Программное задающее устройство Советский патент 1979 года по МПК G05B19/02 

(54) ПРОГРАММНОЕ ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к системам программного управления и может применяться в технологически.х процессах химической, металлургической и легкой промышленности, в особенности там, где требуется частая оперативная смена программной функции, а сама функция достаточно сложна; изобретение может использоваться также в качестве активного элемента аналоговых вычислительных машин.

Известны программные устройства с нецифровым резистивным выходом, причем сопротивление на выходе этих устройств создается за счет составляющего их фоторезистивного материала, который освещается зондом. Формирование зонда производится светонепроницаемыми шторками. Шторки, благодаря своей подвижности, могут образовать краями тот или иной профиль, совпадающий с графиком выбранной программной функции. Положение зонда относительно шторок определяется напряжением, значение которого соответствует какой-либо физической величине, выбранной в качестве аргумента. Функционально сформированный шторками световой зонд создает определенной величины фотопроводимость фоторезистивного материала. Перемещением зонда относительно щторок осуществляется требуемое функциональное изменение величины сопротивления 2.

В таких устройствах профиль щторок грубо повторяет график функции, а сам профиль и процесс его выставления далеки от привычного вида графика функции и обычных способов его вычерчивания. Очевидна и зависимость величины фотопроводимости, а

следовательно, сопротивления, от оптических характеристик светового потока.

