Устройство для управления следящим приводом Советский патент 1988 года по МПК G05B19/40 

(Л

05 со СлЭ

со

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использоваг ния в системах числового программного управления станками. Целью изобретения является повышение точности управления в условиях помех. Устройство для управления следящим приводом содержит генератор 1 импульсов, делите - ли 2,3, 6 частоты, многоканальный генератор 5 одиночных импульсов, первый элемент 4 задержки, формирователь 9 строб-импульсов, дискриминатор 7. Поставленная цель достигается введением второго элемента 13 задержки, формирователя 12 импульсов, блока 11 контроля и элемента ИЛИ 10,

CPU2.1

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

Целью изобретения является повышение точности управления в услов1-шх помех.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для управления следящим приводом; на фиг. 2 - формирователь строб-импульсов, на фиг.З - временная диаграмма работы формирова- теля строб-импульсов; на фиг.4 - мно- гоканальньпЧ генератор одиночных импульсов; на фиг. 5 - второй делитель частоты; на фиг. 6 - третий делитель частоты; на фиг. 7 - дискриминатор; на фиг. 8 - блок контроля; на фиг.9 - временная диаграмма работы блока контроля; на фиг. 10 - то же, для элеента И8; на фиг. 11 - то же, для ногоканального генератора 5 одиночных имоульсов (формирование импульсов по 1 и 2 выходам); на фиг. 12 - то е, формирование импульсов, по 3 и 4 выходам; на фиг, 13 - диаграмма работы дискриминатора 7.

Устройство для управления следящим приводом содернсит генератор 1 импульсов, первый делитель 2 частоты, второй делитель 3 частоты, первьм элемент 4 задержки, многоканальный генератор 5 одиночных импульсов, третий делитель 6 частоты, дискриминатор 7, элемент ИВ, формирователь 9 строб- импульсов, элемент ИЛИ 10, блок 11 контроля, формирователь 12 импульса, второй элемент 13 задержки. Формирователь строб-импульсов (фиг. 2) содержит элементы И 14 и 15, элемент НЕ 16 и элемент И 17. Многоканальньм генератор одиночньгх импульсов (фиг.4) содержит триггеры 18,- 24, регистр 25, элемент 2И-НЕ 26, элемент НЕ 27 и элемент ИЛИ 28. Делители частоты (фиг. 5 и 6) Содержат триггеры 29 37. Блок контроля (фиг. 8) содержит триггеры 38, 39.

Устройство для управления следящим приводом работает следуюиц-п образом.„

Исходное состояние устройства, а также его состояние после отработки возможного рассогласования на выходе дискриминатора 7 при включении, следующее. Тактовая последовательность с выхода генератора 1 импульсов через первьм элемент 4 задержки поступает

0

5

0

5

0

0

5

0

5

на первый вход многоканального генератора 5 одиночных импульсов, где эти импульсы формируют по каждому синхронизированному входному импульсу соответствующий одиночный импульс на выходе% Кроме того, тактовая последовательность импульсов поступает на второй вход второго делителя 3 частоты, а также через первый делцтель 2 частоты на второй вход третьего делителя 6 частоты. Период следования импульсов генератора 1 импульсов определяет величину элементарного скачка фазы второго делителя ,3 частоты, т.е. дискретность перемещения. Однако этот период, должен быть настолько большим а длительность импульсов настолько кала}- чтобы обеспечить устойчивую работу второго делителя 3 частоты и многоканального генератора 5 одиночных импульсов. Частота следования полезных импульсов на первом входе устройства должна быть намного меньше частоты следования счетных импульсов на втором входе третьего делителя 6 частоть.

Из выходных импульсных последовательностей третьего делителя 6 ч асто- ты формирователь 9 строб-импульсов формирует три строб-импульса, т.е. строб-импульсы 15 2 и 3. На первом и третьем выходах второго делителя 3 частоты формируются соответственно строб-импульсы 4 и 5. Указанные пять строб-импульсов служат для синхронизации входных импульсов многоканального генератора 5 одиночных импульсов. Поскольку в исходном состоянии входные импульсы присутствуют только на первом входе многоканального генератора 5 одиноч ных импульсов, а на третьем и четвертом его входах их нет, то одиночные импульсы появляются попеременно на первом и втором выходах. Поступая на третий делитель 6 частоты, они создают попеременно единичные скачки фазы строб-импульса на выходах формирователя 9 строб-импульсов в положительную и отрицательную сторону относительно некоторого среднего значения фазы. Поскольку строб-импульсы 1, 2, 3 формируются из выходных импульсных последовательностей третьего делителя 6 частоты,то их элементарные скачки фазы определяются периодом следования счетных импульсов на втором входе третьего делителя 6 частоты.

