Число-импульсный следящий электропривод Советский патент 1986 года по МПК G05B11/01 

1 . 1

Изобретение относится к строительной и станкоинструментальной технике и может найти широкое применение в промьшленных манипуляторах, станках с числовымпрограммным управлением, координатографах и т.д.

Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия электропривода .

На фиг, 1 приведена структурная схема электропривода; на фиг. 2 - структурная схема блока задания программы; на фиг. 3 - структурная схема блока синхронизации; на фиг. 4 - , структурная схема первого коммутатора; на фиг. 5 - структурная схема второго коммутатора; на фиг. 6 структурная схема формирователя импульсов .

Устройство содерлшт блок 1 задания программы, блок 2 синхронизации, первый 3 и второй 4 коммутаторы, второй реверсивный счетчик 5, первый элемент ИЛИ-НЕ 6, цифроаналоговый преобразователь 7, сумматор 8, регулирующей блок 9, усилитель 10 мощности, электродвигатель 1, датчик 12 тока, редуктор 13, объект 14 регулирования, датчик 15,скорости, датчик 16 перемещения, формирователь 17 импульсов, первый реверсивньш : счетчик 18, преобразователь код-частота 19, второй элемент ИЛИ-НЕ 20, триггер 21, элемент И 22, задатчик 23 начала отсчета, первый 24, второй 25 и третий 26 выходы блока 1 задания программы, первый выход 27 формирователя 17 импульсов, выход 28 элемента И 22, Нервьй 29, второй 30 и третий 31 выходы блока 2 синхронизации, второй выход 32 формирователя 17 импульсов, первьш 33, вто- р.ой 34 и третий 35 выходы первого коммутатора 3,.первьш 36 и второй 37 выходы второго коммутатора 4, выход 38 второго элемента ИЛИ-НЕ 20, выход 39 триггера 21 , выходы 40 и 41 датчика 16 перемещения, генератор 42 импульсов, задатчик 43 скорости, делитель 44 частоты, элементы И 45 и 4 б5 элемент ИЛИ 47, триггер 48, элементы И-Шта 49 - 51, блок 52 памяти, элементы ИЛИ 53 и 54, переключатели 55 59, триггеры 60 - 62, элементы И 63 65, генератор 66 импульсов, распределитель 67 импульсов, мультиплексор 68, дешифратор 69, элементы И-ИПИ 70 и 71, элемент ИЛИ 72, элементы 73 и 74 задержки, блок 75 оп33099а

ределения знака, элементы НЕ 76 и 77, элементы И-ИЛИ 78 и 79, триггер 80, второй элемент НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 81, элемент ИЛИ 82, элементы И-ИЛИ 83 и 5 84, частотные фильтры 85 и 86, элементы НЕ 87 к 88, элементы 89 - 92. формирования импульсов по переднему фронту входного сигнала, элементы И-ИЛИ 93 и 94, триггер 95, элемент О ИЛИ 96, общая шина 97.

Показаны также сигнал х на первом выходе 24 блока 1 задания программы, сигнал X на втором выходе 32 формирователя 17 импульсов, сигналы 5 X и х на первом 29 и втором 30 выходах блока 2 синхронизации, сигнал X 5 на выходе 38 элемента 20, сигналы у, s у , У на первом 33, втором 34 и третьем 35 выходах перво- 20 го коммутатора 3, сигнал х на выходе 39 .триггера 21, -сигнал у на третьем выходе .3 блока 2 синхронизации, сигналы у , у на первом 36 и втором 37 выходах второго комг-гу- 25 татора 4.

Блок 1 задания программы (фиг.2) содержит генератор 42 импульсов, задатчик 43 скорости. Делитель 44 частоты, элементы И 45 и 46, элемент 30 ИЛИ 47, триггер 48, элементы И-ИЛИ 49,- 51, блок 52 памяти, элементы ИЛИ 53 и 54, переключатели 55 - 59, общую ш;ину 97, задатчик 23 начала отсчета.

Блок 2 синхронизации (фиг.З) содержит триггеры 60 - 62, элем енты И 63 - 65, генератор 66 импульсов и распределитель 67.

