Цифровая система управления

 

Изобретение относится к цифровым системам управления и может быть использовано в системах управления промьшшенными роботами, станками и другими механизмами. Цель изобретения - повышение точности цифровой системы управления, надежности ее работы. Цифровая система управления содержит задатчик 1, первый 2 и второй 3 регулирующие блоки, блок 4 коммутации ключей, усилитель -5 мощности, исполнительный двигатель 6, инкрементальный датчик 7, формирователь 8 импульсов , блок 9 синхронизации, преобразователь 10 частота - код, блок 11 памяти, сдвигающий блок 12, датчик 13 приращения позиции и дешифратор 14. Цель изобретения обеспечивается за счет введения элементов и блоков 10-14. При этом повышение точности достигается за счет повышения точности измерения скорости и реализации законов регулирования, обеспечивакгщих уменьшение ошибок по положению и по скорости. Повьшгенне надежности достигается за счет исключения сквозных токов в усилителе мощности и пре- S дотвращения аварийных режимов. 2 з.п. ф-лы, 17 ил. (Л со СП СО

„„SU„„1357917 (51)4 G 05 В 19/18

Qj Wg, Е« ° Х,— *

Е

ВЕ

Ч.

Г ° Х «

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ХС«

« ,ф «ЩФ ф СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ®- ф РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4040664/24-24 (22) 01:04.86 (46) 07,12.87, Бкл. Р 45 (72) Г. В. Овод-Марчук, В. Н. филип.пович н Г.А. Найденов (53) 62-50(088.8) (56) Приборы и и"ехника эксперимента.

1981, 11 3, с. 99-102. (54) ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к цифровым системам управления и может быть использовано в системах управления промьппленными роботами, станками и другими механизмами. Цель изобретения повышение точности цифровой системы управления, надежности ее работы.

Цифровая система управления содержит задатчик 1, первый 2 и второй 3 регулирующие блоки, блок 4 коммутации ключей, усилитель -5 мощности, исполнительный двигатель 6, инкрементальный датчик 7, формирователь 8 импульсов, блок 9 синхронизации, преобразователь 10 частота — код, блок 11 памяти, сдвигающий блок 12, датчик

13 приращения позиции и дешифратор

14. Цель изобретения обеспечивается за счет введения элементов и блоков

10-14. При этом повышение точности достигается за счет повышения точности измерения скорости и реализации законов регулирования, обеспечивающих уменьшение ошибок по положению и по скорости. Повышение надежности достигается за счет исключения сквоз-ных токов в усилителе мощности и предотвращения аварийных режимов. 2 э.п. ф-лы, 17 ип.

1 13579

Изобретение относится к цифровым системам управления и может быть использовано в системах управления промышленными роботами, станками и

5 другими механизмами.

Целью изобретения является повышение точности и надежности системы.

IIa фиг. 1 приведена функциональная схема цифровой системы управления„ на фиг. 2 — функциональная схема блока коммутации ключей; .на фиг. 3 - первый регулирующий блок, на фиг ° 4 — второй регулирующий блок; на фиг. 5 — функциональная схема первого интегратора; на фиг. 6 функциональная схема преобразователя частота — код; на фиг. 7 — временные диаграммы, поясняющие принцип измереппа скорости; на фиг. 8 - функциональная схема датчика приращения позиции; на фиг. 9 — функциональная схема первого дешифратара; на фиг, 10функциональная схема сдвигающего блока; на фиг. 11 — функциональная 25 схема формирователя импульсов; на фиг. 12 — функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 13 — функциональная схема блока контроля тока; на фиг. 14 - функциональная схема «О преобразователя код — ширина импуль-. сов," на фиг, 15 - функциональная схема блока защиты ключей; на фиг. 16 времепные диаграммы, поясняющие принцип формирования сигналов управления усилителем мощности; на фиг„ 17 функциональная схема усилителя мошности.

Цифровая система управления (фиг. 1) содержит задатчик 1, первый, 2 и второй 3 регулирующие блоки, блок 4 коммутации ключей, усилитель

5 мощности, исполнительный двигатель

6, инкрементальный датчик 7, формирователь 8 импульсов, блок 9 синхронизации, преобразователь 10 частота— блок 11 IIGMHTH> clj H ающий 6J«oK

12, датчик 13 приращения позиции, дешифратор 14.

Блок 1 ка1«мутации ключeA (фиг ° 2) 50 содержит преобразователь 15 код— ширина импульсов, блок !6 защиты ключей, блок 17 контроля тока °

Первый регулирующий блок ?(фиг. 3) содержит первый регистр 18, первый интегратор 19, первый элемент 20 сравнения, второй масштабирующий элемент 21, второй интегратор 22, первьй сумматор 23, третий масштабирую!

