Цифровая система управления

 

Изобретение относится к системам управления . Цель изобретения - повышение быстродействия и расширения области применения - достигается тем, что в систему, содержаш.ую сравнивающее устройство, датчик скорости, первый сумматор, блок усиления , двигатель, датчик скорости, введены второй сумматор, блок умножения, два мультиплексора и логический блок. 3 ил. ю го со ND N

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1229724

А1 (5)) 4 G 05 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3759755/24-24 (22) 22.06.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Минский радиотехнический институт (72) В. П. Кузнецов, Ф. В. Фурман, А. П. Пашкевич, Е. П. Кукареко и Э. Ф. Черняк (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 830299, кл. G 05 В ll/14, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1092462, кл. G 05 В 15/02, 1983. (54) ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к системам управления. Цель изобретения — повышение быстродействия и расширения области применения — достигается тем, что в систему, содержащую сравнивающее устройство, датчик скорости, первый сумматор, блок усиления, двигатель, датчик скорости, введены второй сумматор, блок умножения, два мультиплексора и логический блок. 3 ил.

1229724

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для управления электромеханическими исполнительными механизмами с неопределенными параметрами, например в промышленных роботах и манипуляторах, в станках с числовым программным управлением и др.

1 ель изобретения — повышение быстродействия и расширение области применения системы.

На фиг. 1 приведена блок-схема пифровой системы управления; на фиг. 2 — траектории движения системы на фазовой плоскости; на фиг. 3 временные диаграммы работы логического блока.

Система содержит сравнивающее устройство 1, первый сумматор 2, блок 3 усиления, двигатель 4, датчик 5 перемещения, датчик

6 скорости, второй сумматор 7, блок 8 умножения, первый 9 и второй 10 мультиплексоры, логический блок 11.

Сравнивающее устройство 1 формирует

20 с,;гнал ошибки в дополнительном коде (х) ДД и построено на базе реверсивного счетчика. В зависимости от направления вращения импульсы от датчика 5 перемещения поступа<от на суммирующий либо вычитающии входы счетчика. По сигналу «Пуск», <риходящему на третий вход сравниваюгцего устройства 1, в реверсивный счетчик записывается значение кода задания (х ). »., поданного на второй вход сравнивающего устройства l. В качестве датчика 5 перемещения ЗО используется фотоэлектрический датчик инкрементального типа, имеющий две выходные шины. При этом он формирует в зависимости от направления вращения последовательность импульсов на одной из шин, на второй шине будет высокий уровень. На выходе датчика скорости формируется дополнительный код сигнала (гх) Apl< где величина коэффиll,lIcHTa г зависит от сигнала на втором Входе датчика скорости. Датчик 6 скорос1и ра()oTacT по принципу подсчета числа имнуль40 сов от датчика 5 перемещения за интервал времени, величина которого оцределяетсa урOвнcì сигнала на втором вxoде дат<ика 6 скорости. Если на второй вход датчика

6 скорости подан уровень логической «!», тс

Второй сумматор 7 позволяет получать допол код разности или суммы 50 ко;и (-()„,„и кода (гх)„... подаваемого на первый вход сумматора 7. Если на второй вход подан уровень логической «1» (х,(0 ), производится операция суммирования. Если

iia второй вход второго сумматора 7 подан уровень логического «О» (хз)0), то из кода (— -)1). » вычитается код, подаваемый на первый вход второго сумматора 7.

Блок 8 умножения выполняет операцию умножения кода задания (х ) „, на код, подаваемый на первый вход. На первый выход блока 8 умножения подается результат произведения, а на второй выход — знак величины (х ) т е уровень«0» если Х )Ои уровень «1», если х (О.

Если на третий вход мультиплексора 9 подан уровень логической «1», то на выход мультиплексора 9 пройдет сигнал с первого входа, если подан уровень «О», то на выход пройдет сигнал со второго входа первого мультиплексора 9.

Первый сумматор 2 позволяет получить сумму двух чисел, представленных в параллельном дополнительном коде.

Второй мультиплексор 10 осуществляет коммутацию входов 1, 5, 6 в зависимости от состояния сигналов Q<, Я, Q;l на входах 2, 3, 4. Если Q>= 1, K B6IXO3) BTOpOI о M?< JlbTHплексора 10 подключен первый вход, если

Qi (giQq+Я<ф) =1, то подключен шестой

BXO

Логический блок 11 управляет работой датчика 6 скорости, первого мультиплексора 9, второго мультиплексора 10, т. е. определяет режим работы системы в целом.

