SU959038A1 - Цифровой программный электропривод - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматике , в частности к системам автома-тического управлени  объектами с регулированием скорости и величины перемещени , и может найти примене-г ние при автоматизации металлорежущих станков, прокатных станков и др.

Известны устройства подобного назначени . Одно из таких устройств содержит импульсный датчик перемещени  .в цепи обратной св зи/ двигатель,усилитель мощности, блок измерени  направлени  перемещени  и усилитель импульсов , реверсивный счетчик, дешифратор состо ни  счета, устройство защиты от переполнени , преобразователь код-напр жение, триггер знака,причем триггер знака соединен по одному входу через  чейку ИЛИ с усилителем импульсов , по другому входу через  чейки ИЛИ и НЕ со счетчиком, а пр мой и инверсный выходы триггера знака подключены к  чейкам И, к другим входам которых подсоединены пр мой и инверсный выходы блока измерени  направлени  перемещени , выходы этих  чеек попарно подключены к двум  чейкам ИЛИ, соединенных с преобразователем коднапр жение Cl.

Недостатком устройства  вл етс  низка  надежность работы из-за наличи  триггера знака, переключаемого без последующего подтверждени  только при коде счетчика, равном О, требуетс  строить защиту счетчика от переполнени . Кроме того, данное устройство  вл етс  сложным.

