Устройство задания скорости в системах числового программного управления Советский патент 1987 года по МПК G05B19/18 G05B19/416 

.Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программно- г о управления-.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг. Г приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока у правления i на фиг. 3 -- графики разгона от скорости с кодом F О до скорости с кодом f 200 при использовании экспоненциального (а), квадратичного (б) и линейного (в) законов (время -разгона для всех законо взято одинаковым).

Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый делитель 2,, сумматор-накопитель 3, первый блок элементов И 4, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнения кодов, регистр 7 скорости, блок 8 управления, второй делитель 9, элементы И 10 и 11,. первый 12 и второй 13 счетчики, второй блок элементов И 14, третий делитель 15, третий блок, элементов И 16, регистр 17 константы. Блок 8 управления содержит триггеры 18-22.3 элементы ИЛИ 23 и 24, элементы И 25 и 26,

Устройство также содержит выход 27- блока 6 сравнения кодов, на- котором сигнал возникает при равенстве кодов счетчика 5 и регистра 7, вход 28 устройства установки режима Раз-гон устанавливает триггер 20 блока 8, вход 29 устройства установки режима Торможение устанавливает триггер 21 блока 8, вход 30 установки режима Эксп. - экспоненп,иальное изменение скорости устанавливает триггер 19 блока 8, вход 31 устройства установки режима Квадрат - квадратичного изменения скорости устанавливает триггер 18 блока 8, выход 32 элемента И 10 Счет на PC для подачи сигналов унитарного кода текущего приращенкя кода- скоро.сти на реверсивный счетчик 5 через элементы И 25 и 26 блока 8, выход 33 переполнения счетчика 12. Конец с-че- та PC, фиксирующий окончание передачи унитарного ко.ца приращения кода скорости на счетчик 5 выход 34 делителя 15 Конец интервала

фиксирующий окончание интервала дискретизации скорости и ускорения, выход 35 элемента И 25 блока ,8 Разгон для управления режимом Разгон и включения реверсивного счетчика 5 в реукиме.

сложения, выход 36 элемента И 26 блока 8 Торможение для управления режимом Торможение и включения реверсивного счетчика 5 -в режим вычитания, вькод 37 триггера 22 блока В Начало, счета PC открывает -элемент И 10, начало дополнения счетчика 12 и передачи унитарного кода приращения кода скорости на счетчик 5, выход 38 элемента ИЛИ 24. блока 8 Разгон V Торможение,- управление элементами И 10 и 11 для передачи кода на счетчик 5- и изменения содер- .

5 жимого счетчика 13 соответственно, выход 39 элемента ИЛИ 23 блока 8 Эксп. V Квадрат - управление элементом И 11 в режимах экспоненциального и квадратичного изменения

Q скорости, выход 40 триггера 19 блока 8 - управление элементами И блока 14 по вторым входам в режиме экспоненциального изменения скорости,, выход 41 триггера 19 блока 8 Квадрат v

й v Линeйный -управление элементами И блока 16 по вторым входам в режиме квадратичного и линейного изменения скорости.

Реверсивный счетчик 5, первьй

Q блок элементов И 4 и сумматор-накопитель 3 включены по Ьхеме параллельного интегратора.. Содержимое счетчика 5 с каждым импульсом делителя 2 через первый блок элементов И 4 передается на сумматор-накопитель 3, где суммируется с его содержимым. Импульсы переполнения накопителя 3 образуют выходные сигналы устройства.

