Устройство для двухкоординатного позиционирования

 

1. УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ДВУХКООРДИНАТНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ, содержащее блок ввода, выходами соединенный с первыми входами блока управления и с первыми входами блока коррекции,координатные приводы и датчики положения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в него введены компаратор, первый коммутатор и операционный усилитель, первый и второй логические блоки, второй и третий коммутаторы, а блок коррекции содержит фазовый дискриминатор и два формирователя периодических сигналов, причем координатные приводы через соответствующие, коммутаторы подключены к первые вы ходам блока управления, вторые выходы которого соединены с входами второго логического блока, подключенного выходом к вторым входам второго и третьего коммутаторов, к компаратору и к первому входу первого логического блока, выход которого через первый коммутатор и операционный усилитель соединен с,третьими входами второго и третьего коммутаторов, датчики поло хения подключены к вторым входам блока управления и вторым входам блока коррекции, третий выход блока управления соединен с входом СБРОС первого и второго формирователей блока коррекции. 2.Устройство по п. 1, о тли чающееся тем, что первый формирователь периодических сигналов содержит два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного регистра , преобразователя код-напряжение и модулятора, выходы которых через сутлматор и формирователь прямоугольных импульсов подключены к первому выходу формирователя периодических сигналов, вторые выходы входных регистров соединены с вторыми выходами данного блока. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй формирователь периодических сигналов состоит из двух каналов, каждый из которых содержит последователь™ . но соединенные входной счетчик,преобразователь код-напряжение и модулятор , выходы которых подключены к входам алгебраического сумматора , выходом соединенного через форО СП мирователь прямоугольных импульсов с выходом формирователя периодических сигналов. 4.Устройство по п. 1, отлию чающееся тем, что первый логический блок содержит три элемента ИЛИ-НЕ, два элемента И-НЕ « элемента И, выход которого соединен с выходом логического блока, первый и второй входы - с выходами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соответстьанно, первый и второй вхолы первого элемента И-НЕ через элементы ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входу логического блока соответственно, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом блока,, а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„107 А

3(51) 05 В 19 39

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3459284/18-24 (22) 23. 06. 8 2 (46) 30. 01.84.Вюл. Р 4 (72) В.10.Галяжявичюс и 14.Ê.CòàëíåHHc (7l) Каунасский политехнический институт им. А.Снечкуса (53) 621.318.563.2 (088.8) (56) 1. Корытин А.11. и др. Автоматизация типовых технологических процессов и промышленных установок.

Киев, Одесса, Вьсшая школа, 1980, с. 316-318, рис. 10. 6 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 448436, кл, G 05 В 19/38, 1972 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХКООРДИНАТНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ, содержащее блок ввсда, выходами соединенный с первыми входами блока управления и с первыми входами блока коррекции, координатные приводы и датчики положения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в него введены компаратор первый коммутатор и операционный усилитель, первый и второй логические блоки, второй и третий коммутаторы, а блок коррекции содержит фазовый дискриминатор и два формирователя периодических сигналов, причем координатные приводы через соответствующие, коммутаторн подключены к первьм выхода>л блока управления, вторые выходы которого соединены с входами второго логического блока, подключенного выходом к вторьм ходам второго и третьего коммутаторов, к компаратору и к первому входу первого логического блока, выход которого через первый коммутатор и операционный усилитель соединен с третьими входами второго и третьего коммутаторов, датчики положения подключены к вторым входам блока управления и вторым входам блока коррекции, третий выход блока управления соединен с входом

СВРОС первого и второго формирователей блока коррекции.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый формирователь периодических сигналов содержит два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного регистра, преобразователя код-напряжение и модулятора, выходы которых через сумматор и формирователь прямоугольных импульсов подключены к первому выходу формирователя периодических сигналов, вторые выходы входных регистров соединены с вторьии выходами данного блока.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что второй формирователь периодических сигналов состоит из двух каналов, каждый из которых содержит последователь-... . но соединенные входной счетчик,преобразователь код-напряжение и модулятор, выходы которых подключены к входам алгебраического сумматора, выходом соединенного через формирователь прямоугольных импульсов с выходом формирователя периодических сигналов.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый логический блок содержит три элемента ИЛИ-НЕ, два элемента И-i1E и элемента И, выход которого соединен с выходом логического блока, первый и второй входы — с выходами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соответственно, первый и второй вхо,ды первого элемента И-НЕ через элементы ИЛИ-HE подключены к первому и второму входу логического блока соответственно, первый вход второго элемента И-HE соединен с первым входом блока, а