Наиболее близким к предлагаемому

10 изобретению  вл етс  след щий электропривод , который содержит двигатель с импульсным датчиком положени ,усилитель мощности, вход которого соединен с фильтром, подключенным к вы15 ходам триггера, R- и S-входыкоторого подключены к выходам счетчиков,св занным через блоки синхронизации с устройством программы и блоком измерений направлени  и усилител  импуль20 сов, св занного с датчиком положени , причем блоки синхронизации и счетчики соединены с генератором. Четыре блока синхронизации, каждый из кото х содержит первый и второй RS-триг25 геры, выводы которых через Схему ИЛИ соединены с S-входом третьего RS-триггера, . подключенного к схеме совпадени -, соединенного с R-входом третьего триггера, при30 чем R-входы первого и второго триггеров соединены с выходами генератора, усложн ют схему, а добавление импуль сов программы или ойра.тной св зи к . холостой последовательности импульсов генератора, поступающей на.входы счетчика, требует прин ти  специальных мер по запрещению.прохождени  импульсов программы или обратной св  зи в моменты, когда код одного счетчика равен N-1, а второго - -1, так как в противном случае при управ лении одиночными импульсами может по  витьс  дополнительна  ошибка. действительно, каждый импульс про граммы (или обратной св зи) измен ет начальную скважность переключени  вы ходного триггера, равную 2 при отсут ствии рассогласовани , на . В случае добавлени  программы (или импульсов обратной св зи) между импульсами холостой последова- . тельности генератора, в момент, когда код счетчика равен N-1 (или - - 1 дл ,другого счетчика), временный сдвиг измен етс  с лТ до . его половины. Может произойти так, что двум импульсам программы будет соответствовать один импульс обратной св зи, т .е. один импульс программы будет потер н. Кроме того, такое построение схемы измерени  с начальной установкой одного из счетчиков в состо ние сн.ижает зону линейного измерени  рассогласовани  вдвое и при этом на выходе фильтра при отсутствии рассогласовани  будет максимальный уровень пульсации, что требует увеличени  посто нной фильтра и, следовательно, приведет к ухудшению динамических свойств привода. Цель изобретени  - повышение бь1стродействи  и надежности электропривода и-его упрощение. Поставленна  цель достигаетс  тем что цифровой программный электропривод , содержащий узел синхронизации тактовые входы которого подключены к выходам генератора импульсов, а первый и второй выходы - к входам первого и второго счетчиков соответственно , и последовательно соединенные согласующий преобразователь,усилитель мощности, серводвигатель, датчик положени  и блок измерени  направ лени , знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с -управл ющим и первым информационным входом узла синхронизации, вторые информационные входы которого подключены к задающим входам электропривода , а выходы согласующего преобразовател  соединены с инверсными выходами первого и второго Д-триггегров , содержит два элемента НЕ, С-вход первого Д-триггера соединен с выходом первого счетчика через первый эле мент НЕ, с R-входом второго Д-триггера , подключенного Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера , R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-входом второго Д-триггера и с выходом второго счетчика, и тем, что Узел синхронизации содержит шесть элементов И-НЁ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с R-входами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ.подключены к выходам первого и второго элементов И-НЕ, а входы второго элемента ИЛИ к выходам третьего и четвёртого элементов И-НЕ, первые входы .первого и третьего элементов И-НЕ соединены с прй1«ым выходом п того Д-триггера, С-вход которого подключен к пр мому выходу шестого Д-триггера, первые входы второго и четвертого элементов И-НЕ соединены с пр мым выходом седьмого Д-триггера, подключенного С-входом к пр мому выходу восьмого Д-триггера , выходы п того и шестого элементов соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с пр мыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам шее- ого Д-триггера,второй тактовый входк R-входам п того и седьмого и к С-входам третьего и четвертого Д-триггеров , третий тактовый вход - к вторым входам п того и шестого элементов И-НЕ, а четвертый тактовый входк С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ - с управл ющими вхо;аами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера - с первым информационным входом узла. На фиг. 1 представлена функциона.пьна  схема электропривода; на фиг.2 схема блока измерени  направлени ; на фиг. 3 - временна  диаграмма работы электропривода; на фиг. 4 - диаграмма работы блока измерени  направлени . Электропривод (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов, шестой 2, п тый .3, восьмой 4 и седьмой 5 Д-триггеры, первый б, третий 7, второй 8 и четвертый 9 элементы И-НЕ, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, третий 12 и четвертый 13 Д-трйггеры,. п тый 14 и шестой 15 элементы И-НЕ, первый 16 и второй 17 счетчики, первый 18 и второй 19 Д-триггеры, первый 20 и второй 21 элементы НЕ, согласующий преобразователь 22, усилитель, 23 мощности,серводвигатель 24, датчик 25 положени , блок 26 измерени  направлени , выходы 27-30 генератора 1, выходы 31-34 соответственно Д-триггеров 2-5, задающие входы 35 и 36 электропривода, знако вые выходы 37 и 38 блока 26, выходы .39-42 соответственно элементов И-НЕ 6-9, выходы 43 и 44 элементов ИЛИ 10 и 11, выходы 45 и46 Д-триггеров 12 и 13, выходы 47 и. 48 элементов И-НЕ 14 и 15, выходы 49 и 50 счетчиков 16 и 17, выходы 51 и 52 элементов НЕ 21 и 20, выходы 53 и 54 Д-триггеров 18 и 19, выход 55 преобразовател  22, в ход 56 усилител  23, выход 57 серводвигател  24, выход 58 датчика 25,вы ход 59 блока 26 и узел 60 синхрониза ции . Блок 26 (фиг. 2) содержит элемент И 61-64, .RS-триггеры 65 и 66, элемен ты И 67-71, инвертор 72, элемент ИЛИ 73, формирователь 74, элементы ИЛИ 75 формирователь 76 и элемент ИЛИ 77. Электропривод работает следующим образом. В исходном состо нии при неподвиж ном двигателе и отсутствии задани  тригг1еры 2-5 установлены в О по вы ходам 31-34, триггеры 12, 13, 18 и 19 - в Г по выходам 45, 46, 53 и 54, коды обоих счетчиков (делителей) 16 и 17 равны 0. Элементы 14 и 15 от крыты дл  прохождени  импульсов гене ратора 1 с его выхода 29 на входы .счетчиков. Коды обоих счетчиков (вых ды 49 и 50) начинают увеличиватьс . При поступлении на входы счетчиков 16 и 17 по N импульсов, произойдет переполнение счетчиков и на их выводах по в тс  сигналы переноса. (Заметим, что в зависимости от конструкции счетчиков, на их выводах могут быть установлены элементы, выполн ющие роль инверторов, когда сигнал переноса организован в виде импульса нулевого уровн , формировател  импульса положительной пол рности или вовсе могут отсутствовать) Одновременное по вление импульсов 49 и 50 не изменит состо ни  триггеров 18 и 19, так как эти же сигналы через элементы НЕ 20 и 21 поступают на их входы R. Выходное напр жение на пыходе преобразовател  22 равно О и серводвигатель 24 остаетс  неподвижным. Частота следовани  импулъсов с выходов 49 и 50 счетчиков 16и 17 и, соответственно, частота переключени  триггеров 18 и. 19 j , где N - емкость счетчиков 16 и 17. В устройстве используетс  принцип широтно-импульсной модул ции с преоб разованием импульсов задани  с часто той fj и импульсов обратной св зи с частотой ffjc в фазовый сдвиг импульсо 49 и 50 друг относительно друга с последующим преобразованием этого сдвига с помощьютриггеров 18 и 19 и преобразовател  22 в. сигнал аналоговой или цифровой формы в зависимос ти от типа усилител  23.. По вление любого из импульсов f или f вызывает фазовый сдвиг между импульсами 49 и 50 на величину лТ , что обеспечиваетс  запретом на прохождение одного импульса генератора 1 с его выхода 29 на входы счетчиков 16 или 17. Рассмотрим это подробно. Пусть на входе 35 установлена 1, а на входе 36 - О (соответствует движению вперед). ПРИ по влении импульса f (фиг.З) по передне.му фронту сигнала 27 генератора 1 на выходах 31 и 33 триггеров 2 и 3 одновременно по вл ютс  сигналы единичного уровн . Длительность сигНсша на выходе 31 триггера 2 определ етс  длительность импульса f V По окончании импульса по переднему фронту сигнала 27 генератора 1 на выходе 31 триггера установитс  О. На выходе 33 триггера 3 длительность сигнала единичного уровн  равна половине периода сигнала 28 генератора 1 (О этого сигнала триггер 3 устанавливает-, с  в О по его выходу 33), 1 с выхода 33 триггера 3 через элемент И-НЕ 6, элемент ИЛИ 10 проходит нулем на R-вход триггера 12 и устанавливает его в О по выходу 45. Элемент И-НЕ 14 закрываетс  дл  прохождени  сигнала 29 генератора 1 на вход счетчика 16. Передним франтом сигнаша 28 генератора 1 триггер 12 возвращаетс  в 1 по его выходу 45, элемент 14 снова открываетс , при этом один импульс с выхода 29 генератора 1 на вход счетчика 16 не пройдет. Импульс 50 на 4Т опередит импульс 49. По переднему фронту импульса 50, триггер 19 переключитс  в состо ние О по его выходу 54, по переднему фронту импульса 49 этот триггер вернетс  в прежнее аосто ние. На выходе 55 преобразовател  22 по витс  управл ющий сигнал, который усиливаетс  по мощности, усилителем 23., серводвигатель 24 начнет вращатьс  таким Образом , что на выходе 38 блока 26 по витс  1, по витс  импульс fflcno переднему фронту которого на выходе 34 триггера 5 аналогично прохождению импульса fj по витс  1, котора  через элемент И-НЕ 9, элемент ИЛИ 11 установит триггер 13 в О по его выходу 46., элемент И-НЕ 15 закроетс  и один импульс выхода 29 генератора 1 не поступит на счетчик 17, временной сдвиг между импульсами 49 и 50 станет равным О, на выходе 55 преобразовател  22 сигнал также останетс  равным О, двигатель остановитс . При поступлении п импульсов fj ,серводвигатель повернетс  на угол, при котором с выхода 59 блока 26 поступит п импульсов foe. Измен   количество импульсов э, , измен ют величину угла поворота вала двигател , измен  