В блоке 6 сравнения кодов произ„ водится сравнение кода текущей скорости, содержащего.ся в счетчике 5, с кодом скорости, задаваемым от программы в регистр 7.;

Делитель -2 определяет интервал интегрирования At и,следовательно, максимальную скорость подачи. а делитель 9 - минимальный интервал дискретизации скорости и ускорения в режимах изменения скорости.Элементы И 10 и 11 предназначены для управления счетчиками 12 и 13 соответств€1нно. Счетчик 12 служит для временного хранения- текущего значения приращения кода скорости и передачи его на счетчик 5, Делитель 15, второй и третий блоки элементов И 14 и 16, счетчик 13 и регистр 17 образуют де- .питель с переменным коэффициентом деления. В режиме экспоненциального

0

5

изменения скорости управление коэффициентов деления производится от счетчика 13 через второй блок элементов И Т4, В режимах изменения скорости по квадратичному и линейному законам коэффициент деления задается от регистра 17 через третий блок элементов И 16. В обоих случаях импульс переполнения делителя 15 через элементы И соответствующего блока (14 или 16) вводит в делитель 15 обратный код содержимого счетчика 13 или регистра 17, устанавливая коэффициент деления делителя в очередном цикле дискрети- зации«

Элементы блока 8 управления служат для обеспечения работы устройства в режимах постоянной скорости и изменения .скорости по заданным в программе или оператором законам.

Устройство работает в режимах постоянной скорости и изменения скорости по экспоненциальному, квадратичному или линейному законам. Управление ско ростью осуществляется в соответствии со следующими- соотношениями:.

при экспоненциальном законе

V(t) V - (V.

- v).

к к при квадратичном законе

..

V(t)

Vo t

(V,- VJ

при линейном законе V(t) V t at где V,

0

0

VK начальное и конечное значение скорости соответственно;

а - величина начального ускорения ,

d - величина, обратная постоянной времени разгона (торможения).

В устройстве при изменении скорости код скорости, соде ржащийся в рё версивном счетчике 5, изменяется в соответствии с установленным оператором или по программе законом управления. Вычисление кода скорости осуществляется в следующей последовательности: в соответствии с кодом .текущего ускорения определяется интервал дискретизации t , отвечающий постоянной величине приращения кода ускорения, вычисляется код ускорения в очередном цикле дискретизации, эта величина, отнесенная к значению Т , используется как приращение кода скорости за время Т j определяется код скорости в очередном цикле дискретизации. Вычисления производятся по следующим соотношениям: при экспоненциальном законе

4.а

Л

qCETT

q(t; +t) q(t.) -4q; dq const;.

F(t; + T) F(t.)± q(t, + T); е q - код ускорения

q - приращение кода ускоренияJ F - код скорости, при квадратичном законе

7 Са

uq const

const; Са

q(t,

F(t;

при линейном законе

+ t ) q(T,) - + t) F(t|) t

4V const;

0

iSV const;

F(t ,- + t) F(tj t q) ; q const. Таким образом, при экспоненциальном законе интервал дискретизации Т изменяется обратно пропорционально текущему ускорению, в двух других случаях он остается постоянным.

Устройство работает следующим образом.

В режиме постоянной скорости со- держимое реверсивного счетчика 5 и регистра 7 скорости одинаково. С каждым выходным импульсом делителя 2 содержимое счетчика 5 передается на сумматор-накопитель 3, где суммируется с его содержимым. Переполнение сумматора-накопителя 3 порождает выходные сигналы устройства, частота которых пропорциональна коду скорости F, , содержащемуся в счетчике 5, и

0 равна:

f ЕО г 1 9

KF,

0

5

61I1C. - -I 2 где f, - выходная частота делителя 2, п - число разрядов сумматора- накопителя 3.

Через делитель 9 выходные делители 2 поступают также на делитель 15, Однако, так как элементы И 10 и 11 закрыты, то выходной .импульс делителя на счетчики 12 и 13 не поступает. В зависимости от установленного оператором или ранее в прогр амме закона изменения скорости выходной импульс

5 1328793 . 6

делителя 15 передает через элементы ся, счет сигналов генератора прекра- И блока 14 или 16 обратный код содер- щается, К этому моменту в счетчике жимого счетчика 13 или регистра 17 5 устанавливается значение кода ско- в делитель 15, устанавливая коэф(})и- рости, F ± q. Соответственно выход- циент деления делителя 15, что опре- j частота устройства составляет.

вмх .(0 t q.).