107051 2 нен с вторым входом логического блока, второй вход через третий элемент

NIH-HE и компаратор соедиПо,сравнению с аналогом система позволяет обеспечить оптимальную траекторию перемещения, однако она является сложной в конструктивном исполнении. Кроме того, система неработоспособна при введении минимальной информации, т.е. только координат конечной точки перемещения. Пошаговый режим воспроизведения прямолинейных перемещений в данной системе требует постоянного поступления информации от цифрового управляющего устройства, а скорость позиционирования в значительной степени зависит от быстродействия послед» него.

Цель изобретения - упрощение конструкции при одновременном обеспечении работоспособности системы от минимальной вводимой информации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для двухкоординатного позиционирования, содержащее блок ввода, выходами соединенный с первыми входами блока управления и с первыми входами блока коррекции, координатные приводы и датчики положения,.введены компаратор, первый коммутатор, операционный усилитель, первый и второй логические блоки, второй и третий коммутаторы, а блок коррекции содержит фазовый дискриминатор и два формирователя периодических сигналов, причем координатные приводы через соответствукщие коммутаторы подключены к первиа выходам блока управлення, вторые выходы которого соединены с входами второго логического блока, подключенного выходом к вторьзк входам второго и третьего коьмутаторов, к коьшаратору и к первому входу первого логического блока, выход которого через первый коммутатор и операционный усилитель ° соединен с третьими входами второго и треть:его коммутаторов, датчики положения подключены к вторым входам блока управления и к вторни входам блока коррекции, третий выход блока управления соединен с входом СБРОС первого и второго формирователей перибдических сигналов блока коррекции.

Первый Фбрмирователь периодических сигналов содержит два канала, Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в программных системах двухкоординатного позиционирования.

Известны системы двухкоординат- 5 ного позиционирования, содержащее блок ввода программы, подключенный к блоку управления, соединенному с координатными приводами, и датчики перемещения по каждой координате, об- !О разукщие обратные связи по положению Г11.

Иедостатком данных систем является то, что большие двухкоординатные перемещения осуществляются но криволинейной траектории„ из-за чего излишне нагружается предельными дина— мическими: .нагрузками силовая часть привода той координаты, по которой меньше соотношение заданного перемещения к максимальной скорости, что неоправданно ускоряет износ механической части системы, повышает расход электроэнергии, т.е. привод работает в неоптимальном режиме.

Иаиболее близкой к предлагаемой является двухкоординатная система программного управления координатными перемещениями, содержащая блок ввода, блок коррекции, датчики положения, соединенные с устройством управления, и координатные приводы. устройство управления выполнено в виде общего преобразователя положение-код, входы которого подключены к датчикам положения, а выходк арифметическому устройству, основной вход которого подключен к блоку. ввода, а рабочие выходы по каждой координате через последова-. 4О тельно соединенные регистр, преобразователь код-напряжение подключены к координатнни приводам. До,полнительный выход соединен с входом сумматора кодов коррекции блока кор- 45 рекции. Блок коррекции содержит последовательно соединенные сумматор кодов коррекции, преобразователь код-напряжение и сумматоры напряжений по каждой координате. Дополнительные входы сумматоров напряже- ния подключены к источнику опорного напряжения,. а выходы подключены по каждой координате к преобразователям код-напряжение устройства управле.ния Г2).

1070512 каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного реI, гистра, преобразователя код-напряжение и модулятора, выходы, которых через сумматор и формирователь прямоугольных импульсов подключены к первому выходу формирователя перио-. дических сигналов, вторые выходы входных регистров соединены с вторыми выходами данного блока. !