При описании исходного состояния устройства было использовано понятие о среднем значении фазы, под которым понимается то значение фазы строб- импульсов с выхода формирователя 9 строб-импульсов, когда отслеживаемый п-й импульс на первом входе устройства не изменяет свое значение фазы (рассогласования нет) и его фаза отличается от значения фазы центра : строб-импульса 1 не более чем на величину элементарного скачка.

По переднему фронту каждого стробимпульса 1 с. первого выхода формиро- 15 коэффициент деления второго дели20

вателя 9 строб-импульсов с помощью элемента 13 задержки и формирователя 12 импульса формируется импульс защиты, расположенный в центре строб- импульса 1. Этот импульс защиты че- .рез элемент ИЛИ 10 разрешает совместно со строб-импульсом 1 прохолодение присутствующих на первом входе устройства импульсов (сигналов обратной связи) через элемент И 8. Ввиду нали-25 чия импульсов на выходе элемента И В блок 11 контроля на своем выходе формирует потенциал 1, разрешающий прохождение импульсов защиты с выхода формирователя 12 импульса через элемент ИЛИ 10.

Импульсы, прошедшие через первый вход элемента И 8, образуют на.первом входе дискриминатора 7 последовательность с частотой следования той

30

35

теля 3 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 32 третьего делителя 6 частоты в в нуль.

Строб-импульсы 3 - последовательность импульсов, действующая в отсутствии строб-импульса 1, причем каждый импульс по своей длительности соответствует времени пребывания первого триггера 32 третьего делителя 6 частоты в состоянии единицы.

Строб-импульсы 4 - последовательность импульсов, соответствующая нулевому состоянию первого триггера 29 второго делителя 3 частоты.

же, что и у импульсов с второго выхода второго делителя 3 частоты. Равенство частот следования импульсов на первом и втором входах дискриминатора 7 обеспечивается соответствующим выбором частоты следования импульсов с выхода генератора 1 импульсов и коэффициентом деления второго делителя 3 частоты. Условием отсутствия рассогласования на выходе дискриминатора 7 является сдвиг фаз импульсных последовательностей на его пер- вом и втором входах на 180°. Если сдвиг фаз не равен 180°, то на выходе дискриминатора 7 создается рассогласование, после отработки которого изменяется фаза импульсов на первом входе устройства и сдвиг фаз в 180 восстанавливается. А так как их относительный сдвиг по фазе равен 180 , то на выходе дискриминатора

7 рассогласование отсутствует.

Строб-импульсы, формируемые в устройстве, определены следующим образом.

Строб-импульс 1 - последовательность импульсов, длительность которых равна заданному периоду следова- НИН импульсов на первом входе устройства. Частота следования строб-импульса 1 определяется требуемым диапазоном сигнала рассогласования на выходе дискриминатора 7 таким образом, чтобы путем стробирования на элементе И 8 на первый вход дискриминатора 7 пропускался бы не каждый импульс с первого входа устройства , а например, п-й. Это, кроме того, определя коэффициент деления второго дели

теля 3 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 32 третьего делителя 6 частоты в в нуль.

Строб-импульсы 3 - последовательность импульсов, действующая в отсутствии строб-импульса 1, причем каждый импульс по своей длительности соответствует времени пребывания первого триггера 32 третьего делителя 6 частоты в состоянии единицы.

Строб-импульсы 4 - последовательность импульсов, соответствующая нулевому состоянию первого триггера 29 второго делителя 3 частоты.

Строб-импульсы 5 - последовательность импульсо.в, соответствующая единичному состоянию первого триггера 29 второго делителя 3 частоты.

В процессе работы устройства возможны следующие случаи.

