Устройство для программного управления

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении систем программного управления в масштабе реального времени. Решается задача улучшения динамической характеристики системь путем исключения скачков скорости изменений вьгаисляемых координат при сопряжении отдельных участков интерполируемой траектории. По сигналу от блока управления информация об одной опорной точке с помощью блока ввода заносится в блок памяти. Интерполятор формирует промежуточные значения координат между двумя опорными точками . Код текзтцей координаты из интерполятора через первый сумматор поступает на вход блока согласования и после преобразования в аналоговый сигнал - на привод. Датчик обратной связи формирует-параллельный двоичный код угла поворота вала привода. Код, равный приращению программной координаты, с дополнительного выхода интерполятора записьшается в первый регистр. При этом на выходе второго сумматора формируется код, пропорциональный скачку скорости, с обратным знаком. При появлении во втором регистре величины,-пропорциональной скачку скорости, к коду третьего регистра начинает прибавляться код с третьего сумматора и вычитаться код, хранящийся в третьем регистре, поделенный на величину, задаваемую второй схемой сдвига, код в третьем регистре сначала увеличивается со скоростью, равной скачку скорости в момент смены информации в блоке памяти , достигает максимального значения и плавно уменьшается до нуля. Код на выходе четвертого сумматора используется как поправка к текущей программной координате и суммируется с ее значением первым сумматором, на выходе первого сумматора формируется скорректированный код текущей программной координаты, изменение которого происходит плавно во всем интервале работы устройства, в том числе и в моменты смены информации в блоке памяти. 9 ил. Ш to 4 fC 4 СХ) lN9

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 05 В 19 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3847565/24-24 (22) 22.01.85 (46) 07.08.86. Бюл. Ф 29 (71} Научно-исследовательский Физикотехнический институт при Горьковском государственном университете им. Н. И. Лобачевского (72) В. Е. Варшавский, Н. Н. Макаров и М. Я. Эйнгорин (53) 621.503.35(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

N9 336646, кл. G 05 В 19/18, 1972.

Авторское свидетельство СССР

У 327443, кл. С aS В 19/04, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении систем программного управления в масштабе реального времени. Решается задача улучшения динамической характеристики системы путем исключения скачков скорости изменения вычисляемых координат при сопряжении от.— дельных участков интерполируемой траектории. По сигналу от блока управления информация об одной опорной точке с помощью блока ввода заносится в блок памяти. Интерполятор формирует промежуточные значения координат между двумя опорными точками. Код текущей координаты из интерполятора через первый сумматор

„„80„„1249482 А1 поступает на вход блока согласования и после преобразования в аналоговый сигнал — на привод. Датчик обратной связи формирует параллельный двоичный код угла поворота вала привода.

Код, равный приращению программной координаты, с дополнительного выхода интерполятора записывается в первый регистр. При этом на выходе второго сумматора формируется код, пропорциональный скачку скорости, с обратным знаком. При появлении во втором регистре величины,.пропорциональной скачку скорости, к коду третьего регистра начинает прибавляться код с третьего сумматора и вычитаться код, хранящийся в третьем регистре, поделенный на величину, задаваемую второй схемой сдвига, код в третьем регистре сначала увеличивается со скоростью, равной скачку скорости в момент смены информации в блоке памяти., достигает максимального значения и плавно уменьшается до нуля.

Код на выходе четвертого сумматора используется как поправка к текущей программной координате и суммируется с ее значением первым сумматором, на выходе первого сумматора формируется скорректированный код текущей программной координаты, изменение которого происходит плавно во всем интервале работы устройства, в том числе и в моменты смены информации в блоке памяти. 9 ил.!

249482

lÎ !

5 .2О

ЗО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении систем программного управления в масштабе реального времени.

