Позиционный электропривод с инди-КАциЕй пЕРЕМЕщЕНия МЕХАНизМА Советский патент 1981 года по МПК G05B11/01 

(54) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ИНДИКАЦИЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МЕХАНИЗМА Цель изобретения повышение точиоCTli Н быстродействия , С этой целью в него введены третий, четвертый, нятый счетчики импульсов, второй, третий, четвертый, пятый, и1естой, седьмой к,аючи, второй трипер, фильтр, второй и третий формирователь импульсов, измеритель ,чнака рассоглаеоваиия, иервый, второй, третий элементы ИЛИ, инвертор, измеритель величины перемещения и дешифратор, иричем ;uui выхода первого триггера сосланйены чере,з измеритель знака рассогласования со вторым и третьим входом блока и;:дикаиии и первым и вторым входом измерителя величины перемещения, подключенного через третий счетчик импульсов к треть ему входу цифроаналО1-ового преобразователя, третий вход которого соединен с выходом первого э,темеита ИЛИ ., г.ервый вход которого через иоследовательио соедииенные второй ключ, четвертый счетчик имHV,TbcoB и третий ключ, а второй вход через иоследовательно с соединенные четвертый ключ, пятый счетчик импульсов и иятьи ключ подсоединены к выходу генератора имнульсов, вторвые входы третьего и нятого ключей через второй элемент ИЛИ еоедиКны с выходами первого триггера, третий выход третьего ключа соединен с первым выходом второго триггера, со вторым входом четвертого ключа и входом второго формирователя имнульсов, выход которого соединен ео вторым входом четвертого счетчика имнульсов, третий выход дятого к/иоча соединен ео вторым выходом второго триггера, вторым входом второго ключа и со входом третьего формирователя имиу.чьеов, выход которого соединен со вторым входом четвертого ключа, входы второго триггера соединены с первым и вторым входами первого триггера, выход третьего счетчика импульсов через дешифратор подключеп к третьму входу измерителя знака рассогласования, первый и второй входы которого через фильтр соединены со вторым входом усилителя, первый и второй выходы первого счетчика имиульсов через последовательно соедииеиные шестой ключ и третий элемент ИЛИ соединены с четвертым входом блока индикации, второй вход третьего элемента ИЛИ через седьмой ключ нодключей к выходу первого элемента ИЛИ, а второй вход седьмого ключа через инвертор подключен к нервому входу первого счетчика импульсов. На фиг, I привед,ена схема устройства; фиг, 2 и 3 поясняют принцин его действия. Устройство содержит генератор 1 частоты, управляе.мый делитель 2 частоты, счетчик 3 импульсов, блок 4 индикации, ключ 5, сумматоре, счетчик 7 имнульсов, триггер 8, фильтр 9, усилитель 105двигатель 11, датчик 12 положения механизма, формирователь 13 импульсов, измеритель 14 знака рассогласования, блок 15 питания датчика положения, к;1Ю 16, счетчик 17 импульсов, формирователь 18 имиульсов, ключи 19 и 20, счетчик 21 имиульсов, формирователь 22 имнульсов, ключ 23, элемент ИЛИ 24, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25, инвертор 26, элемент ИЛИ 27, ключи 28 и 29, элемент ИЛИ 30, триггер 31, измерите,:ь 32 величины перемещения, счетчик 33 и м ульсов, дешифратор 34, иервый 35 и еторой 36 выходы счетчика 3, выходы 37 и 38 к.чючей 28 и 29, выход 39 инвертора 26; выход 40 схемы ИЛИ 24; выход 41 счетчика 33. Ьчроме того, на фиг. приняты следующие об();. В - вперед, Н - назад, ti, iz - моменты подачи команды на снижение и уве.тичение скорости tOj соответственно, T-i и Та - время запаздывания при сниже1Н-1И и увеличении скорости соответственно, 5 -- заданная величина перемещения, а - импульсы на выходе счетчика 7, b - и.миульсы на В1,1ходе фор.мирозателя 13, Сие - В1 1ходн:ые сигна.пы на прямо л и инверсном выходах триггера 31, е и t - коды счетчиков 17 и 21 соответственно, g - выходное 1 аг1ряжение ЦАИ 25, Е и F- выходные сигналы триггера 8. Устройство работает следуюишм образом. В исходном состоянии на выходе 35 счетчика 3 -«О, ключ 5 разомкнут, импульсы fj с управляемого делителя 2 частоты на Bxo;i сумматора --- вычитателя б не поступают, па выходе счетчика 7 следуют ИМПУЛЬСЫгде N - емкость счетчика 7; :f - частота импульсов на выходе формирователя 13; In-частота питающего напряжения датчика 12. На обоих выходах Е и F триггера ключи 16 и 20 закрыты, на выходах ей счетчиков 17 и 21 коды равны нулю, выходное напряжение ЦАП 25 также равно. на выходах end триггера 31 выходное напряжение соответствует эпюрам фиг, 2, на одном из выходов измерителя 14-«1 (предиоложим на выходе В),на другом (на выходе Н) -- «О, В или Н зависит оттого, ка кой из импульсов а { или в) опережает и соответственно на каком из выходов Е (или F) триггера 8 появилась «1, При опережающих импульсах а иоявляется «1 на выходе Е, на выходе В в измерителе 14 появляется «1, которая сохраняется при единичном выходе дешифратора 34 до появления «1 на выходе F триггера 8. При «О на выходе дещифратора 34 (что соответствует наличию хотя бы одной единицы в счетчике 33) изменение состояний выходов Е и F триггера 8 не влияет на изменение знака ехемы 14.

