ЗЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕЛЕЙНО-ИМПУЛЬСНА.Я СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА Советский патент 1971 года по МПК G05B19/02 F15B9/03 

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в следящи.х; приводах контурных систем программного управления металлорежущими станками.

Известны электрогидравлические следящие системы для контурных систем программного управления. К недостаткам известных электрогидравлических систем относятся значительные амплитудные и фазовые потери, а также неизбежные дроссельпые потери в гидроусилителе с электромеханическим преобразователем (это отрицательпо сказываегся на динамике системы и на ее точности), зависимость быстродействия системы от уровня унравляющего сигнала, нестабильная работа нри низких уровнях управля1оп 1,его си1-пала.

С целью повышения быстродействия, T04iioс1И и помехоустойчивости в каждом из каналов положительного и отрицательного сигналов рассогласования нрсдложеипо электрогидравлической следящей системы доиолнптельно установленные объемные дозаторы соединены с рабочими полостями одного из золотников золотникового релейного блока с электромагнитным управленпем. В блоке преобразованпя сигпала рассогласовапия выходы триггеров реверсивпого двоичного счетчика подключены ко входу логического элемента «ИЛИ, выход которого соединен с вентилем открытия одного пз входов ферротрапзпсторных модзлей, выходы которых соединены с соответствующими входа.ми блоков управления.

Иа фиг. 1 изображена общая структурная блок-схема электрогидравлпческо релейпопмпульспой следяще спсте.мы, где 1 -

программы; 2 - СПНХрОН ЗаТОр у раБЛЯ О Ц Х

М ульсов; 3 - блок 1реобразоваппя сигпала рассо1ласоБания положптельпо -о па равле ия; 4 - блок реобразова я сп -пала рассо -ласован я отрпцатель 0 -о направле1 я; а -блок управле пя ерекл очеп 1ем; 6 - блок управления рассо - асоБа шя олож 1тельного на 1равленпя; 7 - блок у равлеп и с гнала рассо ласова 1я отрпцатель 0 о ia 1равлеп 1я; S - электрог Дравлпчес О Ц11фровой регулятор; 9 - 1С ОЛ тельпь й

JO - система ОбраТ 1ОЙ 11 - С ХрО Изатор Л пульсов обратной 12 - ге ератор тактовых пм ульсов; 13 - реверсивн) счетчнк; 14 - сходпого состояния; 15 - дозатор на равле я; /6-дозатор отр цатель ого паиравлеп я;

