Широтно-импульсное устройство для программного управления приводом

 

ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДСЖ, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, первый суюлатор, логический блок, блок ключей, датчик положения , полосовой фильтр, демодулятор , интегратор, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик и второй сумматор, выход которого подключен к второму входу логического блока, а второй вход - к выходу делителя частоты, второй выход реверсивного счетчика соединен с вторым входом.первого сумматора , о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыаения динамической точности и расширения динамического диапазона работы устройства, в него введены последовательно соединенные блок сложеная-вычитания, первый счетчик, блок сравнения кодов, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик и триггер знака, выходом подключенный к знаковому входу цифроаналогового преобразователя, третий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, выходы преобра 3оЪателя напряжение-частота подключены к перв.ым входам блока еложения-вычитания, вторые входы которого подключены к входам устройства . О Ю 0 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3316785/18-24 (22) 08. 07. 81. (46) 30.05.83. Бвл. 9 20 (72) А.Г..Розинов, Э.Л. Тихомиров, Ю.A. Шаталов, В.A. Яковлев и И.Й.Круглов (53) 62-503. 55 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 435505, кл. G 05 В 19/36, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 670956, кл. G 08 С 9/06, 1978 (прототип). (54)(57) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРИВОДОИ, содержащее последрвательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, первый сумматор, логический блок, блок ключей, датчик положения, полосовой фильтр, демодулятор, интегратор, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик и второй сумматор, выход которого подключен к второму входу логического блока, а второй вход - к

„„SU„„799 А выходу делителя частоты, второй выход реверсивного счетчика соединен с вторым входом первого сумматора,отличающееся тем, что, с целью повышения динамической точности и расширения динамического диапазона работы устройства, в него введены последовательно соединенные блок сложения-вычитания, первый счетчик, блок сравнения кодов., цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик и триггер знака, выходом подключенный к знаковому входу цифроаналогового преобразователя, тре- Е тий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, выходы преобразоЪателя напряженке-частота подключены к-первым входам блока сложения-вычитания, вторые входы которого подключены к входам устрой- Я ства.

1020799

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и, в частности к области числового программного управления станками.

Известно импульсно-фаэовое устройство, содержащее интерполятор, 5 схему сложения и вычитания, делитель напряжения, подключенный к датчику, и последовательно соединенные генератор, опорный делитель частоты, фазовый дискриминатор, привод, дат- 10 чик и фильтр нижних частот, выход 1 которого соединен с одним из входов фазового дискриминатора, интерполятор через схему сложения и вычитания подключен к делителю напряжения, 15 .а выход генератора соединен с одним кз входов схемы сложения и вычитания 1 J.

Однако такое .устройство не отвечает современным требованиям высокой статической и динамической точности, предъявляемым к станкам с числовым программным управлением.

Известно устройство для преобразования. перемещение-фаза, содержа25 щее генератор импульсов, выход которого подключен к входу опорного делителя частоты, датчик, выход которого через фильтр подключен к первому входу демодулятора, последовательно соединенные интегратор, преобразователь напряжения в частоту импульсов и реверсивный счетчик, два сумматора, логический блок и блок ключей, вход интегратора соединен с 35 выходом демодулятора, одни входы сумматоров соединены с выходами прямого кода опорного двигателя, другие входы первого сумматора соединены с выходами прямого кода реверсивно- 40 го счетчика,.другие входы второго сумматора — с выходами обратного кода реверсивного счетчика, выходы сумматоров через логический блок подключены к блоку ключей, выходы которого соединены с датчиком, второй вход демодулятора соединен с выходом опорного делителяИ1, Это устройство значительно пре восходит по статической точности существующие импульсно-фазовые уст,ройства., но для использования в системах числового программного управления высокопроизводительными станками нуждается в .повышении динаьщческой точности к расширении динамичес- 55 кого диапазона работы.

Цель изобретения - увеличение динамической точности и расширение динамического диапазона работы устройства для программного управления. 60

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, со- держащее последовательно соединен ные генератор импульсов,, делитель частоты, первый сумматор, логический блок, блок ключей, датчик положения, полосовой фильтр, демодулятор, интегратор, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик и второй сумматор, выход которого подключен к второму входу логического блока, а второй вход — к выходу делителя частоты, второй выход реверсив- . ного счетчика соединен с вторым входом первого сумматора, введены соединенные последовательно блок сложения-вычитания, первый счетчик, блок сравнения кодов, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик и триггер знака, выходом подключенный к знаковому входу цифроаналогового преобразователя, третий вход которого соединен с вторым выходом

Ъторого счетчика, выходы преобразователя напряжение-частота подключены . к первым входам блока сложения-вычитания, вторые входы которого подключены к входам устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема широтно-импульсного устройства для программного управления1 на фиг . 2 - схема управления разрядными резисторами сетки типа R -2R; на фиг. 3 - временная диаграмма работы комбинированного цифроаналогового преобразователя; на фиг. 4 — пример функциональной схемы логического блока и блока ключей; на фиг. 5 временные диаграммы работы этих блоков; на фиг. б — пример схемы пре .образователя напряженке-частота.

