Задающее устройство для цифрового следящего привода

 

Изобретение относится к элементам систем с цифровым управлением и предназначено для использования при исследовании, настройке и экспериментальном определении динамических характеристик следящихприводов . Цель изобретения - расширение . функциональных возможностей и уменьшение динамических нагрузок на цифровой следящий привод. Устройство содержит триггер 1, генератор импульсов 2 элемент ИЗ, первый делитель частоты 4, формирователи импульсов первой и второй координат 5, 6, второй делитель частоты 7, коммутатор временных интервалов 8, счетчик импульсов 9, блок памяти 10, задатчик начальных условий 11. Устройство имеет более широкие функциональные возможности для осуществления поиска, проведения испытаний и настройки по различному классу задаваемых траекторий в широком диапазоне скоростей и обеспечивает з еньшение динамических нагрузок на следящий привод за счет изменения координат по гармониIческому закону. 9 ил. W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1411?09 А1 (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21) 4159088/24-244 (22) 05.)2.86 (46) 23.07.88..Бюл. У 27 (71) Научно-исследовательский физико-технический институт при Горьковском государственном университете им. Н.И. Лобачевского (72) В.М. Быков и M.È. Козлов (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 686018, кл. G 05 В 19/18, 1979 °

Авторское свидетельство СССР

9 1144088, кл. G 05 В 19/18, 1984. (54) ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА (57) Изобретение относится к элементам систем с цифровым управлением и предназначено для использования при исследовании, настройке и экспериментальном определении динамических характеристик следящих приводов. Цель изобретения — расширение . функциональных возможностей и уменьшение динамических нагрузок на цифровой следящий привод. Устройство содержит триггер 1, генератор импульсов 2, элемент И 3, первый делитель частоты 4, формирователи импульсов первой и второй координат 5, 6, второй делитель частоты 7, коммутатор временных интервалов 8, счетчик импульсов 9, блок памяти 10 задатчик начальных условий 11. Устройство имеет более широкие функциональные возможности для осуществления поиска, проведения испытаний и настройки по различному классу задаваемых траекторий в широком диапазоне скоростей и обеспечивает уменьшение динамических нагрузок на следящий привод sa счет изменения координат по гармони-! ческому закону. 9 ил.

1411709 х = К(соао(+ o(sina(), е = K(siz Ы вЂ” Ы cosd), где К вЂ” радиус круга эвольвенты, a(— угол, на который отклоняl0 ется радиус-вектор эвольвенты.

Шаг спирали эвольвенты Н имеет следующую зависимость:

Н

К

2 Г!

Следовательно, Коммутатор 8 временных интервалов содержит RS-триггер !7, элементы

И-НЕ 18 и 19, элемент И-ИЛИ 20, элемент И 21, элемент И-НЕ 22, элемент

23 задержки, реверсивный счетчик 24, счетчик 25 импульсов, схемы 26 и 27 сравнения. Блок 10 памяти содержит два блока 28 и 29 памяти.

Формирователь 5 импульсов первой координаты содержит делитель 30 с переменным коэффициентом деления и два элемента И 31 и 32, формирова". тель 6 импульсов второй координаты— делитель 33 с переменным коэффициентом деления и два элемента И 34 и 35 °

Задатчик ll начальных условий содержит три группы переключателей

36-38.

Алгоритм работы задающего устройства следующий.

2!! 1х = пН cosnda

V

Х 1 У и

55 Дс= — — интервал времени

У.Изобретение относится к элементам систем с цифровым программным управлением и предназначено для испольэо" вания при исследовании, настройке и экспериментальном определении динами" ческих характеристик спедящих приво; дов, а также совместно с устройства, ми программного управления антенными и радиотелескопами для автоматическо" (1

ro поиска объекта при его отклонении от программной траектории.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства и уменьшение динамических нагрузок на цифровой следящий привод.

На фиг. l представлена структурная схема задающеГо устройства, на фиг, 2-4 — траектории поиска; реализуемые устройством, на фиг. 5-7 схемы реализации устройства, на фиг. 8 — пример программирования блока памяти, на фиг. 9 — временные диаграммы работы коммутатора временных интервалов.

Устройство содержит триггер 1, генератор 2, элемент И 3, первый делитель 4 частоты, формирователи 5 и 6 импульсов первой и второй координат, второй делитель 7 частоты, коммутатор 8 временных интервалов, счетчик 9 импульсов, блок 10 памяти, задатчик 11 начальных условий, первый вход 12 "Пуск", второй вход 13

"Стоп", третий вход 14 "Сброс", выходы 15 и 16 устройства.

