Устройство управления технологическим процессом

 

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОШ)ГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ, содержащее измеритель рассогласования, подключенный выходом ко входу блока определения среднеквадратичного отклонения и первому входу блока управления , соединенного вторым входом с выходом источника опорного сигнала , а выходом - с первым входом механизма регулирования, о т л и ч а ющ е е с я. тем, что, с целью повышения динамической точности устройства , в нем выходы блока определения среднеквадратичного отклонения и источника опорного сигнала соединены соответственно со вторым и третьим входами механизма регулирования. (Л СП оо У(п) со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(5!) G 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3583147/24-24 (22) 26.04.83 (46) 30.04.85, Бюл. У 16 (72) Л.А.Богуславский (71) Московский ордена Трудового

К асного Знамени текстильный инстиP тут им. А.Н. Косыгина (53) 62-50 (088.8)(56) Бурдун Г.д. и др. Регулирование качества продукции средствами активного контроля. М., Издательство стандартов, 1973, с. 207-209.

Там же, с, 140-144. (54)(57) 1. .уСТРойствО уПРАВЛЕНИя

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ, содержащее измеритель рассогласования, подключенный выходом ко входу блока определения среднеквадратичного отклонения и первому входу блока управления, соединенного вторым входом с выходом источника опорного сигнала, а выходом — с первым входом механизма регулирования, о т л и ч а ющ е е с я. тем, что, с целью повыщения динамической точности устройства, в нем выходы блока определения среднеквадратичного отклонения и источника опорного сигнала соединены соответственно со вторым и третьим входамй механизма регулирования.

1153312

2. Устройство по п.!, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что механизм регулирования содержит первый и второй квадраторы, соединенные входами со вторым и третьим входами механизма регулирования, а выходами — с пер, Изобретение относится к управлению метаплорежущими технологическими процессами и может быть применено при управлеHHH металлорежущими станками.

Цель изобретения — повышение дина,мической точности устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства;на фиг.2- струк-турная схема механизма регулирования, Устройство содержит технологический процесс i,çàäàò÷èê2 раэмерадетали,дат-! чик Зразмера детали,иэмеритель4 рассогласования, блок 5 управления, механизм 6 регулирования, блок 7 определения среднеквадратичного отклонения,,1 источник 8-опорного сигнала, устройство 9 управления технологическим про--, I цессом, первыи и второй квадраторы 10 и 1! делитель !2 ° умножитель 13, процесс 14 обработки, сумматоры 15 и 16, bo — выходной сигнал задатчика размера детали 2, т.е. сигнал задания — заданный размер детали, " — выходной сигнал датчика 3 размера детали, т.е. регули- 25 руемая величина - действительный размер детали, f — выходной сигнал измерителя 4 рассогласования т.е. .) сигнал рассогласования, 11 — выходной сигнал блока 5 управления, 30 — выходной сигнал источника 8 опорного сигнала, 0 — выходной сигнал блока 7 определения среднеквадратичного отклонения 7, — выходной сигнал механизма 6 регулирования, т.е. сигнал управления, !0 — сигнал возмущения.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемая, деталь поступает на позицию обработки металлорежущего станка, и обрабатывается до заданного размера детали ho, установленного в процессе предпусковай вым и вторым входами делителя, соедйненного выходом с первым входом умножителя, соединенного вторым входом и выходом соответственно с первыми входом и выходом механизма регулирования. наладки металлорежущего станка. В данном случае под технологическим процессом понимается процесс обработки детали на металлорежущем стан- ке. Операция предпусковой наладки станка на заданной размер детали h на фиг. 1 условно изображена в виде, функциональной связи между задатчиком размера детали 2 и технологи, ческим процессом 1. При обработке

Ч -ой детали на технологический процесс 1 воздействует управляюший сигнал g"(n) с выхода устройства управления технологическим процессом, .полученный на основе измерения раз мера (и -11 -ой детали, и сигнал воз мущения p(n) . Сигнал управления ((и) воздействует на привод перемещения инструмента станка, оказывая. тем самым воздействие на технологический процесс 1.