Устройство содержит генератор 1 .импульсов, опорный делитель 2 часто-. ты, первый и второй. сумматоры 3 и 4, реверсивный счетчик 5, логический блок б, блок 7 ключей, датчик 8 положения, полосовой фильтр 9, демоду" лятор 10, интегратор ll, преобразователь 12 напряжение-частота, блок

13 сложения и вычитания, первый счетчик 14, счетчик малых величин . рассогласования, второй счетчик 15, счетчик больших величин рассогласования, триггер 16 знака рассогласования, блок 17 сравнения кодов, цифроаналоговый преобразователь 18 и фильтр 19 нижних частот.

Блок 6 состоит иэ схем ИСКЛЮЧИОЩЕЕ

M3IH 20-2i,а блок 7-из элементов И. 2225, резисторов 26-29 и ключей 30-33.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы тактовой частоты от генератора 1 импульсов поступают на вход опорного делителя 2 частоты и заполняют его. На входы первого сумматора 3 информация от;,опорного делителя 2 и реверсивного счетчика 5 поступает в прямых кодах. На входы второго сумматора 4 информация от

1020799 опорного делителя 2 поступает в пря мом коде, а от реверсивного счетчика 5 - в обратном..Модулированные по фазе прямоугольные импульсы с выходов первого и вторго сумматоров 3 и 4 через логический блок 6 поступают на блок 7 ключей. Величина фазового сдвига, прямоугольных импульсов относительно выходных сигналов опорного делителя 2 частоты определяются содержимым реверсивного счетчи- 10 ка 5. Блок 7 ключей формирует две последовательности чередующихся разнополярных широтно-модулированных прямоугольных импульсов, которые поступают на входные обмотки датчика 8, положения.

Выходы двух старших разрядов сумматоров 3. и 4 поступают на входы логического блока 6. На выходах логического блока 6 формируются пря- 0 моу голь ные импульсы pi n И, со з И, Slh n u cps p, приведенные на временных диаграммах (фиг. 5). С выходов логического блока.6 сигналы поступают на блок 7 ключей.

Первый. выход опорного делителя 2, по которому в параллельном коде пос . тупает содержимое делителя 2, обеспечивает формирование чередующихся разнополярных широтно-модулированных прямоугольных сигналов на клеммах входных обмоток датчика 8 положения.

Второй выход опорного делителя 2 (соединение 11) служит для управления демодулятором 10. По этому выходу на вход демодулятора 10 поступает З5 прямоугольный цереключакщий сигнал со скважностью 2.

Третий выход делителя 2 служит

;для передачи изменяющегося во времени по пилообразному закону кода со- 40 держимого опорного делителя 2 на вход блока 17 сравнения кодов опорного делителя 2 и счетчика 14 малых величин рассогласования, с целью форМирования на выходе .блока 14 широтно-модулированного сигнала, поступающего на вход цифроаналогового преобразователя 18.

Выходной сигнал с датчика 8 положения через полосовой фильтр 9 50 поступает на демодулятор 10. На выходе демодулятора 10 формируется напряжение ошибки преобразования перемещение -код, поступакщее на вход интегратора 11. Выходное напряжение интегратора 11 подается на вход преобразователя 12 напряжениечастота, на одном выходе которого формируется последовательность импульсов при положительной полярности входного сигнала, а на другом - 60 при отрицательной полярности этого сигнала.

Последовательность импульсов, сформированная преббразователем 12 напряжение-частота, поступает на 65 один иэ входов реверсивного . счетчика 5, вследствие чего содержимое этого счетчика всегда является двоичным эквивалентом перемещения подвижной части датчика 8 положения.

Одновременно последовательность импульсов с выхода преобразователя

12 напряжение — частота поступает на один иэ входов блока 13 сложения и вычитания. На другие входы блока .

13 подаются импульсы задания от внешнего интерполятора.

Результирующая последовательность импульсов с выхода блока 13 поступает на один из входов счетчика 14. малых величин рассогласования, заполняя его.Код с разрядов О,... к счетчика 14 малых величин рассогласований поступает на входы блока

17 сравнения кодов, на другие входы которой подается информация с опорного делителя 2 частоты. На выходе блока 17 сравнения кодов формируется широтно-импульсный сигнал, скважность котррого Т„/Т0 определяется выражением

,2 +.. +Cl 2 т к+g о 2 где Т вЂ” длительность формируемого

1 импульса;

Т вЂ” период повторения импульо сов; а,...а„- двоичные эквиваленты разрядов О, ..., к счетчика

14 малых величин рассогласования.

Схема построения цифроаналогового преобразователя на базе широтно-импульсного модулятора, ключа, комму-. тирующего двуполярное опорное напряжение.и фильтра нижних частот реализует зависимость

Тз ()вых Кф (1) н Т ()оп (2) где U — напряжение управления приВых водом;

Кф — коэффициент передачи фильтра 19 нижних частот,. — двоичный эквивалент знаком вого разряда триггера 16 знака рассогласования;

Up„ — опорное напряжение..