С помощью устройств задания coj и Sj устанавливаются требуемые величины скорости (коэффициент деления управляемого делителя 2) и перемещения (код счетчика 3). При этом на блоке индикации высвечивается заданная величина переме1ления. Осуществляется пуск привода (ключ 5 замыкается), импульсы задания fj поступают на вход сумматора 6. На его выходе с учетом : )ака направления перемещения по.чучают ;зультируюпдую частоту fp IV выходе счетчика-делителя 7 импульсы с частотой ffl fp/N сдвигаются, опережают импульсы fe при +fj и отстают от fg при f (фиг. 3). Разность временного сдвига частот fo и fj измеряется триггером 8. При этом появляется «1 на выходе Е при -fo или на выходе F при +f (на. фиг. 2 графики выходных сигналов отдельных устройств привода представлены для случая -f }, , изменяющейся скачком, при этом для прЪстоты не учтено изменение «.при движении привода). При появлении «1 на выходе Е триггера 8 в зависимости от состояния выходов с и d триггера 31 открывается ключ 16 (при «1 на выходе с) или ключ 20 (при «1 на выходе d). Одновременно с появлением «1 на выходах с или d через формирователи 18 и 22 обнуляются счетчики 17 и 21. Когда открывается ключ 16 («1 на выходах Е триггера 8 и с триггера 31) происходит счет импульсов fr генератора 1. При этом ключ 19 закрыт, а ключ 23 открыт, код счетчика 17 возрастает (выход с фиг. 1 и 2), код счетчика 21 через ключ 23 И элемент ИЛИ 24 поступает на вход ЦАП 25. Появление «1 на выходе d («О на выходе с), открывает ключи 19 и 20 и закрывает ключи 16 и 23. Код е счетчика 17 через ключ 19 и элемент ИЛИ 24 поступает на вход ЦАП 25, а код f счетчика 21 увеличивается (происходит счет импульсов fp генератора 1). Коды ей счетчиков 17 и 21 соответствуют временному сдвигу импульсов fo и fg (ВЫХОДЫ В И а на фиг. 1 и 2).

На фиг. 2 графики выходных сигналов устройств привода приведены для трех случаев работы привода: увеличение f, уменьщение fJ и f const (со знаком «-). При увеличении (момент времени ti) выходное напряжение ЦАП 25 (эпюра g на фиг. 2) изменяется с запаздыванием на время TI при уменьшении ta (момент времени tj) ЭТО запаздывание составляет Та.

На фиг. 2 для сравнения показаны графики сигналов на выходах триггера 31 (эпюры с и d )и соответственно на выходах счетчиков 21 и 17 (эпюры е и f) и ЦАП 25 (эпюра g) для случая, когда триггер 31 управляется сформированными импульсами датчика fg. Из этих графиков видно, что во втором случае запаздывание больше как при увеличении f, (время Т|), так и при уменьшении f (вре.мя Тг). Таким образом, управление ключами 16, 19,

20, 23 и счетчиками 17 и 21 сигналом с постоянным периодом (ранее было принято для простоты, что f const) приводит к увеличению запаздывания и соответственно снижению быстродействия привода. При постоянном значении частоты fj временной сдвиг между ними постоянен и выходное напряжение ЦАП25 также постоянно (эпюра g, фиг. 2).

При больших значениях fj и малом коэффициенте усиления привода по скорости (добротность) возможны рассогласования, превосходящие один период fq(или fa). В этом случае вступает в работу схема измерения миллиметров (или оборотов датчика), которая работает только при изменении fe

5 или f и до восстановления равенства fo fe... При больщом значении f (со знаком минус) возможен случай, когда между 2-мя импульсами частотой fu укладывается два импульса частотой fa. (входы а и б). В этом случае первым импульсом «а триггер 31 устанавливается в единичное состояние, подготавливая прохождение второго импульса «а, на суммирующий вход счетчика. При импульсы «а (или «в) на выходы счетчика не проходят.