Первый коммутатор 3 (фиг.4) со- Kj держит мультиплексор 68 и блок 75 определения знака. В свою очередь мультиплексор 68 содержит дешифра-; тор 69,, элементы И-ИЛИ 70 и 71, элемент ИЛИ 72, и элементы 73 и 74 за- .f держки.) а блок 75 определения знака-содержит элементы НЕ 76 и 77, элементы И-ИЛИ 78 и 79 и триггер 80.

Второй коммутат,ор 4 (фиг. 5) содержит элемент НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 81 ,

элемент ИЛИ 82 и элементы И-ИЛИ 83 и 84.

Фop даpoвaтeль 17 импульсов (фиг.6) содержит частотные фильтры 85 и 86, элементы НЕ 87 и 88, элементы 89 55 92 формирования и fflyльcoв по переднему фронту входных сигналов, элементы И.-Ж(И 93 94, триггер 95, элемент ИЛИ 96.

3

Электропривод работает следующим образом..

.С блока 1 задания программьт задается ручной Р или автоматический А режимы работы электропривода ус- тановкогт переключателя 57 .в соответствующее положение. В ручном ре-, жиме установкой переключателя 58 в положение П или С задается режим позиционирования или слежения, Скорость перемещения объекта 14 регулирования, в ручном режиме задается задатчиком 43 скорости (задается коэффициент деления частоты импульсов на выходе генератора 42 дел

телем 44 частоты). При замыкании переключателей 55 и 56 сигнал зйда- ния подается унитарным кодом через открытые элементы И 45,(46), ИЛИ 47 И-ВДИ 50 на выход 25 блока 1 задания программы. Знак направления пермещения задается замыканием соотвествующего переключателя 55(56). При этом триггер 48 устанавливается в соответствующее состояние и сигнал с его выхода поступает на выход 24 блока 1 задания программы.

Установка начала отсчета в элект- роприводе производится в ручном ре- .жиме замыканием переключателя 59, 30 При этом командой Уст.О реверсивные счетчики 5 и 18 устанавливаются в нулевое состояние. Установка нуля производится также автоматически выходным сигналом задатчика 23 нача- 35 ла отсчета при нахождении объекта 14 регулирования в начальной точке. В автоматическом режиме подключается блок 52 памяти, который хранит и выдает программы унитарным кодом и 40 который выдает также сигнал режима работы электропривода (следящий 1 или позиционирования О) . Блок 2 синхронизации исключает одновременное появление импульсов на его выхо- 45 дах при совпадении их во времени на входах с целью исключения работы реверсивных счетчиков 5 и 18. По переднему фронту входных импульсов триггеры 60 - 62 устанавливаются в 50 единичное состояние. На выходах элементов И 63 - 65 появляются импульсы, разделенные на период следования импульсов на выходе генератора 66 импульсов. При этом триггеры 60 - S5- 62 устанавливаются в нулевое состояние выходными импульсами блока 2 синхронизации.

Произвольность закона изменения сигнала задания определяет большое многообразие условий работы электропривода. Для правильного функционирования электропривода сигнал рассогласования по углу Ач должен быть всегда представлен в прямом позиционном коде с соответствующим знаком. При задании величин перемещения объекта 14 регулирования унитарным кодом алгоритм определения сигнала рассогласования реверсивным счетчиком 5 олределяется знаками сигналов задания, обратной связи и рассогласования.

Сигнал у, несущий информацию о знаке сигнала рассогласования электропривода, формируется на третьем выходе 35 первого коммутатора I в зависимости от сигналов х , х, на

3 1

первом 29 и втором 30 выходах блока синхронизации при сигнале х на выходе- 38 элемента ИЛИ-НЕ 20, равном единице (х 1).Логические выражения для определения знака сигнала рассогласования имеют следующий вид:

у

3

X X X,

-. 1 ь

X,. (х, х + );

У,

X, Х,Х + ХХХ

3 .S ч а S

X (х,Хз +

X, ).

