Цифровой программный электропривод Советский патент 1982 года по МПК G05B19/19 

Изобретение относится к автоматике, в частности к системам автома-тического управления объектами с регулированием скорости и величины перемещения, и может найти примене-г ние при автоматизации металлорежущих станков, прокатных станков и др.

Известны устройства подобного назначения. Одно из таких устройств содержит импульсный датчик перемещения .в цепи обратной связи/ двигатель,усилитель мощности, блок измерения направления перемещения и усилитель импульсов, реверсивный счетчик, дешифратор состояния счета, устройство защиты от переполнения, преобразователь код-напряжение, триггер знака,причем триггер знака соединен по одному входу через ячейку ИЛИ с усилителем импульсов, по другому входу через ячейки ИЛИ и НЕ со счетчиком, а прямой и инверсный выходы триггера знака подключены к ячейкам И, к другим входам которых подсоединены прямой и инверсный выходы блока измерения направления перемещения, выходы этих ячеек попарно подключены к двум ячейкам ИЛИ, соединенных с преобразователем коднапряжение Cl.

Недостатком устройства является низкая надежность работы из-за наличия триггера знака, переключаемого без последующего подтверждения только при коде счетчика, равном О, требуется строить защиту счетчика от переполнения. Кроме того, данное устройство является сложным.

