Устройство программного управления металлорежущими станками Советский патент 1985 года по МПК G05B19/18 

Изобретение относится к автомати ке, в частности к устройствам для программного управления металлорежущими станками. Цель изобретения - обеспечение у тойчивости системы управления и исключение колебательных режимов пр действии периодических возмущений, Что повьшает надежность работы устройства. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - его принципиальная схем на фиг. 3 ,б - временные графики работы устройства, где N, N, мощность резания, уставка мощности и мощность холостого хода главного привода; U - управляющее воздействие на привод подачи, ,( максимальное значение UQ, N,, , N N|,p - уставки, задаваемые в третьем и четвертом 6jioKe сравнения и соответствующие мощности врезания; мощности, при которой происходит возврат третьего блока сравнения к состоянию, подобному состоянию на холостом ходу главного привода; пре дельно допустимрй мощности, при которой происходит возврат четвертого . блока сравнения к состоянию, подобному состоянию на холостом ходу главного щэиврда; Nj - предельная мощность в перерегулировании, Ncp Ni) - сигналы, пропорциональные тек щему значению N, отфильтрованные при помощи нелинейного и линейного фильтров соответственно. Устройство содержит главньй привод 1j датчик 2 мощности, задатчик 3 мощности, первый блок 4 сравнения привод 5 Подачи второй блок 6 сравнения, генератор 7 импульсов, цифр аналоговый преобразователь 8, триггер 9, логический блок 10, третий 11 и четвертый 12 блоки сравнения, блок 13 ключей, нелинейный фильтр линейный фильтр 15, сумматор 16, интегральный регулятор 17, резисторы 18, конденсатор 19, стабилитр 20, задатчик 21 скорости, компарат 22, резисторы 23-25 и 27-30, компаратор 26, диод 31, диод 33, реле 32, реле 34, диод 35, конденсатор 36, диод 37, конденсатор 38, резистор 39. Схемная реализация блоков 4, 11 15 приведена на фиг. 2. Блок 4 сравнения состоит из сумматора 16 и интегрального регулятора 17 на операционных усилителях совместно с входными резисторами 18, конденсатором 19 обратной связи и ограничительного стабилизатрона. 20. Блоки сравнения 11 и 12 состоят из компараторов 22 и 26 на операционных усилителях совместно с соответствующими суммирующими входными цепями на резисторах 23-25 и 27-30 и диодом 35. Блок 13 ключей состоит из узла дешифрации полярности выходного сигнала блока 12 сравнения, выполненного на диодах 31, 33 и двухконтактных реле 32, 34, осуществляющих коммутацию в цепи обратной связи интегрального регулятора 17 в блоке 4 в цепи уставок. ии мин Nnj) в блоках 11 и 12. Выходной сигнал блока 4 соединен со входом задатчика 21 скорости привода 5 подачи. Нелинейный фильтр 14 состоит из фипьтр5гющего конденсатора 36 и диода 37, а линейный фильтр 15 из фильтрующего конденсатора 38 и резистора 39. Рассмотрим работу известного устройства при действии периодических возмущений (фиг. 1 и 2) с зашунтированными блоками 14 и 15 (фиг. За). До врезания сигнал с цифроаналогового преобразователя 8, соответствующий значению мощности холостого хода NIH главного привода 1 (фиг. 1), компенсирует в сумматоре 16 блока 4 сравнения сигнал с датчика 2 мощности. Таким образом, до врезания сигнал обрат- . ной связи равен нулю: N-Nxj 0. Сигналом NP задатчика 3 мощности интегральный регулятор 17 блока 4 открыт до уровня ограничения U ддд,, . определяемого порогом стабилизации стабилитрона 20. При сигналом -Nj,j, через сопротивления 24 и 25 (контакты реле 34, как будет видно из последукяцего, при этом замкнуты) компаратор 22 открыт до положительного уровня насыщения, большего чем сигнал -N. Вследствие этого компаратор 26 также открыт до отрицательного уровня насыщения, реле 32 отключено, а реле 34 включено. При врезании (момент t на фиг.За), как только сигнал обратной связи компаратор 2 достигнет зфовня N , меняет полярность, диод 35 закрывается и, вследствие очевидного наравенства , компаратор 26 также меняет полярность. При этом включается реле 32, отключается реле ЗА. В обратнзпо связь интегрального регулятора 17 включается разряженнь1Й конденсатор 19, предста ляющий собой в первый момент закоро ченяый участок электрической цепи, и поэтому выходной сигнал блока 4 ,ди.скачком снижается до нуля ;(момент .t, на фиг. За). Одновременн из-за отключений контакта реле 34, установка N, на входе компаратора 22-снижается до Мдд„„, а на входе ком паратора 26 создается дополнительная установка -Nj. Таким образо азрешенная зона работы линейного. интегрального регулятора 17 расширяется от Ni,H до Nnp N + Ш . По действием задающего сигнала - N интегральный регулятор увеличивает сигнал Ug до уровня, при котором среднее значение мощности резания N-Ny)( соответствует заданной. . При увеличении припуска обработки (момент t) с целью форсировки .переходных процессов и уменьшения перерегулирований принят следующий алгоритм: при достижении мощностью ;резания уровня Nnp NQ+ Nd компаратор 26 меняет полярность, включается реле 34, отключается реле 32 интегральньй регулятор 17 переводится в режим компаратора, и, вследствие действия N,сигнал скачком снижается до нуля. Перерегулирование форсированно устаняется (момент tj) и, как толйко вновь включается реле 32, отключается реле 34, и происходит переходный процесс, аналогичный рассмотренному при врезании (интерВ момент t. вал времени t однако, вследствие запаздывания мощ ности и увеличения амплитуды периодических возмущений из-за перехода . на больший припуск обработки мощность резания может-снизиться до зфовня N-Nyy Muif Это приводит к изменению полярностей сигналов компараторов 22 и 26, переключению реле 32 и 34 и в конечном счете - к периодическому автоколебательному процессу со значительными перерегулированиями и большой вероятностью поломки инструмента и узлов станка. Этот колебательный процесс неизбежен также при работе одно-, двухзубовой фреЗОЙ, при работе со значительным уровнем помех, всегда реально присутствующих в длинных цепях разводки по станку, и в других аналогичных случаях. . . Предлагаемое устройство с введенными блоками 14 и 15 работает следую-: щим образом (фиг. 36). Сигнал N на втором входе компаратора 22 при нарастании сигнала обратной связи N-N формируется без запаздывания, а при спадании снижается по экспоненте, постоянная времени которой определяется номинальными значениями конденсатора 36 и резистора 23. Несмотря на то, что в переходном процессе после наброса припуска (момент tj по фиг .Зб; значение мощности резания N-Nj, мич (момент .), компаратор 22 не меняет своего состояния, так как сигнал на втором входе ,.. Компаратор 22 будет подготовлен к следующему врезанию после окончания резания при Nq, , (момент t) . Линейный фильтр 15 уменьшает компаратора 26 четвертом входе амплитуду зубцовых возмущений и случайных высокочастотньк возмущений. Это позволяет снизить уставку N-ji и уменьшить перерегулирование в переходном процессе при набросе припуску.