Случай 1. На втором и третьем входах устройства импульсы отсутствуют. В этом случае на первом и третьем i входах второго делителя 3 частоты одиночных импульсов нет и на его втором выходе импульсная последовательность имеет постоянное значение фазы. Дискриминатор 7, вьивляя относительно фазы этих импульсов возможные фпюкту- ационные отклонения от 180 фазы п-х , входных импульсов, формирует на своем выходе сигнал рассогласования для компенсации этого отклонения. С другой стороны,,возможные флюктуации фазы п-х импульсов определяют.их временное положение относительно центра строб-импульса 1. Если очередной п-й импульс поступает на первый вход уст51

ройства до момента появления центра строб-импульса 1, то он по второму входу многоканального генератора 5 одиночных импульсов запоминается в нем. С приходом переднего фронта строб-импульса 2 производится соответствующая синхронизация и очередным импульсом тактовой последовательности на первом входе многоканального генератора 5 одиночных импульсов на его первом выходе формируется одиночный импульс. Этим импульсом по первому входу третьего делителя 6 частоты устанавливается в единицу его первый триггер 32. 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 5 одиночных импульсов производится соответствующая синхронизация и очередным импульсом тактовой последовательности на его втором выходе формируется одиночньй импульс. Этот импульс по третьему вхо- ду третьего делителя 6 частоты устанавливает в ноль его первый триггер 32. В результате изменения состояния- первого триггера 32 третьего делителя 6 частоты создается элементарный скачок фазы выходных строб-импульсов формирователя 9 строб-импульсов, которые перемещаются так, чтобы п-й импульс приблизился к центру строба 1.

Поскольку формирование передних фронтов , строб-импульса 2 и строб-импульса 3 происходит после поступления очередного счетного импульса на второй вход третьего делителя 6 частоть, то изменение состояния его первого триггера 32 по установочным входам происходит в промежутке времени между этими счетными импульсами, чем повышается устойчивость работы второго делителя 3 частоты. Используемые здесь счетные импульсы получаются путем деления с определенным коэффициентом первым делителем 2 частоты так товой последовательности импульсов генератора 1 импульсов. Их период следования определяет величину элементарного скачка фазы строб-импульсов на выходе формирователя 9 ст об-им- пульсов. Она должна быть, с одной стороны, минимальной для обеспечения точности слежения, с другой сто 396

РОНЫ, такой, чтобы при максимальной возможной скорости изменения фазы п-го импульса центр строб-импульса 1 от него не отставал, тем самым осуществляя постоянное слежение за п-м импульсом.

Кроме того, слежение за п-м импульсом ставит требование выбирать длительность импульса так, чтобы каждый следующий друг за другом п-й импульс появлялся бы в течение времени действия импульса защиты. Это сделает возможным прохождение п-го

импульса через первый вход элемента И 8. Наличие каждого очередного п-го импульса на втором входе блока 11 контроля обеспечит постоянное присутствие, импульса защиты на третьем входе элемента И 8.

В рассмотренном случае устройство находится в режиме динамического равновесия.

Случай 2. На второй вход устройства поступает импульс перемещения в положительном направлении. Этот импульс через третий вход многоканального генератора 5 одиночных импульсов запоминается в последнем. С приходом

переднего фронта строб-импульса 4 . производится соответствующая синхронизация и импульсом тактовой последовательности, задержанным на первом элементе 4 задержки, на третьем выходе многоканального генератора 5 одиночных импульсов формируется одиночный импульс. Этот импульс по первому входу второго делителя 3 частоты устанавливает в единицу его первьй

триггер 29.

Если же на третий вход устройства поступает импульс перемещения в отрицательном направлении, то этот импульс, так же как и импульс по второму входу устройства, обеспечивает формирование по строб-импульсу 5 одиночного импульса на четвертом выходе многоканального генератора 5 одиночных импульсов. Сформированный одиночный импульс по третьему входу второго делителя 3 частоты устанавливает в нуль его первьй триггер 29.

Изменение состояния первого триггера 29 второго делителя 3 частоты в дополнение к счетным импульсам создает элементарный скачок фазы и шyль- сной последовательности на втором входе дискриминатора 7, на выходе которого в зависимости от знака из714

менения фазы формируется соответствующее рассогласование, поступающее на выход устройства.

