Устройство для программного управления Советский патент 1984 года по МПК G05B19/18 

11 Изобретение относится к автоматике и, в частности, может быть исполь зовано для управления испытательными машинами с электрогидравлкческим приводом. Известно устройство управления ис пытательными машинами, содержащее дв задающих устройства, два суммирующих усилителя, ограничительное устройство, коммутаторы, исполнительный орган, объект управления (образец) и два датчика обратной связи - перемещения штока цилиндра и усилия v приложенного к образцу. С помощью задающего устройства, суммирующих усилителей и исполнитель ного органа регулируется состояние объекта по одному из датчиков обратной связи, выход которого подсоединен на второй вход первого суммирую цего усилителя (например, усилие, приложенное к образцу). В ограничительном устройстве предварительно за дается величина, соответствующая вто рому датчику обратной связи. Выход второго датчика обратной связи подсо динен к второму входу второго суммирующего усилителя.При превьшении выхо ного сигнала первого суммирующего усилителя, предварительно заданной величины в ограничительном устройстве передается управление с помощью коммутаторов на второй датчик обратной связи. Дальнейшее регулирование по второму датчику обрат ной связи осуществляется от второго задающего устройства ОВ процессе испытания возникает за дача неоднократной программно-управляемой передачи управления, Однако использование комбинированного управ ления вносит погрещйость в задание закона нагружения, а задание наперед заданной точки перехода к второму датчику обратной связи исключает возМожность программной передачи управления по другим критериям. Наиболее близким к изобретению яв ляется программный регулятор, содержащий генератор импульсов, депитель частоты, -коммутатор, реверсивный сче Чик, цифроаналоговый преобразователь суммирунщий усилитель, исполнительный орган, триггер, логический блок, блок управления, объект управления и датчик обратной связи. Перед работой триггер и счетчик сбрасываются в исходное состояние, логический блок 12 удерживает счетчик в режиме Сложение При этом коммутатор подсоединяет выход генератора к входу счетчика. При включелии устройства импульсы поступают на счетчик. Как только сигнал преобразователя превьппает сигнал датчика, на выходе суммирующего уси-лителя появляется сигнал, вызывающий срабатывание триггера, которьш переключает коммутатор, подсоединяя выход делителя частоты к реверсивному счетчикур а логический блок- к выходу блока управления для управления работой по программе. Состояние датчика обратной связи записано в реверсивный счетчик и устройство начинает работы по программе 7. Однако известное устройство не имеет возможности неоднократной программно-управляемой .безударной передачи сигналов управления с одного датчика обратной связи на другой, так как во время записи состояния сигналов нового датчика на входе исполнительного органа скачком меняется сигнал, что приводит к резкому изменению сигнала состояния объекта (удару). Цель изобретения - повьшение точности управления путем получения неоднократной программно-управляемой безударной передачи нового значения сигналов управления с одного датчика обратной связи на другой. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для программного управления, содержащее генератор импульсов, блок управления и последовательно соединенные делитель частоты, первый коммутатор первый реверсивньй счетчик, первьм цифроаналоговьй преобразователь, суммирующий усилитель, первьй блок триггеров и первый логический блок, выход которого подключен к второму входу реверсивного счетчика, выход датчика обратной связи соединен с вторым входом суммирующего усилитеЛЯ;, введены второй коммутатор, второй датчик обратной связи и последовательно соединенные третий коммутатор, второй реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь, второй суммирующий усилитель, второй блок триггеров и второй логический блок, выход которого подключен к второму входу второго реверсивного счетчика, выход датчика обратной связи подключен к второму входу второго суммирукщего усилителя, выходы первого и второго суммирующих усилителей подключены к первому и второму входам второрй коммутатора третий вход которого соединен с первым выходом блока управления и с вто рым входом первого и первым входом третьего коммутаторов, второй вход которого подключен к выходу.делителя частоты, а третьи входы первого и третьего коммутаторов соединены с выходом генератора импульсов, первый и второй входы блока управления соединены с выходами первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, второй выход блока управления соединен с вторым входом делителя частоты, выход второго коммутатора подключен к исполнительному органу, а первый выход блока управления соединен с вторым входами первого и второго логических блоков. На фиг. 1 представлена функционал ная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема бло ка управления на фиг. 3 -. функциональная схема коммутатора, на фиг, 4 - функциональная схема блока триггеров; на фиг. 5 - функциональная схема логического блока. Устройство содержит блок 1 управления, генератор 2 импульсов,делитель 3 частоты, коммутаторы 4 и 5, реверсивные счетчики 6 и 7, цифроаналоговые преобразователи 8 и 9, суммирующие усилители 10 и 11, блоки тригге- 35