Наиболее близким к предлагаемому

10 изобретению является следящий электропривод, который содержит двигатель с импульсным датчиком положения,усилитель мощности, вход которого соединен с фильтром, подключенным к вы15ходам триггера, R- и S-входыкоторого подключены к выходам счетчиков,связанным через блоки синхронизации с устройством программы и блоком измерений направления и усилителя импуль20сов, связанного с датчиком положения, причем блоки синхронизации и счетчики соединены с генератором. Четыре блока синхронизации, каждый из кото х содержит первый и второй RS-триг25геры, выводы которых через Схему ИЛИ соединены с S-входом третьего RS-триггера, . подключенного к схеме совпадения-, соединенного с R-входом третьего триггера, при30чем R-входы первого и второго триггеров соединены с выходами генератора, усложняют схему, а добавление импуль сов программы или ойра.тной связи к . холостой последовательности импульсов генератора, поступающей на.входы счетчика, требует принятия специальных мер по запрещению.прохождения импульсов программы или обратной свя зи в моменты, когда код одного счетчика равен N-1, а второго - -1, так как в противном случае при управ лении одиночными импульсами может по явиться дополнительная ошибка. действительно, каждый импульс про граммы (или обратной связи) изменяет начальную скважность переключения вы ходного триггера, равную 2 при отсут ствии рассогласования, на . В случае добавления программы (или импульсов обратной связи) между импульсами холостой последова- . тельности генератора, в момент, когда код счетчика равен N-1 (или - - 1 для,другого счетчика), временный сдвиг изменяется с лТ до . его половины. Может произойти так, что двум импульсам программы будет соответствовать один импульс обратной связи, т .е. один импульс программы будет потерян. Кроме того, такое построение схемы измерения с начальной установкой одного из счетчиков в состояние сн.ижает зону линейного измерения рассогласования вдвое и при этом на выходе фильтра при отсутствии рассогласования будет максимальный уровень пульсации, что требует увеличения постоянной фильтра и, следовательно, приведет к ухудшению динамических свойств привода. Цель изобретения - повышение бь1стродействия и надежности электропривода и-его упрощение. Поставленная цель достигается тем что цифровой программный электропривод, содержащий узел синхронизации тактовые входы которого подключены к выходам генератора импульсов, а первый и второй выходы - к входам первого и второго счетчиков соответственно, и последовательно соединенные согласующий преобразователь,усилитель мощности, серводвигатель, датчик положения и блок измерения направ ления, знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с -управляющим и первым информационным входом узла синхронизации, вторые информационные входы которого подключены к задающим входам электропривода, а выходы согласующего преобразователя соединены с инверсными выходами первого и второго Д-триггегров, содержит два элемента НЕ, С-вход первого Д-триггера соединен с выходом первого счетчика через первый эле мент НЕ, с R-входом второго Д-триггера, подключенного Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера, R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-входом второго Д-триггера и с выходом второго счетчика, и тем, что Узел синхронизации содержит шесть элементов И-НЁ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с R-входами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ.подключены к выходам первого и второго элементов И-НЕ, а входы второго элемента ИЛИ к выходам третьего и четвёртого элементов И-НЕ, первые входы .первого и третьего элементов И-НЕ соединены с прй1«ым выходом пятого Д-триггера, С-вход которого подключен к прямому выходу шестого Д-триггера, первые входы второго и четвертого элементов И-НЕ соединены с прямым выходом седьмого Д-триггера, подключенного С-входом к прямому выходу восьмого Д-триггера, выходы пятого и шестого элементов соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с прямыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам шее- ого Д-триггера,второй тактовый входк R-входам пятого и седьмого и к С-входам третьего и четвертого Д-триггеров, третий тактовый вход - к вторым входам пятого и шестого элементов И-НЕ, а четвертый тактовый входк С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ - с управляющими вхо;аами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера - с первым информационным входом узла. На фиг. 1 представлена функциона.пьная схема электропривода; на фиг.2 схема блока измерения направления; на фиг. 3 - временная диаграмма работы электропривода; на фиг. 4 - диаграмма работы блока измерения направления. Электропривод (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов, шестой 2, пятый .3, восьмой 4 и седьмой 5 Д-триггеры, первый б, третий 7, второй 8 и четвертый 9 элементы И-НЕ, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, третий 12 и четвертый 13 Д-трйггеры,. пятый 14 и шестой 15 элементы И-НЕ, первый 16 и второй 17 счетчики, первый 18 и второй 19 Д-триггеры, первый 20 и второй 21 элементы НЕ, согласующий преобразователь 22, усилитель, 23 мощности,серводвигатель 24, датчик 25 положения, блок 26 измерения направления, выходы 27-30 генератора 1, выходы 31-34 соответственно Д-триггеров 2-5, задающие входы 35 и 36 электропривода, знако вые выходы 37 и 38 блока 26, выходы .39-42 соответственно элементов И-НЕ 6-9, выходы 43 и 44 элементов ИЛИ 10 и 11, выходы 45 и46 Д-триггеров 12 и 13, выходы 47 и. 48 элементов И-НЕ 14 и 15, выходы 49 и 50 счетчиков 16 и 17, выходы 51 и 52 элементов НЕ 21 и 20, выходы 53 и 54 Д-триггеров 18 и 19, выход 55 преобразователя 22, в ход 56 усилителя 23, выход 57 серводвигателя 24, выход 58 датчика 25,вы ход 59 блока 26 и узел 60 синхрониза ции . Блок 26 (фиг. 2) содержит элемент И 61-64, .RS-триггеры 65 и 66, элемен ты И 67-71, инвертор 72, элемент ИЛИ 73, формирователь 74, элементы ИЛИ 75 формирователь 76 и элемент ИЛИ 77. Электропривод работает следующим образом. В исходном состоянии при неподвиж ном двигателе и отсутствии задания тригг1еры 2-5 установлены в О по вы ходам 31-34, триггеры 12, 13, 18 и 19 - в Г по выходам 45, 46, 53 и 54, коды обоих счетчиков (делителей) 16 и 17 равны 0. Элементы 14 и 15 от крыты для прохождения импульсов гене ратора 1 с его выхода 29 на входы .счетчиков. Коды обоих счетчиков (вых ды 49 и 50) начинают увеличиваться. При поступлении на входы счетчиков 16 и 17 по N импульсов, произойдет переполнение счетчиков и на их выводах появятся сигналы переноса. (Заметим, что в зависимости от конструкции счетчиков, на их выводах могут быть установлены элементы, выполняющие роль инверторов, когда сигнал переноса организован в виде импульса нулевого уровня, формирователя импульса положительной полярности или вовсе могут отсутствовать) Одновременное появление импульсов 49 и 50 не изменит состояния триггеров 18 и 19, так как эти же сигналы через элементы НЕ 20 и 21 поступают на их входы R. Выходное напряжение на пыходе преобразователя 22 равно О и серводвигатель 24 остается неподвижным. Частота следования импулъсов с выходов 49 и 50 счетчиков 16и 17 и, соответственно, частота переключения триггеров 18 и. 19 j , где N - емкость счетчиков 16 и 17. В устройстве используется принцип широтно-импульсной модуляции с преоб разованием импульсов задания с часто той fj и импульсов обратной связи с частотой ffjc в фазовый сдвиг импульсо 49 и 50 друг относительно друга с последующим преобразованием этого сдвига с помощьютриггеров 18 и 19 и преобразователя 22 в. сигнал аналоговой или цифровой формы в зависимос ти от типа усилителя 23.. Появление любого из импульсов f или f вызывает фазовый сдвиг между импульсами 49 и 50 на величину лТ , что обеспечивается запретом на прохождение одного импульса генератора 1 с его выхода 29 на входы счетчиков 16 или 17. Рассмотрим это подробно. Пусть на входе 35 установлена 1, а на входе 36 - О (соответствует движению вперед). ПРИ появлении импульса f (фиг.З) по передне.му фронту сигнала 27 генератора 1 на выходах 31 и 33 триггеров 2 и 3 одновременно появляются сигналы единичного уровня. Длительность сигНсша на выходе 31 триггера 2 определяется длительность импульса f V По окончании импульса по переднему фронту сигнала 27 генератора 1 на выходе 31 триггера установится О. На выходе 33 триггера 3 длительность сигнала единичного уровня равна половине периода сигнала 28 генератора 1 (О этого сигнала триггер 3 устанавливает-, ся в О по его выходу 33), 1 с выхода 33 триггера 3 через элемент И-НЕ 6, элемент ИЛИ 10 проходит нулем на R-вход триггера 12 и устанавливает его в О по выходу 45. Элемент И-НЕ 14 закрывается для прохождения сигнала 29 генератора 1 на вход счетчика 16. Передним франтом сигнаша 28 генератора 1 триггер 12 возвращается в 1 по его выходу 45, элемент 14 снова открывается, при этом один импульс с выхода 29 генератора 1 на вход счетчика 16 не пройдет. Импульс 50 на 4Т опередит импульс 49. По переднему фронту импульса 50, триггер 19 переключится в состояние О по его выходу 54, по переднему фронту импульса 49 этот триггер вернется в прежнее аостояние. На выходе 55 преобразователя 22 появится управляющий сигнал, который усиливается по мощности, усилителем 23., серводвигатель 24 начнет вращаться таким Образом, что на выходе 38 блока 26 появится 1, появится импульс fflcno переднему фронту которого на выходе 34 триггера 5 аналогично прохождению импульса fj появится 1, которая через элемент И-НЕ 9, элемент ИЛИ 11 установит триггер 13 в О по его выходу 46., элемент И-НЕ 15 закроется и один импульс выхода 29 генератора 1 не поступит на счетчик 17, временной сдвиг между импульсами 49 и 50 станет равным О, на выходе 55 преобразователя 22 сигнал также останется равным О, двигатель остановится. При поступлении п импульсов fj ,серводвигатель повернется на угол, при котором с выхода 59 блока 26 поступит п импульсов foe. Изменяя количество импульсов э, , изменяют величину угла поворота вала двигателя, изменяя

