Экстремальный регулятор режима обработки на металлорежущих станках Советский патент 1983 года по МПК G05B19/39 B23Q15/02 

Изобретение относится к автомати ческому управлению технологическими процессами металлообработки и может быть применено в станкостроении для повышения производительности металлорежущих станков, например, при обработке шлифованием. Для ряда станков, в частности плоскошлифовальных с круглым столом и горизонтальным шпинделем, показатель производительности (себестоимости) обработки обладает максимумом (минимумом) относительно скорос |ТИ подачи. . Положение экстремума изменяется при изменении параметров режима резания. Для повышения производительности станков в процессе обработки автома тически изменяют скорость привода подачи стола так, чтобы поддерживат показатель производительности (себе стоимости) обработки в области его максимального (минимального) значения несмотря на изменёние параметро режима резания. Известно устройство с независИ1«и поиском, содержащее два релейных блока, в цепях обратных связей кото рых включены интеграторы, выход одного из блоков подключен к первому поляризованному реле, а выход друго го через последовательно соединенны инвертирующий усилитель и замыкающи контакт первого поляризованного рел подключен к второму поляризованному реле, контакты которого подключены к исполнительному механизму 1 . Недостатками этого устройства яв ляются сложность настройки и невысо кая точность работы в системах управления станками. Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности является система автоматическоЙ оптимизации, содержащая последовательно включенны первый импульсный элемент, запоминающее устройство, элемент сравнени сигнум реле, второй импульсный элемент и исполнительный механизм, причем выход первого импульсного элемента соединен с дрУгим входом элемента сравнения 2 3. Недостатками известной системы являются сложность настройки, невысокая точность работы и невозможность управления инерционными объектами . Цель изобретения - повышение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что экстремальный регулятор режима обработки на металлорежущих станках, содержащий последовательно включенные цифровой датчик регулируемого параметра, первый регистр, .первый блок сравнения, логический блок, первый аналоговый ключ, интегратор, тиристорный преобразователь и двигатель перемещения стола, последовательно включенные тактовый генератор и блок коммутации, первый выход которого подключен к управляющему входу первого регистра, а также цифровой датчик оборотов двигателя перемещения стола и второй аналоговый ключ, вход и выход которого подключены соответственно к второму выходу логического блока и к входу интегратора, содержит второй регистр, второй блок сравнения и последовательно включенные блок вычитания, третий блок сравнения, преобразователь код - напряжение и четвертый блок сравнения, выходом подключенный к управляющему входу тактового генератора, причем выход цифрового датчика оборотов двигателя перемещения стола через последова-тельно соединенные второй регистр и второй блок сравнения подключен к второму входу логического блока, второй выход блока Коммутации подключен к управляющему входу второго регистра, а входы блока вычитания соединены с выходами соответствующих разрядов первого регистра. На чертеже представлена схема регулятора. Регулятор содержит цифровой датчик 1 регулируемого параметра, цифровой датчик 2 оборотов двигателя перемещения стола,первый 3 и второй 4 регистры,, тактовый генератор 5, блок 6 коммутации, блок 7 вычитания, третий блок 8 сравнения, преобразователь 9 кед - напряжение, четвертый 10, первый И и второй 12 блоки сравнения, логический блок 13, первый 14 и второй 15 аналог узые ключи, интегратор16, тиристорный преобразователь 17 и двигатель 18 перемещения стола. Регулятор работает следующим образом. В процессе обработки детали на станке производятся измерения, показателя эффективности обработки э и скорости вращения стола V цифровые значения которых устанавливаются на выходах датчиков 1 и 2 соответственно Последовательно прсшсдятся два измерения величин 3 и V , э и ui Результаты измерений в двоичных кодах записываются в регистры 3 и 4. Управление записью кодов величин Л и J в соответствующие ячейки регистров осуществляется с помощью блока 6, на вход которого поступают илтульсы от генератора 5. с приходом первого импульса генератора 5 с блока 6 поступает сигнал на шины записи первых ячеек регистр.ов 3 и 4, осуществляется запись кодов величин 0 и Vj . С приходом второго импульса генератора 5 производится запись кодов величин 3 ,

и Vjf во вторые ячейки pei-истров 3 и 4.