Блок 3 усиления осуществляет операцию преобразования сигнала управления, представленного в дополнительном коде (p) „p в длительность импульса с пос <едующим усилением. В качестве усилителя мощности используется мостовая схема реверсивного усилителя мощности, в диагональ которого включен двигатель 4. Направление вращения двигателя определяется знаковым разрядом кода (U) ° на выходе второго мультиплексора 10.

Система работает следующим образом.

Входными сигналами являются сигнал задания (х<)..» и сигнал «Пуск», формируемые функциональными элементами системы управления верхнего уровня.

Фазовая траектория системы при отраоотке задания (х.),«состоит из участков разгoiia, торможения и линейного участка, При включении напряжения питания устанавливается нулевой код ошибки на выхо.Ic сравнивающего устройства 1 и нулевой код скорости на выходе датчика 6 скорости.

Логический блок 11 при этом переходит в исходное состояние (QI= 1, <, <.= 1), что соответствует работе системы в линейном режиме и фиксации рабочего органа в исходном положении.

Рассмотрим случай, когда входное задание х: отрицательно (знаковый разряд «1»), фазовые траектории системы изображены на фиг. 2. Началу отработки задания (момент

t«) соответствует подача кода задания (хз)на второй вход сравнивающего устройства 1.

При поступлении сигнала «Пуск» код (х.) «.« записывается в реверсивном счетчике сравнивающего устройства 1, после чего сигнал

1229724

xi(t»1 xz(t,)

1 dxi= Т-

xgd xo

Х,(to) (i — Х,) 50 х,(tz) м4

cl х1= — Т-.J (! +

Xi(<») X,(й,) ошибки (х.) м. с выхода сравнивающего устройства 1 записывается в регистр блока 8 ум ножен и я.

По заднему фронту импульса «Пуск» логический блок 11 переходит из состояния

Ql=1, Q = 1 в состояние Q= — О, Q»=O. Низкому уровню на первом выходе логического блока 11 соответствует сигнал (ях). на выходе датчика 6 скорости. Второй сумматор

7 производит операцию суммирования (ах— — р)д.. В блоке 8 умножения это выраже- t0 ние умножается на величину (Х:)» и результат произведения V= (х (ах — ф)).» . подается на второй вход первого мультиплексора 9. Низкий уровень логического «О» на третьем входе первого мультиплексора подключает на его выход сигнал V с второго входа, который в дальнейшем суммируется с сигналом (х).- в первом сумматоре 2. Таким образом сигнал на выходе сумматора 2 равен (х+Ъ )»ои

На первом интервале управления при х»(О входные сигналы второго мультиплексора 10 равны Ql=0, Q=O, Q1=1, что соответствует подключению на его выход кода управления (+U ). ° .. Этот сигнал поступает на вход блока 3 усиления, где преобразуется в длительность импульса и усиливается на усилителе мощности, построенном по мостовой схеме, знаковый разряд кода (+U„,).- . однозначно определяет направление вращения двигателя.

Таким образом осуществляется макси30 мальный разгон двигателя, а длительность интервала разгона (tl — 1») при фиксированном значении х зависит от величины электромеханической постоянной времени двигателя. Пренебрегая электромагнитными переходными процессами в двигателе, его динамику описывают в безразмерных координатах дифференциальным уравнением

x(t) T»i+x(t) =U, J U/ (1, где электромеханическая постоянная времени Т.. (Т ин, Тмакс) принимает произвольное значение из заданного интервала и остается неизменной в процессе одного перемещения.

Для заданного начального условия х» и произвольной величины электромеханической постоянной времени Т- уравнения фазовых 4s траекторий системы на интервалах (tkk, tl) и (tl, tq) имеют вид где xl =- х, х2= х, U=+1 на первом интервале, U= — 1 на втором интервале (при х.(0).

Учитывая, что система позиционная, т. с. ху (!»»)=х», x»(t<)) = О, x»(t») = О. xl (ti) =0, вычислив соответствующие интегралы и записав отношение левых и правых частей приведенных выражений, получим уравнение оптимальной линии переключения в виде

x (tl) =хз(— х+ 1п )1+5; () /(!п (! — х(+

+ln/1+õ/) =хз /(х(() ), которой на фиг. 2 соответствует кривая RB.