деляет длительность интервала г ,

В режиме экспоненциального изменения скорости от программы поступают команды Разгон (Торможение), в счетчик 13 вводится код начального ускорения Яд., в регистр 7 вводится код конечной скорости .F,,, подается команда Эксп., Устанавливается тригВ cлeдyюtt eм цикле дискретизации с появлением выходного сигнала делителя 15 через элементы И блока 14 в 10 делитель 15 вводится обратный код величины (q - 4q) , з счетчик 12 - дополнительный код -этой величины, содержимое счетчика 13 уменьшается на величину flq, в реверсивный счетгер 19 блока 8 управления, на второй

вход элемента И 11 с выхода 39 блока t5 чик 5. передается величина (q - 44)- 8 управления подается сигнал логичес- Длительность очередного цикла опрё- кой 1, по линии 40 подается сигнал логической -1 на вторые входы элементов И блока 14. Сигналом с выходов 35 (или 36) блока 8 управления ре- 20 версивный счетчик 5 включается в режим сложения (или вычитания). С выхода 38 на третий вход элемента И 11 и .первый вход элемента И 10 подается сигнал логической 1.- этого равенства без переколебаний.

Так как делитель 15 работает в лю- Момент равенства регистрируется бло- бом режиме функционирования устройства, то первый импульс переполнения делителя с выхода 34. поступает на третьи входы элементов И блока 14 и передает через них обратньй код содержимого счетчика 13 (q) в делитель 15, устанавливая величину Этот же импульс подается на вход разрешения записи счетчика 12, на входы 35 работы с постоянным коэффициентом данных которого подключены инверсные деления, а все устройство - в режим

постоянной скорости,

В режиме изменения скорости по квадратичному закону подаются коман- 40 ды Разгон (или Торможение, Квадрат, в счетчик 13 вводится код на- чальйого ускорения q , в регистр 7 - код конечной скорости F, в регистр 17 - код константы Са. Управление

деляется коэффициентом деления делителя 15, который возрастает с уменьшением кода ускорения.

Указанная работа устройства продолжается до наступления равенства кодов счетчика 5 и регистра 7, причем заполнение счетчика 5 -сигналами унитарного кода, гарантирует достижение

ком 6 сравнения кодов, который сигналом с выхода 27 сбрасывает триггеры 20 я 21 блока 8у закрываются элемен- 30 ты И 25 и 26 блока 8, отключаются

входы реверсивного счетчика 5, закрываются элементы И 10 и 11, прекращаются изменения содержимого счетчика 13. Делитель 15 переходит в режим

выходы разрядов счетчика 13,что приводит к занесению в счетчик 12 дополнительного кода q. Далее через элемент И 11 этот же импульс поступает на счетчик 13, уменьшая ei: o содержимое на величину uq (например, на 1). Кроме того, сигналом с выхода 34 делителя 15 в блоке 8 управ.пения устанавливается триггер 22 и с выхода 37 45 коэффициентом деления делителя 15

подается сигнал логической 1 на второй вход элемента И 10, Импульсы генератора 1 проходят через открывшийся элемент И 10, поступают на счетчик 12 и по линии 32 на входы элементов И 25 и 26 блока 8 управления, В зависимости от режима Разгон или Торможение они подаются .на вход сложения или вычитания счетосуществляется от регистра 17, обратный код содержимого которого передается в делитель 15 с каждым выходным импульсом делителя 15. Коэффициент 50 деления делителя 15 и, следовательно, интервал дискретизации и остаются постоянным в течение йсего промежутка разгона (торможения). Б остальном

работа устройства аналогична предыду- чика 5 с выходов 35 или 36 до момен- 55 щему режиму-,

та переполнения счетчика 12, Сигнал В режиме линейного изменения ско- переполнения счетчика 12с выхода 33 рости триггеры 18 и 19 блока 8 сбро Конец счета PC сбрасывает триггер 22 блока 8, элемент И 10 закрываетшены, элемент И 11 закрыт сигналом с выхода 39 блока 8 управления, элеменся, счет сигналов генератора прекра- щается, К этому моменту в счетчике 5 устанавливается значение кода ско- рости, F ± q. Соответственно выход- частота устройства составляет.