Параметрическое уравнение,эвольвенты по координатам х и у имеет вид: х = д(соя o(+ o(sino(), Н

Н у = — (sind -o(cosa

2П

Для работы устройства в унитарном коде определим значения приращений по координатам:

Лх х (о()Яо(= — (,аЫсозЫ, Н

26 и у у (о()до da sind

2 1

Разделим спираль в пределах одного оборота радиуса-вектора на щ равных частей с значением угла в с кторе

2!!

ЙЫ = щ и будем аппроксимировать спираль в пределах Bet линейной функцией (точность воспроизведения спирали зависит от числа ш), Тогда с(=пЫ, где n = 1,2,3... — целые, положительные числа, Выражения для приращений принимают следующий вид:

2!! ду = nH sin n dd (2)

Скорость движения по координатам определяется из следующих выражений: где dt - интервал времени измерений. в течение которого спираль .аппроксимируется прямой линией, причем n=l, 2,3...

1411709

Тогда

H2(< f

Ч„ = созпДО(, m

H2h f

V y = з1ппдс(.

2

30

НЕЕ

ГД = ш2

2 ш ЛР

2ГН

40 или (5) частота, поступающая на вход коммутатора временных интервалов.

Скорость по координатам максимальна при cosn и М и sinners(, равных 1. Следовательно, Н2И Е ч„„„„,= „„= — (Э)

Скорость по координатам можно также определить с помощью следующих соотношений:

LINcosnc)o(8Nsin дс(п

Т . Т где Ч вЂ” число импульсов, поступающих на вход формирователей импульсов ко1 25 ординаты за время Т = — с весом

f импульса Д и N = —.

Отсюда можно получить

ND

О хм«кс- рм кс=, = д (4) rpe F — частота генератора, соответствующая частоте импульсов на входе формирователей импульсов координат при максимальной скорости. Тогда иэ выражений (3) и (4) получим

Следовательно, выбрав значение максимально возможной скорости уп45 равления по формуле (4), можно определить необходимую частоту генератора.

Для запуска задающего устройства на вход 12 поступает сигнал "Пуск", при этом триггер .1 устанавливается в состояние, при котором единичный сигнал с выхода триггера разрешает прохождение импульсов с генератора 2 импульсов через элемент И 3 на вход первого делителя 4 частоты.

На переключателях задатчика начальньтх условий набирается двоичный код максимальной скорости движенйя, который поступает на первый делитель частоты, где формируется частота, I пропорциональная заданной максимальной скорости движения.

Кроме этого, с эадатчика начальных условий на вход второго делителя частоты поступает код, соответствующий величине

С выхода второго делителя частоты импульсы, частота f которых соответствует выражению (5), поступают на коммутатор временных интервалов.

Алгоритм работы коммутатора временных интервалов следующий. Согласно выражениям (1) и (2) получим

Дх, 97„)ф Йхg(+yg) р д х (Ь79) и т д °

2Р 27 дх = Н вЂ” costa(й7 Н вЂ” sinda

1 mf У 1 ш2 Р

ax< = 2Н

Дх = ЗН вЂ”,,созЗМ, ду = ЭН вЂ” в пЗМ, 2Г 2ц

Дх„= nH — cosn a, дуд= nH — sinners.

Отсюда видно, что для воспроизведения спирали с увеличением номера аппроксимируемого сектора коммутатору временных интервалов необходимо увеличивать длительность участка, аппроксимируемого линейной функцией, на единицу, соответствующую интералу 1/f (при движении по восходящему участку спирали), Коммутатор временных интервалов осуществляет также контроль выполнения необходимого числа витков спирали ш; 2ш; Çm ..., заданного с помощью эадатчика 11 начальных условий ° При равенстве числа витков заданному коммутатор уменьшает интервал между импульсами (движение по нисходящему участку спирали) на величину 1/f до прихода в нулевую точку. Далее весь цикл повторяется.

