Устройство для управления позиционирующим механизмом

 

Изобретение относится к технике управления позиционирующими механизмами . Цель изобретения - повышение точности и быстродействия позиционирования . С помощью управляемого генератора гармонических колебаний, блока сравнения, триггера и интегратора формируется сигнал, который изменяется по синусоидальному закону с нуля в начале дистанции позиционирования до максимума посередине и до нуля к концу дистанции позиционирования. При помощи блока соотношения, источника опорного напряжения, управляемого генератора гармонического сигнала и интегратора изменяется амплитуда и длительность сигнала в одинаковое число раз, пропорциональное корню квадратному от соотношения заданной дистанции позиционирования с максимальной. Сформированным сигналом управляется напряжение питания вибродвигателя. 2 ил. о SS (Л :о ее О5 СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„,Я0„, 131365

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ \

°

ЪВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4067181/25-08 (22) 25.03.86 (46) 30.05.87. Бюл. № 20 (71) Каунасский политехнический ин;ститут им. Антанаса Снечкуса (72) В.Ю. Страздас, P.Г. Наумавичюс и К.M. Рагульскис (53) 621.91(088.8) (56) Бансявичюс Р.Ю. и др. Промьппленные роботы для миниатюрных изделий.

М.: Машиностроение, 1985, с. 67, рис. 2.43. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИОНИРУЮЩИМ МЕХАНИЗМОМ (57) Изобретение относится к технике управления поэиционирующими механизмами. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия позициони(51) 4 В 23 15/00, В 25 J 9/00 рования. С помощью управляемого генератора гармонических колебаний, блока сравнения, триггера и интегратора формируется сигнал, который изменяется по синусоидальному закону с нуля в начале дистанции позиционирования до максимума посередине и до нуля к концу дистанции позиционирования.

При помощи блока соотношения, источника опорного напряжения, управляемого генератора гармонического сигнала и интегратора изменяется амплитуда и длительность сигнала в одинаковое число раэ, пропорциональное корню квадратному от соотношения заданной дистанции позиционирования с максимальной. Сформированным сигналом управляется напряжение питания вибродвигателя. 2 ил. тора 12 гармонических колебаний. Выход ключа 8 через управляемый усилитель 14 подключен к входу выходного усилителя 9.

Блок 11 программного управления содержит программное устройство 19 (например. ЭВМ), счетчик 20 текущего адреса, схему 21 вычитания адресов, нуль-дешифратор 22, RS-триггер

23 и преобразователь 24 код-аналог, при этом шина реверса программного устройства 19 подключена к переключателю 10, шина запуска — к одному входу RS-триггера 23, сигнальная шина — к вхоцу преобразователя 24 код-аналог, выходом подключенного к блоку 17 соотношения, и к одному входу схемы 21 вычитания адресов, второй вход которой подключен к выходу счетчика 20 текущего адреса, входом подключенного к датчику 4 перемещения, а выход через нуль-дешифратор

22 — к второму входу RS-триггера 23, выходом подключенного к входам ключа 8 и триггера 16. Датчик 4 положения может быть выполнен в виде фотоэлектрического растрового преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства блоком

11 программного управления, осуществляющего операции программирования положения позиционирования с вырабатыванием электрического сигнала, пропорционального расстоянию заданной точки позиционирования относительно исходного положения, сравнения сигнала запрограммированного положения с сигналом датчика положения и выдачу сигнала на закрытие ключа при их равенстве, выдачу сигнала открытия ключа и сигнала реверса вибродвигателя,i вырабатывается импульс запуска, который открывает ключ 8 и передним фронтом этот импульс запускает триггер 16. Последний запускает управляемый генератор 12 гармонических колебаний, который отрабатывает один период синусоидального сигнала. По окончании одного периода колебаний блок 15 сравнения вырабатывает сигнал, закрывающий триггер 16, а последний закрывает управляемый генератор 12 гармонических колебаний. Таким образом, управляемым генератором 12 гармонических колебаний формируется сигнал в виде отрезка сину1313650

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для управления высокопрочными позиционирующими механизмами с пьезоэлектрическими вибродвигателями. 5

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия за счет того, что исключается возбуждение резонансных колебаний узлов устройства, а также исключается про- 1О скальзывание при пуске и останове вибродвигателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для управления поэиционирующим механизмом; на фиг. 2 — схема блока программного управления.

