  подаетс  сигнал логичес- Длительность очередного цикла опрё- кой 1, по линии 40 подаетс  сигнал логической -1 на вторые входы элементов И блока 14. Сигналом с выходов 35 (или 36) блока 8 управлени  ре- 20 версивный счетчик 5 включаетс  в режим сложени  (или вычитани ). С выхода 38 на третий вход элемента И 11 и .первый вход элемента И 10 подаетс  сигнал логической 1.- этого равенства без переколебаний.

Так как делитель 15 работает в лю- Момент равенства регистрируетс  бло- бом режиме функционировани  устройства , то первый импульс переполнени  делител  с выхода 34. поступает на третьи входы элементов И блока 14 и передает через них обратньй код содержимого счетчика 13 (q) в делитель 15, устанавлива  величину Этот же импульс подаетс  на вход разрешени  записи счетчика 12, на входы 35 работы с посто нным коэффициентом данных которого подключены инверсные делени , а все устройство - в режим

посто нной скорости,

В режиме изменени  скорости по квадратичному закону подаютс  коман- 40 ды Разгон (или Торможение, Квадрат , в счетчик 13 вводитс  код на- чальйого ускорени  q , в регистр 7 - код конечной скорости F, в регистр 17 - код константы Са. Управление

дел етс  коэффициентом делени  делител  15, который возрастает с уменьшением кода ускорени .

Указанна  работа устройства продолжаетс  до наступлени  равенства кодов счетчика 5 и регистра 7, причем заполнение счетчика 5 -сигналами унитарного кода, гарантирует достижение

ком 6 сравнени  кодов, который сигналом с выхода 27 сбрасывает триггеры 20   21 блока 8у закрываютс  элемен- 30 ты И 25 и 26 блока 8, отключаютс 

входы реверсивного счетчика 5, закрываютс  элементы И 10 и 11, прекращаютс  изменени  содержимого счетчика 13. Делитель 15 переходит в режим

выходы разр дов счетчика 13,что приводит к занесению в счетчик 12 дополнительного кода q. Далее через элемент И 11 этот же импульс поступает на счетчик 13, уменьша  ei: o содержимое на величину uq (например, на 1). Кроме того, сигналом с выхода 34 делител  15 в блоке 8 управ.пени  устанавливаетс  триггер 22 и с выхода 37 45 коэффициентом делени  делител  15

подаетс  сигнал логической 1 на второй вход элемента И 10, Импульсы генератора 1 проход т через открывшийс  элемент И 10, поступают на счетчик 12 и по линии 32 на входы элементов И 25 и 26 блока 8 управлени , В зависимости от режима Разгон или Торможение они подаютс  .на вход сложени  или вычитани  счетосуществл етс  от регистра 17, обратный код содержимого которого передаетс  в делитель 15 с каждым выходным импульсом делител  15. Коэффициент 50 делени  делител  15 и, следовательно, интервал дискретизации и остаютс  посто нным в течение йсего промежутка разгона (торможени ). Б остальном

работа устройства аналогична предыду- чика 5 с выходов 35 или 36 до момен- 55 щему режиму-,

та переполнени  счетчика 12, Сигнал В режиме линейного изменени  ско- переполнени  счетчика 12с выхода 33 рости триггеры 18 и 19 блока 8 сбро Конец счета PC сбрасывает триггер 22 блока 8, элемент И 10 закрываетшены , элемент И 11 закрыт сигналом с выхода 39 блока 8 управлени , элеменс , счет сигналов генератора прекра- щаетс , К этому моменту в счетчике 5 устанавливаетс  значение кода ско- рости, F ± q. Соответственно выход- частота устройства составл ет.

вмх .(0 t q.).

В cлeдyюtt eм цикле дискретизации с по влением выходного сигнала делител  15 через элементы И блока 14 в делитель 15 вводитс  обратный код величины (q - 4q) , з счетчик 12 - дополнительный код -этой величины, содержимое счетчика 13 уменьшаетс  на величину flq, в реверсивный счетчик 5. передаетс  величина (q - 44)- Длительность очередного цикла опрё- этого равенства без переколебаний.

дел етс  коэффициентом делени  делител  15, который возрастает с уменьшением кода ускорени .

Указанна  работа устройства продолжаетс  до наступлени  равенства кодов счетчика 5 и регистра 7, причем заполнение счетчика 5 -сигналами унитарного кода, гарантирует достижение

Момент равенства регистрируетс  бло- работы с посто нным коэффициентом делени , а все устройство - в режим

ком 6 сравнени  кодов, который сигналом с выхода 27 сбрасывает триггеры 20   21 блока 8у закрываютс  элемен- ты И 25 и 26 блока 8, отключаютс 

входы реверсивного счетчика 5, закрываютс  элементы И 10 и 11, прекращаютс  изменени  содержимого счетчика 13. Делитель 15 переходит в режим

осуществл етс  от регистра 17, обратный код содержимого которого передаетс  в делитель 15 с каждым выходным импульсом делител  15. Коэффициент делени  делител  15 и, следовательно, интервал дискретизации и остаютс  посто нным в течение йсего промежутка разгона (торможени ). Б остальном

шены, элемент И 11 закрыт сигналом с выхода 39 блока 8 управлени , элементы И блока 16 открыты по вторым входам сигналом с выхода 41 блока 8, в регистр 17 вводитс  код величины t , в счетчик 13 - q, в регистр 7 - F. Делитель 15 управл етс  от регистра 17, коэффициент делени  делител  15 и содержимое счетчика 13 не мен ютс 

Достоинство устройства - возможность получени  высокой .выходной частоты и малого времени разгона-торможени , В наиболее неблагопри тном случае - при изменении скорости по экспоненциальному закону дл  правильной работы устройства необходимо выполнить условие Tj. tp/2 F , где Tr- период импульсов генератора 1,

- посто нна  времени разгона-тор

Рмаксимальное значение

можени , I jucjuj.