г л

(2)

где V - сигнал на третьем выходе 35 первого коммутатора 3, х, х, х,,х х - сигналы, соответственно, на первом выходе 24 блока i задания программы, на втором выходе 32 формирователя 17 импульсов, на первом 29 и на втором 30 выходах блока 2 синхронизации, на выходе 38 второго элемента И-ИЛИ 20.

Из выражений () и (2) следует, что если X 1 , то первьй выходной сигнгш х блока 2 синхронизации устанавливает знак сигнала у равным сигналу х , а второй выходной сигнал X блока синхронизации устанавливает знак сигнала у равным сигналу х,. Блок 75 определения знака первого коммутатора 3 синтезирован в соответствии с выражениями (1) и (2). Режим работы первого реверсивного счетчика 18 (суммирование или вычи.тание сигналов у

и у

поступающих

на его входы) определяется вщ1,ом со-- отношения знаков сиг налов х , х и у., на входах дешифратора 69.

Число различных комбинаций двоичных сигналов х, X ,у, на входах дешифратора 69 равно N 2 8. Логические выражения, определяющие сйстояние сигналов х , х,, у на входах дешифратора 69, имеют следующий вид:

d, х, d й,х,,у,.; 3 ,,У, ; . 5с, ;

5 ; 6 Д

d, dg ,

Из всего множества указанных сос- тояний d I d , j dg}попарно эквивалентны следующие состояния: d, d,,

1 О

d d,, d,, d , которые соответствуют работе электропривода во всех четырех квадрантах его механической характеристики и имеют .место при знакопеременных входных импульсных сигналах, а также при переменных, параметрах электропривода (моментов инерции I и сопротивления

М,).

,Рассмотрим, возможные состояния электропривода В Ъ., ..-., Ъ и соответствующие им режим работы второго реверсивного счетчика 18.

Первый резким:Ъ d V dg (х А/ X -V у ) - разгон электропривода с постоянным ускорением или установившийся процесс в электропри- воде.с пропорциональным регулирующим блоком при формировании скачкообразного сигнала задания по положению. Требуемый режим работы второго реверсивного счетчика 18 - суммировани импульсов сигнала у и вычитание импульсов сигнала у , поступающих соответственно с первого 33 и с второго 34 выхода первого коммутатора 3

Второй режим: Ъ d, V d (х X © ) - (процесс торможения электропривода при смене знака сигна- ла рассогласования в первом режиме (при состоянии Ь )или отработка сигна ла задания по положению с перерегулированием. Требуемый режим работы второго реверсивного счетчика 18 суммирование импульсов сигнала у и вычитание импульсов сигнала у , пос- тупающих соответственно с второго 34 и первого 33 выходов первого коммутатора 3,

Третий режим; Ь,, d, V d (х w у ® х ) - состояние электропривода при изменении знака сигнала задания х , в первом режиме (при состоянии Ъ,) . Требуемый режим работы второго реверсивного счетчика 18 - вычитание импульсов сигналов у и yj, поступающих соответственно с первого 33 и второго . 34 выходов первого коммутатора 3.

Четвертый режим: Ьц d, V d. (х -v у © X ) - состояние электропривода при смене знака сигнала задания X во втором режиме (при состоянии Ь, ) . Требуемый режим работы второго реверсивного счетчика 18- суммирование тшульсов сигналов у,,

Н

и у 5 поступающих соответственно с первого 33 и второго 34 выходов первого коммутатора 3.

Исходя из указанных режимов работы первого реверсивного счетчика 18.составляют логические условия осуществления реядама суммирования

импульсов сигналов у :

н

(d, 4- d,, + d + dj.x, у . (3)

соответственно, режима суммирования импульсов сигналов у.

(ds - d, + d -«-.dj X,, у. (4)

Из выражений (3) и (4) режим суммирования импульсов сигналов у и

ц Уд определяется выражением:

У, (d, + d)x +(d -ь + + (d + d,)(x + х,) b х + + х + b(xj + X,,). (5)

Логическое выражение релшма вычитания импульсов сигналов у , у следующее

у,-, + s - б

Мультиплексор 68 первого коммутатора 3 синтезирован в соответствии с выр:ажениями (5) и (6).