вмх .(0 t q.).

В cлeдyюtt eм цикле дискретизации с появлением выходного сигнала делителя 15 через элементы И блока 14 в делитель 15 вводится обратный код величины (q - 4q) , з счетчик 12 - дополнительный код -этой величины, содержимое счетчика 13 уменьшается на величину flq, в реверсивный счетчик 5. передается величина (q - 44)- Длительность очередного цикла опрё- этого равенства без переколебаний.

деляется коэффициентом деления делителя 15, который возрастает с уменьшением кода ускорения.

Указанная работа устройства продолжается до наступления равенства кодов счетчика 5 и регистра 7, причем заполнение счетчика 5 -сигналами унитарного кода, гарантирует достижение

Момент равенства регистрируется бло- работы с постоянным коэффициентом деления, а все устройство - в режим

ком 6 сравнения кодов, который сигналом с выхода 27 сбрасывает триггеры 20 я 21 блока 8у закрываются элемен- ты И 25 и 26 блока 8, отключаются

входы реверсивного счетчика 5, закрываются элементы И 10 и 11, прекращаются изменения содержимого счетчика 13. Делитель 15 переходит в режим

осуществляется от регистра 17, обратный код содержимого которого передается в делитель 15 с каждым выходным импульсом делителя 15. Коэффициент деления делителя 15 и, следовательно, интервал дискретизации и остаются постоянным в течение йсего промежутка разгона (торможения). Б остальном

шены, элемент И 11 закрыт сигналом с выхода 39 блока 8 управления, элементы И блока 16 открыты по вторым входам сигналом с выхода 41 блока 8, в регистр 17 вводится код величины t , в счетчик 13 - q, в регистр 7 - F. Делитель 15 управляется от регистра 17, коэффициент деления делителя 15 и содержимое счетчика 13 не меняются

Достоинство устройства - возможность получения высокой .выходной частоты и малого времени разгона-торможения, В наиболее неблагоприятном случае - при изменении скорости по экспоненциальному закону для правильной работы устройства необходимо выполнить условие Tj. tp/2 F , где Tr- период импульсов генератора 1,

- постоянная времени разгона-тор

Рмаксимальное значение

можения, I jucjuj.

кода скорости. Если Т 0,1 мкс (f 10 МГц), 2-10 (что может дать диапазон регулирования скорости подачи 1:20000), то fp 4 мс, а весь процесс разгона (торможения) может быть выполнен за 16 мс (- 4C fi) Минимальный интервал дискретизации при этом составляет 1 ин (с - 20 МКС, что достаточно для переписки максимального кода приращения скорости в реверсивный счетчик. Если про цессы заполнения реверсивного счетчика 5 и передачи его содержимого в сумматор-накопитель 3 синхронизированы, то возможно получение выходной

частоты устройства 10 мГц, Даже при диапазоне регулирования скорости 1:100000 разгон до максимальной скорости от нулевой (и торможение от максимальной скорости до нулевой) с использованием экспоненциального закона с убывающим ускорением, который гарантирует минимальные динамические ошибки, может быть осуществлен за 0,08 с, т,е, в 2,5 раза быстрее, чем в современных приводах с меньшим диа пазоном регулирования (1:10000),

Формула изобретения

1i Устройство задания скорости в системах числового программного управления, содержащее генератор импульсов, первый делительj два блока элементов И, реверсивный счетчик, регистр скорости, блок сравнения кодов, первый счетчик, два элемента И и блок управления, соединенный первым входом с выходом блока сравнения кодов, а первым и вторым выхо0