7 - золотпиковый релей ый блок положительпого направле1П1я; /6 - золотнпковый релейный блок отрпи,атель 0 -о а равле ия; 19 - золотник блока управлеп я ере лючением: аь бь Дг, 62; iii, ао, бг - выходные ЭЛ1-4; Э1У1-1, ЭМ.-2, ЭМ-3; ЭМ-4- электромагниты, управляющие золотниками; ЭМ, ЭМ -электромагниты золотника блока управления иереключением; PU - давление иитаиия; А, - частота синхронизации имнульсов, идуод,их от блока ирограммы; /Ь - частота синхронизации имиулвсов, идущих от системы обратной связи. Ыа фиг. 2 изображена структурная схема реверсивного счетчика и блока иреобразозания сигнала рассогласования, где ао, бо, а, а2, бх, бз - выходные каналв блоков иреобразования; В-}-, В- вентили; Ф/ь Ф-/2, з, - ферротраизнсторные модули; 13 - реверсивный счетчик; 3 - блок цифрового иреобразования иоложительиого наиравлеиня; 20 - логический элемент на фиг. о дана циклограмма работв ферротранзисгоров блока цифрового нреобразования иоложнтелвного (отрицательного) нанравления и картина движения объемного дозатора системы; на фиг. 4 - схема блока унравлеиия (наиример, 6) включением электромагнитов электрогидравлнческого релейиого блока. В режиме слежения система работает следующим образом. Импулвсы нрограммы от блока программы / после синхронизации частотой AI в синхронизаторе 2 уиравляющих имнульсов, иоступающих от генератора 12, ноиадаюг на один из входов реверсивного счетчика 13 в зависимости от заданного направления. Кроме того, на вход реверсивного счетчика 13 поступают импульсы от системы 10 иосле синхронизации частотой А в синхронизаторе импульсов обратной связи. Число импульсов, содержащееся в счетчике, представляет собой ощибку системы в импульсной форме. Если ощибка иревыщает границу положительной нечувствительности, необходимой следящей системе по условиям устойчивости, в работу включается блок нреобразования сигнала рассогласования ноложительного направления, на выходе которого последовательно появляются импульсы в каналах ai и бг, «2 и бь ai и бо, ао и 6i и т. д. до тех пор, пока ошибка не уменьщится до уровня, обусловленного зоной нечувствительности. Если ощибка в реверсивном счетчике 13 превышает границу отрицательной нечувствительности, то аналогичным образом к работе подключается блок преобразования сигнала рассогласования отрицательного направления (о.н.). Кроме того, нри работе блока преобразования сигнала рассогласования (п.н.) непрерывно поступают импульсы в канал ао, а нри работе блока нреобразования сигнала рассогласования о.н. непрерывно поступают импульсы в канал бо. Выходные каналы блоков 3 и 4 нреобразования сигналов рассогласования п.н. и о.н. подключены к соответствующим блокам 6 и 7 управления сигнала рассогласования п.н. и о.н. Иазиачение блоков 6 и 7 - осуществление форсированного (быстрее 0,001 сек} включения электромагнитов при иодаче уиравляющих импульсов на тот или иной вход каналов и и на тот или иной вход каналов б. Кроме того, блоки 6 и 7 осуществляют поддерл ку включеиия электромагнитов в промежутке между управляющими импульсами в каналах а и управляющими импульсами в каналах б. Так, наиример, импульс в канале Ci приводит к форсированному включению электромагнита и иоследующей ноддержке включения вплоть до появления импульса в канале б. Импульс в канале 6i приводит li форсированному включению ЭМ-2 и последующей поддержке включения вплоть до появления импульса в канале ai и т. д. Аналогичио работают и другие блоки управления. С помощью тиристорного блока 5 выполняется реверсирование гидравлического двигателя. Так, если ощибка системы пололсительна, то импульсы от генератора 12 через блок попадают в канал ао блока 5, срабатывает (с форсировкой) электромагнит ЭМ релейного золотника направления, давление питания подводится к правой полости гидроцилиндра исполнительного органа 9, а релейиоимпульсное регулирование скорости осуществляется (при условии перехода ощибки через границу пололсительной нечувствительности) левым электрогидравлическим релейным блоком и объемным дозатором 15 на сливе из левой полости. Если ощибка системы отрицательна, импульсы попадают на вход бо блока 5, срабатывает (с форсировкой) электромагнит ЭМ релейного золотника направления, давление питания подводится к левой полости гидроцилиндра,, а релейно-импульсное регулирование скорости осуществляется (при условии перехода ощибки через границу отрицательной нечувствительности) правым электрогидравлическим релейным блоком и объемным дозатором 16 на сливе из правой полости гидроцилиндра. Рассмотрим устройство электрогидравлического релейного блока 17 с дозатором 15. Блок 17 составляют два двухпозиционных двухкромочных золотника, переключаемых электромагнитами толкающего действия ЭМ-}, ЭМ-2, ЭМ-3, ЭМ-4 из одного крайнего положения в другое. Нормальное полол ение обоих золотников - верхнее, нри котором включены электромагниты ЭМ-2 и ЭМ-4. В нормальном положении рабочне щели золотников перекрыты, а полости объемного дозатора 15 заперты. Общий ход каждого золотиика велик, например 1 мм, причем при каждом перебросе золотника состояние щелей изменяется на противоположное. Половина общего хода золотника приходится на открытие рабочих щелей, половина - на перекрытие. Предположим, что включен электромагнит ЭМ+ релейного золотника выбора напа к правой полости гидроцилиндра исполнительного органа. Если золотники обоих релейных блоков находятся в нормальном положении (верхнем), то левая иолость гидроцилинлра заперта, и его невозможно. Допустим Tenepfj, что ошибка системрл иревысила границу положительной нечувствительности и в определенный момент включился электромагппт 5Л1-5 (и выключился ЭМ-4, и связанн1 1Й с 1П1М релейный золотник мгновенно перебросился вппз. Левая полость гидроинлиидра оказалась иодключенной к верхней полости объемного дозатора 15, а нижняя по-лость дозатора соединилась со сливной магистралью. В результате поршень гпдроцнлиндра переместился на величииу, соотпетствуюшую объему дозы дозатора Л5, а плунжер дозатора занял нижнее иоложеипе. Допустим далее, что в следуюидий момепт времени (через один нернод тактовой частоты) включились электромагниты ЭМ-1 и ЭМ-4 (и выключились ЭМ-2 и ЭМ-3. Девая полость гидроиилиндра оказалась подключенной к нижней полости объемного дозатора 15, а верхняя полость дозатора соединилась со сливной магистралью. В результате поршень гндродилиидра получил возможность сделать следуюший шаг, величина которого соответствует объему дозатора 15, а нлуижер дозатора занял верхнее положение. Если и далее с каждым новым .пмиульсом тактовой частоты золотннки релейного блока будут занимать новые иоложения, то дозирование будет практически непрерывным, а постоянная скорость гидроцилиндра при выходе ошибки системы из пределов зоны нечувствительности определится величиной дозы и тактовой частотой. По.дчеркнем, что как прямой, так и обратный ходы нлунжера дозатора являются рабочими.