Дгш получения астатизма по поло- ж@нию в режиме сложения используется пропорционально-интегральный закон регулирования положения. Сигнал задания скорости электройривода на выходе регулирующего блока 9 с раздельным формированием пропорциональНОИ и интегральной составляющих имеет вид:

и и -t- Ц, K,dv+ , (7)

где К, К коэффициенты передачи; пропорциональной и интегральной составляющих сигнала задания скорос ти электропривода, соответственно; сигнал рассогласования

по положению. Пропорционально-интегральный

кон регулирования вида

и ( K jAVdt)K

можно получить, используя второй реверсивный счетчик 5 и прео бразо- ватель код-частота 19 и цифроаналоговый преобразователь 7, где К , Ку - коэффициенты передачи преобразователя код-частота 19 и.цифроана- логового преобразователя 7,

Меняя коэффициент К,.можно изменять модуль интегральной составляющей регулирующего воздействия U. Легко показать, что управляющее воз- действие .(8) равно выражению (7)

«

при условии

к, к, и к ,.

В установившемся режиме и (K3|a4 dt)K K furdt,

так как ДЧ О,

Логические выражения для формирования сигнала х на выходе 39 триггера 21 имеет следующий вид:

6 уУт

. у,

где X., - сигнал на первом выходе 36 второго коммутатора 4; у - сигнал на третьем выходе 35 первого коммутатора 3.

Режим работы счетчика 5 определяется состоянием сигналов х и у, .

Число различных комбинаций сигналов х, и у. равно четырем, однако , , и Xgy . , поэтому если Xg /V у , то второй реверсивный 55 счетчик 5 производит суммирование сигнала х, и сигнала рассогласования uif а если Xg - у , то вычитание. Таким , логическое выражение режима суммирования второго реверсивного счетчика 5 имеет следующий вид:

У. (У,

х)(у + У) +

+ (у, & У, )у, ,

1 о о

(9)

а режима вычитания

у„ (у, -х)У5 + (У, ©У,)

Ч

(10)

20 . 25

Q

35

40

45

55 где у , у - сигналы на выходах 36 и 37 второго коммутатора 4;

у - сигнал на третьем выходе 35 первого коммутатора 3;

X, - сигнал на выходе 39

триггера 21; у , у - сигналы на выходах 33

и 34 первого коммутатора 3;

у - сигнал на третьем выходе 31 блока 2 синхронизации.

Второй коммз татор 4 С1П тезирован согласно выражениям (9) и (10).В режиме позиционирования интегральный сигнал и. не нужен, поэтому нулевым сигналом с третьего вькода 26 блока I задания программы закрыт элемент И 22, который отключает выходной сигнал преобразователя код- частота 19 от третьего входа блока 2 синхронизации. В этом случае следящий электропривод реализует пропорциональный закон регулирования положения. Второй реверсивный счетчик 5 накапливает сигнал рассогласования .

Формирователь 17 импульсов работает следующим образом.

Датчик 16 перемещения фop шpyeт на своих выходах два импульсных сигнала, сдвинутые по фазе на 90° . Обозначим эти импульсные сигналы переменными Z , Z. Последовательность смены комбинаций выходных сигналов Z,, Z формирователя 17 импульсов при вращении вала электродвигателя 1I в одНу сторону имеет вид:

,, , z,,

а при вращении в другую сторону имеет вид:

z,,, .

Из выражений (11) и (12) видно, что последовательность смены комбинаций сигналов Z , Z соответствует направлению вращения вала, причемs каждая из комбинаций отличается от предыдущей состоянием одного из сигналов Z или Z. Логические выражения, описывающие функционирование формирователя 17 импульсов имеют 5 следуюЕ(ий вид:

77 +77 +77 1 i 1 а

Z

Z,.

+ Z, Z + Z,, Z + Z,, Z W,

где Z, , Z,j,Z, , Z7 дополнительные сигналы, сформированные элементами формирования импульсов по переднему фропту входного сигнала 89 - 92;

W, W выходные сигнгшы, соответствующие направлению вращения вала электродвигателя 11.