0

5 9

Ь

0

g

дом - с входами -сложения и вычитания реверсивного счетчика, первые разрядные выходы которого подключены к первым входам блока сравнения кодов, вторые входы которого соединены с разрядными выходами регистра скорости, выход генератора импульсов подключен к входу первого делителя, о т- личающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устрой- . ства, введены второй--и третий делители, сумматор-накопитель, второй счётчик, третий блок элементов И, 5 регистр констант, первый блок элементов И первыми входами соединен с вторыми разрядными выходами реверсив- ,ного счетчика, а вторыми входами - с выходом первого делителя и через второй делитель - с первым входом третьего делителя, выходы первого блока элементов И соединены с разрядными входами сумматора-накопителя, выход которого подключен к выходу устройства, счетные входы первого и второго счетчиков соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые разрядные выходы второго счетчика подключены к разрядным входам записи первого счетчика, разрядные входы третьего делителя соедин-ены с выходами второго и третьего блоков элементов И, первые входы которых подключены к вторым разрядным выходам соответственно второго счетчика и к выходам регистра констант, входы первого элемента И соединены соответственно с выходом генератора, импульсов, третьим и четвертым выходами блока управления, входы второго элемента И подключены к четвертому и пятому выходам блока управления и к выходу третьего делителя соответственно, которьй соединен также с вторым входом блока управления, вторыми входами второго и тертьего блока--э31емен- тов И и входом разрешения записи первого счетчика, выход которого подключен к третьему входу блока управления, к четвертому входу которого под- ключен выход первого элемента И,шестой и седьмой выходы блока управления соединены с третьими входами соответственно второго и третьего бло-. ков элементов И, входы регистра скорости, регистра константы, второго счетчика и пятый, шестой, седьмой и восьмой входы и сбросовый вход блока

0

5

управления являются входами устройства.

2. Устройство по п. 15 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управле- ..ния содержит пять триггеров, два элемента ИЛИ и два элемента И, первые входы которых соединены с четвертым входом блока, второй пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которого подключены к входам устйновки соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого триггеров, вход сброса первого триггера соединен с третьим входом блока, первый вход которого подключен к входам сброса второго и третьего триггеров, входы сброса четвертого и пятого триггеров

соединены со сбросовым входом блока, третий выход которого подключен к прямому выходу первого триггера, прямые выходы второго и третьего триггеров соединены с входами первого элемента ИЛИ, вторые входы элементов И подключены к прямьм выходам второго и третьего триггеров, выходы первого

и второго элементов И являются первым и вторым выходами блока, выход первого элемента ИЛИ является четвертым выходом блока, прямые выходы четвертого и пятого триггеров соединены с

входами второго элемента ИЛИ, выход которого является пятым выходом блока, шестой и седьмой выходы которого являются прямым и инверсным выхо- дами четвертого триггера.

Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управления. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый 4, второй 14 и третий 16 блоки элементов И, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнения кодов, регистр 7 скорости., блок 8 управления, второй 9 и третий 15 делители, первый 10 и второй 11 элементы И, первый 12 и второй 13 счетчики, регистр 17 константы. Устройство позволяет изменять скорость в режимах разгона и торможения по экспоненциальному, квадратичному и линейному законам путем определения интервала дискретизации ускорения и скорости, соответствующего приращению ускорения: на постоянную величину. Принцип работы и схемотехническое решение обеспечивают возможность получения высокой выходной частоты устройства и малого времени разгона-торможения. при этом требований к быстродействию элементов не вьппе, чем в известных устройствах аналогичного назначения, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л со ю 00 со СА

31 Мадрат

3Ljjicn:,MT

Сброс

„Эксп: У„К6адр ат

39

,Эксп: 0

„Квадрат У„//инеинт 4

28„Раз&ои

27

29 Торн от:

ia,

32 на PC

Конец интерд.т 34

дз конеи счета PC

Нача/10 счета PC 37

uz.Z

0,1 0,3 0,f 0.5 0.6 0,1 0,8 0,9 1.0 1,1 1,2 ;J3 игЪ

Редактор И.Шулла

Составитель А.Исправникова

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 3488/50Тираж 863Подписное

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