Устройство позиционирования Советский патент 1981 года по МПК G05B19/29 

(54) УСТРОЙСТВО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

t

Изоьретение относится к автоматике и может быть использовано в позиционных системах управления различными промьтилеиными объектами.

известно устройство для автоматического позиционирования, содержащее последовательно соединенные блок управления, реле, схему управления сервомотором, путевой датчик, червячный механизм, нагрузку, преобразователь аналог-код, вычитающий счетчик и дискриминатор, выход которого подключен ко второму входу реле, задатчик положения, выходы которого подключены ко вторым входам вычитанндего счетчика; и дискриминатора, дисплей, связанный с вычитающим счетчиком, причем второй выход реле подклаочен ко второму входу схемы управления сервомотором l.

Недостатком известного устройства является низкая точностьлобусловненная тем, что информация 6 положении нагрузки поступает только в «ft ело-импульсном коде.

Наиболее близким по технической сущности является позиционне1Я сервосистема, имеющая три фазы скорости и цифровое управление 2, содер лащая последовательно соединенные

блок задания, блок вычитания, преобразователь код-аналог, усилитель, сервопривод, нагрузку и путевой датчик, первый выход которого соединен

со вторым входом блока вычитания, последовательно соединенные вентиль, инвертор, счетчик, счетный вход которого присоединен к выходу схемы ИЛИ, а выход соединен со вторым

входом сервопривода, первую схему И, входы которой соединены со вторым выходом путевого датчика и вторым выходом сервопривода, а выход через усилитель импульсов присоединен ко

входу схемы: ИЛИ, вторую схему И, входы которой связаны со вторым выходом путевого датчика и третьим выходом сервопривода, а выход - с другим входом схемы ИЛИ, при этом

входы вентиля соединены со вторым выходом блока задания и выходом блока вычитания.

Известное устройство перемещает нагрузку в заданное положение в три

этапа: разгон, движение с постоянной скоростью и торможение. При этом предполагается, что путь разгона равен пути торможения 2.

Одна{ о влияние сухого трения и

постоянных возмущений, которые имеют Место, например, в шахтных подъемны машинах, лифтах, промышленных роботах - манипулятора и др., изменяет пути разгона и торможения в широких пределах, причем увеличение пути разгона сопровождается уменьшением .пути торможения и наоборот. Поэтому известное устройство обладает низко точностью и ограниченной областью применения. Цель изобретения - повышение точ ности и расширение области применения. Поставленная цель достигается те что в устройство позиционирования, содержащее последовательно соединен ные задатшик кода, блок вычитания, преобразователь код-аналог, усилите сервопривод, нагрузку и путевой датчик, первый выход которого подключен ко второму входу блока вычит ния, и последовательно соединенные вентиль, инвертор и первый счетчик, выход которого подключен ко второму входу сервопривода, счетный вход к выходу элемента ИЛИ, а также элемента И, входами соединенный со вто рыми выходами сервопривода и путево го датчика,, выходом - со входом удвоителя импульсов, первый вход ве тиля соединен со вторым выходом задатчика кода, а второй его вход - с выходом блока вычитания, введен второй счетчик и последовательно со единенньзе умножитель импульсов, реверсивный счетчик, элемент и, генератор импульсов, элемент запрета делитель .частоты, выходом подключен ный к первому входу элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, счетным вхо дом подклю- енного к выходу удвоителя импульсов, а установочным - ко второму выходу задатчика кода, второй выход путевого датчика подключе ко второму входу элемента ИЛИ и второму входу элемента запрета, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, второй вход генератора импульсов подключен к третьему выходу сервопривода, а установочный вход реверсивного счетчика введен со вторым выходом эгщатчика кода выходом блока задания второй выход путевого датчика подключен ко второму входу схемы ИЛИ и второму входу схемы запрета, выход которой соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, второй вход генератора импульсов подключен к третьему выходу сервопривода, а установочный вход реверсивного счетчика связан со вторым выходом блока задания. На чертеже представлена блоксхема предлагаемого устройства. Она содержит задатчик 1 кода, блок 2 вычитания, преобразователь 3 код-аналог, усилитель 4, сервопривод 5, нагрузку 6, путевой датчик 7, вентиль 8, инвертор 9, первый счетчик 10, схему ИЛИ 11, удвоитель импульсов 12, элемент И 13, второй счетчик 14, умножитель 15 импульсов, реверсивный счетчик 16, элемент И 17, генератор 1Ь импульсов, элемент 19 запрета и делитель 20 часто.ты. Задатчик 1 кода выдает цифровой код перемещения, которое необходимо отработать, устанавливает в исходное состояние второй счетчик 14, обнуляет реверсивный счетчик 16 и управляет работой вентиля 8. Блок 2 вычитания определяет разность между заданным положением нагрузки б, поступающим с задатчика 1, и ее действительным положением, поступающим с ij pBoro выхода путевого датчика 7. Преобразователь 3 код-аналог преобразует код этой разности в аналоговый сигнал, который усиливается усилителем 4. Сервопривод 5 обеспечивает один из трех возможных режимов работы устройства: разгон, движение с постоянной скоростью и торможение. При этом в режимах разгон и торможе-. ние на нагрузку б действуют равные по модулю и противоположные тю знаку силы или моменты сил. Перевод сервопривода 5 с режима разгона в режим движения с постоянной скоростью осуществляется автоматически. Причем разгону соответствует логическая единица на втором выходе сервопривода 5, а движению с постоянной скоростью - логическая единица на его третьем выходе. Перевод сервопривода 5 в режим торможения происходит по сигналу, поступающему на его второй вход. Отработка малых начальных рассогласований, не превышающих некоторой заранее известной величины, осуществляется путем пропорционального регулирования. Путевой датчик 7 определяет действительное положение нагрузки 6 и выдает его в параллельном и числоимпульсном коде. Вентиль 8 управляет занесением кода начальной ошибки в первый счетчик 10. инвертор 9 обеспечивает отрицательный знак кода этой оишбки. Элемент ИЛИ 11 позволяет изменять содержимое первое счетчика 10 как по сигналгш от делителя, частоты 20, так и по сигналам, поступакнцим со второго выхода путевого датчика 7. Схема И 13 и удвоитель 12 импульсов позволяет изменять содержимое второго счетчика 14 на величину, равную удвоенному числу элементарных шагов пути разгона. В реверсивном счетчике 16 запоминается величина, пропорциональная числу элементарных шагов пути разгона , поступающая с выхода умножителя 15 импульсов. Элемент И 17, генератор 18 импульсов и элемент 19 запрета обеспечивают выдачу число-импульского кода содержимого реверсивного счетчика 16 в режиме движения с постоянной скоростью в паузах между сигналами на втором выходе путевого датчика 7. При этом первый и второй входы генератора 18 импульсов служат соответственно для его включения и выключения. Делитель частоты 20 обеспечивает деление числа входных импульсов на величину, равную содержимому второго счетчика 14.