частоту следовани  импульсов f, измен ют скорость вращени  двигател .

Установкой 1 на входе 36 и О на входе 35 измен ют направление вращени  двигател .

Таким образом, количество импульсов генератора 1 с его выхода 29, не поступивших на входы счетчиков 16 или 17, преобразуетс  с помощью триггеров 18 и 19 во временной интервал, а затем с помощью преобразовател  22 в сигнал посто нного тока с учетом знака на выходе 53 триггера 18 или на выходе 54 триггера. 19).. В отличие от известных устройств максимальное значение временного интервала равно ± N дТ.

Кроме того, в этом случае отсутствует предварительна  установка счетчика 16 (или 17), а при нулевом рассогласовании пульсации в выходном напр жении преобразовател  22 отсутствуют .

При этом обеспечиваетс  следующа  последовательность включени  и выключени  триггеров 18 и 19. Если раньше по вл етс  импульс с выхода 49 счетчик-а 16, то при наличии 1 на выходе 54 триггера 19 на .выходе 53 триггера 18 устанавливаетс  О, который блокирует по Д-входу триггер 19. При по влении.импульса с выхода 50 счетчика 17 триггер 19 не изменит своего состо ни ,хот  на его С-входе по в-, л етс  импульс единичного уровн .

Одновременно этот же импульс инвертируетс  элементом НЕ 21 и устанавливает триггер 18 по его выходу 53 в

II 1 и.