Учитывая то, что технологический процесс 1, т.е. металлорежущий станок в процессе обработки детали представляет собой простой сумматор, можно записать выражение регулируемой величины Х (n) для п -ой детали

3 в следующем виде

Ф ((и) — сигнал управления; — сигнал задания;

P ()- сигнал возмущения, имеющего случайный характер.

iде ь

Датчик 3 размера детали измеряет размер И -ой детали и формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный этому размеру. Выходной сигнал

x > (n) датчика 3 размера детали поступает на вход измерителя 4 рассогласования, на второй вход которого поступает сигнал задания !!О с выхода задатчика 2 размера детали., 1153312 где 4»»I» () gE () ТО

9g (z)ф ()

Е

+ ЗА при

+ 2А -"+ А -»10 ——

II

А-ll

2А -"— ЗА -"6 (n) K5

Е,, + E (»I) + t g

ЕЕ Е (»»)Е Е,, CÄ(n) 1ба), -Я, с ЯЧ{»»)а-f2

< Е -

- < a Е (»), (4) 30

А = (7) з

На выходе измерителя 4 рассогласования 4 формируется сигнал рассогласования EI1(nl вида

E>(n)= x>(n) -h,. (г

Учитывая выражения (1 и 2 ) можно записать выражение для сигнала рассогласования fI1(n) в виде

6>(n) = р „(и1. р (») (З ) Сигнал рассогласования E, (»») состоящий из двух составляющих: сигнала возмущения P ») (n) и управления f(n) с соответствующими корреляционными функциями и спектральными плотностями, поступает на первый вход блока 4 управления и вход блока 7 определения среднеквад0 ратичнога отклонения. В зависимости ат величины сигнала рассогласования E I)(n) блок 5 управления формирует свой выходной сигнал h no определенному алгоритму, например, по алгоритму вида где А — выходной сигнал источника .8 опорного сигнала, 35 »,, - уровни срабатывания блока 5 управления..

Выходной сигнал А блока 5 управления поступает на вход механизма 6 40 регулирования, который формирует на своем выходе сигнал g (»») управления.

Отыщем алгоритм работы механизма 6 регулирования. 45

Как и большинство технологических процессов процесс механической обработки детали является дискретным, поэтому используем для нахождения алгоритма механизма 6 регулирования 50 преобразование. Запишем передаточную функцию устройства 9 управления технологическим процессам, оптимальную по критерию минимума среднеквадратичного отклонения сигнала рассог ласования E (n ), выразив ее через соответствующие спектральные плотности

Рфе (1 Рфе (21 оп р () .Р ф оптимальная передаточная функция устройства 9 управления технологическим процессом; взаимная спектральная плотность сигнала управления ф(»») и сигнала рассогласования

f (n) подаваемого на вход блока 4 управления; спектральная плотность сигнала управления

g(n) 1 спектральная плотность случайного, сигнала возмущения F (n); спектральная плотность сигнала рассогласования F»1 (n); оператор дискретного преобразования.

На основании законов статистики имеем

g) (<) ф (),ф (<) (6) Поскольку »1: (Ч) — четная функция от, то

Ф () Ф ()

))" o»» () (9)

Фа(т)Ф Рч() Р,{М )

Рассмотрим общий случай формирования сигнала управления, когда величина:пропорциональна сигналу paccor- ласования FI1(n), т.е. пропорциональна величине отклонения действительного размера детали X g (n) от заданного размера детали 11 . Величина выходного сигнала 4 блока 5 управления определяется в соответствии с алгоритмом (4), т.е. таг «е как в прототипе.

В прототипе сигнал »» подается на вход привода перемещения инструмента, в котором он преобразуется в импульсную последовательность, частота

1)53312 (iS) с=1

Wîï 1 а а

1,2 „Д (16) C)g о ф (ы)=

;(ж2 Ы )

Д $(z)

+on() (i 7) 40

50 е(5 и длительность импульсов которой представляют собой случайную стационарную функцию, подчиняющуюся закону Луассона и имеющую спектральную плотность вида

22 А (((„г 21 (iO) Спектральная плотность вероятных сигналов A, определенная с помощьи Z — преобразования, имеет вид Р (1 as1222ь (11) д 1 ° n (- )< - ) где d — корень знаменателя, — время обработки одной детали.

На основании многочисленных статистических; исследований, случайный сигнал возмущения р> (nj в данном простейшем случае может быть представлен в виде стационарного (или квазистационарного ) случайного сигнала, спектральная: плотность которого имеет вид где 0 — среднеквадратичного откло i нения сигнала рассогласования f (n); — показатель существенной корреляции при действии случайного сигнала возмущения fU (n).