2 щий элемент 24, первый элемент 25 з адержкн.

Второй регулирующий блок 3 (фиг. 4) содержит второй элемент 26 сравнения, четвертьй масштабирующий элемент 27 и второй регистр 28, Первый интегратор 19 (фиг. 5) содержит второй сумматор 29 и третий регистр 30.

Преобразователь 10 частота - код (фиг. 7) содержит первый 3! и второй

32 счетчики, четвертьй регистр 33, первый триггер 34, первьй элемент

ИЛИ 35 и первый элемент И 36.

Датчик 13 приращения позиции (фиг. 8) содержит третий счетчик 37, пятьй регистр 38, второй элемент

ИЛИ 39, второй элеме «т 40 задержки.

Первьй дешифратор 14 (фиг. 9) содержит мультиплексор 41 и второй элемент И 42.

Сдвигающий блок 12 (фиг. 10) содержит сдвигавый регис-р 43, шестой регистр 44, первьй блок 45 элементов

И, блок 46 элементов ИЗП1, первый элемент ИЛИ-НЕ 47, третий элемент 48 задержки, Формирователь 8 импульсов (фиг. 11) содержит второй 49, третий 50, четвертый 51 и пятый 52 триггеры, третий 53, четвертый 54, пятый 55 и шестой 56 элементы И., блок 57 элементов И-НЕ, седьмой 58 и восьмой

59 элементы И, первьй 60, второй 61 и третий 62 инверторы.

Блок 9 синхронизации (фиг, 12) содержит генератор 63, четвертый счетчик 64, второй депи«ратар 65, второй блок 66 элементов И, первый

67 и второй 68 делители частоты, шестой триггер 69, третий блок 70 элементов И.

Блок 17 контроля тока (фиг, 13) содержит первый 71 и второй 72 кампаратары, третий элемент ИЛИ 73, седьмой триггер 74, четвертый элемент 75 задержки, одновибратор 76, девятьй элемент И 77, восьмой триггер 78.

Преобразователь 15 код — ширина импульсов (фиг. 14) содержит пятый

79 и шестой 80 счетчики, первый элемент И-НЕ 81, десятый элемент И 82, второй элемент ИЛИ-НЕ 83.

Блок 16 защиты ключей (фиг, 15) содержит девятьп триггер 84, второй

85, третий 86 и четвертый 87 элементы И-НЕ, пятый 88, шестой 89 и седьИсполнительный двигатель 6 и механически связанный с ним инкрементальЛ 13579 мой 90 элементы задержки, четвертый

9l и пятый 92 инверторы, одиннадцатый 93, двенадцатый 94 и тринадцатый

95 элементы И, пятый элемент И-НЕ 96.

Усилитель 5 мощности (фиг. 17)

5 содержит первый 97, второй 98, третий

99 и четвертый 100 ключи, датчик 101 тока и дифференциальный усилитель 102, Система работает следующим образом.

Очередной цикл работы начинается с. появления на пятом выходе блока 9 синхронизации тактирующего сигнала, который производит в датчике 13 приращения позиции перезапись кода третьего счетчика 37 в пятый регистр 38 (фиг. 8). Величина этого кода представляет собой перемещение исполнительного двигателя 6 за предыдущий цикл работы системы. Одновременно тактирующий сигнал с седьмого выхода блока 9 синхронизации, поступая на пятый вход преобразователя 10 частота — код, переписывает код с выхо- 25 да первого счетчика 31 во второй счетчик 32 (фиг, 6), подготавливая его для измерения интервала в очередном цикле работы системы, Тактирующий сигнал, поступая с четвертого выхода блока 9 синхронизации на третий вход первого регулирующего блока

2, производит зались кода приращения позиции в первый интегратор 19 (фиг. 3), кода заданной позиции - в

35 первый регистр 18. Величина этого кода представляет собой приращение кода заданной позиции за предыдущий цикл работы системы.

Код ошибки по позиции с выхода . первого элемента 20 сравнения накапливается во втором интеграторе 22.

его выходной код суммируется в первом сумматоре 23 с выходным кодом второго масштабирукщего элемента 21 и на выходе третьего масштабирующего элемента 24 формируется код заданной скорости. С приходом тактирующего сигнала с восьмого выхода блока 9 синхронизации на третий вход сдвигающего блока 12 (фиг. 10) на его выходе формируется код действительной скорости (КДС), который поступает на вычитающий вход второго элемента 26 сравнения второго регулирующего блока 55

3 (фиг. 4). На его суммирующий вход поступает код заданной скорости (КВС).