Устройство содержит каретку 1, посредством подшипников 2, установленную-между направляющими 3, датчик

4 положения, вибродвигатель 5, размещенный на направляющей 3 и прижатый пружиной 6 к каретке 1, генератор 7 возбуждающего напряжения, 25 ключ 8, выходной усилитель 9, переключатель 10 и блок 11 программного управления. Генератор 7 возбуждающего напряжения подключен к входу ключа 8, выходной усилитель 9 через переключатель 10 подключен к двум парам электродов вибродвигателя 5, блок 11 программного управления двумя выходами подключен соответственно к управляющим входам ключа 8 и: переключателя 10, и входом — к датчику 4 поло35 жения. Устройство снабжено последовательно подключенными управляемым генератором 12 гармонических колебаний, интегратором 13 и управляемым усилиTBJ ем 14, блоком 15 сравнения, триг гером 16,блоком 17 соотношения и источником 18 опорного напряжения. При этом блок 17 соотношения выходом подключен к одному управляющему вхоцу

45 управляемого генератора 12 гармонических колебаний. Другой управляющий вход управляемого генератора 12 подключен к выходу триггера 16. Входами блок 17 соотношения подключен к источнику 18 опорного напряжения и

50 дополнительному выходу блока 11 программного управления. Триггер 16 одним входом подключен к выходу блока 11 программного управления, подключенному к управляющему входу клю55 ча 8, другим входом — к выходу блока 15 сравнения, который входом подключен к выходу управляемого генера1313б50

Поступая на интегратор 13, который имеет спад амплитудно-частотной характеристики — 20 дБ ча декаду, изменяющийся па длительности (периоду). сигнал управляемого генератора 12 вызывает соответствующее изменение сигнала на выходе интегратора 13 по длительчости и изменение этого сигнала па величине пропорционально его изменению по длительности. Следовасоидальной функции ллительностью в один период. Сформированный генератором 12 сигнал подается на интегратор

13. На выходе интегратора образуется сигнал, который возрастает по

5 синусоидальному закону от нуля в начале сигнала управляемого генератора

12 цо максимума посередине и убывает до нуля к концу сигнала управляемого генератора 12. 10

Этот сигнал подается на управляющий вход управляемого усилителя 14, Т который изменяет напряжение возбуждающего генератора 7 по закону сфор- . мированного в интеграторе 13 сигнала.15

С выхода управляемого усилителя 14 сформированное напряжение генератора 7 через выходной усилитель 9 и переключатель 10 подается на вибродвигатель 5. Последний может быть выпал- 20 нен, например, в виде пьезоэлектрической пластины с четырьмя электродами, образованными линиями, проходящими посередине пьезоэлектрической пластины вдоль и поперек с одной ее стороны, и одним общим электродом с другой. Электроды, расположенные с одной стороны пьезоэлектрической пластины, соединены крестообразно попарно и подключены к соответствую- 30 щим выходам переключателя 10. Вибродвигатель 5, питаемый сигналом генератора 7 возбуждающего напряжения, сформированным в управляемом усилителе 14, передвигает каретку 1 вдоль направляющих 3 со скоростью, которая изменяется по синусоидальному закону от нуля в начале дистанции позиционирования до максимальной посередине и до нуля в конце дистанции 40 позиционирования. Этим обеспечивается исключение вредных моментов и проскальзывания при движении каретки 1.

Для заданной дистанции позиционирования, например максимально возмож-45 ной, путем регулирования длительности (периода) сигнала управляемого генератора 12 гармонических колебаний и коэффициента усиления выходного усилителя 9 достигаются такие величи-50 на и длительность сформированного в управляемом усилителе 14 возбуждающего напряжения,,при которых вибродвигателем отрабатывается заданная дистанция при ускорении каретки 1, не превышающем допустимого значения, которое ограничивается величиной фрикционной силы между кареткой 1 и вибрадвигателем 5.

При работе устройства длительность сигнала управляемого генератора 12 гармонических колебаний регулируется блоком 17 соотношения, на один вход которого подается напряжение от блока 11 программнога управления величиной, пропорциональной расстоянию от исходного положения каретки 1 до требуемой точки позиционирования, а на другой вход — напряжение источника

18 опорного напряжения. Величина опорного напряжения определяется равной величине напряжения блока 11 программного управления, подаваемого на блок 17 соотношения при положении каретки 1, соответствующем максимальному .ес перемещению относительно исходного положения. На выходе блока

17 соотношения получается сигнал, пропорциональный соотношению напряжения соответствующей точки позиционирования каретки 1 относительно исходного положения к напряжению, соответствующему максимально удаленному положению каретки 1 относительно исходного положения, Этим сигналом управляется величина электрической емкости (или индуктивности), включенной в резонансный контур управляемого генератора 12 гармоничес-, ких колебаний. Емкость может изменяться, например, путем подачи выходного сигнала (напряжения) блока

17 соотношения на варикап с линеаризующими цепями, чем обеспечивается пропорциональная.зависимость между выходным напряжением блока 17 соотношения и емкостью резонансного контура управляемого генератора 12. Период колебаний генератора с параметрами контура связан зависимостью

Т=2 Tf4L.<., где L — индуктивность, С вЂ” емкость контура. Поэтому длительность,период) сигнала управляемого генератора 12 находится в пропорциональной зависимости с квадратичным корнем от выходного напряжения блока 17 соотношения. 1313650 тельно, и длительность и амплитуда сигнала на выходе интегратора 13 пропорциональны корню квадратичному от соотношения заданного положения каретки 1 относительно исходного поло- 5 жения с максимальным относительно исходного. Этим обеспечивается наименьшее время позиционирования при постоянном равенстве максимального ускорения каретки 1 допустимому 10 для любой точки в рабочем интервале позиционирования. Так как расстояние, на которое перемещается каретка 1 при позиционировании может быть выражено уравнением 15

Т

S = — T ) V(t)dt-Ò = VT, 1 о где V () — функция скорости каретки

1;

Т вЂ” интервал времени„ за которое совершается перемещение каретки 1, равный периоду сигнала управля емого генератора 12 и выходного сигнала интегратора 13;

V — средняя скорость движения каретки 1 за время Т.

