Система управления для объектов с переменным запаздыванием

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию И может быть использовано для организации систем управления технолоcfpac гическими объектами с переменным запаздыванием . Цель изобретения - расширение области применения системы при одновременном упрощении ее конструкции . В системе реализуется принцип синхронного запаздьшания. Система содержит задатчик 1 параметра, аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП)5 оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), преобразователь 39 код - напряжение, аналоговые ключи 2, 5, компаратор 22, преобразователь напряжение - частота 15., два управляющих триггера 10, 25, задатчики 16, 24, четыре одновибратора 11, 19, 20. 23, счетчик 14 адреса, элементы И 12, ИЛИ 13, ШШ-НЕ 9, датчик 18 параметра , инверторы 4, 21 и объект 17 упi СЛ СА 00 00 Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСОУБЛИН (19) (11) А1 (51)4G 05 В 1302

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

МЪ ф() Г. 1зт

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИф - .,И

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 И > Т 1(„ (21) 4074275/24-24 (22) 29.04,86 (46) 23.03.88. Бюл. У 11 (72) Н,Н.Алферьев, В,И.Вязанкин, В.Д.Кочкин и В.А.Шунин (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1200241, кл, G 05 В 13/02, 1984, Авторское свидетельство СССР

Ф 1191884, кл. G 05 В 13/02, 1984. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ

С ПЕРЕМЕННЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к BBTQMB тическому управлению и регулированию и может быть использовано для органиэации систем управления технолоФ, гическими объектами с переменным запаздыванием. Цель изобретения — расширение области применения системы при одновременном упрощении ее конструкции. В системе реализуется принцип синхронного запаздывания. Система содержит эадатчик 1 параметра, аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), преобразователь 39 код — напряжение, аналоговые ключи

2, 5, компаратор 22, преобразователь напряжение — частота 15, два управляющих триггера 10, 25, задатчики 16, 24, четыре одновибратора 11, 19, 20.

23, счетчик 14 адреса, элементы И 12, ИЛИ 13, ИЛИ-HE 9„ датчик 18 параметра, инверторы 4, 21 и объект 17 уп-.

1383291 равления, представляющий установку для нанесения фоторезиста на стеклянную заготовку. Задатчик 1 формирует сигнал для управления приводом, перемещающим контрольную линейку и заготовку. Запаздывание между формированием сигнала и контролем толщины слоя фоторезиста имитирует в системе посредством звена, имеющего память

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для организации систем управления технологическими объектами с переменным запаздыванием.

Цель изобретения — расширение области применения системы при одновременном упрощении ее конструкции.

На фиг. 1 показана функциональная схема системы. управления для объектов с переменным эапаздыванием на фиг. 2 — структурная схема объекта управления;" на фиг. 3 — графики зависимости толщины наносимого фоторе— зиста от времени, на фиг. 4 — временные диаграммы работы системы в режиме записи в ОЗУ, на фиг. 5 — временные диаграммы работы системы в режиме перехода от записи в п-ю ячейку к чтению содержимого (и+1}-й ячейки ОЗУ.

Система управления для объектов с переменным запаздыванием содержит задатчик 1 параметра, первый аналоговый ключ 2, аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), первый инвертор 4, второй аналоговый ключ 5, цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦАП) с преобразователем 7 ток — напряжение, оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), элемент ИЛИ-НЕ 9., управляющий триггер 10. третий одновибратор 11, элемент И 12, элемент

ИЛИ 13, счетчик t4 адреса, преобразователь 15 напряжение — частота, первый задатчик 16, объект 17 управления, датчик 18 параметра,,первый одновибратор 19, второй одновибратор

20, второй инвертор 21, компаратор

ОЗУ 8, До достижения номинальной толщины слоЫ, измеряемой датчиком, в ОЗУ 8 записывается текущее значение скорости. При совпадении заданного и измеренного значений скорости система формирует сигнал, переводящий

ОЗУ 8 в режим чтения и коммутирующий напряжение, задающее. скорость привода. 5 ил.

22, четвертый одновибратор 23, второй задатчик 24 второй управляющий триггер 25. стабилизированный электропривод 26 постоянного тока, электродвигатель 27 постоянного тока, передачу 28 винт-гайка, рычаг 29, кронштейн 30, держатель 31 контрольной линейки, контрольную линейку 32, держатель 33 заготовки, заготовку

34, бак 35, наполненный фоторезистом

36, редуктор 37. измерительную систему 38 (датчика 18 параметра), преобразователь 39 код — напряжение.