В другом известном программном задающем устройстве для управления циклическими процесса.ми, содержащем последовательно соединенные задатчик опорного напряжения, блок управления и фоточувствительную матрицу, связанную через согласующий элемент с блоком задания программы, вместо щторок применена прозрачная основа (калька), на которой обычными чертежными методами наносится график программной функции, а пространство выще кривой графика дополнительно покрывается светонепроницаемой краской. Ввод программы осуществляется путем освещения фотнчувствительной матрицы через полученную таким образом маску. Матрица состоит из вертикальных столбцов, которые составляют последовательно включенные фоторезисторы. В качестве аргумента программной функции выбрано время, прошедшее от начала цикла. Управление столбцами матрицы производится с помощью генератора импульсов,делителя частоты и десятичного счетчика. Сигналы с выходов счетчика подключают последовательно с резистором нагрузки соответствующий текущему моменту времени столбец, тем самым задавая на матрице значения аргумента. Значение функции формируется величиной фотопроводимости подключенного столбца. Она определяется отношением количества фоторезисторов в столбце, попавши.х под светоненроницаемый участок маски и освещенны.х, а также оптическими и оптоэлектрическими характеристиками светового потока и фоторезисторов. Освещенный в определенной нропорции столбец фоторезисторов и включенный последовательно с ними резистор нагрузки образуют делитель напряжения, у которого фоторезистивное нлечо меняет свое сопротивление в зависимости от программной функции. Часть функционально изменяющегося падения напряжения с резистора нагрузки можно снимать для программного управления каким-либо процессором 3. В таком устройстве зависимость величины фотопроводимости от оптических характеристик светового потока, падающего через маску на матрицу, в конечном итоге приводит к нестабильности выходного напряжения. Причина нестабильности при воспроизведении нрограм.1ной функции заключается в самом способе формирования ее значения. Использова1 ие матрицы не ограничивается определением координаты функции (в данном случае координате соответствует число освещенпых фоторезисторон в столбце). Одновреме}1но с этим на матрице формируется значение функции в форме определенной величины фотопроводимости составляющих столбец фоторезисторов. Так как величина фотопроводимости всецело определяется световым потоком, зависимость от таких величин, как освещенность, созданная потоком , или его спектральный состав, неизбежна. При их случайном изменении меняется значение фотопроводимости, что в свою очередь вызывает изменение на выходе устройства величины падения напряжения, используемого для программного управления. Выходное напряжение образуется как часть напряжения, снятого с делителя, состоящего из трех резисторов: резистора нагру.ЧчИ, участка фоторезисторов, нонавн их под светонепроницаемую часть маски, и участлл освещенных фоторезисторов. Для того, ч 1обы добиться ,ого значения сопротивления у фоторезистивного плеча делителя приходится учитывать не просто величину сопротивления освещенного участка фоторезисторов, но и темновое сопротивление участка, закрытого маской, суммируя их. Предварительный расчет для графического вычерчивания програ.ммной функции в этом с.тучае значительно усложняется. Н; график нрограммной функции приходится дополнительно наносить светонепроницаемую краску на участок площади, лежащей вьпие кривой, что искажает привычный и обычно принятый вид графического изображения функциональной зависимости; кроме того, такая маска повторяет в своем назначении механические щторки. К снижению точности воспроизведения программной функции приводят изменяющиеся в лироких пределах оптоэлектронные характерисгики фоторезисторов, составляющих матрицу. В таком устройстве защита от разрывов значения функции достигается путем формирования сопротивления определенной величины непосредственно матрицей с использованием только вертикальных столбцов и проекций программной функции через специальную маску, т. е. в ущерб точности и стабильности аналогового сигнала и простоте вычерчивания кривой графика. Целью изобретения является повыще ГИе точности устройства за счет обеспечения независимости ве;1ичины выходного сопротивле1 ия от условий освещенности матрицы, а также избавления от дополнительных построений при вычерчивании графика нрограммной функции и устранения разрывов значений программной функции при ее трансляции. Цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит вентильные элементы, функилональный преобразователь и логический блок, входы которого подключены к выходам фоточувствительной матрицы, а выходы через вентильные элементы - к соответствуюнтим входам функционального преобразователя. В предлагаемом устройстве поставленная цель достигается путем разделения рабочих функций между матрицей, которая определяет лишь координату нрограммной функции в соответствии с проектируемы.м на нее графиком, и заданной величиной аргумента, а физи.ческую величину сопротивления создает последовательная цепь резисторов функционального цреобразоватсмя, определенная часть которой П1унтнруется и соответствии с этой координатой. Сущность изобретения пс;;-;сняется чертежом. Устройство содержит блок задания программы 1, согласующий элемент (объектив) 2, фоточувствительную матрицу 3, блок уцравлення 4, включающий элементы сравнения 5, эле.менты И б, вентильные эле.менты 7 и элементы НЕ 8, логический блок 9,, соетоящей из элементов НЕ 10, триггеров 11 и элементов И - НЕ 12, вентильные элементы 13, функциональный нреобразователь 14 и задатчик опорного напряжения 15. Каждому адресному входу матрицы 3 присваивается определенный интервал напряжения. Для опроса того или иного входа матрицы 3 в соответствии с величиной напряжения на входе устройства составлены однотипные взаимосвязанные цепочки а (а - номер входа матрицы). Каждая цепочка подключена к задатчику опорного напряжения 15. Цепочка состоит из элемента сравнения 5, у которого один вход подключен к соответствующей части задатчика 15, а на общий второй вход поступает входное напряжение, из элемента И 6, на один вход которого поступает сигнал от элe :eнтa 5, из элемента 7, который своим управляющим входом подключен к выходу элемента И 6 и коммутирует соответствующий вход матрицы 3 с источником адресного напряжения. Каждая цепочка имеет связь со следующей цепочкой через элемент НЕ 8. На выходах матрицы 3 также сформированы однородные по составу элементов, взаимосвязанные k цепочек (k - количество выходов матрицы). Каждая цепочка составлена из триггера 11, у которого единичный вход соединен с соответствующим выходом матрицы 3, из элемента 13, шунтирующего определенную часть последовательно включенных резисторов преобразователя 14, которые создают выходное сопротивление устройства. Каждая цепочка I (I,- номер выхода матрицы и цепочки, соответствующей ему) через отнесенный цепочке логический (/(11) кодовой элемент И-НЕ 12 связана с остальными выходами матрицы 3 с номерами 0,1,... (), (+ 1),... (/(-1), сигналы с которых предварительно инвертируются элементами НЕ 10. Применяемые логические элементы реализуют функции, которые принято представлять в виде таблиц истинности. Устройство работает следующим образом. На вход устройства и соответственно на общий вход каждого элемента 5 подается напряжение, равное нулю, а на другой вход подается с задатчика 15 постоянное напряжение, возрастающее с номером цепочки а на дискретную величину и равную масштабу напряжения, принятому на оси абсцисс в системе координат, где вычерчивается график функции. В цепочке с а О компаратор отсутствует, но на вход элемента И 6 этой цепочки постоянно подается напряжение, равное логической «единице. Все элементы о -л1 указанных условиях находятся в -Tiuiii с Л:;г - ческим «нулем на выходах. V.: ii.,: .ioi ; ческого «нуля следует от элем :. ь 1-4 1е:1очкя с а 1 через элемент НЕ 8 на Вл,;; И 6 цепочки с а 0. Другой вход эть:-; .-. -мента И 6 находится под постоянным напряжением логической «единицы. Две «единицы на входах элемента И 6 соответствуют «единице на его выходе. Напряжением логической «единицы открыт элемент 7 и адресное напряжение поступает на вход матрицы с а О (в соответствии с напряжением на входе устройства, равным нулю). Одновременно логический «нуль элемента 5 из цепочки с а 1 подан на элемент И 6 этой же цепочки. Инвертированный сигнал логического «нуля соседнего элемента 5 (а 2) подан на второй вход элемента И 6. Элемент И 6 цепочки с а 1 при сочетании на его входах «единицы и «нуля вырабатывает сигнал логический шуль на выходе. Как следствие, элемент 7этой цепочки закрыт и соответствующий вход матрицы 3 не опрашивается. По той же причине закрыты вентильные элементы всех оставщихся цепочек. Проецируемое на фоточувствптельные элементы изображение графика функции блока 1 располагается так, что осп координат совпадают с соответствующими строкой и столбцом матрицы 3: ось ординат - со столбцом с а О, ось абсцисс - со строкой с / 0. Адресное напряжение на входе матрицы 3 а О формирует на строке, определенной пересечением проецируемой кривой графика и столбца о О, напряжение, которое несет информацию о координате функции f в точке со значением аргумента (входного напряжения), равным нулю. Координате функции соответствует номер выхода матрицы l на котором появляется упомянутый сигнал напряжения. Для конкретного рассмотрения предположим, что сигнал о координате функции поступил с выхода (например график функции представляет собой прямую, проходящую через начало координат). В цепочке с тем же номером этот сигнал определяет «единичное состояние триггера 11 на входе. Напряжение логической «единицы« с выхода триггера 11 поддерживает элемент 13 в открытом состоянии. Элемент 13 шунтирует сразу всю цепь последовательно включенных резисторов преобразователя 14, выходное сопротивление при этом становится равным нулю. На остальных (k-1) выходах матргщы 3 сигналов о координатах нет, так как опроса входов с номерами о, в данном случае больщими нуля, не происходит. Напряжения этих сигналов, соответствующих логическим «нулям, поступают каждое на «единичный вход триггеров 11 с номерами t 1,2...(/С-1 8то же время на «нулевых BXO:KJX триггеров 11 присутствуют сигналы логических «единиц с выходов элементов И - НЕ 12 . Такое сочетание сигналов на обоих входах каждого триггера 11 отвечает их состоянию с «логическим нулем на выходах. Соответственно, элементы 13 цепочек с перечисленными номерами закрыты.