J. .

Так как триггеры 18 и 19 переключаютс  по их С-входам по передним фронтам входных импульсов, состо ние триггера 19 не изменитс . Если же теперьраньше по витс  импульс на выходе 50 счетчика 17, то триггер 19 переключаетс  и на его выходе 54 по витс  О, триггер 18 по его Д-входу заблокирован. По вление импульса на выходе 49 счетчика 16 вернет в прежнее состо ние триггер 19, не изменив состо ни  триггера 18,

Частота переключени  триггеров 18 и 19г равна - , при этом переключаетс  только тот триггер, на С-вход которого раньше приходит импульс с выходов 49 (или 50) счетчиков 16 (или 17), ,

Наличие перекрестных св зей с выхода 53 триггера 18 на Д-вход триггера 19 и с выхода 54 триггера 19 на Д-вход триггера 18 обеспечивает ополнительный гистерезис и тем самым повышает помехозащищенность схемы, не требует дополнительной синхронизаци  их включени  и выключени , повышает вдвое зону линейного измерени  рассогласовани . Заметим, что привод обладает интегральной характеристикой - рассогласование любого знака запоминаетс  счетчиком 16 (или 17), преобразуетс  во временной интервал с помощью триггера 19 (или 18), преобразуетс  преобразователем 22 с учетом знака и подаетс  на усилитель мощности 23 дЛ  управлени  серводвигателем 24 таким образом, чтобы уменьшить его рассогласование до 0.,

Работа блока 26 (фиг. 2) по сн етс  фиг. 4.

С датчика 25 на входы блока 26 поступают пр мые сигналы f и f и . инверсные сигналы f и f, сдвинутые по фазе На 90 эл.градусов. На выходе 38 формируетс  сигнал единичного уровн  при работе Вперед (О на выходе 37) и 1 на выходе 37 при работе Назад, Формирователи 74 по передним фронтам сигналов f, f, f, f формируют 4-е импульса , которые через элемент 77 поступают на узел 60.

Электропривод предназначен дл  создани  след щих систем металлорежущих станков с числовым программным управлением, может найти применение в позиционных системах и точных системах регулировани  скорости различных машин и механизмов и  вл етс  быстродействующим и надежным.

Claims (2)

1. Цифровой программный электропривод , содержащий узел синхронизации , тактовые входы которого подключены к выходам генератора импульсов а первый и второй выходы - к входам первого и второго счетчиков соответственно , и последовательно соединенные согласующий преобразователь, усилитель мощности, серводвигатель, датчик положени  и блок измерени  направлени , знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с управл ющими и первым информационным входом узла синхронизации , вторые информационные входы которого подключены к задающим входа электропривода, а выходы согласующего преобразовате/1  соединены с инверсными выходами первого и второго Д-триггеров, отличающийс  .тем, что, с целью повышени  быстродействи  и упрощени  электропривода , он содержит два элемента НЕ, С-вход первого Д-триггера соедйне .Я с выходом первого счетчика черезпервый элемент НЕ, с R-входом второго Д-триггера, подключенного Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера, R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-вхрДОМ второго Д-триггера и с выходом второго счетчика.

2, Электропривод по п.1, отличаю щ и и с   тем, что, с целью повыиени  надежности электропривода, узел синхронизацииСодержит шесть элементов И-НЕ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с R-зходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам первого и. второго элементов И-НЕ, а входы второго э:г1емента ИЛИ ir выходам третьего и четвертого элементов И-НЕ, первые входы первого :И третьего элементов И-НЕ соединены с пр мым выходом п того Д-триггера, С-вход которого подключен ,к пр мому выходу шестого Д-тркггера, первые входы второго и четвертого элементов .И-НЕ соединены с прдаим выходом седЬмого Д-триггера,подключенного С-входом к пр мому выходу восьмого Д-триггера , выходы п того и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с пр мыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров

соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам ,шестого Д-триггера, второй тактовый вход к Я входам п того и седьмого и к С-входам третьего и четвертого Д-триг5 геров, третий тактовый вход - к вторым входам п того и шестого элементов И-НЕ, а четвертый тактовый вход - к С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов

0 И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ - с управл ющими входами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера - с первым информационным входом узла.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Слежановский О.В. и др. Устройства унифицированной блочной системы

Q регулировани  дискретного типа (УУБСР-Д), М., Энерги , 1975, с. 8, 73, 85, 159.

2.Михеев Ю.Е. и Сосонкин В.Л. Системы автоматического управлени 

5 станками, М.-, Машиностроение,

1978, с. 122, 126, 143-150 (прототип).

//J

3L

uli11

77

t/Л J

fuZ.