Цель изобретения — улучшение динамической характеристики системы управления путем исключения скачков скорости изменения вычисляемых координат при сопряжении отдельных участков интерполируемой траектории.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства*, на фиг. 2-8— принципиальные схемы блоков ввода, памяти, интерполятора„ согласования, управления, схемы сдвига и сумматора для конкретного устройства программного управления; на фиг. 9 графики, поясняющие процесс сглаживания расчетной траектории, и временные диаграммы сигналов с блока управления.

Устройство содержит блок 1 ввода программы, блок 2 памяти, интерполятор 3, блок 4 согласования, привод

5, датчик 6 обратной связи, блок 7 управления, с первого по четвертый сумматоры 8 — ll,. с первого по третий регистры 12 — 14, первую и вторую схавав. 15 и lб сдвига.

Блок l ввода программ (фиг. 2) содержит триггер 17, считыватель 18 с перфоленты, буферные сдвиговые регистры 19, элемент И 20, фсрмирователь 21 импульса по фронту, усилители 22 мощности.

Блок 2 памяти выполнен на 4-х регистрах 23 с D-входами. Интерпо-лятор 3 содержит сумматоры 24 и 25, мультиплексоры 26 и регистр 27, Блок 4 согласования (Фиг 5) содержит сумматор 29, цифроаналоговый преобразователь 30 и усилитель

31 мощности.

Блок 7 управления (фиг . 6) содержит двухтактный генератор 32, счетчик 33 текущего времени, схему

34 сравнения двоичных кодов, триггер 35 управления, элемент И 36, элемент ИЛИ 37, шину 38 кода времени, шину 39 записи кода времени, шину 40 "Пуск" и шину 41 "Сброс".

Схемы 15 и 16 сдвига (фиг. 7) содержат мультиплексоры 42.

Четвертый сумматор 11 (фиг, 8) содержит комбинационные сумматоры

43 и 44.

Устройство работает следующим образом.

Блок l ввода программы по сигналу

"Смена кадра" с блока 7 управления (выход 1 блока 7) выдает информацию об одной опорной точке, которая содержит значения программной координаты А„, программного времени t u периода интерполяции, возможными знаIll чениями которого являются только 2 секунд. Период интерполяции задается в условном коде, равном показателю степени m.

При поступлении сигнала на вход

С триггер 17 устанавливается в единичное состояние.

Сигнал с единичного плеча триггера 17, усиленный по мощности, поступает на вход 1! (пуск ленты) считывателя 18 с перфоленты. При этом начинает продвигаться 5-дорожечная лента и на выходах 1-5 считывателя

18 с перфоленты появляются информационные сигналы, а на выходе С— стробирующий сигнал, поступающий на вход сдвига буферных сдвиговых регистров 19 и разрешающий запись информации со считывателя 18 с перфоленты. На выходе буферных сдвиговых регистров 19 появляется информация об одном кадре программы, развернутая в виде параллельного кода.

На пятой дорожке перфоленты-печатается маркерное отверстие в начале каждого кадра программы. После продвижения ленты. на один кадр сигнал с маркера, проходя через элемент И 20, сбрасывает триггер 17 в нулевое состояние, при этом исчезает сигнал

"Пуск ленты", а на выходе формирователя 21 по фронту появляется импульс торможения ленты. На этом считывание оцного кадра прекращается. Время считывания 0,25 с, для правильной работы устройства необходимо, чтобы частота импульсов "Смена кадра" не превышала 4 Гц, а их длительность — не более 0,25 с.

Информация с блока 1 ввода запи-, сьгвается в блок 2 памяти. При подаче сигнала "Смена кадра" с блока 7 управления в первые три регистра записываются программная -координата А „... программное время t,„ и период интерполяции, а в четвертый регистр— координата A(t„), рассчитанная интерполятором 3.

1249482

Интерполятор 3 формирует промежуточные значения координаты между двумя опорными точками. Сумматор 24 формирует разность

Ак А(к)

5 где А „„ — программная координата (к+1)-го кадра;

А(к) — координата, вычисленная интерполятором к времени которая при отсутствии сбоев в интерполяторе равна программной координате А„.