Одновременно логические «нули с выходов матрицы 1 1,2,...(/С-1), инвертированные предварительно элементами НЕ 10 в логические «единицы, присутствуют на {К- 1) входах элемента И-НЕ 12 в цепочке с R О, поддерживая его в состоянии с логическим «нулем на выходе. Таким образом, в цепочке В О триггер И с сигналом логической «единицы на «единичном входе имеет на «нулевом входе сигнал «нуль, что устойчиво сохраняет его состояние с логической «единицей на выходе.

На (k-I) входов у элементов И-НЕ 12 с номерами 1 1,2...(/С-1), кроме логических «единиц подан сигнал логический «нуль (инвертированная «единица с выхода матрицы В 0). Такое положение отвечает состоянию указанных элементов И-НЕ 12 с логической «единицей на выходе. В этом случае триггеры 11 с Е 1,2...(К-I) также неизменно сохраняют прежнее состояние с логическим «нулем на выходе.

Итак, при поданном напряжении, равном нулю, устройство находится в соответствии с видом выбранной функции, в состоянии с выходным сопротивлением, равным нулю.

Напряжение на входе устройства начинает возрастать и достигает по величине той части опорного напряжения, которая постоянно подается для сравнения на элемент 5 в цепочке номер а 1. В этот момент элемент 5 переходит в состояние с логической «единицей на выходе. Появление этой «единицы изменяет состояние некоторых логических элементов схемы. Элемент И 6 цепочки а О переходит в состояние с логическим «нулем на выходе, а соответствующий элемент 7 закрывается и адресное напряжение перестает подаваться на вход матрицы а 0. Одновременно на входах элемента И б в цепочке а 1 создается положение, существовавшее до этого момента на входах элемента И б в цепочке 0 0 (элемент 5 в цепочке а 2 по-прежнему находится в состоянии с логическим «нулем на выхоже). Это значит что элемент И б в цепочке а 1 вырабатывает на своем выходе логическую «единицу и соответствующим ей напряжением открывает элемент 7 этой цепочки. Адресное напряжение теперь подается на вход матрицы а 1, как этого требует масштаб, в котором вычерчен график функции и величина напряжения на входе устройства. Элементы 7 в цепочках с номерами а О, 2, 3,.... (п-1) будут закрыты. Открывается лишь цепочка, у которой интервал напряжения заключает в данный момент значение изменяющегося напряжения. Таким образом, при дальнейщем изменении входного напряжения будут опрашиваться соответствующие новые входы матрицы 3. При отсутствии адресного напряжения на входе матрицы а О на ее выходе также исчезает сигнал о координате. Если принять коэффициент наклона прямой графика функции, равным единице, то новый сигнал о координате (при существующем опросе входа а 1) появится на выходе 1,