Скорость вибродвигателя пропорциональна величине возбуждающего напряжения, поэтому расстояние, пройденной кареткой 1, равно т

8 = К- и()а Т == КЛ, 35

0 где U(t) — функция выходного сигнала интегратора 13, которая является огибающей. возбуж- 4 дающего напряжения генератора 7 на выходе управляемого усилителя 14; среднее значение сигнала

U(t) за время Т;

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Если за S принять максимальное перемещение каретки, то все остальные возможные положения S каретки будут находиться в интервале S и будут в определенных соотношениях с максимальным перемещением, т.е. Sq/S=n, или S„=S n= К.U.Тn = КU 1tn Т 1tn, где п — может принимать значения от 0 до 1. Последнее выражение показывает, что перемещение каретки на любое расстояние позиционирования может быть осуществлено путем умножения длительности и амплитуды выходного сигнала генератора 13, соответствующих максимальному перемещению каретки на квадратный корень от соот-. ношения перемещения каретки 1 на заданное расстояние с максимальным перемещением. При одновременном изменении длительности и амплитуды сигнала U(t) в одинаковое число раз, т.е. при изменении масштаба, крутизна соответствующих участков сигнала

U(t) остается постоянной. Так как крутизна функции сигнала U(t) эквивалента ускорению каретки 1, одновременное изменение величины U(t) и

Т в одинаковое число раз обеспечивает сохранение установленной допустимой величины ускорения каретки при любом расстоянии позиционирования в рабочем интервале.

Далее работа устройства происходит следующим образом.

При достижении кареткой 1 заданного блоком 11 положения, которое определяется по сигналу датчика 4, блок

11 программного управления закрывает ключ 8 и подает сигнал на переключатель 10 для реверса вибродвигателя 5. Перемещение каретки 1 в исходное положение осуществляется аналогичным образом.

Длительность Т выходного сигнала интегратора 13 определяется на 5-10Х большей, чем необходимая для перемещения каретки 1 в заданную точку позиционирования. Этим исключается влияние дестабилизирующих факторов (изменения температуры и пр.), что способствует повышению точности позиционирования.

Блок 11 программного управления работает следующим образом.

По заложенной программе программное устройство 19 выдает сигнал реверса (направления движения), поступающий на переключатель 10, а также сигнал адреса позиционирования на схему 21 вычитания адресов и преобразователь 24 код-аналог, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное запрограммированному адресу позиционирования, подаваемое на блок 17 соотношения. После этого программное устройство 19 вырабатывает сигнал запуска, па шине запуска подаваемый на один вход RS-триггера

23, который вырабатывает импульс, открывающий ключ 8 и передним фронтом

1313

7 запускающий триггер 16. При перемещении каретки 1 импульсы датчика 4 положения считываются счетчиком 20 текущего адреса и подаются на схему

21 вычитания адресов. При совпадении в схеме 21 вычитания адресов адреса, запрограммированного в программном устройстве 19 и выдаваемого счетчиком 20 текущего адреса, нуль-дешифратор 22 вырабатывает сигнал, который опрокидывает КБ-триггер 23, который в свою очередь выключает ключ 8. Сигнал с выхода нуль-дешифратора также подается на программное устройство 19 для отработки следую- 15 щего положения программы.

Формула изобретения

Устройство для управления позици- 20 онирующим механизмом, содержащее пьезоэлектрический вибродвигатель, прижатый к каретке, электроды которого через переключатель подключены к выходному усилителю, генератор воз-25 буждающего напряжения, выходом подключенный к входу ключа, датчик положения и блок программного управле" ния, выходами соответственно подклю650 ченный к управляющим входам переключателя и ключа, а входом — к датчику положения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено последовательно подключенными управляемым генератором гармоничес" ких колебаний, интегратором и управ" ляемым усилителем, блоком сравнения, триггером, блоком соотношения и источником опорного напряжения, при этом блок соотношения выходом подключен к одному управляющему входу управляемого генератора гармонических колебаний, другой управляющий вход которого подключен к выходу триггера, а входами соответственно подключен к источнику опорного напряжения и дополнителвному выходу блока программного управления, триггер входами соответственно подключен к выходу блоха программного управления, подключенному к управляющему входу ключа, и выходу блока сравнения, входом подключенного к выходу управляемого генератора гармонических колебаний, а выход ключа через управляемый усилитель подключен к входу выходного усилителя. 313650

Составитель В. Алексеенко

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Т. Парфенова

Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2166/15

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4