Спектральная плотность случайного сигнала возмущения fU 1 (n), выраженная через 2 — преобразование с учетом времени обработки одной детали имеет вид 2

9)(2) = .. С АЫ. Ь <., (1.3)

Т (.г-c)(z -с) где C — корень знаменателя, Общая спектральная плотность случайного сигнала возмущения р,1(д) и сигнала управления g (ь) имеет вид

Многочисленные исследования, проведенные в данной области свидетельствуют о том, что при управлении технологическим процессом с контролем каждой обрабатываемой детали и с формированием сигнала управления (и) в том случае если любой (один ) размер обрабатываемой детали выйдет за пределы допуска, частота формирования сигнала управления g(n) совпадает с частотой выхода размера детали за пределы допуска на обработку. Отсюда следует, что в этом случае всегда выполняется условие

2) = о и соответственно

При управлений технологическим процессом по статистическим параметрам погрешности устройства управления технологическим процессом имеют меньшее значение. Поэтому условие (IS), позволяет учесть максимальное влияние возникающих погрешностей. Упро. щая выражение (5) в соответствии. с указанными выше предположениями получим выражение для передаточной функции Nl „ (7,) устройства управления технологическим процессом щ На основании выражения (16) можно получить общую зависимость между отображениями сигнала управления ((41 и сигнала рассогласования, которая имеет вид

Из выражения (!7) можем получить выражение для отображения сигнала управления g (X):

А2 Ф= —,, Е5(). (18) 3

Как следует из выражения (18), отображение сигнала управления () всегда пропорционально отображении сигнала рассогласования f>(g) т.е. отклонении действительного размера детали м g (и) от заданного размера детали, причем коэффициент пропорциональности определяется выходными сигналами и и

2 источника опорного сигнала 8 и блока 7 определения среднеквадратичного отклонения. Учитывая (3) в данном случае имеем

1153312 (20)

7

А2 : ф(т) а 1((() P9Ì °, (19)

А "ч

После соответствующих преобразований выражение (18} при нулевых

,начальных условиях получаем выраже.,ние для сигнала управления ф(ь)

А ((.), p„(.) 5 "

В общем случае при использовании в блоке 4 управления известного алгоритма, .например типа (4), формирующего сигнал А в зависимости от сигнала рассогласования E >(в), 15 и учитывая выражение (19) получаем окончательное выражение для сигнала управления @и)

А

20 ((П) А А 2 (2.1)

Величина выходного сигнала А блока 4 управления определяется:, по алгоритму (4), величина сигнала 4 задается источником 8 опорного сигнала, среднеквадратичное отклонение

7 б сигнала рассогласования, так же определяется по известной методике по конечному или скользящему числу обработанных деталей, но не менее двадцати деталей в выборке.

Таким образом, получаем выражение дпя алгоритма (20), по которому работает механизм регулирования 6. В соответствии с алгоритмом (20) разработана структурная схема механизма б регулирования 1,фиг.2) . С выхода механизма 6 регулирования сигнал управления поступает на вход привода перемещения инструмента станка, который изменяет положение инструмента относительно обрабатываемой детали. В дальнейшем процесс обработки повторя-. ется.

В качестве примера, поясняющего 45 принцип работы механизма 6 регулирования, можно рассмотреть управление технологическим процессом механической обработки детали, при котором блок 4 управления работает о алгоритму, пороговые уровни которого равны Е1 0,10 мм; 6 q 0,20 мм, 0,30 мм.

В соответствии с укаэанным алгоритмом блока 4 управления профрезирована партия яэычковых трикотажных игол с ручной настройкой сигнала уп; равления ф(д), На основании статис тической обработки случайного сигнала размера обрабатываемой детали получаем: математическое ожидание достаточно близкое к нулю m = -0,3 мкм, 3 среднеквадратичное отклонение б = 6,9 мкм.

При использовании в устройстве управления технологическим процессом алгоритма (20) выходной сигнал блока 4 управления скорректирован в соответствии с выражением (21), т.е. механизм регулирования 6 обеспечивает деление квадрата выходного сигнала A источника 8 опорного сигнала на квадрат среднеквадратичного отклонения сигнала рассогласования

E g (и) с последующим умножением на вйходной сигнал Д блока,4 управления. Согласно выражению (21}определим скорректированный сигнал управления ф (p) для случая фреэирования пазов трикотажных игол в соответствии с имеющимися параметрами технологического процесса !

62

g(n) А =A — =A z А 0756.

6,9

С использованием скорректированного таким образом сигнала управле.ния была профреэерована партия игл.

Статистическая обработка дала следующие результаты: m> = -0 6 мкм

Ф 1

5,3 мкм. Параметры точности процесса свидетельствуют о том, что с использованием скорректированного сигнала управления рассеивание размеров положения паза иглы уменьшается йутем исключения из общей погреш- . ности обработки случайной функциональной составляющей.

Использование изобретения .позволяют повысить - динамическую точность системы примерно íà 20Х за счет незначительного ухудшения ее статической точности на 50Х.

1153312

Составитель 10. Гладков.

Техред Л.Иикеш, ; Редактор H.Âîëîýèê

Корректор Л.Пилипенко

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

Заказ 2504!39; Тираж 863 Подписное

Вщуцщ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5