Устройство для управления следящим приводом Советский патент 1987 года по МПК G05B19/40 

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для использования в системах числового программного управления станками (СЧПУ)

Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства для управления следящим приводом.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для управления следящим приводом; на фиг. 2 - пример реализации формирователя импульсов j на фиг. 3 - временная диаграмма работы формирователя импульсов| на фиг. - формирователь строб-импульсов; на фиг. 5 - временная диаграмма работы формирователя строб- импульсов; на фиг. 6 - многоканаль- ньй генератор одиночных импульсов; на фиг. 7 и 8 - примеры реализации соответственно второго и третьего делителей частоты; на фиг. 9 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит формирователь 1 импульсов, делители 2 и 3 частоты генератор 4 импульсов, делитель 5 частоты, дискриминатор 6, элемент , И 7,формирователь 8 строб-импульсов, многоканальный генератор 9 одиночных импульсов, элемент 10 задержки. Формирователь импульсов (фиг, 2) содержит усилитель 11 мощности, триггер 12, усилитель 13 мощности. Формирователь отроб-импульсов (фиг. 4) содержит элементы И 14 и 15, элемент НЕ 16 и элемент И 17. Многоканальный генератор одиночных импульсов (фиг.6 содержит триггеры 18-24, регистр 25, элемент И-НЕ 26, элемент RE 27 и элемент ИЛИ 28. Делители частоты (фиг. 7 и 8) содержат триггеры 29-33.

Устройство для управления следящим приводом работает следующим образом.

Исходное состояние устройства, а также его состояние после отработки возможного рассогласования на выходе дискриминатора 6 при включении следующее.

. Тактовая последовательность импульсов с выхода генератора 4 через элемент 10 задержки поступает на первый вход многоканального генератора 9 одиночных импульсов, где эти импульсы формируют по каждому синхронизированному входному импульсу соответствующий одиночный импульс на выходе. Кроме того, тактовая после

5

0

5

0

5

0

5

0

5

довательность импульсов поступает на третий делитель 5 частоты, а также через первый делитель 2 частоты на второй делитель 3 частоты. Выходные импульсы первого делителя 2 частоты на выходах формирователя 1 импульсов формируют две последовательности импульсов одинаковой частоты следования скважностью, равной двум, сдвинутые относительно друг друга на четверть периода.

Из выходных импульсных последовательностей второго делителя 3 частоты формирователь 8 формирует строб- импульсы 1,2 и 3. На первом и третьем выходах третьего делителя 5 частоты формируются соответственно строб-импульсы 4 и 5. Указанные строб- импульсы служат для синхронизации входных импульсов многоканального генератора 9 одиночных импульсов.Поскольку в исходном состоянии входные импульсы присутствуют только во втором входе многоканального генератора 9 одиночных импульсов, а на третьем и четвертом его входах их нет, то одиночные импульсы появляются попеременно на первом и втором выходах. Поступая на второй делитель 3 частоты, они создают попеременно единичные фазы строб-импульсам на выходах формирователя 8 в положительную и в отрицательную сторону относительно некоторого среднего значения фазы. Импульсы из последовательности, присутствующей на первом вхо- де устройства, прошедшие элемент И 7, образуют на первом входе дискрими- натора 6 последовательность с той же частотой следования, что и у импульсов с второго выхода третьего делителя 5 частоты. А так как их относительный сдвиг по фазе равен 180, то на выходе дискриминатора 6 рассогласование отсутствует.

Формируемые в устройстве строб- импульсы определены следующим образом.

Строб-импульсы 1 - последовательность импульсов, длительность которых равна периоду следования импульсов на первом входе устройства. На этот вход поступают импульсы с выхода усилителя сигнала датчика перемещения. Их частота следования равна частоте следования двух импульсных последовательностей на выходе формирователя 1 импульсов. В свою очередь.

313

эта частота определяется параметрами датчика перемещения и реализуется выбором соответствующего коэффициента деления первого делителя 2 частоты. Частота следования строб-импуль- сов 1 опре/деляется требуемым диапазоном сигнала рассогласования на выходе дискриминатора 6 таким образом, чтобы путем стробирования на элементе И 7 на первый вход дискриминатора 6 пропускался бы не каждый импульс с выхода усилителя сигнала датчика

перемещения, а, например, п-й. Это, кроме того, определяет коэффициент деления третьего делителя 5 частоты.

Строб-импульсы 2 - последовательность импульсов, время действия которых соответствует второй половине строб-импульса 1, при этом их передний фронт совпадает с центром строб- импульса 1 и установкой первого триггера 30 второго делителя 3 частоты в нуль.