Изменение кода счетчика 9 импульсов сопровождается изменением значений cosn а Ы и sinn 4g па выходе блока памяти 10. Значения cosn До(и.

sinn do(с учетом знака поступают на входы формирователей 5 и 6 импульсов первой и второй координат соот141 ветственно, которые осуществлякт умножение величины

2( пН а значение cosn Дю и sinn Ad и в зависимости от знака разделяют импульсы

4а каналы "+" или "-". В связи с цикличностью изменения cosn As(и sin Д6 . ф постоянном запомииающем устройстве ранятся значения cos u sin для угов шдЫ, Практически задающее устойство может обеспечить любой вид раектории. Тип траектории, по котоой производится изменение координат, пределяется блоком памяти и задатчиом 11 начальных условий °

При управлении антенным приводом одинаковой диаграммой направленноти по обеим координатам поиск удобо производить по спирали Архимеда фиг.2, пунктиром показано движение о нисходящему участку спирали), При глазной ширине диаграммы нацравленно ти следящего привода по координатам необходима эллипсная спираль (фиг.3) шагом h по одной и Н по другой кординате. В этом случае в блок 10 амяти по координате, имеющей меньую ширину диаграммы, записываются значения соя или sin,.уменьшенные

Йа величину —.

При необходимости движения по астру (фиг. 4) задается минималь2 алый шаг (—; —; ..., 1; 2...), а в тп m

МГге и

64

1709 6 записывается то количес t B ко. ффициентов, которое необходимо для движения по всей траектории. При необходи5 мости управления по различного вида траекториям в блок памяти подается с задающего устройства код, определяющий тип кривой.

Установка в исходное состояние устройства производится сигналом

"Сброс" (вход 14). При этом первый

4 и второй 7 делители с переменным коэффициентом деления, реверсивный счетчик 24 импульсов и счетчик 25

15 импульсов коммутатора временных интервалов, счетчик 9, делители 30 и

33 с переменным коэффициентом деления соответственно формирователей

5 и 6 импульсов первой и второй ко20 ординат устанавливаются в нуг,.евое состояние. Триггер 17 устанавливается в единичное состояние. Задатчик

11 начальных условий содержит три группы переключателей 36 — 38,.которые

25 во выключенном состоянии формируют нулевой, а при включенном единичный . сигнал. На переключателях 36 устанавливается код, определяющий необходимую максимальную скорость, движения

30 по траектории. Число разрядов кода зависит от необходимого коли чества градаций скоростей и соответствует числу входов на делителе 4, который выполнен на микросхеме делителя с переменным коэффициентом деления.

Частота на выходе делителя, например, для 1 2-разрядного кода определяется по формуле

50

55 блок 10 памяти (ПЗУ) записываются необходимые значения коэффициентов, соответствующих выбранной траектории движения. При этом, как видно из фиг. 4, движение производится в основном по одной координате„ поэтому при движении по Х записывается максимальный код (логические "1") в блок памяти, хранящий соз, при движении по Y — в блок памяти, хранящий sin. Для уменьшения перегрузок на следящий привод на участке из— менения направления движения в обе части блока памяти (по обеим координатам) записываются коды, обеспечивающие плавное изменение координат. .В отличие от движения па спирали

1 при растровом поиске в блок памяти где М = VI2 ° 2 и+VI1 э <ю +Vip 29 +

+ V9 2 +V8 2 +V7 2 +V6 2 +V5 24

+V4 2 +V3 .2 +V2 2 +V) 2ю (6) для двухкаскадного включения делителей, где V V2

V12 — входы деления делителя, на которые поданы сигналы логической

Для запуска задающего устройства на вход 12 поступает сигнал "Пуск"

При этом на вход элемента И .1 с триггера 1 поступает сигнал логической

1 и разрешает прохождение импульсов с генератора на вход первого делителя 4 частоты. С выхода делителя импульсы, частота которых пропорциональна максимальной скорости движеl 41 ния, поступак.т нл делители с переменным коэффициентом деления 7, 30, 33.

Делитель 7 осуществляет yt ножение ш частоты на величину М = (по фор2Т(Н муле (6)) . Значение М поступает с задатчика начальных условий с переключателей 36. При необходимости задания параметра Н в виде двоичного (десятичного) кода с дискретом d между переключателями 37 и делителем

7 подключается ПЗУ, на вход которого поступает код Н, а на выходе формируется значение M с заданным дискретом Л . С выхода делителя 7 импульсы частотой f поступают на коммутатор

8 временных интервалов (элементы

21 и 22).

На фиг. 9 представлены временные диаграммы напряжения на выходе элементов коммутатора временных интервалов в начале формировайия развертывающейся спирали (участок Т), во время конца реверсирования кривой задания (участок II) и во время конца формирования свертывающейся спирали и начала формирования развертывающейся спирали в следующем цикле работы устройства (участок III).