Триггер 95.запоминает направление перемещения, элемент ИЛИ 96 суммиру- ет импульсные сигналы, частота выходного импульсного сигнала х в.. четыре раза вьш1е входного сигнала Z, так как импульсы формируются по передним и задним фронтом сигналов Z , Z . Следящий электропривод содержит контур регулирования скорости „с обратной связью по скорости и контур регулирования тока.

Предлагаемый следяидий электропри вод работает со знакопеременными частотными сигналами задания и обратной связи, а также при переменных параметрах электропривода. Ошибка по углу всегда представлена в прямом позиционном коде, поэтому происходит изменение сигнала управления соответственно фактической ошибке, что. повышает быстродействие и точность регулирования. Электропривод имеет возможность работы как в режиме слежения, так и позиционирования.

Формула изобретени

. Число-импульсный следящж электропривод,- содержащий блок задания программы, подключенный пер- вьш выходом к первому входу перво

5

0

qj

П

0

г о коммутатора 5 а вторым выходом - к первому входу блока синхронизации, соединенного вторы.м входом с первым выходом формирователя импульсов, а первым и вторым зыходами - соответственно с вторым и тр етьим входами первого коммутатора, подключенного четвертым входом к второму выходу формирователя импульсов, а первым и вторым выходами - к суммирующему и вычитающему входам первого реверсивного счетчика, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, сумматор, регулирующий блок, усилитель мощности и электро- д.внгатель., под.кл-оченньш эле.ктричес- ки через датчик тока, к второму входу ус1-.игителя мощности, а механичес-- ки через редуктор - к объекту регу- лнрова1 ия и датчикам скорости и перемещения, выход датчика скорости соединен с вторь м входом сумматора, а выходы датчика перемеш,е1П1я соединены с соответствующими входами фор- ;у Иро}зателя импульсов, от л и ч а - ;о п и и с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия эле;стр(Л1:рнвода5 в пем дополнительно уатано)дены элемент И, первый и второй .элементы ИЛИ-НЕ, преобразо затель код-чг-.ст.ота, триггер и последоБатель- но соединенные второй коммутатор и второй ревег)сивнь й с йетчик, подключенный выходами к входам ц.ифроанало- гового преобразователя и первого эле- 1-;ента ИЛИ-НЕ. соедипе.нного выходом с первым входом триггера, подключенного вторым вхо,дом к третьему выходу первого коммутатора и первому входу второго коммутато;7а, а выходом - к 1 ретьему входу сумматора и к второму входу второго коммутатора, соединенного третьим и четвертым вхо- дам.и соответственно с первым и вторым выходами первого коммутатора, а П.ЯТЫМ входом с третьим выходом блока сиикронргзадии, подключенного третьим входом к выходу элемента И, соединенного первым входом с третьим выходом блока задггния программы, а вторым входом - с выходом преобразователя код-частота, подк.пЕоченного входами к выходам первого реверсивного счетчика и входам второго эле- ме.нта ИП.И-Н , соединенного выходом с пятым входом первого коммутатора, четвертый выход блока задания программы соедк ШН с входом сброса перto

15

20

ВОГО и второго реверсивных счетчиков . I

2, Электропривод по п.I, о т л и- чающийся тем, что первый коммутатор содержит первый, элемент И-ИЛИ, соединенньш первым входом с входом первого элемента задержки и первым входом второго элемента И-ИЛИ, вторым входом - с первым входом дешифратора и входом первого элемента НЕ, третьим входом - с CBOPiM пятым входом, с третьим и шестым входами второго элемента И-ИЛИ, четвертым входом - с выходом второго элемента НЕ, шестым входом - с пятым входом второго элемента И-ИЛИ и входом второго элемента задержки, а выходом - с первым входом триг- гера, соединенного вторым входом с выходом второго элемента И-ИЛИ, подключенного вторым входом -к входу первого элемента НЕ, а четвертым входом - к входу второго элемента НЕ и второму входу дешифратора, под- 25 ключенного третьим входом к выходу триггера, первым выходом - к первому входу третьего .элемента И-ИЛИ и третьему входу четвертого элемента И-ИЛИ, вторым выходом - к третьему входу третьего элемента И-ИЛИ п к первому входу четвертого элемента И-ИЛИ, третьим выходом - к пятому входу третьего элемента И-ИЛИ, а четвертым выходом - к пятому входу четвертого элемента И-ИПИ, выход первого элемента задержки .соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И-ИЛИ и первым входом элемента выход второго элемента