Строб-импульсы 3 - последовательность импульсов, действующая в отсут ствии строб-импульса 1, причем каждый импульс по своей длительности соответствует времени пребывания первого триггера 30 второго делителя 3 частоты в состоянии единицы.

Строб-импульсы 4 - последовательность импульсов, соответствующая нулевому состоянию первого триггера 32 третьего делителя 5 частоты..

Строб-импульсы 5 - последовательность импульсов, соответствующая единичному состоянию первого триггера . 32 третьего делителя 5 частоты.

В процессе работы устройства возможны следующие случаи.

Случай 1. На втором и третьем входах устройства импульсы программного перемещения от интерполятора СЧПУ отсутствуют. В этом случае на первом и третьем входах третьего делителя 5 частоты одиночных импульсов нет и . на его втором выходе импульсная последовательность имеет постоянное значение фазы. Дискриминатор 6, выявляя относительно фазы этих импульсов возможные флюктуационные отклонения от 180 фазы п-х входных импульсов, формирует на своем выходе сигнал рассогласования, который воздействует через третий выход устройства на исполнительный механизм так, что отклонение компенсируется. С другой стороны, возможные флюктуации фазы п-х

5 О

f5

30

35

0

5

0

5

имщ пьсов определяют их временное положение относительно центра строб- импульса 1. Если очередной п-й импульс поступает на первый вход устройства до момента появления центра строб-импульса 1, то он по второму входу многоканального генератора 9 одиночных импульсов запоминается в нем. С приходом переднего фронта строб-импульса 2 производится соответствующая синхронизация, и очередным импульсом тактовой после;дователь- ности на первом входе многоканального генератора 9 одиночных импульсов на его первом выходе формируется одиночный импульс. Этим импульсом по первому входу второго делителя 3 частоты устанавливается в единицу его первый триггер 30.

. Если же очередной п-й импульс поступает в интервале времени между центром и концом строб-импульса 1, то после окончания последнего передним фронтом первого поступившего строб-импульса 3 в многоканальном генераторе 9 одиночных импульсов производится соответствующая синхронизация, и очёредньм импульсом тактовой последовательности на его втором выходе формируется одиночный импульс. Этот импульс по третьему входу второго делителя 3 частоты установит в ноль его первый триггер 30. В результате изменения состояния первого триггера 30 второго делителя 3 частоты создается элементарный скачок фазы выходных стробов формирователя 8, которые перемещаются так, чтобы п-й импульс приблизился к центру строб-импульса 1.

Поскольку формирование передних фронтов строб-импульсов 2 и 3 происходит после поступления очередного счетного импульса на второй вход делителя 3 частоты, то изменение состояния его первого триггера 30 по установочным входам происходит в промежутке времени между этими счетными импульсами, чем повьппается устойчивость работы второго делителя 3 частоты, а следовательно, и всего устройства. Используемые здесь счетные импульсы получаются путем деления первым делителем 2 тактовой последовательности импульсов генератора 4 импульсов. P-IX период следования определяет величину элементарного скач- к а фазы строб-импульсов на выходе

формирователя 8. Она должна быть, с одной стороны, минимальной для обеспечения точности слежения, с другой стороны - такой, чтобы при максимальной возможной скорости изменения .фазы п-го импульса центр строб-импульса 1 от него отставал, осуществляя тем самым постоянное слежение за п-м импульсом,В рассмотренном случае устройство находится в режиме динамического равновесия.

Случай 2. На второй вход устройства поступает программный импульс для перемещения исполнительного механизма в положительном направлении. Этот импульс через третий вход многоканального генератора 9 одиночных импульсов запоминается в последнем, С приходом переднего фронта строб-импульса 4 производится соответствующая синхронизация импульсом тактовой последовательности, задержанным на элементе 10 задержки. На третьем выходе многоканального генератора 9 одиночных импульсов формируется одиночный импульс. Этот импульс по первому входу третьего делителя 5 частоты устанавливает в единицу его первый триггер 32,

Если же на третий вход устройства- поступает программный импульс для перемещения исполнительного механиз-. ма в отрицательном направлении, этот импульс так же, как и импульс по второму входу устройства, обеспечивает формирование по строб-импульсу 5 одиночных импульсов на четвертом .выходе многоканального генератора 9 одиноч10

t5

20

25

30

35

интервала дей . 1 до поступленых импульсов. Сформированный одиноч- ния п-го импульса. Однако после их

триггера 32 третьего делителя 5 частоты по его установочным входам осуществляется в интервале времени между счетными импульсами, что повышает устойчивость работы третьего делителя 5 частоты, а следовательно, и всего устройства в целом.