Мультиплексоры 26 осуществляют деление разности ьА на период интерполяции Т путем сдвига кода с к выхода сумматора 24 на m разрядов вправо. На управляющие входы мультиплексоров 26 поступает условный код периода интерполяции, который подключает на выход каждого мультиплексора по одному входному каналу.

Код с выходов мультиплексоров 26 поступает на сумматор 25 с дополнительным смещением на Р разрядов в сторону младших разрядов, где

=fog f „„,; f,„„, — частота следования сигналов на входе C интерполятора.

Так как f постоянно для конкрет- 30 ного устройства, то сдвиг осуществля. ется смещением разрядов при электрическом монтаже устройства.

Сумматор 25 и регистр 27, выполненный íà D< -триггерах с внутренней

1 задержкой, выполняют роль цифрового интегратора, формирующего значение текущей координаты суммированием приращений с частотой f,„„,êîòîðàÿ . выбирается кратной степени двойки. 4о

Интерполятор 3 формирует текущее значение программной координаты в соответствии с выражением

A(t )=A(t )+

А „„-A(t,)

2е 45 при д=1,2,...; к=1,2...

На вход P интерполятора 3 поступает сигнал разрешения работы интерполятора. В его отсутствии работа мультиплексоров. 26 запрещена, а регистр 27 удерживается в нулевом состоянии. На основном выходе (Выход 1) интерполятора 3 выдается код координаты, рассчитанный на данный момент времени, а на дополнительном выходе (Выход 2) — значение приращения программной координаты, пропорпиональное скорости движения. При сигнале "P=O" на выходах интерполятора 3 присутствуют нулевые коды.

Код текущей координаты через первый сумматор 8 поступает на вход блока 4 согласования (фиг. 5), выполненного на сумматоре 29, цифроаналоговом преобразователе 30 и усилителе 31 мощности. Сумматор 29 формирует разность

C (c,. ) =A(t; ) -А „(е, ), где А„о,(1;) — код координаты обратной связи.

Код (t;) после преобразования в аналоговый сигнал и усиления поступает на привод 5, управляя его перемещением.

На одном валу с приводом устанавливается датчик 6 обратной связи, формирующий параллельный двоичный .код угла поворота вала. Блок 7 управления (фиг. 6) формирует на первом выходе сигналы "Смена кадра (Выход 1), на втором выходе — сигнал разрешения работы интерполятора (Выход 2) и на третьем выходе — стробирующий сигнал (Выход 3) с частотой следования 2 Гц.

Блок .7 управления содержит двухтактный генератор 32, формирующий две последовательности тактовых импульсов с частотами 2 Гц, сдвинутые по времени друг относительно друга на полпериода, счетчик 33 текущего времени, осуществляющий сче времени до 24 ч в двоичном коде, схему 34 сравнения двоичных кодов, триггер

35 управления, элементь1 И 36, ИЛИ 37, шины 38-41 соответственно кода времениэ записи кода времени% !1Пуск" и "Сброс"..После подачи питания на устройство на шину 41 ."Сброс" подается сигнал, например, нажатием кнопки, который устанавливает триггер 35 в нулевое состояние и, проходя через элемент HJIH 37, осуществляет считывание первого кадра прогграммы на буферные сдвиговые регистры 19 блока 1 ввода. Для исключения произвольной работы устройства после подачи питания сигнал "Сброс" необходимо подавать с небольшой задержкой или одновременно с включением устройства. При этом на вход блока 4 согласования с первого сумматора 8 поступает нулевой код, устанавливающий привод в исходное нулевое положение. После этого осуществляется привязка счетчика 33 текущего времени