В результате на выходах регистров 3 и 4 появляются цифровые значения величин 0 , Vj Vj в двоичных кодах, которые пс ступают на блоки 11 и 12. На. выходах этих блоков формируется единичный сигнал, если числовое значение величин в (i+l)-M измерении больше, чем в i -м, и нулевой сигнал в противном случае, т.е. блоки сравнения проводят анализ знаков приращений sign лЭ и signaV величин 3 и V , причем положительному приращению соответствует единичный сигнал на выходах.

Сигналы с выходов блоков 11 и 12 ,поступают в логический блок 13, который на выходе формирует единичны сигнал (0) при совпадении входных величин (обе нули либо обе

единицы) и сигнал () в противоположном случае. Сигнал является командой на увеличение угловой скорости привода стола, а сигнал f-1 - командой на уменьшение скорости.

Сигналы и 1 с выходов блока 13 поступают на ключи 14 и 15 соответственно, которые в зависимости от значения сигналов и f осуществляют подключение к входу интегратора 16 Постоянного напряжения положительной или отрицательной полярности. На выходе интегратора напряжение будет либо линейно возрастать, либо линейно уменьшаться в зависимости от положения рабочей точки на характеристике Э:: (V) и направления ее движения

Напряжение с интегратора Г6 поступает в цепь задания напряжения преобразователя 17, вызывая соответствующее изменение угловой скорости двигателя 18.

При перемещении.рабочей точки по левой ветви экстремальной характеристики, обладающей максимумом, по направлению к этому максимуму параметры D и V увеличиваются, т.е. имеют место неравенства Э 1 D и v-. V. . На выходах блоков 11 и 12 установятся сигналы sign лЭ 1 и sign ДУ 1,а сигнал .-.1 на выходе блока 13 вызовет подключение к входу интегратора 16 постоянного напряжения отрицательной полярности. На выходе интегратора напряжение, поступающее в цепь задания скорости .электропривода, будет линейно возрастаквдим, т.е. будет поступать команда на дальнейший разгон привода. В процессе разгона рабочая точка пройдет точку экстремума функции (V) . При этом результаты измерений величин Э и V будут следующими: J,4. Э и V,. ;,- . На выходе блок 11 появится сигнал signu3 О, а на выходе блока 12 - сигнал signAV 1

В этом случая сигнал на виходе блока 13 вызовет подключение к входу интегратора 16 постоянного напряжения положительной полярности. Напряжение на выходе интегратора будет

линейно уменьшаться, т.е. начнутся замедление привода и движение рабочей точки по правой ветви экстремальной характеристики по направлению к максимуму.

Q При вторичном прохождении рабочей точкой точки экстремума результаты измерений величин Э и V будут следукицими: Э- о- и V. V.j . в соответствии с этим произойдет измег нение сигналов на выходах блоков 11 и 12, а сигнал на выходе блока 13 подаст команду на разгон привода. Таким образом, система постоянно работает в режиме поиска и поддержания 3KCTpeMiMa функции D V)

, Аналогичным образом осуществляется, поиск минимума функции (V) ., (при оптимизации по критерию себестоимости) . В этом случае необходимо проr извести переключение сигналов, поступающих на входы блока 1.Т, подавая значение на первый вход, а Э - на второй. При этом единичный . сигнал на выходе блока 11 будет соотв-этствовать уменьшению показателя D .