Случай 3, На импульсную последовательность, поступающую на первый вход устройства, воздействуют помехи, в результате чего возможно пропадание п-го импульса, появление оди ночных лишних импульсов, а также кратковременной пачки лшпних импульсов. Пропадание п-го импульса вызывает кратковременные сбои в работе дискриминатора 6, которые привод не успевает отрабатывать, а значение фазы строб-импульсов на выходе формирователя остается неизмененным. Поэтому с появлением п-го импульса состояние выхода дискриминатора 6 восстанавливается. Если лишний импульс или их пачка появляются при от сутствии строб-импульса 1, а также после п-го импульса го одну с ним сторону от центра строб-импульса 1, состояние устройства не нарушится. При их расположении го равные стороны относительно центра строб-импульса 1 произойдет нарушение фазы строб импульсов на выходе формирователя только на величину элементарного ска ка фазы, устраняющегося с приходом последующих п-х импульсов. Сбои в работе дискриминатора) 6 происходят, если лишний импульс и|ли их пачка появились в пределах ствия строб-импульса

ныи импульспо третьему входу третьего делителя 5 частоты устанавливает в нуль его первый триггер 32,

Изменение состояния первого триггера третьего делителя 5 частоты в дополнение к счетным импульсам создает элементарный скачок фазы импульсной последовательности на втором входе дискриминатора 6, на выходе которого в зависимости от знака изменения фазы формируется соответствующее рассогласование, поступающее через третий выход устройства на исполнительный механизм.

Поскольку формирование одиночных импульсов осуществляется по задержан- Hbw импульсам тактовой последовательности, изменение состояния первого

5

0

5

0

5

интервала дей . 1 до поступле ния п-го импульса. Однако после их

триггера 32 третьего делителя 5 частоты по его установочным входам осуществляется в интервале времени между счетными импульсами, что повышает, устойчивость работы третьего делителя 5 частоты, а следовательно, и всего устройства в целом.

Случай 3, На импульсную последовательность, поступающую на первый вход устройства, воздействуют помехи, в результате чего возможно пропадание п-го импульса, появление одиночных лишних импульсов, а также кратковременной пачки лшпних импульсов. Пропадание п-го импульса вызывает кратковременные сбои в работе дискриминатора 6, которые привод не успевает отрабатывать, а значение фазы строб-импульсов на выходе формирователя остается неизмененным. Поэтому с появлением п-го импульса состояние выхода дискриминатора 6 восстанавливается. Если лишний импульс или их пачка появляются при отсутствии строб-импульса 1, а также после п-го импульса го одну с ним сторону от центра строб-импульса 1, состояние устройства не нарушится. При их расположении го равные стороны относительно центра строб-импульса 1 произойдет нарушение фазы строб- импульсов на выходе формирователя только на величину элементарного скачка фазы, устраняющегося с приходом последующих п-х импульсов. Сбои в работе дискриминатора) 6 происходят, . если лишний импульс и|ли их пачка появились в пределах ствия строб-импульса

прохождения состояние

выхода дискри45

минатора 6 восстанавливается.

Формирователь импупьсов (фиг,2)

работает следующим образом.

На второй вход формирователя импульсов подается поел

едовательность

0

импульсов со скважностью 2, которая через усилитель 11 модности проходит на второй выход формирователя импульсов. Одновременно эта ледовательность импул на D-вход триггера 12

же входная пос- ьсов поступает Так как через

первый вход формирователя импульсов

5

на С-вход триггера 12 пульсная последовател ностью 2, но частотой чем на Ц-входе, то по су этой последовательности произвопоступает имскваж-Бьш1е,

каждому импуль.ность со в 2 раза

Г

fO

f5

ДИТСЯ периодическая установка триггера .1 2 в состояние 1 или О. В результате на прямом выходе триггера 12 формируется импульсная последовательность со скважностью 2 (меандр) со сдвигом по фазе относительно импульсов на D-входе триггера на четверть периода. Эта импульсная последовательность через усилитель 13 мощности подается на первьш выход формирователя импульсов.

На третий вход формирователя стробов поступает импульсная последовательность, которая получается от деления исходных счетных импульсов, на второй вход - импульсная последовательность с частотой следования в два раза большей, чем на третьем входе а на первый вход - импульсы с частотой следования в два раза мень- шей, чем у исходных счетных импуЛь- сов. На остальные входы поступают импульсные последовательности, являющиеся производными от деления импульсов на первом входе, С их помощью на выходе элемента И 14 появляется каждый k-й импульс из последовательности импульсов на первом входе.