Если работает релейный блок положительного направления, то золотники релейного блока отрицательного направления находятся в нормальном состоянии (включены электромагниты ЭМ-2 и ЭМ-4}. Если работает релейный блок отрицательного нанравления, то в нормальном состоянии находятся золотники релейиого блока ноложительного направления (включены электромагниты ЭМ-2 и ЭА1-4). Если ошибка системы находится в пределах зоны нечувствительности, то в нормальном состоянии находятся золотники обоих релейных блоков, и движение гидроцилиидра невозможно.

Поршень гидроцилиндра перемешает исполнительный орган стайка, который связан с той или иной системой обратной связи. Система обратной связи, система синхронизации имиульсов программы и импульсов обратной связи, блок программы представляют хорошо известные устройства, которые в предлагаемой системе использованы без изменений и в дальнейшем подробно не рассматриваются.

Датчик исходного состояния предназначен для установки реверсивного счетчика в нулевое состояние, для сброса ферротранзисторов блоков 3 и 4, для переброса с помош.ьго блоков управления всех золотннков электрогндравлических релейных блоков в исходное (нопмальиое) состояние.

Перейдем к подробному рассмотренню отдельных блоков снстемы.

Па фиг. 2 изображена структчпиая схема двоичного пятиразрядного счетчика и блока преобразовання сигнала рассогласования п.н.

ИСХОДНОМУ состоянию счетчика соответствует заноминание числа 15 (состояние 01111) и числа 16 (состояние 10000). при этом релейно-импульсная следящая система находится внутри зоны нечувствительности, и управляюш,их команд к исполнительному гидравлическо:,1У двигателю не подается. Если объем счетчика превьнпает «16. подается компида па движение с постолнпой нмиульсиой скоростью в П.Н.. Еслн обьем счетчика становится меньше «15. подастся команда на движение с ПОСТОЯПНОЙ ИМП ЛЬСНОЙ скоростью П ОЛ1.

Подача тех или иных команд в зависимости от состояния счетчика и ослптествляется блоко- 1 релейно-нмпульсного преобпазовання.

При заполнении счетчика шестиаднятью импульсами откоывается вентиль Б+ выхода тактовых импульсов от генератора тактовых ИМПУЛЬСОВ в канал йп блока хправления переключением (все вептплн схемы открываются

состоянием «1 соответствуюн1его плеча тоиггера). чем подготавливается движение в п.н. Прн заполненги счетчика пятнадцатью импульсами открывается вентиль В выхода тактовых ИМПУЛЬСОВ в канал бп блока управления переключением, чем подготаплнвается движение в о.н. Пусть объем реверсивного счетчика превышает 16 имиульсов. Тогда срабатывает логический элемепт «ПДП и открывается вептиль В, пос.де чего работа ферротрапзпсторов, связанных с этим вентилем, начинает иодчиняться циклограмме, изображенной на фиг. 3. Последовательное появление импульсов в каналах Яь б;, Дп, бд создает четкую определенность в срабатывании электромагнитов ЭМ-1 - ЭМ-4 (с помошью блоков управления 5 и 7), а теоретическая картина движения дозатора /5 приобретает вид последнего графика на фиг. 3. В действительности, при правильном выборе тактовой частоты дознрованне практически непрерывно. Из структуры блока 5 видно, что выход liMпульсов в каналы а связан с состоянием вентплей В+ и В, т. е. с состоянием реверсивного счетчика. В каналы б имнульсы ноступают