В исходном состоянии на вход элемента И-НЕ 18 поступает сигнал логической "1" с триггера 17. Счетчики

24 и 25 установлены в нулевое состояние, поэтому на входы элемента И-HJIH

20 элемента И 21 и элемента И-НЕ 22

1 с выхода схемы 27 сравнения чисел также поступает сигнал логической

"I". В связи с этим импульсы с делителя 7 (фиг.6, вход Ъ) через элемент И 21 и элемент И-HE 18 поступают на вход 1 реверсивного счетчика

24 импульсов, С приходом импульса код счетчика изменяется на единицу .и, следовательно, на выходе схемы 27 сравнения чисел устанавливается сигнал логического ii0tl . который разрешает работу:элемента 22. Кроме этого, импульс с элемента И 21 поступает на вход счетчика 9 импульсов (фиг. 7, вход е), увеличивая его код на "1", и через элемент 23 задержки на сбросовый R-вход счетчика

25, подтверждая его нулевое состояние.

Следующий импульс с делителя 7 поступает через элемент 22 на счетный вход счетчикл 25, изменяя его состоя1 709 8 ние на единицу. В связи с рлвепством кодов счетчиков 24 и 25 (код "1") на выходе схемы 27 сравнения чисел появляется сигнал логической "1", разрешая работу элемента И 21. Поэтому следующий импульс с делителя

7 поступает через элементы Й 21 и

И-НЕ 18 на вход "+" реверсивного

55 счетчика 24 и в нем устанавливается код "2", а на выходе схемы сравнения чисел появляется сигнал логического

"0", Одновременно с выхода элемента

И 21 импульс поступает на вход счетчика 9, изменяет его код на единицу и через элемент 23 задержки устанавливает счетчик 25 в нулевое состояние. Далее равенство ("1" нл выходе схемы 27 сравнения) наступает при кодах "2", "3", "4" и т.д. счетчиков

24 и 25. Следовательно, на вход счетчика 9 импульсов поступают импульсы, интервал между которыми увеличивается с каждым импульсом на величи— ну 1/f.

При достижении кодом счетчика

24 заданной величины числа витков, (для спирали Im, 2m, Зш, ...) с выхода схемы 26 сравнения чисел на вход R триггера 17 поступает сигнал логической "1" и устанавливает его в нулевое состояние, в результате чего разрешается работа элемента

И-НЕ 19. запрещается работа элемента

И-НЕ 18 и импульсы с элемента И 21 поступают на вход "-" счетчика 24. При этом интервал между импульсами, поступающими на вход счетчика 9, уменьшается на величину l/f с каждым тактом и движение продолжается по свертывающейся спирали °

При отработке пбследнего шага спирали (счетчик 25 в состоянии "0", счетчик 24 имеет "!" в младшем разряде) с приходом импульса с делителя

7 коды счетчиков становятся равными

О, триггер 17 импульсом с элемента

23 задержки через элемент И-ИЛИ 20 устанавливается в состояние "1" и начинается движение по развертывающейся спирали.

Счетчик 9 импульсов работает в счетном режиме и имеет число разрядов R, определяемое по формуле 2 =ш.

К

Код счетчика поступает в блоки 28 и

29 памяти, на выходе которых формируются значения cosn do(и sinn ЛЫ.

В качестве блока памяти (ПЗУ) может применяться одна микросхема, но с

9 141 объемом 2 слов (слово имеет число разрядов, соответствующее необходимому значению cos и sin).

С блока. памяти значения cos u sin оступают на делители 30 и 33 с переенным коэффициентом деления формироателей первой и второй координат. а выходе делителей формируются веичины

2ii

4х = nH — cosn4o(, 2Й ау пН s inn/0(, m

m ДР

1 2 Н

2 РН

m BF пппб.

2иН

Разделение импульсов по каналам

"+ и. -и в формирователях импульсов координат осуществляется на элеентах И 31, 32, 34 и 35 с помощью игналов знака с блока памяти.

При необходимости получения нерерывно меняющегося кода координатспирали к выходу формирователей имульсов (элементы И 31, 32, 34 и

35) подключаются реверсивные счет— чики, а для сброса кода подключают и сигнал "Сброс (вход 14 устройства) .

11 Элемент 23 задержки представляет собой последовательно соединенные, одновибратор и формирователь одиноч:ного импульса с временем задержки больше длительности тактирующих импульсов с генератора на 100...500 мс.