Задатчик 1 генерирует на выходе функциональную зависимость линейного нарастания пар".метра (напряжения задающего скорость) во времени с возможностью регулирования скорости нарастания и установки произвольного начального уровня. Электродвигатель

27 объекта 17 управления через редуктор 37 с передаточным отношением

Ют и передачу 28 винт — гайка соедиИ нен с рычагом 29, на котором жестко закреплен кронштейн 30. На кронштейне закреплены держатель 31 с контрольной линейкой 32 и держатель 33 с заготовкой 34. Держатели 31 и 33 размещены в баке 35 с фоторезистом

36. В зоне контроля ц размещена измерительная система 38 датчика 18.

Система управления предназначена для определения оптимальной скорости движения заготовки при нанесении фоторезиста на заготовку методом окунания в установку для нанесения фоторезиста. Технологический процесс нанесения фоторезиста при условии контроля выходного параметра (толщи-

1383291 ны наносимого слоя фоторезиста) в силу его специфики невозможно осуществить таким образом, чтобы формирование существенного параметра и его контроль осуществлялись одновре5 менно. Особенно большие трудности в управлении объектом возникают при условии влияния входного (управляющего) параметра на величину запаздывания о . Однако в некоторых случаях непрерывный контроль параметра не является обязательным вследствие малой скорости изменения возмущающих воздействий. В этих случаях на определенный цикл работы (например, нане;сение слоя фоторезиста на одну заготовку или небольшую партию заготовок) достаточно однократного определения значения оптимального управляющего параметра. При нанесении слоя фоторезиста на заготовку методом окунания толщина формируемого слоя зависит от скорости v движения заготовки, Возмущающими воздействиями являются температура и вязкость раствора фоторезиста, атмосферное давление.

Однако так как цикл нанесения длится несколько минут в данном случае нет необходимости в непрерывном контроле толщины пленки наносимого фотореэиста. Зависимость толщины d наносимой пленки от скорости ч движения заготовки определяется выражением

4 =Дч

I где К вЂ” коэффициент, определяемый свойствами фоторезиста и материала заготовки.

Скорость движения заготовки (соот40 ветственно и скорость привода) изменяется по закону, определяемому задатчиком 1. При этом датчик 18 параметра (толщина слоя фоторезиста) вы45 дает сигнал, который сравнивается с опорным. При совпадейии сигналов привод переключается на задание той скорости, на которой был нанесен данный участок. Для определения этой скорости реализуется принцип синхрон- 50 ного запаздывания. Система управления имитирует запаздывание, зависящее от скорости движения заготовки, Ti K °

55 л h

6 = — )

Y. где h — конструктивный параметр, определяемый расстоянием от зоны (фиг. 2) формирования слоя до зоны контроля толщины слоя, т.е. запаздывание обусловлено перемещением участков контрольной линейки 32 от зоны нанесения к зоне контроля на некоторое конструктивно-заданное расстояние h и с конкретной скоростью v.

Система управления передает на привод 26 сигнал о скорости синхронно с подходом соответствующего участка пленки фоторезиста, нанесенной на данной скорости. Таким образом, несмотря на наличие запаздывания, в каждый момент времени имеется сигнал о толщине слоя, в зоне контроля и информации в ОЗУ 8 о величине скорости движения заготовки, на которой этот слой наносился. Пусть график изменения толщины Й фоторезиста во времени, определяемой скоростью,формируемой задатчиком изображен линией й(с) (фиг. 3), тогда изменение толщины слоя в зоне контроля будет изображаться кривой Й(С вЂ” с ), точки которой будут иметь запаздывание относительно соответствующих точек зависимости й(с) на величину, различную для разных d и убывающую с ростом толщины, так как большей толщине по технологии нанесения соответствует большая скорость нанесения. Если

d — толщина, соответствующая начальной скорости задатчика 1, а d — толщина, соответствующая его номинальной скорости, то пересечение зависимостей d и d(t — c ) в момент времени г., соответствует на зависимости

d(t), определяемой задатчиком, толщине слоя (d» + hd) т.е. в момент обнаружения в зоне контроля номинальной толщины в установке нанесения формируется более толстый слой, отличный от номинального на величину дй. Поэтому для формирования слоя номинальной толщины d» в момент времени t привод 26 необходимо переключить на задание той скорости, на которой была нанесена номинальная толщина. Определение этой скорости осуществляется в системе управления, причем задержка сигнала цифровым методом моделируется по тому же закону, каким определяется и запаздывание на объекте. Имитация переменного запаздывания реализуется посредством звена, имеющего память, в част.ности ОЗУ 8. Информация задатчика 1, 91

