Цифровая система программного управления Советский патент 1981 года по МПК G05B19/18 G05B19/416 

1

Изобретение относится к автоматическому управлению производственными процессами и может быть применено в цифровых системах автоматического управления позиционированием различных перемещающихся объектов.

Известна цифровая система автоматического регулирования, содержащая последовательно соединенные преобразователь код-напряжение, усилитель, блок управления, датчик обратной связи и сумматор; вход которого соедивен с выходом блока задания программы, а выходы старших разрядов сумматора подключены к входам элемента ИЛИ ll

Недостатками этой системы являются большое время торможения и необходимость применения корректирующих устройств, что приводит к снижению быстродействия и точности системы в целом.

Наиболее близким рещением по технической сущности к изобретению является цифровая система программного

управления, содержащая последовательно соеднненные преобразователь код-напряжение, блок управления, датчгас обратжЛ свяан т сумматор, вход которого соединен с выходом блока задания- программы, а выхолы стерших разрядов сумматора подключены к входам апемента ИЛИ, выход которого соединен с одним входом логического блока выделения стершего рларялл другие вхо10да соешшеяы с соответствующими выхооами младших сумматор 23 .

Преобразователь код-напряжение этого устройства выдает линеАяо убывающую по амплитуде гистограмму напряжений U соответсвуюших весам последовательно кдделяеь ых старших разрядов кода разности &S заданяого и текущего положений объекта. Линейно убывающая по

20 амплитуде гистограмма торможения поз воляет псюысить быстродействие системы при обработке больших перемещений за счет сокращения времени тс можения.

Однако в области средних и малых перемещений выигрыш в быстродействии полученный за счет ускоренного торможения.компенсируется потерей времени на участке разгона, так как здесь амплтуда сигнала на выходе данного регулятора положения значительно ниже, чем у линейного при одинаковом коэффициенте усиления уси1Й1телей.

Нелинейность характеристики; регулятора положения невелика и при наличии статических усилий, воздействующих на объект управления, по касательной к траектории перемещения в точке позиционирования, не позволяет повысить статическую точность системы путем увеличения коэффициента усиления.

Основными недостатками данной системы являются низкое быстродействие при средних и малых перемещениях и невысокая статическая точность при наличии статических усилий, воздействующих на объект по касательной к траектории перемещения в точке позиционирования.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровую систему программного управления, содержащую последовательно соединенные преобразователь двоичный код-аналог, усилитель, блок управления, датчик обратной связи и сумматор, вход которого соединен с выходом блока задания программы, а выходы сташих разрядов сумматора подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним входом логическ;ого блока выделения старшего разряда, другие входы которого соединены с соответствующими выходами младших разрядов сумматора, а выход первого разряда логического блока выделения старшего разряда соединен с входом первого разряда преобразователя двоичный код-аналог, введены логический блок определения четности старшего разряда и вторые элементы ИЛИ, каждый первый вход которых соединен с выходом логического блока выделения старшего разряда, номер разр$ща которого вдвое больше номера соответствующего ему второго элемента ИЛИ, а каждый второй вход соединен с выходом логического блока выделени старшего разряда, номер разряда которого на единиц-/ больше удвоенного HOмера соответсвующего ему второго элемента ИЛИ, выход каждого второго элемента ИЛИ соединен с входом преобразователя двоичный код-аналог, номер

разряда которого на единицу больше номера соответсвующего ему второго элемента ИЛИ, причем управляющий вход преобразователя двоичный код-аналог соединен с выходом логического блока

определения четности старшего разряда, а входы логического блока определения четности старшего разряда соединены с соответсвующйми выходами логического блока выделения старшего разряда.

Такая система увеличивает быстродeйctвиe, скорость процесса позиционирования с помощью торможения с постоянным максимально допустимым по величине ускорением и повышает статическую точность позиционирования благодаря увеличению коэффициента усиления в зоне малых рассогласований положению.

На фиг. 1 представлена схема цифровой системы программного управления; на фиг. 2 - зависимость амплитуды аналогового сигнала А на выходе управляемого преобразователя двоичный код-аналог от кода разности заданного и текущего положений объект а.