О

Второй формирователь периодических сигналов состоит иэ двух каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные входной счетчик, прЕобраэователь коднапряжение и модулятор, выходы которых подключены к входам алгебраического сумматора, выходом соединенного через формирователь прямоугольных импульсов с выходом формирователя периодических сигналов.

ПЕрвый логический блок содержит три элемента ИЛИ-НЕ, два элемента

И-HE и элемент И, выход которого соединен с выходом логического блока, первый и второй входы — с виходами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, соответственно, Первый и второй входы первого элемента

И-HE через элементы ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входу ло- 30 гического блока соответственно, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом блока, а второй вход - через третий элемент

ИЛИ-HE и компаратор соединен с 35 вторьы входом логического блока °

На фиг. 1 представлена блок-схе-. ма двухкоординатной системы позиционирования; на фиг. 2 - блок-схе.— ма первого Логического блока, на фиг. 3 - график работы системы в режиме двухкоординатного позиционирования.

C HcT eMa c opepRBT блок 1 ввода 45 блок 2 управления, коммутаторы 3 и 4, координатные приводы 5 и 6, датчики 7 и 8 положения, блок 9 коррекции, состоящий из первого формирователя 10, второго формирователя

ll, фазового дискриминатора 12, первый логический блок 13, второй логический блок 14.

Блок ввода может быть выполнен с применением ручных устройств ввода задания клавишного или поворотного типа, например переключателей

ПИП102.

Блок управления содержит в каждом канале реверсивный счетчик 15, преобразователь код-напряжение l6, эле- 60 мент ИЛИ 17 и элемент И 18, входы которого подключены к выходам элементов ИЛИ в каждом канале.

Первый формирователь периодических сигналов 10 содержит по каж- 65

/ дой координате входной регистр 19, преобразователь код-напряжение 20, модулятор 21, а также сумматор 22 и формирователь 23 прямоугольных импульсов .

Второй формирователь периодических аигналов 11 содержит по каждой координате входной счетчик 24, преобразователь код-напряжение 25, модулятор 26, а также сумматор 27 и формирователь 28 прямоугольных импульсов.

Выход второго логического блока

l4 подключен на вход однопорогового компаратора 29.

Выход компаратора соединен с входом логического блока 13, а выход через коммутатор 30 — с операционным усилителем 31.

Логический блок 13 содержит элементы ИЛИ-HE 32-34, элементы

И НЕ 35 и 36 и элемент И 37.

Блок 9 производит коррекцию траектории перемещения. Он формирует сигнал управления для координатного привода, выполнякщего меньшее перемещение таким образом, чтобы траектория двухкоординатного перемещения совпала с прямой, соединякщей начало координат с заданной точкой позиционирования.

Коммутаторы 3 .и 4 предназначены для переключения входов соответствукщих координатных приводов .от выхода блока управления 2 к выходу фазового дискриминатора 12 через первый логический блок 13 в зависимости от соотношения заданных перемещений по каждой координате.

Координатные приводы 5 и 6 осуществляют координатные перемещения.

Датчики 7 и 8 преобразуют координатные перемещения в унитарный код.

Первый формирователь 10 вырабатывает прямоугольный периодический сигнал постоянной амплитуды частотой Ец, фаза которого равна Ч

Х„

=аг.ctg ",. где Х и („- коорди1к наты заданной точки позиционирования.

Формирование сигнала блоком 10 происходит следукщим образом.

Во входные регистры 19 вводятся величины заданных координатньк перемещений в цифровой форме, которые р преобразователях код-напряжение

20 пре бр зуются в аналоговый сигнал. В модуляторах 21 эти сигналы модулируются синусоидальньм напряжением. С выходов модуляторов снимаются сигналы:4„з сио1 с одного модулятора и A> cps юд1 с друГОГО модулятора. iA и А2 — амплитуды полученных синусоицальных колебаний, 1070512 величина которых соответствует заданным координатным перемещениям.