Поскольку формирование одиночных импульсов осуществляется по задержанным импульсам тактовой последовательности, то изменение состояния первого триггера 29 второго делителя 3 частоты по его установочным входам осуществляется в интервале времени между счетными импульсами, Случай 3. На импульсную последовательность, поступающую, на первый вход устройства, воздействуют помехи, в результате чего возможно появление одиночных ложных импульсов или их кратковременной пачки, а также пропадание п-го импульса.

Если ложный импульс или их пачка появятся в отсутствие импульса защиты, а также после п-го импульса по одну с ним сторону от центра импульса защиты, совмещенного с центром строб-импульса 1, то состояние устройства не нарущится. При их же расположении по разные стороны относительно указанного центра, если первым приходит п-й импульс, то происходит нарущение только фазы на выходах формирователя 9 строб-импульсов на величину элементарного скачка фазы в третьем делителе 6 частоты. Однако с v приходом очередного п-го импульса это нарушение устраняется. Подобное нарушение работы на достоянии выхода дискриминатора 7 не сказывается.

Если же первыми приходят ложные импУльсы, то возникающее при этом . ложное отклонение величины сигнала рассогласования на выходе дискриминатора 7 будет незначительным из-за малой длительности импульса защиты по сравнению с длительностью строб-им- пульса 1. После окончания действия помехи и с поступлением п-го импульса ложное отклонение в величине сигнала рассогласования устраняется.

Таким образом, уменьшение длительности импульса защиты обеспечивает повышение точности управления в условиях помех в виде ложных импульсов. Однако длительность импульса защиты должна быть настолько большей, чтобы отслеживаемый п-й импульс не вькодил за его пределы при возникновении фазовых скачков строб-импульса 1 во время слежения за п-м импульсом, ког69398.

да скорость изменения его фазы наибольшая.

Если воздействие помехи вызывает

пропадание п-го импульса, то по заднему фронту .импульса защиты на выходе блока 11 контроля устанавливается уровень О, который через элемент ИЛИ 10 разрешает прием следующих п-х

0 импульсов через элемент И 8 уже в ii пределах длительности очередного стробЧимпульса 1. Такое состояние сохранится до тех пор, пока п-й импульс не попадет в зону действия им5 пульд а защиты, по заднему фронту которого на выходе блока 11 контроля сменится уровень О на 1 и на третий вход элемента 8 через элемент ИЛИ 10 начнут снова поступать импуль0 защиты.

Таким образом, блок 11 контроля позволяет увеличить зону слежения за п-м импульсом, когда он временно отсутствует или находится вне действия

5 импульса защиты, например, при вклю- , чении устройства.

Формирователь 9 строб-импульсов (фиг. 2 и 3) работает следующим образом.

0 На третий вход формирователя строб- импульсов поступает импульсная последовательность, которая получается от деления исходных счетных импульсов, на второй вход - импульсная последовательность с частотой следования в два раза больше,, чем на третьем входе, а на первьй вход - импульсы с частотой следования в два раза меньше, чем у исходных счетных импульсов. На осQ тальные входы поступают импульсные последовательнос и, являющиеся производными от деления импульсов на первом входе. С их помощью на выходе элемента И 14 появляется каждый k-тый импульс из последовательности импуль5

5

0

5

сов на первом входе.

На выходе элемента И 15 формируются импульсы, соответствующие второй половине действия импульса на выходе элемента И 14. Использование инвертора 16 позволяет получить на выходе элемента И 17 импульсы в отсутствие импульсов на выходе элемента И 14.

Пример реализации многоканального генератора 5 одиночных импульсов представлен на фиг. 4. Он работает следующим образом,

В исходном состоянии на второй, третий и четвертый входы многоканаль914

ного генератора одиночных импульсов импульсы не поступают и триггеры 18- 24, а также регистр 25 находятся в состоянии сброса. Если по второму, третьему или четвертому входам 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-вхо- ды триггеров 21-24 периодически поступают импульсы синхронизации, причем импульсы по пятому и шестому входам разнесены во времени. При этом состояние триггера 18 по переднему фронту синхроимпульса переписывается в триггер 21 или 22, а состояние триггеров 19 и 20 - в триггеры 23 и 24 соответственно. Поскольку на первом выходе регистра 25 присутствует