Фиг.1

It FF

6x.

X. N-HK

16

L..

Лг S6/X.

i

4

7

.T

УСТРОЙСТВО nPOrpAJMMHOrO УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУ1 {ИМИ СТАНКАМИ, содержащее последовательно соединенные привод главного движения, датчик мощности, первый блок сравнения и привод подачи, а также последовательно соединенные генератор импульсов, цифроаналоговый преобразователь, второй блок сравнения и триггер, выход которого подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя, а второй вход - к выходу логического блока и третьему входу цифШ :: роаналогового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом первого блока сравнения, к второму входу которого подключен выход задатчика мощности, выход датчика мощности подключен к второму входу второго блока сравнения, и последовательно соединенные третий блок сравнения, четвертый блок сравнения и блок ключей, первый выход которого подключен к четвертому входу первого блока сравнения, второй выход к первому входу третьего блока сравнения, а третий выход - к второму входу четвертого блока сравнения,третий вход которого соединен с выходом задатчика мощности, а четвер(Л тый вход - с вторым входом третьего блока сравнения и вторым выходом первого блока сравнения, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, в него введены нелинейный и линейный фильтры, подключенные входами к второму выходу первого блока срав нения, выход нелинейного фильтра под/ СП ключен к второму входу третьего бло0 ка сравнения, выход линейного фильтра-к четвертому входу четвертого ; блока сравнения,.

ffttMi N,

ffffffj MUM

т/г.1

. I , , ,

тУтУт /l/4)). I

jvi ri

Л-ТТТ m-f-i Nan -I, X