Система работает следующим образо В начальный момент, по сигналу со второго выхода блока 1 задания, реверсивгалй счетчик 16 устанавливается в О, во второй счетчик 14 заносится заранее известная оарицательная величина S , а в первый счетчик 10 через вентиль 8 и инвертор 9 отрицательное значениеначальной ошибки, поступающее с выхода блока 2 вычитания. На первом входе сервопривода 5 появляется сигнал ошибки, поступающий от блока 2 вычитания, через преобразователь 3 код-аналог и усилитель 4. Сервопривод 5 начинает работать в режиме разгона. При этом на его втором выходе появляется логическая единица, а на третьем - логический нуль. Направление движения определяется знаком сигнала ошибки. Сигнал о действительном положении нагрузки 6 поступает с первого выхода путевого датчика 7 на второй вход блока 2 вычитания, где определяется значение ошибки по положению. Кроме того, на второг выходе путевого датчика 7 периодически появляется импульсный сигнал, свидетельствующий об изменении положения нагрузки на элементарный шаг, соответствующий единице младшего разряда. Импульсы со второго выхода путевого датчика 7 поступают через схему ИЛИ 11 на счетный вход первого счетчика 10, через элемент И 13 и удвоитель 12 импульсов на счетный вход второго счетчика 14 и чере элемент И 13 и умножитель 15 импульсов на суммлрунвдий вход реверсивного счетчика 16.

При достижении со воприводом 5 заданной скорости, он автоматически переключается в режим движения с постоянной скоростью. Этому соответствует появление логического нуля на втором выходе сервопривода 5 и появление логической единицы на его третьем выходе. Логический нуль на втором выходе сервопривода 5 закрывает элемент И 13 и запрещает дальнейшее поступление импульсов со второго выхода путевого датчика 7 на суммирующий вход реверсивного счетчика 16 и счетный вход второго счетчика 14. К этому моменту содержимое второго счетчика 14 равное , а содержимое реверсивного счетчика 16 равняется SoS , где S - число