При уменьшении t, наступает случай,

когда между импульсами частотой fq, укладывается два импульса частотой fo В режиме позиционирования после установки Sg и со, и пуске привода, импульсы

0 f J через ключ о поступают на вход блока 6, при этом увеличивается временное рассогласование между импу,льсами f и fe., которое про орционально величине ft и добротности привода. Одновременно импульсы f. поступают на вычитающий вход счетчика 3. Ско5 рость двигателя 11 изменяется по кривой ОЛ(ВС|. В точке AI , соответствующей постоянному значению fg рассогласование между импульсами fo и f пропорционально площади OAAi, соответствующей пути разгона двигателя до coj . В точке В на выходе 35 счетчика 3 появляется «О, ключ 5 размыкается, импульсы fj на блок 6 не проходят, двигатель 11 тормозится, отрабатывая рассогласование. При этом обеспечивается равенство площадей ,

5 т. е. равенство пути разгона и торможения. Одновременно появление «1 на выходе 39 инвертора 26 разрешает прохождение кодов е (или f) через ключ 29 и элемент ИЛИ 27 на блок 4 индикации. Учитывая, что время торможения привода не превышает 0,2-

0,3с (в быстродействующих приводах металлорежущих станков это время не превосходит 0,1с максимальной скорости), переключение блока индикация со счетчика 3 на выход схемы ИЛИ 24 для оператора остается практически незаметным. При этом последний разряд блока 4 индикации показывает не«0 (код счетчика 3 равен «О), а фактическое положение датчика и, соответственно механизма. При повторном перемещении оператор может учесть ошибку привода, которая в ряде случаев достигает 3-4 дискрет, но, как правило, не более 9-ти. Предлагаемое устройство используется в позиционных следящих электроприводах с индикацией величины перемещения. Экономический эффект от внедрения позиционного электропривода с индикацией перемещения получают за счет упрощения схемы (исключаются тактовые устройства), повышения быстродействия и соответственно точности позиционирования. Предварительные расчеты показывают, что применение предлагаемого устройства позволяет сократить машинное время обработки на 17%, что повышает производительность работы станков до 5-7%. Предлагаемый позиционный электропривод может найти применение в следящих системах прокатных станов и др. механизмов, где требуется осуществить точное позиционирование с индикацией величины перемещения. Формула изобретения Позиционный электропривод с индикациеи перемещения механизма, содержащий последовательно соединенные генератор частоты, управляемый делитель частоты, первый счетчик импульсов и блок индикации, выход управляемого делителя частоты соединен через первый ключ с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора частоты, а выход -- со входом второго счетчика импульсов, подключенного к первому входу первого триггера, к второму входу которого подключены последовательно соединенные первый формирователь импульсов, датчик положения механизма, двигатель, усилитель, цифроаналоговый преобразователь, причем второй вход датчика положения механизма через блок питания соединен с выходом генератора частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия привода, в него введены третий, четвертый, пятый счетчики импульсов, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой ключи, второй триггер, фильтр, второй и третий формирователь импульсов, измеритель знака рассогласования, первый, второй, третий элементы ИЛИ, инвертор, измеритель величины перемещения и дешифратор, причем два выхода первого триггера соединены через измеритель знака рассогласования со вторым и третьим входом блока индикации и первым и вторым входом измерителя величины перемещения, подключенного через третий счетчик импульсов и третьему входу цифроаналогового преобразователя, третий вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого через последовательно соединенные второй ключ,четвертый счетчик импульсов и третий ключ, а второй вход через последовательно соединенные четвертый ключ, пятый счетчик импульсов и пятый ключ подсоединены к выходу генератора импульсов, вторые входы третьего и пятого ключей через второй элемент ИЛИ соединены с выходами первого триггера, третий выход третьего ключа соединен с первым выходом второго триггера, со вторым входом четвертого ключа и входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом четвертого счетчика импульсов, третий выход пятого ключа соединен со вторым выходом второго триггера, вторым входом второго ключа и со входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом четвертого ключа, входы второго триггера, соединены с первым и вторым входами первого триггера, выход третьего счетчика импульсов через дешифратор подключен к третьему входу измерителя знака рассогласования, первый и второй входы которого через фильтр соединены со вторым входом усилителя, первый и второй выходы первого счетчика импульсов через последовательно соединенные шестой ключ и третий элемент ИЛИсоединены с четвертым входом блока индикации, второй вход третьего элемента ИЛИ через седьмой ключ подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а второй вход седьмого ключа через инвертор подключен к первому входу первого счетчика импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ратмиров В. А. Основы программного управления станками. «Машиностроение. 1978, с. 158, рис. 68. 2.Михеев Ю. Е., Сосонкина В. Л. Системы автоматического управления станками. 1978, с. 160-167, рис. 130. 3.Экспресс-информация «Автоматизированный электропривод, вып. 31, 1975, с. 22-28.