О

то он через элемент 2И-НЕ 26 на

R-входе регистра 25 устанавливает 1 разрешающую запись. Поэтому по переднему фронту очередного короткого импульса по С-входу регистра 25 в него переписывается состояние триггеров 21 - 24, а по первому разряду уста- навливается 1, которая на первом выходе регистра 25 и далее на втором входе элемента 2И-НЕ 26 устанавливается после установки О на первом входе элемента 2И-НЕ 26, куда через элемент НЕ 27 поступает тот же импульс, что и на С-вход регистра 25 В результате на R-входе регистра 25 сохраняется 1. По заднему фронту импульса на С-входе регистра 25 на первом входе элемента 2И-НЕ 26 устанавливается 1 и на R-вход регистра 25 поступает логический нуль, по которому осуществляется сброс регистра 25. Установка О на втором входе элемента 2И-НЕ 26 переводит R-вход регистра 25 в состояние 1, которая сохраняется до прихода заднего фронта очередного импульса на С-вход, На время действия импульса по С-входу регистра 25 на ego втором - пятом выходах присутствуют логические состояния, определяемые состоянием триггеров 21 - 24. Если это были состояния 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

9

соответствующих триггеров, причем сброс триггеров импульсами с второго и третьего выходов регистра 25 осуществляется через элемент ИЛИ 28. Таким образом, канал, по которому сформировался импульс, переводится в исходное состояние.

Пример реализации блока 11 контроля представлен на фиг. 8, а его временная диаграмма работы - на фиг.9. Триггер 38 устанавливается по динамическому S-входу в единицу по отрицательному перепаду переднего фронта импульса на первом входе блока. Состояние Q-входа триггера 38 переписы- вается через D-вход в триггер 39 с приходом на С-вход положительного парепада заднего фронта того же импульса. Если в течение времени действия импульса на первом входе блока на R-вход сброса триггера 38 приходит импульс, то на Q-БЫходе триггера 39

сохраняется 1. Если же в течение указанного времени триггер 38 по R- Бходу не будет сброшен, то на Q-вы- ходе триггера 39 установится О..

Форму л а изобрет.ения

Устройство для управления следящим приводом, содержащее генератор дапульсов, выход которого соединен с

входом первого делителя частоты, с первым входом второго делителя частоты и через первый элемент задержки- с первым входом многоканального генератора одиночных импульсов, первый

выход которого соединен с первым входом третьего делителя частоты, второй вход которого подключен к выходу первого делителя частоты, а третий вход- к второму выходу многоканального генератора одиночных импульсов, второй вход которого соединен с выходом элемента И и с первым входом дискриминатора, первый вход элемента И является первым входом устройства для управления следящим приводом, второй вход соединен с первым выходом формирователя строб-импульсов, входы которого подключены к соответствуюпцим выходам третьего делителя частоты, второй и третий выходы формирователя строб-импульсов соединены соответственно с третьим и четвертым входами многоканального генератора одиночных импульсов, пятый и шестой входа котои141 )9

рого являются вторым и третьим входами устройства для управления следящим приводом, а седьмой и восьмой входы подключены соответственно к. первому и второму выходам второго делителя частоты, второй и третий входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами многоканального генератора одиночных импуль- io сов, а-третий выход второго делителя частоты - с вторым входом дискриминатора, выход которого является выходом устройства для управления следящим

2Вкод 8ход

9I 2

приводом, отличающееся тем, что, с целью повьшгения точности управления, в него введены элемент l-UIM, формирователь импульса, блок контроля и второй элемент задержки, выход которого через формирователь импульса соединен с первым входом блока контроля и с первьм входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока контроля, второй вход которого соединен с выходом элемента И, выход элемента ПЛИ соединен с третьим входом элементя И.

фаг. 2

Ценшр. с/прод-амлдльса 1

П

П

Т

П

П

фиг.З

(риг. Ч idbixQd{cmpo6-uMnyMCbi4)

36ы)(од(строб-импульсы 5) Фиг. 5

2дь/ход

32

33

1

54

2бход

k

1бход

16ход

Импульс защиты 1 /г

Центр импу/ ьса

Выход, элемента Ц8

I I-

36

J 1

37

R

35

38

Q

Ц}

с

39

ибыход

Фиг.8

Фиг.9

L

Фиг.Ю

15ход I N I I I I I I I I II

2бмд A/I -. f sSxod у :ГЛ11.I1

ббходLЛ..Л.

1бь/ход 2бы)(0д

Фиг. ff