Таким образом, в предлагаемой системе обеспечиваются оптимальные по быстродействию переходные процессы при переходе

H3 COCTOBHH H X (tk») = X», X(t g ) = 0 B COCTOHние х(Ь) =О, х((»=0 для произвольных значений T-", если переключение управляющего воздействия происходит на кривой КВ Аппроксимируем линию переключения RB для заданного х. прямой СВ, уравнение которой имеет вид

x ($ k ) — / x»/ (coax (t1) + p sgnx- ) =О или х(t1)+х+-ах(tl) sgnх.— p) =О, где а и P — постоянные коэффициенты, которые задают положение прямой СВ, аппроксимирующей оптимальную линию переключения RB (a)0, t)) О). Координаты точек

С и В определим из условия пересечения фазовыми траекториями разгона при граничных значениях Т линии переключения RB.

Эффективность такой аппроксимации обусловлена ограниченным диапазоном изменения электромеханической постоянной времени (обычно Т. -/Т .. (1,3)), для которого оптимальная линия переключения достаточно точно аппроксимируется прямой.

Таким образом в момент времени tl, когда функция переключения на выходе первого

2 сумматора

<р,(х,х,х. ) = х+ х. (ах — I)), х. О изменит знак, то логический блок 11 перейдет в новое состояние Ql = 1, (1»= О, что соответствует подключению на выход второго

10 мультиплексора его пятого входа. В результате сигнал U(t) изменит знак на противоположный, обеспечивая динамическое торможение двигателя 4 на интервале (tl, t»). Некоторое время т логический блок 11 после момента t не реагирует на изменение состояния второго входа. Величина т определяется инерционностью датчика 6 скорости и исключает ложные переключения логического олока 11.

Высокому уровню на первом выходе 10гического блока 11 соответствует сигнал (сх), ° на выходе датчика 6 скорости, который подается на первый вход мультиплексора 9. Так как с первого выхода логического блока 11 на третий вход первого мультиплексора 9 подается уровень логической.

«1», то код сигнала (сх).- . с первого входа первого мультиплексора,9 подается на второй вход сумматора 2. Сигнал на выходе сумматора 2 равен (х+сх).- . В момент вре12с>(1 21

IkfCII H (>>, КОГ1 а ф>с НКПИ и <1>!! (X,X = Х+СХ hH Bh( ходе первого сумматора 2 поменяет зник ! ИР5!мс3Я М.>> фиг. 2), I3i)fcffk(Tc5I H, PoBcflf>

ЗЕ! с!КО(30! 0 17аЗР Я. (1 JIB Б в(ХОДЕ BTOPOI 0 М Х Л Ьтиплексора 10, которь:й IJO, (dåòckf на второи в..од логи IccK010 блоки 11., 1оги чески и бл ) f<

11 возвращается в ис;одное состояние QJ= — 1, (>= 1» 1 Id 1 реТЬСМ HIITcpf3B, IP х П р и в, I(k! l 5!

|)хо.(ные сигналы 13торого мультипг!ексора 1 )

lI равны g J = 1, 1,)>= 1, QB = 1. Это соответств<ет подключению на его выход кода сигнала l0 (X+CX) и .i (ПсрВОГО Е(ХОДа Hd ИЗМСНЕНИ( состояния сигнала на втором входе логический блок 1 реагирует только при появлеIIHH уровня логического «О» на cIO втором выходе (Q)=0), поэтом, в да.!ьнейп!ем система работает как линейная под д(ис-,.вием

«II I f1 f3. !OS СКОРОСТНой JI DOBHIIHOII I!OH OOPd I lloH связи. 1-1((личи(линейног0 интервала ilpBf3,((1!Hß ПОЗВО.|Яет KOXII)CIICHpOBd I b Вл| .янис ма ihfx нсучтсHHhlx в модели парамегрОВ И ООЕСП Е 1 И !3 с|(> I, Тсl КИ Ы 0() р азом, Гр \ ООС ГЬ >р систех(ы.

При х )О работil cklcòcxkû аналогlIHI!d

«! < и ли|пь разницей, что во |)тором су kxi;Iтор» 7 производится Операция вычитания с получением кода разности ((3 --Qx) а на

10 25 с!е! !3е-ртом Bxo ic второго муль! иплексора 1

Появится 3 pO13cl(h (,,) <= — 0, ITO H!3MPIIH Г Посл(.—

ЕОВВТЕЛЬНОСTI, ПОДКЗIОЧ(1!ИЯ Кодов !+I „>) и i>

И (— J,п) «> i К ВЫХО. Е>> БторО! О ММЛ ЬТИПЛЕКсори 10.