кода скорости. Если Т 0,1 мкс (f 10 МГц), 2-10 (что может дать диапазон регулировани  скорости подачи 1:20000), то fp 4 мс, а весь процесс разгона (торможени ) может быть выполнен за 16 мс (- 4C fi) Минимальный интервал дискретизации при этом составл ет 1 ин (с - 20 МКС, что достаточно дл  переписки максимального кода приращени  скорости в реверсивный счетчик. Если про цессы заполнени  реверсивного счетчика 5 и передачи его содержимого в сумматор-накопитель 3 синхронизированы , то возможно получение выходной

частоты устройства 10 мГц, Даже при диапазоне регулировани  скорости 1:100000 разгон до максимальной скорости от нулевой (и торможение от максимальной скорости до нулевой) с использованием экспоненциального закона с убывающим ускорением, который гарантирует минимальные динамические ошибки, может быть осуществлен за 0,08 с, т,е, в 2,5 раза быстрее, чем в современных приводах с меньшим диа пазоном регулировани  (1:10000),

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1i Устройство задани  скорости в системах числового программного управлени , содержащее генератор импульсов , первый делительj два блока элементов И, реверсивный счетчик, регистр скорости, блок сравнени  кодов , первый счетчик, два элемента И и блок управлени , соединенный первым входом с выходом блока сравнени  кодов, а первым и вторым выхо0

   0

   5 9

   Ь

   0

   g

   дом - с входами -сложени  и вычитани  реверсивного счетчика, первые разр дные выходы которого подключены к первым входам блока сравнени  кодов, вторые входы которого соединены с разр дными выходами регистра скорости , выход генератора импульсов подключен к входу первого делител , о т- личающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  устрой- . ства, введены второй--и третий делители , сумматор-накопитель, второй счётчик, третий блок элементов И, 5 регистр констант, первый блок элементов И первыми входами соединен с вторыми разр дными выходами реверсив- ,ного счетчика, а вторыми входами - с выходом первого делител  и через второй делитель - с первым входом третьего делител , выходы первого блока элементов И соединены с разр дными входами сумматора-накопител , выход которого подключен к выходу устройства, счетные входы первого и второго счетчиков соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые разр дные выходы второго счетчика подключены к разр дным входам записи первого счетчика, разр дные входы третьего делител  соедин-ены с выходами второго и третьего блоков элементов И, первые входы которых подключены к вторым разр дным выходам соответственно второго счетчика и к выходам регистра констант, входы первого элемента И соединены соответственно с выходом генератора, импульсов, третьим и четвертым выходами блока управлени , входы второго элемента И подключены к четвертому и п тому выходам блока управлени  и к выходу третьего делител  соответственно, которьй соединен также с вторым входом блока управлени , вторыми входами второго и тертьего блока--э31емен- тов И и входом разрешени  записи первого счетчика, выход которого подключен к третьему входу блока управлени , к четвертому входу которого под- ключен выход первого элемента И,шестой и седьмой выходы блока управлени  соединены с третьими входами соответственно второго и третьего бло-. ков элементов И, входы регистра скорости , регистра константы, второго счетчика и п тый, шестой, седьмой и восьмой входы и сбросовый вход блока

   0

   5

   управлени   вл ютс  входами устройства .
2. 2. Устройство по п. 15 о т л и ч а ю щ е е с   тем, что блок управле- ..ни  содержит п ть триггеров, два элемента ИЛИ и два элемента И, первые входы которых соединены с четвертым входом блока, второй п тый, шестой, седьмой и восьмой входы которого подключены к входам устйновки соответственно первого, второго, третьего, четвертого, п того триггеров, вход сброса первого триггера соединен с третьим входом блока, первый вход которого подключен к входам сброса второго и третьего триггеров, входы сброса четвертого и п того триггеров

   соединены со сбросовым входом блока, третий выход которого подключен к пр мому выходу первого триггера, пр мые выходы второго и третьего триггеров соединены с входами первого элемента ИЛИ, вторые входы элементов И подключены к пр мьм выходам второго и третьего триггеров, выходы первого

   и второго элементов И  вл ютс  первым и вторым выходами блока, выход первого элемента ИЛИ  вл етс  четвертым выходом блока, пр мые выходы четвертого и п того триггеров соединены с

   входами второго элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  п тым выходом блока , шестой и седьмой выходы которого  вл ютс  пр мым и инверсным выхо- дами четвертого триггера.

   31 Мадрат

   3Ljjicn:,MT

   Сброс

   „Эксп: У„К6адр ат

   39

   ,Эксп: 0

   „Квадрат У„//инеинт 4

   28„Раз&ои

   27

   29 Торн от:

   ia,

   32 на PC

   Конец интерд.т 34

   дз конеи счета PC

   Нача/10 счета PC 37

   uz.Z

   0,1 0,3 0,f 0.5 0.6 0,1 0,8 0,9 1.0 1,1 1,2 ;J3 игЪ

   Редактор И.Шулла

   Составитель А.Исправникова

   Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

   Заказ 3488/50Тираж 863Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета .СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4