Система содержит блок 1 задания программы, сумматор 2 на 2(hi-l) разряд, элемент ИЛИ 3, логический блок 4 выделения старшего разряда, логический блок 5 определения четности старшего разряда, уи -1 дополнительных элементов ИЛИ 6, (управляемый) преобразователь двоичный код-аналог на т разрядов, усилитель 8, блок 9 управления и датчик 1О обратной связи.

Работает система следующим образом,

Блок 1 выдает в сумматор 2 код заданного положения объекта. Сумматор 2 формирует двоичный код разноста заданного и текущего положений объекти и 2( УУ1-1) младших разрядов двоичного кода, разности поступают непосредственно- в блок4, а VI старших.разрядов через элемент ИЛИ 3.

Блок 4 разрешает прохождение лишь старшего разряда, поступаиицего на его входы кода. Код вьщеленного старшего разряда с выходов блока 4 поступает

5 на входы блока 5, Блок 5 управляет коэффициентом преобразования преобразователя 7, выдавая на управляющий вход преобразователя 7 цифровой сигнал, выэывающий уменьшение коэффициента пре образования преобразователя 7 в -/2 ра в том случае, когда номер выделенного старшего разряда двоичного кода четный или первый, и увеличивающий коэффициент преобразования преобразователя 7 обратно до исходного значения, когда номер вьщеленного старшего разряда двоичного нечетный, за исключени ем первого. Изменение коэффициента преобразова ния преобразователя 7 может быть выполнено различными способами, например с помощью управляемого электронного ключа, переключающего сопротивления в цепи обратной связи суммирующего усилителя в преобразоавтеле 7, Нечетные разряды выходного двоичного кода блока 4 передаются параллел но в порядке возрастания на входы разрящов управляемого преобразователя 7: первый разряд - непосредственно на вхо первого разряда преобразователя 7, остальные, начиная с третьего, через эле менты ИЛИ 6 так, что 1 -и из этих элементов передает (2 1 + 1)-и раь-. ряд выходного двоичного кода блока 4 на ( I +1) - яГразрядный вход преобразователя 7. Число, представляющее вес ( J +1) разряда двоичного кода, где j - любое число натурального ряда или нуль, равно корню квадратному из числа, представляющего вес (2J +1) нечетного разряда двоичного кода, поэтому при поочередном вьшелении блоком 4 нечетных разрядов двоичного кода разности, на выходе преобразователя 7 появятсяаналоговые сигналы, представляющие, за исключением случая выделения первого разр5ща, в определенном масштабе, соответсвуклцем большему из двух возможных значений коэффициентов преобразования преобразователя 7, корни квадратные из весов, поочередно выделяемых логическим блоком 4 нечетных разрядов двоичного кода разности. Исключение, касающееся первого разряда двоичного кода разности, состоит в том, что он преобразуется в ана логовый сигнал при уменьшенном раз коэффициенте преобразования преобразователя 7. Четные разряды выходного кода блока 4 передаются параллельно в порядке возрастания на входы разр5щов пре- образователя 7 через элементы ИЛИ 6 так, что -1-й дополнительный элемент ИЛИ 6 передает 2-1, разряд выходного кода блока 4 на ( +1)-й разрядный вход преобразователя 7, Вес каждого четного разряда двоичного кода в 2 раза меньше веса, соответсвующего ему большего нечетного разряда, корень квадратный из веса каждого четного разряда двоичного кода в У2 раз меньше корня квадратного из веса соответсвующего ему большего нечетного разряда. Так как каждый четный разряд выходного двоичного кода блока 4 передается через элемент ИЛИ 6 на тот же разрядный вход преобразователя 7, что и соответсвующий ему больший нечетный разряд и при вьщелении старшего четного разряда коэффициент преобразования преобразователя 7 уменьшается в 12 раз по сигналу от блока 5, то при последовательном выделении блоком 4 четных разрядов на выходе преобразователя 7 так же, как и в случае с вьщелением нечетных разрядов, появятся аналоговые сигналы, представляющие корни квадратные из весов выделяемых четных разрядов, причем в том же масштабе, что и для случая выделения всех нечетных, кроме первот о разрядов. Таким образом, при выделении блоком 4 как четных, так и нечетных разрядов двоичного кода разности, преобриэователь 7 поочередно выдает аналоговые сигналы, соответствующие корню квадратному из весов отдельных разрядов двоичного кода разности заданнся о и текущего положений объекта и образующие параболическую зависимость, представленную на фиг. 2. Аналоговый сигнал с