ров 12 и 13, логические блоки 14 и 15, коммутатор 16, исполнительный орган 17, объект 18 управления, датчики 19 и 20 обратной связи. Блок управления вьшолняет функции 0 на задания программы управления для управляемого делителя 3, реверсивных счетчиков 6 и 7, логических блоков 14 и 15, сравнения задания реверсивного счетчика с его текущим значением, 5 выработки управляющего сигнала коммутатором 16 и переключения программы управления. Блок управления для однозонной испытательной машины, работающей в зоне 50 сжатия или растяжения и не имеющей знаковых разрядов в реверсивных счет- чиках 6 и 7 и цифроаналоговых преобразователях 8 и 9 (фиг. 2),, состоит из коммутатора 21, сумматора 22, двоич- 55 ного счетчика 23 и устройства 24 хранения программы. В блокуправления

приходят коды 25 к 26 с выходов реется с кодом задания, вырабатывается сигнал равенства кодов в сумматоре 22, по которому изменяется состояние счетчика 23. Изменяется код адреса

чен для формирования импульсов для 914 версивных счетчиков 6 и 7. В управляемый делитель 3 подается код 27, в логические блоки 14 и 15, KOMNryTaTOры 4, 5 и 16 - сигналы 28 и 29 режима, в логические блоки 14 и 15 - сигнал 30 сложения. Элементы 21-23 могут быть вьыолнены, например, на микросхемах серии 155, устройство 24 хранения программы - на микросхемах постоянного запоминающего устройства К556РТ4, оперативного aanot mмающего устройства или программныхпереключателях типа ПП10 с коммутатором на . микросхемах серии К155. Исходное положение в блоке управления устанавливается сигналом Начальная установка программы, по которому выходной код счетчика 23 устанавливается в О, устройство хранения программы вьщает коды из нулевого адреса. По сигналам 28 и 29, например, логический блок 14 и коммутатор 4 устанавливаются в режим управления, логический блок 15 и коммутатор 5 - в режим измерения, коммутатор 16 подключает к исполнительному органу сигнал с сумматора 10. По сиг.налу 28 код 25 счетчика 6 подключается к входам А сумматора 22 с помощью кбммутатора 21. Блок управления работает следующим образом. В процессе работы изменяется код 25 со счетчика 6. Направление счета на . сближение с кодом задания вьщается сумматором 22 в виде сигнала 30. Когда код 25 сравнивавходе устройства 24 хранения программы, которое выдает новые коды задания программы. Если передача управления с датчика 19 на датчик 20 не нужна, то сигналы 28 и 29 не изменяются. На вход В сумматора 22 поступает новый код задания, исчезает сигнал Равно, сигналом 30 задается направление счета, на сближение с кодом задания реверсивному счетчику 6. Если необходима передача управления с датчика 19 на датчик 20, сигналы 28 и 29 изменяются. По сигналу 28 подключается код 26 к входам А сумматора 22 с помощью коммутато-. ра 21. Дальнейшая работа осуществляется аналогично. Генератор 2 импульсов предназнареверсивных счетчиков 6 и 7 в режим измерения и управления. Он может быть вьтолнен на элементах серии К155. Управляемый делитель 3 частоты предназначен для деления частоты сл дования импульсов с генератора 2 по программе, задаваемой блоком 1 управления. Он может быть выполнен на микросхеме К155ИЕ8. Коммутаторы 4 и 5 предназначены для переключения последовательности импульсов, приходящих с генератора 2и управляемого делителя 3 на счет ные входы реверсивных счетчиков 6 и 7, и управления пуском в режиме управления. Они могут быть выполнен на элементах серии К155 (фиг. 3). К коммутатору 4(5) приходят сигнал 28(29) управления из блока 1 управлеяия и последовательности 31 и 32 импульсов с генератора 2 и делителя 3частоты соответственйо и выдается последовательность 33 импульсов на счетные входы реверсивных счетчиков 6 и 7. Реверсивные счетчики 6 и 7 предназначены для счета импульсов путем сложения или вьиитания в режимах управления или измерения. Они могут быть выполнены на микросхемах К155ИЕ7. Цифроаналоговые преобразователи 8 и 9 предназначены для преобразова ния кода реверсивных счетчиков 6 и в напряжение. Они могут быть выполнены при помощи устройств Ф7077. Суммирукщие усилители 10 и 11 предназначены для сравнения аналого вых сигналов цифроаналоговых преобразователей 8 и 9 и усилителей датчи ков 19 и 20 и усиления разностного сигнала. Они могут быть выполнены на микросхемах К553УД2. Блоки триггеров 12 и 13 предназна чены для формирования сигналов сложе ния и вьмитания для реверсивных счет чиков 6 и 7 из выходного сигнала суммирующих усилителей 10 и 11 . Бло триггеров (фиг. 4) состоит из предварительного усилителя 34, компарато ров 35 и 36, усилителей-формирователей 37 и- 38 и триггеров 39 и 40. В блок триггеров приходит сигнал 41 с суммирующего усилителя 10(11) и выдает сигналы вычитания 42 и сложения 43 в режиме измерения в логический блок 14(15). Блок триггеров работает следую , образом. Сигнал 41 усиливается предварительным усилителем 34 до величины, обеспечивающей устойчивую работу ко: параторов 35 и 36. Компаратор 35 имеет порог срабатывания в области положительных напряжений, компаратор 36 - в области отрицательных напряже НИИ. Усилители-формирователи 37 и 38 согласуют уровни напряжений компараторов с уровнями ТТЛ. Настройкой порогов срабатывания компараторов обеспечивается устойчивая зона О. Сигнал с компаратора 35, имеющего положительный порог срабатывания, поступает на триггер 39, формирующий сигнал 42 вычитания. Сигнал с компаратора 36, имеющего отрицательный порог