Код управления (КУПР) с выхода четвер., того масштабирующего элемента 27 пер

l7

4 вого регулирующего блока 2 записывается во второй регистр 28 второго регулирующего блока 3 тактирующим сигналом, поступающим с третьего выхода блока 9 синхронизации.

Импульс с выхода заема пятого счетчика 79 преобразователя 15 код - ширина импульсов (фиг. 15) переписывает код управления в шестой счетчик 80.

Если код управления не равен нулю, уровень сигнала на первом входе десятого элемента И 82 разрешает прохождение импульсов на вычитающий вход шестого счетчика 80 до момента его обнуления. Таким образом, на втором выходе преобразователя 15 код - ширина импульсов формируются импульсы, длительность которых пропорциональна коду управления, этот сигнал появляется на выходе тринадцатого элемента И 95 блока 16 защиты ключей (фиг. 16), если знак кода управления (прямой выход девятого триггера 84) имеет уровень логической единицы, а если знак кода управления имеет уровень логического нуля, то широтномодулированные импульсы появляются на выходе двенадцатого элемента И 94.

Во время пауз между широтно-модулированными импульсами с целью обеспечения непрерывности протекания якорного тока исполнительного двигателя

6 формируются импульсы на выходах третьего 86 и четвертого 87 элементов И-НЕ в соответствии с диаграммой (фиг. 17). Высокому уровню сигналов соответствует замкнутое состояние первого 97, второго 98, третьего 99 и и четвертого 100,ключей усилителя 5 мощности (фиг. 17). Изменение состояния указанных ключей друг относительно друга происходит с временными задержками в соответствии с фиг. 16, что исключает протекание сквозных токов и повьш ает надежность работы усилителя 5 мощности.

Смена знака кода управления (фиг. 16) показана в момент времени

Т, . При этом в момент времени Т изменяется состояние девятого триггера

84, а в момент Т появляется широтномодулированный импульс. Временные задержки,= (Т,, Т )и -.,= (Т„Т,) исключают протекание сквозных токов при изменении знака кода управления.

5 1г 79 пый датчик 7 вращаются со скоростью, среднее значение которой ITponopllHo нэльно длительности широтно-модулированнь х импульсов, а направление задается знаковым разрядом кода управления. При этом на одном иэ выходов (например, на первом) формирователя 8 импульсов появляются позиционные импульсы (фиг. 7 В). Каждый позиционный импульс изменяет на единицу содержимое третьего счетчика 37 датчика 13 приращения позиции (фиг. 7 С). Первый дешифратор 14 формирует на первом выходе разрешающий сигнал, а на втором выходе — импульсный сигнал (фиг. 7 D), если текущий код на выходе третьего счетчика 37

h равен N< = 2, n = 0,1,2„...

Каждый j-é импульс, поступающий па второй вход сдвигающего блока 1? (фиг. 10), обеспечивает коммутацию каждого i-го разрядного кода íà его первом входе соответствующим m- разрядным входом шестого регистра .44, 2 причем m = i + j — 1, где J = 1,2,..., п+ l.

Одновременно в преобразователе 10 частота — код происходит формирование кода интервала. Тактирующий сигнал на его пятом входе в момент времени Т„. (фиг. 7 Л) переписывает код пз первого счетчика 31 во второй счетчик 32 (фиг. 7). Этот код равен числу импульсов, поступивших с пятого выхода блока 9 синхронизации за вре35 мя между приходом последнего позиционного импульса в предыдущем цикле и первого позиционного импульса в текущем цикле работы системы, Далее во 4 втором счетчике 32 происходит накопление импульсов, поступающих с шестого выхода блока 9 синхронизации.

При паличии разрешающего уровня на втором входе первого элемента И 36 позиционные импульсы с выхода первого элемента ИЛИ 35 переписывают текущий код второго. счетчика 32 в четвертый регистр 33. В результате в последнем накапливается код интервала

I1> между числом позиционных импульсов

N„ = 5 при n = 2 (фиг ° 7 К). Код интервала Nq = M> поступает на вход (адресный) блока 1) памяти, на выходе которого появляется код, равный N — К /М.„, С появлением очередного тактирующего сигнала с пятого выхода блока 9 синхронизации в датчике 13 прираще1 7

6 ния позиции формируется код приращения позиции за текущий цикл работы системы, С появлением тактирующих сигналов на четвертом и восьмом выходах блока 9 синхронизации начинается расчет очередного кода заданной скорости на первом выходе первого регулирующего блока 2, а также формирование кода действительной скорости на выходе сдвигающего блока 12.

Так как код N в данном случае соответствует измеренному интервалу между числом импульсов N, = 5, то в сдвигающем блоке 12 для,) = 3 обеспечивается двойной сдвиг н сторону старших разрядов кода N, и код действительной скорости на его выходе становится равным 11з = 4.