/ и

0 = Тяп

f n

U(v) 1

U(h) КС

5 13832 предварительно преобразованная в цифровой код, записывается в ОЗУ 8. Переход от одной ячейки ОЗУ к следующей происходит с частотой f (перио" дом.Т), зависящей от входного сигнала, пропорционального задаваемой скорости привода

Адреса ячеек формируются счетчиком

14 адреса. Период поступления импульсов на его счетный вход связан с величиной входного сигнала, пропорционального скорости, соотношением где U(v) — напряжение задатчика 1, формирующее величину v

U(h) — напряжение на задатчике

16, формирующее вели ину 25

h.

R,С вЂ” элементы, определяющие постоянную времени интегратора, на базе которого реализован преобразователь

15 напряжение — частота.

Текущая информация о величине скорости в виде кода с выхода АЦП 3 обновляется с частотой преобразования

АЦП 3. Схема перебора ячеек ОЗУ работает в автономном цикле и непрерыв- 35 но инкрементирует адрес ОЗУ с частотой, .пропорциональной скорости, формируемой задатчиком 1, Входные данные постоянно находятся на входах данных

ОЗУ 8 и смена их во время записи запрещена, В режиме записи сигнал

ЗП/4Т постоянно установлен на "Запись". Импульсом одновибратора 19 через элемент ИЛИ-НЕ 9 по входу CS

"Выбор кристалла" записывается текущая информация, после чего с задержкой, определяемой одновибратором 20, импульсом одновибратора 11 через элементы ИЛИ 12 и И 13 меняется адрес счетчике (увеличивается на единицу -50 инкрементируется); следующий цикл записи происходит аналогично, но уже по вновь установившемуся адресу. Модель преобразования скорости в частоту реализована в системе управления 55 в дискретном виде. Если в память бесконечной величины при использовании

ОЗУ с циклической адресацией ячеек записывать коды текущих значений скорости, увеличивая через каждый шаг номер ячейки памяти на 1, а считывать информацию одновременно из ячеек, номера которых меньше на число и, то считываемая информация будет запаздывать относительно записанной на время где и — число номеров, на которое ячейка, принимающая информацию, предшествует ячейке, выдающей информацию, Таким образом, время запаздывания сигнала обратно пропорционально частоте счетчика адреса, которая моделирует скорость движения заготовки

v> т.е. сигнал, пропорциональный скорости, преобразуется в частоту импульсов, которые управляют счетчиком 14 адреса.

Сигнал с задатчика 1 через аналоговый ключ 2 поступает на электопривод 26, обеспечивающий стабильную скорость вращения электродвигателя

27. Скорость вращения электродвигателя сй, посредством редуктора 37 (Я ) и передачи 28.винт — гайка передается на рычаг 29, который обеспечивает линейное перемещение кронштейна 30.

При движении кронштейна вверх одновременно с ним перемещается держатель 31 контрольной линейки 32, а после установления скорости, соответствующей номинальной толщине d фоторезиста, перемещается вверх и держатель 33 со стеклянной заготовкой 34.

Задержку перемещения держателя 33 обеспечивает паз, выполненный в месте взаимодействия держателя 33 с кронштейном 30. В процессе перемещения заготовки 34 вверх на нее наносится слой фоторезиста 36 из бака 35.

До тех пор, пока сигнал с датчика

18 не достиг номинального значения, схема работает в режиме записи в

ОЗУ 8 текущих значений скорости, так как код текущей скорости постоянно находится на выходном регистре

АЦП 3. Преобразователь 15 напряжение— частота формирует импульсы, запускающие первый одновибратор 19,(фиг.,4).