Такое построение схемы дает высокую линейность, однако ее разрешающая способность 1/2 +" как правило не превышает 2 "0. В переходных режимам работы при больших ускорениях и ограниченной добротности привода рассогласование по положению может достигать величин, больших 2 0дискрет. Применение в таких случаях нелинейной характеристики управления типа насыщение при рассогласованиях, превышакицих 2 "0 дискрет, ограничивает динамический диапазон

1020799 работы привода. Для расширения динамического диапазона работы привода необходимо увеличение линейной зоны характеристики управления при рассогласованиях, превышанхцих 2 "о днс- крет, что требует увеличения разрешающей способности цифроаналогового преобразователя, формирующего напряжение

Useix управления приводом.

Увеличение разрешающей способности цифроаналогового преобразователя эа ® счет увеличения периода повторения

Т приводит к уменьшению частоты несущей и к увеличению уровня пульсаций на выходе фильтра нижних частот (при неизменной постоянной времени), 35 или же к увеличейию его постоянной времени (при неизменном уровне пульсаций). Последнее ухудшает динамические характеристики привода.

В комбинированной схеме воротно- щ модулированный сигнал, поступающий с выхода блока 17 сравнения кодов, управляет дополнительным разрядом стандартной резистивной сетки типа

R — 2R цифроаналогового преобразова- 25 теля 18. Согласование кодов, считываемых с разрядов О, ..., к счетчика ,14 малых величин рассогласования и разрядов (к + 1), ; и счетчика 15 больших величин рассогласования достигается в цифро-аналоговом преоб- разователе 18 выбором веса дополнительного разряда, равным весу 2 (С+ 1 младшего значащего разряда резистивной сетки.

Выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 18, имеющее форму пульсирующего напряжения постоянного тока, поступает на вход .фильтра 19 нижних частот ° Фильтр 19 нижних частот формирует напряженне: 40 управления приводом, которое

9ььс определяется в соответствии с выражением Зн

Оэь х "ф(")

45 и+ ф+1

Т 2 ...+а 2 + — 2 и 4+4 Т х

2 + Оп

0 (Ч где a,...,ci - двоичные эквива- 5р ленты разрядов (к + 1),...,п счетчика 15 больших величин рас-.

Из сравнения выражений (2) и (3) следует, что на выходе цифроаналогового преобразователя 18 комбинированной схемы амплитуда напряжения п- 3с пульсаций уменьшается в 2 ра: зн

И =К4 (- ) вык + к о

y+ *

2п+ +а 2 +o 2 +...ао2 (4)

Uo<

2" "

При малых величинах рассогласований напряжение Пьь,„ формируется за счет широтно-имйульсного преобразования, обладающего высокой линейностью. При больших рассогласованиях оно формируется в основном эа счет обычного цифроаналогового преобразователя.

Комбинированная схема цифроанало« гового преобразователя позволяет увеличить разрешающую способность в

2" раэ и, как следствие этого, расширить динамический диапазон работы устройства. Уменьшение постоянной времени фильтра 19 нижних частот п-к за счет снижения в 2 раз уровня пульсаций выходного напряжения цифроаналогового. преобразователя 18 по сравнению с широтно-импульсным преобразователем, позволяет увеличить его быстродействие и динамическую точность устройства в переходных режимах работы.

Использование новых элементов— схемы сложения и вычитания, счетчиков малых и больших величин рассог-. ласования, триггера знака рассогласования, схемы сравнения кодов, цифроаналогового преобразователя и фильтра нижних частот — отличает предлагаемое устройство от известных, так как позволяет не только расширить функциональные возможности прототипа, но и повысить его динамическую точность, расширить динамический диапазон его рабочих скоростей и ускорений,что позволяет увеличить как точность обработки деталей, так и производительность станков с числовым программным управлением, использующих это устройство. по сравнению с известной схемой широтно-импульсного преобразователя.

Подставив выражение (1) в (3) имеем, что на выходе цифро-аналогового преобразователя 18 комбинированной схемы амплитуда напряжения пульсаций уменьшается в 2 " раз по сравнению с известной схемой ши- ротно-импульсного преобразователя.

Подставив выражение (1) в (3) получим окончательное выражение (4) для напряжения U управления привоЬых дом

1020799

abIxOg

Uon

8larucI (pal 8

Tf 1Г/w/ д /42

Ти!

0л-f

1020799

g iïÈ сФи

Pinl7

СФ/7

Ussr

Lees

1020799

Редактор О. Сопко

Филиал ППП Патент, r. Уигород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Швец

Техреду.КастелевичЕорректор Л ь ю °

Заказ 3895/40 Тираа 874 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дедам изобретений и открытий

113035, Москва, З-35, Рауаская наб., д. 4(5