с запаздыванием в один такт незавнсимо от состояния реверсивного счетчика. Это сделано для того, чтобы золотники релейных блоков могли вернуться в нормальное состояние при переходе ошибки внутрь зоны нечувствительности в нромежутках между тактами.

Перейдем к оппсанию схемы блока управления включением электромагнитов. Схема блоков управления (например, 5) представлена на фиг. 4. Схемы остальпых блоков упВходным элементом блока является триггер Триг-1 с двумя входами а и б. Предположим, ia вход а пришел очередной импульс. Тогда транзистор Тр- закроется, и с нагрузки транзистора Тр-2 будет сниматься напряжение источника питания, которое приложится к базе транзистора поддержки Тр-3. Транзистор Тр-3 опирается, одновремепно давая сигнал иа открытие транзистора Тр-4 запуска тиристора Тир-1. При открытии Тр-3 через катушку электромагнита ЭМ-} начинает протекать ток поддержки ио цепи: О-30 в. Открывш и 1ся тиристор Tiip-1 образует цепь заряда конденсатора С-/; +300 в - 300 в, тем самым создавая форсировочное ускоренне электромагниту ЭМ-t. По окончании заряда С-/ TiipncTOp Тир- запирается. Поддерживаемый триггером в открытом состоянии, транзистор поддержки Тр-3 обеспечивает прохождеиие тока иоддержки ио катушке магнита 5М-/ до прпхода имиульса на вход б.

Одновременно с открытием тиристора Тир-1 с обмотки / импульсного трансформатора ИТ-1 подается спгнал управленпя на вспомогательпый триггер Триг-П, который заипрает трапзистор поддержки Тр-7 электромагнита ЭМ-2 на все время включения иоддержки ЭМ-1.

При подаче имиульса на вход б открывается Тр-2, Тр-6, Тр-8, Тр-7 и Тир-П. Остальные элементы схемы заиерты. Через катушку электромагнита ЭМ-2 проходит мощный форсируюш,ий имнульс тока, и включается ток поддержки. Форсируюш,ий импульс создается при разряде С-1, что необходимо и для подготовкп емкости для нового заряда при поступлении носледуюш его импульса на вход «.

8 Предмет изобретения

1.Электрогидравлическая релейно-имиульсная следящая система, содержаишя блок программы, синхронизатор управляющих импульсов, генератор тактовых импульсов, тиристорный блок управления переключенпем. реверсивный двоичный счетчик, каналы положительного и отрицательиого сигналов рассогласования, каждый из которых выполнен в виде блока преобразозапия сигнала рассогласования, соединенного с золотниковым релейным блоком электромагннтного уиравления, испо.тнительный орган, выиолненный в виде силового цилиидра, систему обратной связи, синхронизатор импульсов обратно . датчик псходного состоя ия. огличающояся тем, что. с повышения быстродействия, точиост и помехоустойч вост1, в каждом з каналов положительного и ,ательного сигпалов рассогласования установлены доиолнительн з е объемные дозаторы, рабочие полостн .оторь Х соединены с рабочими полостями одпого из золотников каждого золотникового релейиого блока с электромагн ггным унравлен 1ем.

2.Система по н. 1, отличающаяся тем, что в блоке преобразован я сигнала рассогласования выходы триггеров реверсивного двоичного счетчика подключены ко входу логического элемента «ИЛИ, выход которого соединен с вентилем открытия одного из входов ферротранзисторных модулей, выходы которых соединены с соответствующими входами блоков управления.

Потжителеное напрабтиие а/

.

1

L,.J.J.

f

r.

300

fu3.

ЗМ2

Тир-П

Tuu-l

ЗМ