элементарных шагов пути разгона; SQ- известная заранее целая постоянная величина, определяющая.начальное состояние второго счетчика 14 и коэффициент умножения умножителя 15 импульсов. Появление логической единицы на третьем выходе сервопривода 5 приводит к включению генератора 18, импульсы от которого поступают на вычитающий, вход реверсивного счетчика 16 и на первый вход де0лителя 20 частоты. Делитель 20 частоты делит число импульсов, поступающих на его первый вход на число, равное содержимому второго счётчика 14, т.е. на 25 S,-, . Импульсы с выхоsда делителя 20 частоты через элемент ИЛИ 11 поступают на счетный вход первого счетчика 10. Введение в устройство элемента 19 запрета позволяет исключить одновременное поступ0ление импульсов на входы элемент ИЛИ 11. В результате импульсы от генератора 18 поступают на счетный вход первого счетчика 10 в паузах между импyльca ли со стороны выхода путевого датчика 7. .Выключение гене5ратора 18 происходит по сигналу от элемента И Д7, который появляется в момент, когда содержимое реверсивного счетчика 16 станет paBHEJM нулю. Поэтому на первый вход делителя

0 частоты поступит SoS импульсов, а с его выхода через элемент ИЛИ 11 на счетный вход первого счетчика 10 - () импульсов. Последнее соответствует числу элементар5ных шагов пути торможения Sj, которое связано с числом элементарных шагов пути разгона 3 соотношением

1/S + 1/S2 2/So, (Ц)

0

где BO - постоянная величина, зависящая от параметров сервопривода 5.

Таким образом, в начале режима движения с постоянной скоростью к первоначальному содержимому первого счетчика 10, равному значению начальной ошибки с отрицательным знаком, прибавляют величину, равную сумме элементарных шагов путей разгона и торможения. При этом число шагов пути торможения равно числу

O импульсов, поступивших на первый вход элемент ИЛИ 11 от делителя 20 частоты, а число шагов пути разгона - числу импульсов, поступивших на чтйторой вход элемент ИЛИ 11 непо5средственно со второго выхода путевого датчика 7. В процессе движения с постоянной скоростью первый счетчик 10 продолжает подсчет импульсов, поступающих на второй вход элемент ИЛИ IJ со второго выхода путевого датчика 7, Поэтому к моменту начала торможения содержимое первого счетчика 10 станет равным нулю и на второй вход сервопривода 5 поступит сигнал, переключающий сервопривод в режим торможения. Этот режим длится до тех пор, пока скорость перемещения нагрузки не станет равной нулю. В предложенном устройстве опреде ление момента начала торможения осу ществляется в соответствии с соотно шением (1), в которое входит величи на 5, зависящая от конкретного зна чения возмущения, действующего на нагрузку. Это позволяет повысить точность устройства при наличии сух го трения в механических передачах и применить его в тех случаях, когда постоянные возмущения оказывают существенное влияние и значительно меняются рт цикла к циклу. Таким образом, применение в устройстве новых элементов второго сче чика, умножителя импульсов, реверси ного счетчика, элементе И, генератора импульсов, элементе запрета и делителя частоты позволило повысить ее точность и расширить область применения. Наиболее целесообразно его использование для управления движением промышленных роботов-манипулято ров, в лифтах и шахтах подъемных машинах. Формула изобретения Устройство позиционирования, содержащее последовательно соединенные задатчик кода, блок вычитания, преобразователь код-анс1лог, усилитель, сервопривод, нагрузку и путевой датчик , первый выход которого подключен ко второму входу блока вычитания, и последовательно соединенные вентиль инвертор и первый счетчик, выход которого подключен ко второму входу сервопривода, счетный вход к выходу элемента ИЛИ, а также элемент И, входами соединенный со вторьаш выходами сервопривода и путевого датчика, выходом - со входом удвоителя импульсок, первый вход вентиля соединен со вторым выходом задатчика кода, а второй вход - с выходом блока вычитания, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности и расширения- области применения устройства, в него введены второй счетчик и последовательно соединенные умножитель импульсов, реверсивный счетчик, элемент И, генератор импульсов, элемент запрета и делитель частоты, выходом подключенный iC- первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика, счетным входом подключенного к выходу удвоителя импульсов , а установочным - ко второму выходу задатчика кода, второй выход путевого датчика подключен ко второму входу элемента ИЛИ и второму вход элемента запрета, выход которого соединен с вычитаклцим входом инверсивного счетчика, второй вход генератора импульсов подключен к третьему выходу сервопривода, а установочный вход реверсивного счетчика соединен со вторым выходом задатчика кода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 4081732, кл. G 05 В 19/28, опублик. 1970. 2.Патент США № 3906324. кл. G 05 В 13/00, (прототип).