1249482 к точному времени путем подачи кода времени кратного 5 мин на шину 38 и подключения шины 39 к внешней системе точного времени. Указанные операции осуществляются вручную оператором с помощью, например, кнопочных переключателей. После прихода на шину 39 метки времени осуществляется пуск устройства подачей на шину 40 10 сигнала Пуск, который может быть сформирован оператором от кнопочного переключателя. Сигнал "Пуск", проходя через элемент ИЛИ 37, производит запись в блок 2 памяти координат первой опорной точки и считывание с перфоленты второго кадра. Далее устройство переходит в режим ожидания сравнения текущего времени с временем первого кадра, при этом вырабатывается импульс, поступающий через элемент ИЛИ 37 на выход блока и устанавливающий триггер 35 в единичное состояние. С единичного

25 плеча триггера 35 высокий потенциал поступает на второй выход блока 7 управления, разрешая работу интерполятора. 3.

Схема 34 сравнения периодически формирует сигналы сравнения, которые после стробирования на элементе И 36 поступают на первый выход блока 7 управления, являясь сигналом 1 Смена кадра".

Код, равный приращению програм- 35 иной координаты, с дополнительного выхода интерполятора 3 импульсом

"Смена кадра" записывается в первый регистр 12, который выполнен на

Р -триггерах с внутренней задержкой. 40

При этом на выходе второго сумматора 9 формируется код — ьЧ, пропорциональный скачку скорости, взятому с обратным знаком.

Второй сумматор 9 осуществляет операцию вычитания в дополнительных кодах и выполнен аналогично сумматору 24 интерполятора 3.

Код -hV импульсом . "Смена кадра" записывается по входу 5 во второй 50 регистр 13. По входу D во второй регистр 13 записывается информация с выхода третьего сумматора 10. На вход третьего сумматора !О, поступает код с второго регистра 13 и код 55 с первой схемы 15 сдвига, которая осуществляет деление кода -bV на период интерполяции.

Схемы 15 и 16 сдвига выполнены на мультиплексорах 42 (фиг. 7) и их работа аналогична работе мультиплексоров 26 интерполятора 3.

Третий сумматор 10 формирует код

qV(t. ) = bV(t. ) — — — — — )-- (1)

bV(t, )

1 1 - 2 1т1 где ьЧ(1,) — значение кода во вто1 ром регистре 13 в i-м такте;

bV(t„. „) — в (i-1)-м такте.

Дополнительный сдвиг кода с выхода первой схемы 15 сдвига на (I-1) разрядов осуществляется при электрическом монтаже устройства путем смещения кода вправо на (Х-1) разрядов.

Код с выхода третьего сумматора 10 поступает также через четвертый сумматор 11 на вход записи информации в третий регистр 14. Второй 13 и третий 14 регистры также выполняют на триггерах с внутренней задержкой °

Четвертый сумматор ll выполняют (фиг. 8) на двух комбинационных сумматорах 43 и 44. На входы переноса всех сумматоров, выполняющих сложение, подают сигнал Лог. О, а на входы переноса сумматоров, выполняющих вычитание, — сигнал "Лог. 1".

Входы второго слагаемого у сумматоров, предназначенных для вычитания, организуются инверсными. Код на выходе четвертого сумматора 11 равен

b A(t ) = bA(t ) — ------ -- +

bA(ti )

1 1-4 2 . 2 -1

+ ьч(с, ). (2)

Код с выхода четвертого сумиатора 11 поступает на вход первого сумматора

8, на выходе которого формируется код

А,.(t )=A(t,.)+ ьA(t ), который определяет мгновенное значение координаты расчетной траектории и подается на блок 4 согласования.

Изменение кода, хранящегося во втором регистре 13 (фиг. 9) в течение интервала интерполяции, подчиняется закону

f „(t) =A. e где к, =2";

n — коэффициент сдвига в пер1 вой схеме 15 сдвига.

Величина А, пропорциональная о скачку скорости и записанная в момент действия импульса 1|Смена кадров" во второй регистр 13, уменьша!

249482

l0

Ется по экспоненниальному закону и к концу интернапа интерполяции равна нулю °

8 третьем регистре 14 во время действия импульса "Смена кадра" хранится нулевой код.