частоту следования импульсов f, изменяют скорость вращения двигателя.

Установкой 1 на входе 36 и О на входе 35 изменяют направление вращения двигателя.

Таким образом, количество импульсов генератора 1 с его выхода 29, не поступивших на входы счетчиков 16 или 17, преобразуется с помощью триггеров 18 и 19 во временной интервал, а затем с помощью преобразователя 22 в сигнал постоянного тока с учетом знака на выходе 53 триггера 18 или на выходе 54 триггера. 19).. В отличие от известных устройств максимальное значение временного интервала равно ± N дТ.

Кроме того, в этом случае отсутствует предварительная установка счетчика 16 (или 17), а при нулевом рассогласовании пульсации в выходном напряжении преобразователя 22 отсутствуют.

При этом обеспечивается следующая последовательность включения и выключения триггеров 18 и 19. Если раньше появляется импульс с выхода 49 счетчик-а 16, то при наличии 1 на выходе 54 триггера 19 на .выходе 53 триггера 18 устанавливается О, который блокирует по Д-входу триггер 19. При появлении.импульса с выхода 50 счетчика 17 триггер 19 не изменит своего состояния,хотя на его С-входе появ-, ляется импульс единичного уровня.

Одновременно этот же импульс инвертируется элементом НЕ 21 и устанавливает триггер 18 по его выходу 53 в

II 1 и.