На выходе элемента И 15 формируются импульсы, соответствующие второй половине действия импульса на выходе первого элемента И 14. Использование инвертора 16 позволяет получить на выходе элемента И 17 импульсы в от20 - в триггеры 23 и 24 соответств но. Поскольку на первом выходе рег стра 25 присутствует нуль, этот ну через элемент И-НЕ 26 на R-входе р гистра 25 установит единицу, разре ющую запись. Поэтому по переднему фронту очередного короткого импуль на С-входе регистра 25 в него пере писывается состояние триггеров 21- 24, по первому разряду устанавлива ется логическая единица, которая н первом выходе регистра 25 и далее втором входе элемента И-НЕ 26 уста навливается после установки логиче кого нуля на первом входе элемента И-НЕ 26, куда через элемент НЕ 27 поступает тот же импульс, ч то и на С-вход регистра 25. В результате на R-входе регистра 25 сохраняется логическая единица. По заднему фро ту импульса на С-входе регистра 25 на первом входе элемента И-НЕ 26 у танавливается логическая единица и уг на R-вход регистра 25 поступает ло гический нуль, по которому осущест ляется сброс регистра 25. Установк логического нуля на втором входе элемента И-НЕ 26 переводит R-вход регистра 25 в состояние логической единицы, которая сохраняется до пр хода заднего фронта -очередного импульса на С-вход.

30

На время действия импульса по С

Сутствие импульсов на выходе элемен- входу регистра 25 на его втором та И 14.

Многоканальный генератор 9 одиночных импульсов работает следз тощим образом.

В -исходном состоянии на второй - четвертый входы многоканального генератора одиночных импульсов импульсы не поступают и триггеры 18-24, а также регистр 25 находятся в состоянии сброса. Если по входам - второму, третьему или четвертому поступит импульс, то соответствующий триггер 18, 19 или 20 установится в единицу.Через пятый, шестой, седьмой и восьмой входы многоканального генератора одиночных импульсов на С-входы триггеров 21-24 периодически поступают импульсы синхронизации, причем импульсы по пятйму и шестому входам разнесены во времени. При этом состояние триггера 18 по переднему фронту синхроимпульса перепишется в Триггер 21 или в триггер 22, а состояние триггеров t9 и

20 - в триггеры 23 и 24 соответственно. Поскольку на первом выходе регистра 25 присутствует нуль, этот нуль через элемент И-НЕ 26 на R-входе регистра 25 установит единицу, разрешающую запись. Поэтому по переднему фронту очередного короткого импульса на С-входе регистра 25 в него переписывается состояние триггеров 21- 24, по первому разряду устанавливается логическая единица, которая на первом выходе регистра 25 и далее на втором входе элемента И-НЕ 26 устанавливается после установки логического нуля на первом входе элемента И-НЕ 26, куда через элемент НЕ 27 поступает тот же импульс, ч то и на С-вход регистра 25. В результате на R-входе регистра 25 сохраняется логическая единица. По заднему фронту импульса на С-входе регистра 25 на первом входе элемента И-НЕ 26 устанавливается логическая единица и- г на R-вход регистра 25 поступает логический нуль, по которому осуществляется сброс регистра 25. Установка логического нуля на втором входе элемента И-НЕ 26 переводит R-вход регистра 25 в состояние логической единицы, которая сохраняется до прихода заднего фронта -очередного импульса на С-вход.

0

На время действия импульса по Сду регистра 25 на его втором

пятом выходах присутствуют логические состояния, определяемые состоянием триггеров 2-1-24. Если это были состояния логической единицы, то на соответствующих указанных выходах регистра 25 формируется импульс с длительностью импульса на первом входе многоканального генератора одиночных импульсов. Эти импульсы поступают на соответствующие выходы последнего и, кроме того, на сброс соответствующих триггеров, причем сброс триггеров импульсами со второго и третьего выходов регистра 25 осуществляется через элемент РШИ 28. Таким образом, канал, по которому сформировался импульс, яние.