Остановка устройства осуществляется подачей сигнала логической "1" на вход 13 "Стоп". При этом запрещается работа элеиента И 3 и прекращается подача импульсов на делитель

4 частоты.

Схема задающего устройства выпол-. нена на микросхемах серии 133 (схема сравнения чисел на микросхемах серии 134) . Макет испытывался со следующими параметрами: H=5 Ч® кс =

= 5% m = 32. В таблице (фиг. 8) истинности для блока памяти при движении по спирали, разделенной на 32 участка, Ql — знак направления двии и жения по координатам (при знаке логическая "1"), Q3, Q4 (8 значения коэффициентов деления для . делителей 30 и 33 с переменным коэффи10

1709

55 циентом деления (приведенные данные

cosndo(, sinned), определяемые согласно формуле (б). Минимальный параметр Н составил 27. Для уменьшения минимальной величины Н необходимо уменьшать число m.

Таким образом, в устройстве обес- . печивается ввод допустимой максимальной скорости объекта и расширенный класс задаваемых траекторий. Это позволяет применять устройство для управления следящими приводами с различной формой диаграммы направленности и максимально допустимыми рабочими скоростями и использовать устройство для испытаний в широком диапазоне скоростей, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

Кроме этого, наличие плавного возврата по свертывающейся спирали, изменение скорости по законам синуса и косинуса и уменьшение скачков скоростей при смене линейно аппроксимируемого участка спирали позволяют осуществлять непрерывный поиск и экспериментальные исследования следящего привода без непроизводительных затрат времени на возврат в исходную точку и существенно снижает динамические нагрузки на следящий привод.

Формула изобретения

Задающее устройство для цифрового следящего привода, содержащее генератор импульсов, задатчик начальных условий, триггер, установочный. и сбросовый входы которого соответственно соединены с первым и вторым входами задающего устройства, счетчик импульсов, первый вход которого соединен с третьим входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения динамических нагрузок на цифровой следящий привод, в устройство введены блок памяти, коммутатор временных интервалов, формирователи импульсов первой и второй координат, первый и второй делители частоты и элемент И, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами триггера и генератора импульсов, а выход соединен с первым входом первого делителя частоты, выход кото12

1411 709

Ф

Ф

Ф рого соединен с первыми входами формирователей импульсов первой и второй координат и первым входом второго делителя частоты, выход второго делителя частоты соединен с первым входом коммутатора временных интервалов, выход которого соединен с вторым входом счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти, первый и второй выходы которого соответственно соединены с вторыми входами формирователе. импульсов первой и второй координат, выходы которых соответственно подключены к первому и второму выходам задающего устройства, первый, второй и третий выходы задатчика начальных условий соответственно соединены с вторыми входами первого и второго делителей частоты и коммутатора временных интервалов, третьи входы первого и второго делителей частоты, коммутатора временных интервалов, формирователей импульсов первой и второй координат соединены между собой и с третьим входом задающего устройст15 ва, Э

14IJ709 фиг 4

1ч! 709

1й11709

МЫМИ

1411 709

Фие. 7

1411309

Выкодные гиг нилы ПЗП

80"" ме

К00 адреса

Быпбные сигналы П392

7 23 95

00000

gl 02 B Ф

05 яБ g8

1 11 0

04 И06

020

7 7 1

7 010

0 0 0 0

7 t

0 7 0 0

0 D

1 7 7

000

1 7 0

1107

017

0 О

0001 7

0117 00 0

7 0

0 0 г 0

1 001100

00170

7 7 1

00 7 ° 17

0 000000

7 1

0 0110 00

0. 000

01007

010 1O

0 10 0011

0 1

0 011

0 1

0 1017

01100

1и

C 110

0 7 110

1 0

0 7111

0 1 о о

7 0

О 1

О 0

0 1 1 OI1

1 0 0 1 О а 1011

1 0011

0 10

0 7000

1010 а

1 7

7 01

0 0110

0 О

7 0 1 0

0 0

70711

0000

Оо.71000

0011

017 0

1 1000

О О

7 1

7707

11 07

0 7

t 0

»о

1 Q

1 1 1 7

Q 00

171

Составитель А. Бондарев

Редактор В. Петраш Техред Л.Олийнык Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3653/43 Тираж 866 Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5

Производственно.-полиграфическое предприятие, г. Ужгор д, у . р о, л. П оектиав, 4

1 7 оооо

10001 о

0 7 7 7 7

0 1110