Полученные промодулированные напряжения суммируются в сумматоре

22. Фаза синусоидального ..напряжения на выходе сумматора равна ,4„

9=0lt c tg — = acct g к, а амплитуА У, A= A i A, где Х„, У вЂ” координаты заданйой точки позициониро1О вания. Формирователь 23 представляет из себя усилитель-ограничитель с релейной характеристикой и выполнен в виде операционного усилителя, охваченного положительной обратной 15 связью. С .выхода формирователя 23 снимается напряжение прямоугольной формы с постоянной амплитуды, фаза которой равна

В один из разрядов входных ре- yg гистров 19 вводится информация в направлении (знаке) заданного координатного перемещения. При этом соответствующие выходы входных регистров подключены по каждой коор- д динате к преобразователям код-напряжение 1б блока управления и к соответствующим входам первого логического блока 13.

Второй формирователь 11 вырабатывает прямоугольный периодический сигнал постоянной амплитуды и частоты fq, начальная .фаза которого

"- — 2+ V = с — где X У те т

1 т 1 кущие координаты перемещаемой точки.

Фазовый дискриминатор 1 2 предназначен для формирования сигнала управления, функционально завися- 4п щего от рассогласования по фазе

0 =Asia(-4I сигналов от первого и второго формирователей, соответствующих заданному и фактическому аргументу векторов. 45

Первый. логический блок 13,компаратор 29 и коммутатор 30 предназначены для определения знака выходного напряжения фазового дискриминатора в зависимости от заданных координатных перемещений и от соотношения абсолютных значений самих перемещений.

Коммутатор 30 подключает выход фазового дискриминатора 12 от неинвертирующего входа к инвертирующему входу операционного усилителя

31 при выполнении логической функции

SY YY+5X.VX ъ 1, S X,5Y — логические и еременные, равные 1, когда заданы положительные перемещения по координатным осям Х и Y соответственно и равные 0, когда заданы перемещения о грицатель ные V х, VY логические переменные, принимающие значение 1, когда производятся Щ перемещения с максимальной скоростью по координатам Х или Y соответственно.

Второй логический блок 14 предназначен для управления коммутаторами 3 и 4 в соответствии с рассогласованиями по каждой координате.

Функция управления блока 14 заключается в том, что он формирует сигнал управления коммутаторами 3 и 4 согласно закону:

+Опс,„, если IVIXI- NIDYI > Г

О, если -E. (/ьХ - m(aYI< вых—

-О „, если fhXI — mIDYI(-Ð

Коммутаторы, выполненные в виде разнополярных электронных реле, подключают входы координатных приводов к блоку 2 - управления или к выходу первого логического блока 13.

В роли коммутатора 30, имеющего два выхода, может быть использовано электронное реле с переключающим контактом. При этом, когда на управляющем входе коммутатор а н апряжение соответствует логическому 0, то его рабочий вход подключен к первому выходу, а если на управляющем входе напряжение равно логической " 1, то рабочий вход подключен к второму выходу.

Система работает следующим образом.

Влок ввода, согласно программе выдает координаты конечной точки перемещения + Х„i+ Y â цифровой форме, Эти координаты зайоминаются в реверсивных счетчиках блока 2 управления и входньж регистрах первого формирователя 10. Сигналы рассогласования по каждой координате Х, У, выдаваемые устройством 2 управления, поступают на вход второго логического блока, который управляет коммутатора ми 3 и 4 следующим образом: если

) XI-m)aYI< (Е!, то выходы коммутаторов подключены к блоку 2 управления, если 1аХI — rn1сМ )Е, то вход координатного привода 5 посредством коммутатора 3 подключен к блоку 2 управления, а вход координатного привода б посредством коммутатора 4 подключается к фазовому дискриминатору 12; если ДХ - п )ЬУ с-Е, то вход координатного, привода 5 посредством коммутатора 3 через первый логический блок 13 подключается к выходу фазового дискриминатора 12, а вход координатного привода б посредством коммутатора 4 к блоку 2 управления. Здесь rn=Y /М

ЯХ вЂ” максимальная скорость перемещейия по координате Х; VY — максимальная скорость перемещейия по координате У ; Š— зона нечувствительности. Вследствие этого позиционирование по той координате, по которой соотношение заданного пе1070512

По окончании, позиционирования устройство 2 управления выдает сиг«ал на блок 1 ввода о готовности выполнения новых команд и блок ввода выдает сигнал сброса на входные регистры первого и второго фор25 мирователей.