переводится в исходное состо55

Формула изобретения

1. Устройство для управления следящим приводом, содержащее генератор

имиульсов, первый, второй и третий делители частоты, формирователь импульсов, формирователь строб-импульсов, элемент И и дискриминатор, первый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого является первым входом устройства, а второй вход элемента И соединен с первым выходом формирователя строб- импульсов, входы которого подключены к соответствующим выходам второго делителя частоты, второй вход которого соединен с третьим выходом первого делителя частоты, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам формирователя импульсов, первый и второ выходы которого являются соответственно вторым и третьим выходами устройства, выход генератора импульсов соединен с входом-первого делителя частоты и с вторым входом третьего делителя частоты, второй выход которого соединен с вторым входом дискриминатора, выход которого является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности устройства, в него введены многоканальньш . генератор одиночных импульсов и элемент задержки, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента задержки соединен с первым входом многоканального генератора одиночных импульсов, второй вход которого соединен с вьтодом элемента И, третий и четвертый входы многоканального генератора одиночных импульсов являются соответственно вторым и третьим входами устройства, второй и третий выходы формирователя строб-импульсов соединены соответственно с пятым и шестым входами, многоканального генератора одиночных импульсов, седьмой и восьмой входы которого подключены соответственно к первому и третьему выходам третьего делителя частоты, первый и третий входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам многоканального генератора одиночных импульсов., первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и третьим ,го делителя частоты.

входами второ

5

0

5

0

5

0

5

0

2, Устройство по п. 1, о т л и- чающ-ееся тем, что многоканальный генератор одиночных импульсов содержит первый, второй, третий,четвертый, пятый, шестой и седьмой триггеры, регистр, элемент НЕ, элемент И-НЕ, и элемент ИЛИ, выход которого соединен с R-входами первого, четвертого и пятого триггеров, вход элемента НЕ является первым входом многоканального генератора одиночных импульсов и соединен с С-входом регистра, R -вход которого соединен с выходом элемента И-HEj первый вход которого соединен с В1|гходом элемента НЕ, второй вход элемента И-НЕ соединен с первым выходом 1 егистрс1, второй выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и является первым выходом многоканального генератора одиночных импульсов, вторым выходом которого является второй вход элемен- та ИЛИ и третий выход ;регистра, четвертый выход которого соединен с R- входами второго и шестого триггеров и является третьим вых|одом многоканального генератора одиночных импульсов, четвертым выходом кото,рого являются R-входы третьего и седьмого триггеров и пятый выход регистра, пятый вход которого соединен с выходом седьмого триггера, D-вход кото-, рого соединен с выходом третьего триггера, S-вход которого является четвертым входом многоканального генератора одиночных импульсов, третьим входом которого является S-вход второго триггера, выход которого соединен с D-входом шестого триггера, выход которого соединен с четвертым входом регистра, третий вход которого соединен с выходом пятого триггера, D-вход которого соединен с . одноименным входом четвертого триггера и с выходом первого триггера, S-вход которого, является вторым входом многоканального генератора одиночных импульсов, пятым, шестым,седьмым и восьмым входами которого являются соответственно С-входы четвертого, пятого, шестого и седьмого триггеров, выход четвертого триггера соединен с вторым входом регистра, первый вход которого является входом логической единицы,

с- Sxod П

Б Вход (Выход усилителя 11 нвщности}

а Выход триггера tZ

(Bbixod исилителя 13мощ

мости)

iBxod

гВход

Звход

CmpoSI

CmpoS2

CmpoSS

Фиг.г

П

(ригЛ

Центр строба

Фиг.5

. 6

19)99

1Л

19ЫХ09 SSMifod

/ Bbij(od(cmpof)

3 ВШ09 (). аг.8

, М I i I М I I i I II l I I M t M I I I I I ll. l. til 1.

ycmpoucmSa

zfjfff H in n П n П П П

выхо 7 -I ВыхоЗ

I

1

1

I

II

Tuc;;;u u- r -r-uj--ni--r-i-j--T j

HOfmoper -2-4- f-4- 2

Редактор Н.Егорова

Заказ 1797/39Тираж 86ЛПодписное

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

2 выхв

-&C

1

1

I

.S

Составитель Е.Власов Техред А.Кравчук

Корректор С. Черни

Изобретение относится к автоматике и предназначено-для использования в системах числового программного управления станками. Цель изобретения - повышение помехозащищенности устройства для управления следящим приводом - достигается введением элемента задержки и многоканального генератора одиночных импульсов, что позволило путем стробирования п-ых импульсов, поступающих на первый вход устройства от датчика перемещения и сопровождающихся помехами в виде одиночных импульсов или пачек импульсов, исключить значительные перемещения строб-импульса и обеспечить ус -ойчивую работу устройства. Устройство содержит формирователь 1 импульсов, делители 2, 3 и 5 частоты, генератор 4 импульсов, дискриминатор 6, элемент И 7, формирователь 8 строб-. Р импульсов, многоканальный генератор 9 одиночных импульсов и элемент 10 задержки. 1 з.п. ф-лы, 9 ил. (Л со о 00 QD 00 00 fe/