Из описанного выше следует, что для осуществления поиска экстремума показателя эффективности обработки анализируются знаки приращений ре5 Еулирующего параметра V и регулируемого параметра 3(V). Такой способ . управления обусловлен особенностями . системы управления металлорежущим станком, содержащей инерционности

0 интегратора, тиристорного преобра.зователя, двигателя, редуктора и Стола плоскошлифовального станка с деталью. Для такого объекта управления при движении рабочей точки к

5 точке экстремума, например, справа, после прохо.ждения экстремума и изменения задающего воздействия электропривод будет некоторое время продолжать движение в прежнем направле,j. НИИ и приращение показателя эффективности (при поиске максимума) будет оставаться отрицательным. Если не контролировать знак приращения управляющего параметра V , то в устройстве произойдут ложный реверс

55 и изменение управляющего воздействия, направленного в сторону ухода от экстремума. Б дальнейшем такие ложные реверсы будут повторяться и регулятор не обеспечит работу станка

60 в области экстремума показателя эффективности. При учете знака упранляквдего параметра V (как в предлагаемом регуляторе) ложных реверсов . не будет, поскольку при signAD 7 и

5 signuV 1;Е 0 и регулятор продолжает работу в том же направлении, т.е. в направлении к экстремуму. Для снижения потерь на рыскание при переходе от пологого экстремума функции (V) к явно выраженному применена схема изменения генератора 5. В процессе поддержания экстремум показателя эффективности обработки значения показателя Э в двух последовательных циклах измерений D- и 3{4f устанавливающиеся на выходе регистра 3, подаются на блок 7, опр деляюций величину приращения . j, Эта величина поступает на блок 8, на который подается такж заданное допустимое значение колеба ний показателя лЭдд,. На выходе блока 8 формируется цифровой код, пропорциональный разности который преобразуется в напряжение преобразователем 9. Сигнал 0, поступает на блок 10, где вычитается из задающего напряжения Uj . Сигнал напряжения ,-U.jопределяет частоту генератора ь, который является генератором, управляегФюл напряжением. При выходе в область экстремума показателя Э , если этот экстремум пологий, на выходе блока 8 цифровой код (й31 р„-аэ) 0, а на выходе преобразователя 9 и« 0. Этот сигнал вычитается из U и снижает напряжение и, понижая частоту генератора 5. Если экстремум явно выраженный, то (ЛЭдо„-лЗ) 0 и и,,0. В этом случае напряжение U-j добавляется к сигналу Ujl (-0.j ) , что увеличивает частоту .генератора 5. При. этом уменьшается время между двумя после;Цовательными измерениями величин ЗиЛ/, а следовательно, и время интегрирования интегратора 16, т.е. произойдет уменьшение шага поиска, что повысит точность поддержания экстремума. . Таким образом, предлагаемый регулятор позволяет уменьшить потери на рыскание при переходе от пологого экстремума к явно выраженному, Кроме того, он значительно повышает точность поддержания экстремума по- казателя (V) и делает управление более гибким.

ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛHOtoP РЕЖИМА ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ, содержащий последовательно, включенные Щ1ФРОВОЙ датчик регулируемого параметра, первый регистр, первый блок сравнения, логический блок, первый аналоговый ключ, интегратор, тиристорнкй преобразователь и двигатель перемещения стола, последовательно включенные тактовый генератор и блок коммутации, первый выход которого подключен к управляющему входу первого регистра, а цифровой датчик оборотов двигателя перемидения стола и второй аналоговый ключ, вход и выход которого подключены соответственно к второму выходу логического блока и к входу ;интегратора, отличающийся тем, что, с целью повьаиения точности, в него введены второй регистр, второй блок сравнения и доследовательно включенные блок вычитания, третий блок сравнения, преобразователь код - напряжение и четвертый блок сравнения, выходом подключенный к управляющему входу тактового генератора, причем выход цифрового датчика оборотов двигателя перемещения ) стола, через последовательно соеди(Л ненные второй региетр и второй блок сравнения подключен к второму входу с логического бйока, второй выход блока коммутации подключен к управляю.щему входу второго регистра, а входы блока вычитания соединены с выходами соответствующих разрядов первого регистра.