J. .

Так как триггеры 18 и 19 переключаются по их С-входам по передним фронтам входных импульсов, состояние триггера 19 не изменится. Если же теперьраньше появится импульс на выходе 50 счетчика 17, то триггер 19 переключается и на его выходе 54 появится О, триггер 18 по его Д-входу заблокирован. Появление импульса на выходе 49 счетчика 16 вернет в прежнее состояние триггер 19, не изменив состояния триггера 18,

Частота переключения триггеров 18 и 19г равна - , при этом переключается только тот триггер, на С-вход которого раньше приходит импульс с выходов 49 (или 50) счетчиков 16 (или 17), ,

Наличие перекрестных связей с выхода 53 триггера 18 на Д-вход триггера 19 и с выхода 54 триггера 19 на Д-вход триггера 18 обеспечивает ополнительный гистерезис и тем самым повышает помехозащищенность схемы, не требует дополнительной синхронизация их включения и выключения, повышает вдвое зону линейного измерения рассогласования. Заметим, что привод обладает интегральной характеристикой - рассогласование любого знака запоминается счетчиком 16 (или 17), преобразуется во временной интервал с помощью триггера 19 (или 18), преобразуется преобразователем 22 с учетом знака и подается на усилитель мощности 23 дЛя управления серводвигателем 24 таким образом, чтобы уменьшить его рассогласование до 0.,

Работа блока 26 (фиг. 2) поясняется фиг. 4.

С датчика 25 на входы блока 26 поступают прямые сигналы f и f и . инверсные сигналы f и f, сдвинутые по фазе На 90 эл.градусов. На выходе 38 формируется сигнал единичного уровня при работе Вперед (О на выходе 37) и 1 на выходе 37 при работе Назад, Формирователи 74 по передним фронтам сигналов f, f, f, f формируют 4-е импульса, которые через элемент 77 поступают на узел 60.

Электропривод предназначен для создания следящих систем металлорежущих станков с числовым программным управлением, может найти применение в позиционных системах и точных системах регулирования скорости различных машин и механизмов и является быстродействующим и надежным.

Формула изобретения

1. Цифровой программный электропривод, содержащий узел синхронизации, тактовые входы которого подключены к выходам генератора импульсов а первый и второй выходы - к входам первого и второго счетчиков соответственно, и последовательно соединенные согласующий преобразователь, усилитель мощности, серводвигатель, датчик положения и блок измерения направления, знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с управляющими и первым информационным входом узла синхронизации, вторые информационные входы которого подключены к задающим входа электропривода, а выходы согласующего преобразовате/1я соединены с инверсными выходами первого и второго Д-триггеров, отличающийся .тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения электропривода, он содержит два элемента НЕ, С-вход первого Д-триггера соедйне.Я с выходом первого счетчика черезпервый элемент НЕ, с R-входом второго Д-триггера, подключенного Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера, R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-вхрДОМ второго Д-триггера и с выходом второго счетчика.

2, Электропривод по п.1, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повыиения надежности электропривода, узел синхронизацииСодержит шесть элементов И-НЕ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с R-зходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам первого и. второго элементов И-НЕ, а входы второго э:г1емента ИЛИ ir выходам третьего и четвертого элементов И-НЕ, первые входы первого :И третьего элементов И-НЕ соединены с прямым выходом пятого Д-триггера, С-вход которого подключен ,к прямому выходу шестого Д-тркггера, первые входы второго и четвертого элементов .И-НЕ соединены с прдаим выходом седЬмого Д-триггера,подключенного С-входом к прямому выходу восьмого Д-триггера, выходы пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с прямыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров

соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам ,шестого Д-триггера, второй тактовый вход к Я входам пятого и седьмого и к С-входам третьего и четвертого Д-триг5 геров, третий тактовый вход - к вторым входам пятого и шестого элементов И-НЕ, а четвертый тактовый вход - к С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов

0 И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ - с управляющими входами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера - с первым информационным входом узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Слежановский О.В. и др. Устройства унифицированной блочной системы

Q регулирования дискретного типа (УУБСР-Д), М., Энергия, 1975, с. 8, 73, 85, 159.

2.Михеев Ю.Е. и Сосонкин В.Л. Системы автоматического управления

5 станками, М.-, Машиностроение,

1978, с. 122, 126, 143-150 (прототип).

//J

3L

uli11

77

t/Л J

fuZ.