Появление на выходе 1 1 напряжения, соответствующего логической «единице, и его исчезновение на выходе t О изменяет состояние некоторых логических элементов в выходных цепочках. Триггер 11 в цепочке с . О теперь имеет на «единичном входе сигнал «нуль, а на «нулевом входе - «единицу, что соответствует его состоянию с логическим «нулем на выходе. Элемент 13 цепочки 0 закрывается и

более не шунтирует всю цепь резисторов преобразователя 14. В свою очередь .триггер 11 в цепочке Е 1 займет состояние с логической «единицей на выходе в связи с тем, что на его «единичный вход теперь поступает логическая «единица с выхода матрицы К 1, а на «нулевой вход - логический «нуль с элемента И-НЕ 12 той же цепочки. Элемент 13 в цепочке откроется напряжением логической «единицы и устройство приобретет новое значе ние сопротивления.

Таким образом, координата функции вначале определяется матрицей 3, а затем с ее помощью формируется соответствующее

ей сопротивление на цепи резисторов преобразователя 14. Предположим, что на проекции прямая графика функции f не покрывает фоточувствительного элемента в столбце а 2. Напряжение на входе продолжает возрастать и достигает уровня сравнения для цепочки а 2. Элемент 7 в цепочке а 1

5 при этом закрывается для адресного напряжения, а в цепочке а Зоткрывается. Соответственно, на выходе t 1 матрицы 3 сигнал о координате исчезает, но на выходе Ь 2 не появится. На всех k выходах матрицы 3 будут присутствовать только сигналы логических «нулей. Если бы элементы 13 управлялись непосредственно напряжениями с выходов матрицы 3, все они оказались бы зaкpыtыми. На выходе устройства при этом скачкообразно образоваа лось бы сопротивление, равное суммарному сопротивлению всех последовательно включенных резисторов цепи преобразователя 14. Триггер 11 в цепочке 2. 1 после исчезновения логической «единицы с его «единичQ ного входа сохранит состояние с логической «единицей на выходе. Элемент 13 этой цепочки будет по-прежнему шунтировать соответствующую часть цепи преобразователя 14 и разрыва значения функции не произойдет. Все К логических элементов И-НЕ

S 12 будут вырабатывать на своих выходах сигналы логических «нулей, в том числе и элемент цепочки , способствуя этим сохранению существующих состояний у триггеров 11: с номером t 1 -«единичного состояния, у остальных с номерами & О, 2, 3, ..., (К- 1) - «нулевого. С дальнейшим ростом входного напряжения начинает опрашиваться очередной вход матрицы 3 а 3. На выходе Е 3 появляется сигнал логической «единицы, который переводит триггер 11 цепочки fc 3 в «единичное состояние, а триггер 11 в цепочке Е 1 - в «нулевое. Все элементы И-НЕ 12 начинают вырабатывать логические «единицы, за исключением элемента И-НЕ 12 в цепочке 3, вырабатывающего логический «нуль. Таким образом, цепь резисторов, шунтированная первоначально элементом 13 в цепочке t 1, по поступлении нового сигнала о координате с выхода Е 3, будет шунтироваться в новом месте элементом 13 цепочки I 23, а элемент 13 в цепочке Е 1 закрывается. Резкого скачка выходного сопротивления (разрыва значения функции) не происходит, несмотря на то, что сигнал на выходе & 2 отсутствует, Независимость значения сопротивления от условий освещенности матрицы позволяет обеспечить более стабильное воспроизве гение выбранной программной функции, а значит и осуществить точное управление какимлибо процессом с помощью программного устройства. Точность номинальной величины каждого резистора из цепи преобразователя 14, создающей выходное сопротивление, может быть очень высокой благодаря индивидуально.му подбору каждого резистора. Кроме того, на выход устройства могут подключаться сменные цепи резисторов различных номиналов, что обеспечит более широкий диапазон возможностей программного устройства. Применение любой из известных матриц в данном устройстве в качестве определителей координат требует зашиты от разрывов функции. Защита с помощью однотипных цепочек логических элементов отличается унифицированностью и не наносит ущерба основным характеристикам программного устройства. Формула изобретения Программное задающее устройство, содержащее последовательно соединенные задатчик опорного напряжения, блок управления и фоточувствительную матрицу, связанную через согласующий элемент с бл.оком задания программы, отличающееся тем. что, с целью повышения точности устройства, оно содержит вентильные элементы, функциональный преобразователь и логический блок, входы которого подключены к выходам фоточувствительной матрицы, а выходы через вентильные элементы - к соответствующим входам функционального преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 326601, кл. G 05 G 9/00. 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 458841, кл. G 06 G 9/00, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР .NO 189927, кл. G 05 В 19/08. 1960.