30

35

o

5

0

5

0

задержки соединен с четвертыми вхсг- дами третьего и четвертого элементов И-ИЛИ и вторьш входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к шестым входам третьего и четвертого тов И-ИЛИ, причем первый вход дешиф- ратора, входы первого и второго элементов задержки, второй вход дешифратора шестой вход второго элемента И-ИПИ и выходы третьего и четвертого элементов И-ИЛ1 и триггера являются соответственно первым, вторым, т-ретьим, четвертым и пятым входами, первым, вторым и третьим выходами первого коммутатора.

3. Электропривод по п.1, о т л и- ч а ю щ- и и с я тем, что второй коммутатор содержит элемент НЕЗКВИ- ВЛЖНТНОСТЬ, соединенный первым входом с вторым входом первого элемента И-ЙЛИ и четвертым входом второго элемента И-ГШИ, вторым входом - с четвертым входом первого элемента И-ИЛИ и первым-входом второго элемента И-ИЛИ, подключенного вторым входом к первому входу первого элемента И-ИЛИ, а третьим входом - третьему входу первого элемента И-Ш1И и выходу элемента ИЛИ, причем первьп и второй входы элемента НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, первый вход эле снта ИЛИ, nepBbni вход первого элемента И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ и выходы первого и второго элементов И--ИЛИ являются первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входаьиг и первым и вторым вьгкодами второго кo мyтaтo- , ра.

Г

/

у

11

.6

XT

1

I /4

-М

I -.

I «. .J 1

.™JU, ™,..,

I

-28.

25

.„

Y

%г/

SS

.cmff

L.

SS

Изобретение относится к области строительной и станкостроительной техники и может найти широкое применение в промьплленных манипуляторах, станках с числовьм программным управлением, координатографах и т.д. В электроприводе решается задача по- вьгшения порядка его остатизма при работе со знакопеременными частотны- ми сигналами задания и главной обратной связи и при формировании сигнала рассогласования только в прямом двоичном позидионном коде в режиме позидионирования, так и в следящем реяшме. Это достигается тем, что сигнал задания с выхода блока задания программы через первый я второй коммутаторы поступает соответствен- по на входы первого и второго реверсивных счетчиков. Выходные сигналы первого реверсивного счетчика через второй элемент ИЛИ-НЕ поступают на один из входов первого коммутатора, а через последовательно соединенные преобразователь код-частота и элемент И - на первьш вход блока синхронизации. Выходные сигналы второго реверсивного счетчика через дифро- аналоговьш преобразователь и через последовательно соединенные первый элемент И и триггер подаются соответственно, на первый п второй входы сумматора, на третий вход которого подается сигнал датчика скорости. Вы.ходпой сигнал сумматора через регулирующий блок и усилитель мощности воздействует на электродвигатель, ток которого контролируется датчиком тока, выходной сигнал которого подается на второй вход усилителя мощности. На валу электродвигателя установлена нагрузка и, кроме того, он соединен с датчиком скорости и датчиком перемещения. Выходы последнего через фо15мирователь импульсов соединены с соответствующими входами первого коммутатора и блока синхронизации. Блок синхронизации синхронизирует переключение первого и второго коммутаторов. В начале работы привода первый и второй реверсивные счетчики устанавливаются в О по сигналу блока задания программы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. ю ГС со о:) О со СО

г

X,

,

.

„

zf

1Л-73

ripr

П

i

ze

5J

I

IJ

f|

-Zf

-72,

r jp--™™lj-7/rr

W

-77

ffl

d

-

J

J

j L-

-73

I

Т едактор Н.Бобкова

Составитель Ю.Гладков Техред Л.СерДюкова

2768/48

Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

/7

Pas.ff

Корректор И.Муска