Далее во втором регулирующем блоке

3 формируется код управления и работа системы происходит аналогично указ анному.

Если после прихода каждого импульса на третий вход блока 17 контроля тока (фиг, 13) выход седьмого триггера 74 устанавливается в состояние логического нуля, то на выходе четвертого элемента 75 задержки сохраняется уровень логической единицы и запускается одновибратор 76, Если данное состояние на выходе четвертого элемента 75 задержки сохраняется в течение

0,5 с, то сигнал с второго выхода блока 17 контроля тока сбрасывает код управления во втором регистре 28 второго регулирующего блока 3. Нулевой код на выходе второго регистра 28 сохраняется до перезапуска системы и появления сигнала начальной установки на входе сброса восьмого триггера

78 (фиг. 13). Это обеспечивает защиту системы от аварийных режимов.

Повышение точности работы цифровой системы управления достигается за счет повышения точности измерения скорости и реализации законов регулирования, обеспечивающих уменьшение ошибки по позиции и скорости. Повышение надежности достигается за счет исключения сквозных токов в усилителе 5 мощности, а также за счет предотвращения аварийных режимов.

Формула и з о б р е т ения

Цифровая система управления, содержащая задатчик, подключенный выходами к первым входам первого pery7 135791 лирующего блока, соединенного первыми выходами с первыми входами второго регулирующего блока, выходы которого подключены к первым входам блока коммутации ключей, второй вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а первый выход— с входом усилителя мощности, соеди-. ненного первым выходом через испол- 1О нительный двигатель с входом инкрементального датчика, вторым выходом— с третьим входом блока коммутации ключей, второй выход которого подключен к второму входу второго регулиру- 15 ющего блока, первый и второй выходы инкрементального датчика соединены с одноименными входами формирователя импульсов, третий вход которого подключен к второму выходу блока синхро- 20 низации, соединенного третьим и четвертым выходами соответственно с третьими входами второго и первого регулирующих блоков, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повы- 25 шения точности и надежности системы, в нее введены преобразователь частота - код, блок памяти, сдвигающий блок, дешифратор и датчик приращения позиции, первый и второй входы преоб- 3р разователя частота - код и датчика приращения позиции соединены с соответствующими выходами формирователя импульсов, третий вход датчика приращения позиции подключен к пятому вы35 ходу блока синхронизации, а первый, второй и третий выходы — соответственно к первым входам дешифратора, вторым входам первого регулирующего блока и второму входу дешифратора. 4О соединенного первым выходом с третьим входом преобразователя частота - код, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к шестому и седьмому выходам блока синхронизации, 4 а выходы через блок памяти — к первым входам сдвигающего блока, соединенного вторым и третьим входами со- . ответственно с вторым выходом дешифратора и восьмым выходом блока синхронизации, а выходами - с вторыми входами второго регулирующего блока, 7 8

2, Цифровая система по п. 1, о тличaющаяся тем, чтопреобразователь частота — код содержит первый и второй счетчики, регистр, триггер, элемент ИЛИ и элемент И, первый вход преобразователя частота— код соединен с $-входом триггера и первым входом элемента ИЛИ, а второй вход — с R-входом триггера и вторым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу сброса первого счетчика и первому входу элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом преобразователя частотакод, а выход — с входом записи регистра суммирующие входы первого и второго счетчиков подключены к четвертому входу преобразователя частота— код, пятый вход которого соединен с входом записи второго счетчика, подключенного информационными входами к информационным выходам первого счетчика, а информационными выходами — к первым информационным входам регистра, второй информационный вхсщ которого соединен с выходом триггера, а информационные выходы — с выходами преобразователя частота - код.

3. Цифровая система по п. 1, отличающаяся тем, что, блок коммутации ключей содержит блок защиты ключей, блок контроля тока и преобразователь код - ширина импульса, первые и второй входы которого соединены с соответствующими входами блока коммутации ключей, а первый, второй и третий выходы — с соответствующими входами блока защиты клю- :. чей, подключенного четвертым входом к первому выходу блока контроля тока, а первым,. вторым и третьим входами которого соединенного соответственно с шиной уставкн тока, третьим входом блока коммутации ключей и четвертым выходом преобразователя код - ширина импульса, выход блока защиты ключей и второй выход блока контроля тока подключены соответственно к первому и второму выходам блока коммутации ключей, 13579!7

1357917

1357917

135791 7

mez 11

1 3 " 791 /

Уаг. 1Ф

РП2. 15!

357917

7; Т Ту (Duz. 9

Составитель В. Башкиров

Редактор И. Шулла Техред М. Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Тираж 863 IIQ p, IIH C B G e

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5997/48

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