Для нормальной работы системы необходимо во втором и третьем секторах инвертировать знак выходного сигнала фазового дискриминатора 12.

По сравнению с прототипом предлагаемая система .конструктивно проще, обеспечивает работоспособность от минимальной вводимой информациикоординат заданной точки, позволяет

35 избежать пошагового режима отработки перемещений, автоматически обесе печивает максимальное быстродействие двухкоординатного позиционирования, что достигнуто осуществлением оптимального быстродействия по той ко4О ординате, по которой соотношение заданного перемещения к максимальной скорости больше и режима фаэовогс управления по той координате, по которой соотношение заданного пере45 мещения к максимальной скорости меньше.

По сравнению с базовым обьектоманалогом, в качестве которого принята счетно-импульсная координатная

50 система программного управления, применяемая в многооперационных станках, введение режима фазового управления выгодно отличает .предлагаемую систему тем, что большие двухкоорди55 натные перемещения осуществляются по оптимальной, прямолинейной траектории, соединяющей начало координат с заданной точкой, что позволяет уменьшить пинамические нагрузки на сило6О вую часть привода той координаты,по которой меньше соотношенис заданного перемещения к максимальной скорости, снизить расход электроэнера гии и износ механической части сис.емы. ремещения к максимальной скорости больше, производится оптимально по быстродействию. Перемещение по второй координате происходит в режиме фазового слежения, а управляющим воздействием служит прямоугольный фазомодулированный сигнал, получаемый с выхода первого формирователя. Сигнал обратной связи вырабатывается вторьм формирователем. На выходе фазового дискриминатора получаемый сигнал О„Ч-Asin ю(М-У! поступает на вход первого логического блока, определяющего его знак соответственно нужному направлению перемещения. Работа системы при двухкоординатном позиционировании поясняется графиками, где исходное положение системы позиционирования совмещено с началом координат.

Максимально допустимые скорости перемещения по координатным осям

X u Y образуют прямоугольник

АВСЭ, по углам которого проведенные линии AOC è OB делят область позиционирования на четыре сектора.

В I u Itl секторах большие двухкоординатные перемещения осуществляются с максимально допустимой скоростью по оси Х, равной+Ч„, à сКО рость по оси Y определяется системой фазового слежения. Во Й и IV секторах большие. двухкоординатные перемещения осуществляются с максимально допустимой скоростью по оси, равной 1 Ч, а скорость по оси К определяется системой фазового слежения. Например, перемещени иэ начала координат в точку R (1-й сектор) производится с координатными скоростями Ч,„(по координате

Х) и Ч й(по координате Y ), обеспетй чивакщими заданное перемещение прямолинейной траектории эа минимальное время, определяемое максимальньм быстродействием по координате

Перемещение из начала координат в точку М (13 -й сектор) будет производиться с координатными ско1 остями VY (по координате Y ) и „ (по координатеЧ ) по прямолинейной траектории за минимальное время, определяемое максимальньм быстродействием по координате Y . .анало.гично будут осуществляться перемещения в Ill -м и ТЧ -м секторах.

Перемещения в точки, лежащие внутри пунктирами ограниченной области, определяемой зоной нечувствительности 1 f второго логического блока 14, осуществляются автономно по обеим координатам с максимальными скоростями каждой из них. Если в момент перемещения ввиду несоответствия координатных скоростей в заиморасположение начал координат, совмещенного с текущими координатами перемещаемой точки и заданной конечной точки изменится так, что конечная точка выйдет иэ зоны нечувствительности, перемещающейся вместе с системой координат, второй логический блок сработает и подключит в режим фазового слежения привод той координаты, по которой соотношение рассогласования к максимальной скорости меньше.

Малые двухкоординатные перемещения, а также позиционирование (точная установка) на заданной точке производятся по обеим координатам автономно, таким образом предлагаеt5 мая система не имеет отрицательного влияния на точность позиционирования.

1070512

BHhHIlH Заказ 11680/44 Тираж 842 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4