срабатывания, поступает на триггер 40, формирующий сигнал 43 сложения. Для устранения помех триггеры 39 и 40 тактируются. Логические блоки 14 и 15 предназначены для формирования сигналов сложения и вычитания для реверсивных счетчиков в режимах управления и измерения с учетом знаков. В однозонной испытательной машине логический блок упрощается и его функция |Сводится к переключению сигналов сложения и вычитания в зависимости от режима. К логическому блоку 14(15) приходят сигналы вычитания 42 и сложения 43 для следящего режима из блока триггеров 12(13), сигнал 30 сложения и сигнал 28(29) управления режимом из блока 1 управления (фиг.5). Логический блок 14(15) выдает сигналы 44 и 45 в реверсивный счетчик 6(7). Логические блоки могут быть вьшолнены на микросхемах серии К155. Коммутатор 16 предназначен для переключения аналогового управляющего сигнала исполнительным органом 17 от суммирующих усилителей 10 и- 11 по сигналу 28 блока управления и представляет собой переключанлций контакт, управляемый одним сигналом. Коммутатор может быть выполнен на микросхеме К590КН2. Устройство работает следующим образом. Блоком 1 управления задается программа управления и обеспечивается управление в режимах: управления и измерения. Исходное состояние задается внутри блока управления выходом на начальный программы Остальные блоки устанавливаются в исходное положение по программе путем поочередного включения в режим измерения. По сигналу блока управления, например, коммутатор 4 я логический блок 14 устанавливаются в режим управления, коммутатор 5 и логический блок 15 - в режим измерения. Коммутатор 16 подключает сиг нал с сумматора 10 к исполнительном органу 17. По сигналу Пуск, посту пающему на коммутатор 4, импульсы с выхода генератора 2 через делител 3 частоты поступают на вход счетчика 6, соединенного с преобразовател 8, с выхода которого подаются на суммирующий усилитель 10, формирующий команду через коммутатор 16 исполнительному органу 17, воздействующему на объект 18. Состояние объакта контролируется датчиком 19 обратной связи, выход КОТО15ОГО соединен с вторым входом суммирующего ус лителя 10. В то же время контролируется состояние датчика 20 блоком триггеров 13, которые срабатывают на положительную или отрицательную разность суммирующего усилителя 11 и включают через логический блок 15 вычитание или сложение реверсивноге счетчика 7. Импульсы с выхода генератора 2, минуя делитель 3, пос тупают через коммутатор 5 в счетчик 7, который начинает работать в коренном режиме. Как только сигнал С преобразователя 9 становится равным сигналу датчика 20, на выходе суммирующего усилителя появляется сигнал, вызывающий срабатывание триг геров 13, которые запрещают прохождение импульсов на входе счетчика 7 Таким образом, записывается текущее состояние датчика 20 в счетчик 7. По программной команде блока 1 уп равления о передаче управления надатчик 20 обратной связи блокируется л гическим блоком 15 управление от блока триггеров 13, коммутатором 16 выход суммирующего усилителя 11 под ключается к исполнительному органу 17, разрешается управление логичееКИМ блоком 14 от блока триггеров 12 выход делителя 3 частоты подключает ся коммутатором 5 к входу счетчика 7, логический блок 15 включается на управление, В результате импульсы с выхода генератора 2 через делитель и коммутатор 5 поступают на вход сч чика 7, соединенного с преобразоват лем 9, с пыходп которого сигнал подается на суммирующий усилитель 11, фор№1рующий через коммутатор 16 команду исполнительному органу 17, поздействующему на объект 18. Теперь состояние объекта контролируется датчиком 20 обратной связи. Устройство продолжает выполнять заданную программу. Состояние датчика 19 записывается в счетчик 6 с помощью блока триггеров 12, логического блока 14, коммутатора 4, цифроаналогового преобразователя 8 и суммирующего ycилитeл 10. Передача управления на датчик 19 аналогична . Применение предлагаемого устройства позволяет программно задавать закон нагружения, комбинируя управление от разных датчиков обратной связи, что расширяет возможности осуществления методик испытания, дает возможность достоверного повторения программы нагружения, предохраняет объект управления (образец) от повреждений при передаче управления, т.е. осуществлять безударный зажим образцов, проводит-ь без остановки испытания образцов на растяжение с передачей управления на другой датчик в зоне пластической деформации согласно ГОСТ 1497-73, проводить испытания образцов на малоцикловую и многоцикловую усталость, комбинируя мягкий и жесткий режимы по программе. Кроме того, за счет высокой достоверности при статических испытаниях, исключения потерь времени при переходах с датчика на датчик и увеличения скорости нагружения образца в пластической области предлагаемое устройство позволяет повысить произэрдительность испытательных машин на 20% и соответственно увеличить эф- фективность их работы. Работа устройства проверена на макете разрывной машины. Устройство использовано в разработке универсальной машины на растяжение-сжатие усилием 10000 кН, установки ИТП-600 и изгибной машины. Предлагаемое устройство не требует специальной синхронизации. Минимальный период следования импульсов генератора должен быть больше задержки прохождения сигнала переключения режимов, последняя должна быть меньше времени реакции управления с исполнительным органом на управляюсций сигнал.