выхода преобразователя 7 через усилитель 8 поступает на блок 9, перемещакнцнй объект управления и датчик 10. Крд текущего положения объекта с выхода датчика 10 поступает на второй вход сумматора 2, который формирует новый двоичный код разности. В случае отсутствия статических усилий, действующих на объект по касательной к траектории перемещения в заданной точке позиционирования, при совпадении кодов текущего и заданного положений код разности становится равным нулю, аналоговый сигнал на вход усилителя не подается и перемещение заканчивается в заданной точке. Для оптимального по быстродействию роцесса позиционирования характерно торможение с посгоянтш максимально слустимым по величине ускорением. скорсюти и перемещения при равноускоренном движении определяется соотношением V /2о|9 , где V - скорость, d - ускорение, 9 перемещение. Следовательно, задание на скорость, вырабатываемое регулятором положения позиционной, системы, должно быть связано с рассогласованием по перемещению параболической зависимостью, что и обеспечивается в данной системе. Параболическая зависимость позволяет получить существенный выигрыш во времени при обработке малых и средних перемещений, при этом регулятор положения предлагаемой системы может иметь больщий, допустимый по условиям устойчивости системы коэффициента усиления в зоне малых рассогласований по положению. Поэтому при наличии статических усилий, действующих на объект управления по касательной к траетстории перемещения в точке позиционирования, данная система будет обладать большей статической точностью. Разрядность преобразователя коданалог в системах позиционирования определяется в общем случае разрядностью кода, представляющего максимальный путь торможения объекта. Разрядность преобразователя двоичный код-аналог в предлагаемой системе уменьшена на Si- , где |tf - число разрядов преобразователя двоичный код-аналог при обычном построении системы. Это определяется тем, что в данной системе все разряды преобразователя 7 кроме первого, используются для преобр зования в аналог двух разрядов кода разности заданного и текущего полоцсевий объекта. Уменьшение необходимой разрядности преобразователя двоичный код-аналог в системе является ее сушественным достоинством при построе шш точных систем позиционирования для , имеющих большой путь тормож ния« когда обычное построение системы может статьнепржемпемым, иа-чза практической невозможности построения преобразсюателя код-аналог на необходимое число разрядов. Формула изобретения Ш(овая система программного управления, содержащая последовательно 48 соединенные преобразователь двоичный код-аналог, усилитель, блок управления, датчик обратной связи и сумматор, второй вход которого соединен с выходом блока задания программы, а выходы старших разрядов сумматора подключе ны к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним входом логического блока выделения старшего разряда, другие входы которого соединены с соответсвующими выходами младших разрядов сумматора, а выход первого разряда логического блока выделения старшего разряда соединен с входом первого разряда преобразователя двоичный код-аналог, отличаю- щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы, в нее введены логический блок определения четности старшего разряда и вторые элементы ИЛИ, каждый первый вход которых соединен с выходом логическрго блока выделения старшего , номер разр5ша которого вдвое больше номера соответсвующего ему второго элемента ИЛИ, а каждый второй вход соединен с выходом логического блока вьшеления старшего разряда, номер разряда которого йа единицу больше удвоенного номера соответсвующего ему второго элемента ИЛИ, выход каждого второго элемента ИЛИ соединен с входом преобразователя двоичный код-аналог, номер разряда которого на единицу больше номера соответсвующего ему второго элемента ИЛИ, причем управляющий вход преобразователя двоичный код-аналог соединен с выходом логического блока определения четности старшего разряда, а входы лог ического блока определения четности старшего разряда соединены с соответствующими выходами лси ческого блока вьщеления старшего разряда. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Мэ 447684, кл. Q 05 В 11/26,- 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 624210, кл. Q 05 В 19/18, 197б (прототип).

гт-f

//i97-//

e

г/гг-г

гби2i f

I I

77-/

... ..,//...

/n

t

M/Sy (

I

I

/