При появлении во втором регистре !

3 величины, пропорциональной скачку скорости, к коду третьего регистра

14 начинает прибавляться код с третьего сумматора 10 и вычитаться код, хранящийся в третьем регистре 14, нр поделенный на 2 второй схемой 16 сдвига. От коэффициентов сдвига и и и зависит закон изменения в третьем регистре 14, В простейшем случае равенства коэффициентов сдвига п, и изменение кода, хранящегося в третьем регистре 14, подчинается закону

2=

f (t}=A о

Код в третьем регистре 14 сначала увеличивается со скоростью, равной скачку скорости в момент смены информации в блоке 2 памяти, достигает маскимального значения и плавно ,уменьшается до нуля.

Код на выходе чувствительного сумматора 11 используется как поправка к текущей программной координате и суммируется с ее значением первым сумматором 8.

На вьмоде первого сумматора 8 формируется скорректированный код текущей программной координаты, изменение которого происходит плавно во всем интервале работы устройства, в том числе и в моменты смены информации в блоке 2 памяти.

Коэффициенты и, и и могут быть выбраны равными (m-I), где m = (log,Ò„). При этом достигается хорошая плавность интерполируемой траектории, исключаются скачки скорости и большие- ускорения при сохранении большой точности.

Таким образом, в устройстве формируется поправка, корректирующая текущую расчетную траекторию, причем исключаются скачки скорости изменения координаты. Это приводит к повьппенью устойчивости следящей системы, исключению динамических ошибов в точках: опряжения интерполируемых участкогэ траектории, а тактике к уменьшению йерегруэок механических элементов привода, а следовательно, к увеличению их ресурса работы.

Форм улан эобретения

Устройство для программного управления, содержащее блок ввода программы, блок памяти, интерполятор, блок управления, блок согласования, привод и датчик обратной связи, причем блок ввода программы первым, вторым и третьим выходами соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами блока памяти, первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым и третьим информационными входами интерполятора, а выход блока согласования соединен с входом привода, механически связанного с датчиком обратной связи, выход которого подключен к первому входу блока согласования, rtepshN вьжод блока управления соединен со стробирующими входами блока ввода программы и блока памяти, второй выход — с входом разрешения работы интерполятора, а третий выход — со стробирующим входом интерполятора, четвертый выход блока памяти подключен к входу

I блока управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения динамической характеристики путем исключения скачков скорости изменения вычисляемых координат при сопряжении отдельньж участков интерполируемой траектории, в него введены с первого по четвертый сумматоры, с первого по третий регистры и первая и вторая схемы сдвига, причем основной выход интерполятора подключен к четвертому информационному входу блока памяти и к первому входу словения первого сумматора, выход которого подключен к второму входу блока, согласования, а дополнительный выход интерполятора — к информационному входу первого регистра и входу вычитания второго сумматора, вход сло ения которого подключен к выходу первого. регистра, а выход— к первому информационному входу второго регистра, выход второго регистра .соединен с входом сложения третьего сумматора и через первую схему сдвига — с входом вычитания третьего сумматора, выход которого подключен к второму информационному входу второго регистра и к первому входу сложения четвертого сумматора, выход четвертого сумматора подключен к второму входу сложения первого сумматора и к информационному входу третьего регистра, выход KoTopot подключен к второму входу сло кения и черве вторую схему сдвига — к входу вычитания четвертого сумматора, первый выход блока управления соединен с первым с три бируюпи м входом второго регистра, а третий выход — со стро6ируюшим входом первого регистра, с вторым . стробирующим входом второго регистра и со стробируип им, входом третьего регистра, третий вы ход блока памяти соединен с управляющими входами схем сдви10 гл.

1 249482

f249482

1249482

Составитель Ю. Апарин

Техред Н.Бонкало Корректор Е. Сирохман

Редактор О. Головач

Заказ 4323/48 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5, Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4