В предлагаемой системе обеспечивается ип()ариа(ггнос(! про|(ее<к>в B системе к и:3iXIPll(НИЮ ) I(. К ГРО>Х!(XHfll(ЧССKOH Т!ОСTOHII IIOH

BP(М(П И, ЧТ<) ДОСТИГас ГC51 За (с! ЕТ P(и,!!IЗ ИI I H H, i H Í(И ПОИ ф> П КIЕИ И I)CPCК. 110с!(. НИ Я, Зсl IIH <. Hllf<. И ОТ ПсlЧ с|Л1>НО(О (OCT051 НИЯ (.И TCX! Ь!. !

1Рименеf(HP II Pc I,, lo>KCIJIIOH IIOBHIIHollfloff (пстеъ!ь! особенно эффсктHBllо при упривл< - нии электроприводами промышленных робоТ0В, занятых на операциях подачи и сняТИЯ ЗВГОТОВОК. ОПЕ|Эа(ЕИЯХ IIOI P>ГЗКИ> Рс(3! Р .Зки и .|р. Электромеханическая постоянная

В!)ЕМ(НИ ЭТИХ I IPHBO;(OB ИЗМ(Н 5(ЕТСЯ В .1,13В, ГРИ с((} ризи за cчст изменения llpoc Tp;IHCTI3cппо! о

Pd(IIO. I0ÆCI1HH ПОС, I(ДХ ЮЩИХ ЗВЕ НЬ(В КИНЕМс|ТН |еской цепи роо(>га и .массы: рузи в (. ваic.,!Е 151;i;Ifklioi о диапазона измене;!ия Г ! Тп, / Т> пп (, - >) ПОТ(.РИ бЫСТРОДЕЙСТВИЯ В предлагаемой Г;-озиционной системе за счет

:|ри Пятой апп:>Окси. 1 а 1(ни Оптимальнои лив нии Среключе|шя не превышактт 1>, ;„.

Фор.!ц.(а изоб)ретина»

1(,ифро!)ая система правлеl!H51, содержа-! цая сравниваю цее устройство, датчик скорости, первый сумматор, а также последовательно соединенные блок усиления и двигатель, связанный с датчиком перемещения, f3ÛX0>Е КÎTÎРОГО ПО;ЕКЛIO×CН К ПЕРВЪ!М ВХОдам сравнивающего устройства и датчика скорости, второй и третий Входы сравнивающего устройства подключены к соответствующим входам системы, а выход к первому входу первого сумматора, orëè÷øoùà I(л тем, |го, с целью повышения быстро;(PHci «HЯ и расширения области применения системы в нее введены второй сумматор, блок ум||ожсния, первый и второй мультиlJ;IpKcoph(, логический блок, причем выход датчика скорости подключен к первому входу первого му..ьтиплексора и через после;еовател(по соединенные второй сумматор и блок умножения -- к второму входу первого мультиплексора, выход которого соединеd с вторым входом первого сумматора, .(ретий вхо.i сравниваю|Пего устройства соединен с вт<>рым входом блока умножения и первым входом логического блока, выход !СрвогÎ сумматора через первый вход второго мультиплексора подключен к входу блока усиления, а его знаковый разрядк втс рому входу Iol H ÷cñêîãî блока, первыи вы:од к(георого соединен с вторыми входами

ДИ 1 с|ИКа KOPO(".I И И 13TOPOI 0 М y, I ЬТИ Il. !PKCO ра и третьим входом первого мультиплексора, а второй выход — с трегьим входом второго .,Iуль Гиплексора, второй выход блока ;.Iifoжения подключен к второму входу второго сумматора и четвертому входу второго му.lhтиплексора, третий Вход блока умножеikия c0(динpl| с выходом сра13Hие3ак>щеГО устроиства, 1151тыи и i! I(cтой Вxоды ВTОрОГО мулыиплек< ора, а также третий |зход второ-! О с > ем м |)то;)и п 0.(клк)чены к соотВетстВук)lJIk1х1 ко (01)Им и|и на.м.

1229724

Составитель Ф. Фурман

Редактор С. Патрушева Текред И. Верес Корректор Т. Колб

Заказ 2228/47 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рву шская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4