(риг.7

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее генератор импульсов, блок управления и последовательно соединенные делитель частоты, первый коммутатор, первый реверсивный счетчик, первый цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель, первый блок триггеров и первый логический блок, выход которого подключен к второму вхо ду реверсивного счетчика, выход датчика обратной связи соединен с вторым входом суммирующего усилителя, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности управления, в него введены второй коммутатор, второй датчик обратной связи и последо-t вательно соединенные третий коммутатор, второй реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь, второй суммирующий усилитель, второй блок триггеров и второй.логический блок, выход которого подключен к второму входу второго реверсивного счетчика, выход датчика обратной сйязи подключен к второму входу второго суммирующего усилителя, выходы первого и второго суммирующих усилителей подключены к первому и второму входам второго коммутатора, третий вход которого соединен с первьм выходом блока управления с BTOpbiM входом первого и первым входом третьего коммутаторов, вто(Л рой вход которого подключен к выходу делителя частоты, а третьи входы первого и третьего коммутаторов соединены с выходом генератора импульS сов, первый и второй входы блока управления соединены с выхода1 4и первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, второй выход блока управления соединен с вторым входом ел со делителя частоты, выход второго коммутатора подключен к исполнительному органу, а первый выход блока управления соединен с вторыми входами первого и второго логических блоков.

25

26

22

21

Hatta bHCf усл70мов а / ро joafi

27

т

24

26

29

JO

(z.2

28(29)

J/ 32

JJ

)

fft/Cf

fM.2. J

Фиг.4

Фиг.5