По сигналам одновибратора 19 через элемент ИЛИ-HE 9 сигналом CS (выбор кристалла) в ОЗУ записывается текущее значение кода скорости. Для исключения искажения информации на вре1383291

55 мя записи в ОЗУ сигналом с одновибратора 19 на АЦП 3 запрещается запись информации в выходные регистры

АЦП, По спаду импульса первого одновибратора 19 запускается второй одновибратор 20, по спаду импульса которого запускается третий одновибратор 11. Импульсы с третьего одновибратора 11 через элементы 12 и 13 поступают на счетный вход адресного счетчика 14. Второй задатчик 24 формирует U(d) < .

В момент достижения U(c1) = U(d) (фиг. 5) компаратор 22 опрокидывается и запускается четвертый одновибратор 23, фронтом импульса которого перебрасывается управляющий триггер

25. Сигнал этого триггера переводит

ОЗУ по входу ЗП/4Т в режим чтения, блокируя при этом при помощи элемента И 12 приход импульсов с третьего одновибратора 11 на адресный счетчик

14. По спаду импульса с четвертого одновибратора 23 перебрасывается управляющий триггер 10, выходным сигналом которого счетчик 14 адреса переводится на выдачу адреса следующей ячейки, а через элемент ИЛИ-HE 9 формируется сигнал CS для ОЗУ 8. Одновременно посредством инвертора 4 коммутируется задающее напряжение

U(v).

По адресу (п+1)-й ячейки ОЗУ 8 выдает содержимое ячейки с номером (n+1), т.е. ячейки, запись в которую была произведена ранее за и шагов адресного счетчика 14. С выходов

ОЗУ 8 код скорости поступает на входы преобразователя код — напряжение

39. состоящего из ЦАП (б), имеющего токовый выход, и операционного усилителя 7 для преобразования тока в напряжение. Восстановленный сигнал задатчика 1 через аналоговый ключ 5 подается на привод 27 объекта 17 управления, задавая необходимую скорость.

Реализация принципа синхронного запаздывания позволяет решить задачу определения номинального управляющего воздействия для объектов с переменным запаздыванием небольшими аппаратурными затратами.

Формула изобретения

Система управления для объектов с переменным запаздыванием, содержащая объект управления, подключенный выходом к входу датчика параметра, задатчик параметра, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения системы при одновременном упрощении ее конструкции, в нее введены оперативное запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, счетчик адреса, первый и второй аналоговые ключи, преобразователь код — напряжение, первый и второй инверторы, элемент

ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ, элемент И, первый и второй управляющие триггеры, преобразователь напряжение — частоты, первый и второй задатчикп, компаратор, первый, второй, третий и четвертый одновибраторы, причем выход задатчика параметра соединен с информационным входом первого аналогового ключа, с входом аналого-цифрового преобразователя и с информационным входом преобразователя напряжение— частота, подключенного опорным входом к выходу первого задатчика, а выходом — к входу первого одновибратора, выход которого соединен с входом запрета аналого-цифрового преобразователя, с первым входом элемента

ИЛИ-НЕ и с входом второго одновибратора, выход которого подключен через третий одновибратор к первому входу элемента И, подключенного выходом к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом счетчика адреса, разрядные выходы которого подключены соответственно к адресным разрядным входам оперативного запоминающего устройства, разрядные выходы которого соединены соответствеHHo с разрядными входами преобразователя код — напряжение, подключенного выходом к информационному входу второго аналогового ключа, выход которого соединен с входом объекта управления и с выходом первого аналогового ключа, управляющий вход которого соединен через первый инвертор с управляющим входом второго аналогового ключа и непосредственно — с вторым входом элемента ИЛИ, с выходом первого управляющего триггера и с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенного выходом к входу выбора кристалла оперативного запоминающего устройства,. информационные разрядные входы которого соединены соответственно с раз1 383291

10 рядными выходами аналого-цифрового преобразователя, а вход записи-чтения соединен с вторым входом элемента

И и с выходом второго управляющего триггера, тактовый вход которого подключен через второй инвертор к тактовому входу первого управляющего триггера, а непосредственно — к выходу четвертного одновибратора, вход которого соединен с выходом компара тора, подключенного опорным входом к выходу второго задатчика, а информационным входом — к выходу датчика параметра.

1 38329!