Устройство для программного управления

 

Изобретение относится к автоматике и может использоваться для управления следящими электропривода .ми радиотелескопов при программном сопровождении низколетящих космических объектов. Целью изобретения является повышение точности управления путем снижения методических.ошибок интерполирования. При этом за счет увеличения плавности управления уменьшаются ошибки слежения электроприводов наведения и снижаются динамические нагрузки на высокоточные механизмы , например, радиотелескопа. Устройство содержит синхронизатор 1, блок 2 ввода программы регистры 3-8, коммутатор 9,интерполяторы 10,11 .сумматоры 12, 13, блок согласования 14, электропривод 15, датчик 16 обратной связи, элемент ИЛИ 17 и блок сравнения 18. Устройство реализует способ нелинейного интерполирования и устраняет, в отличие от других известных устройств, разрьшы в первой производной интерполированной функции угла, т.е. в функции скорости . Это достигается введением дополнительной , расчетной опорной точки в середине каждого участка интерполирования , изломом функции скорости в этой точке. Параметры излома выбираются на каждом участке такими, чтобы при уравнивании скоростей на границах соседних участков функция угла совпадала бы в узлах интерполирования с заданной решетчатой функцией. 2 ил. (О (Л 4 ю СлЭ СО СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН д511 4 С 05 В 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4197370/24-24 (22) 23.02.87 (46) 30.09.88. Бюл. Р 36 (72) В.С.Данилкина, Ю.В.Марков, В.ВаНазаров и А.А.Скворцов (53) 621.503.55 (O88.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1117590, кл. G 05 В 19/18, 1983.

Авторское свидетельство СССР

11р 1108392, кл.G 05 В 19/18, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и может использоваться для управления следящими электропривода,ми радиотелескопов при программном сопровождении низколетящих космических объектов. Целью изобретения является повышение точности управления путем снижения методических. ошибок интерполирования. При этом за счет увеличения плавности управления .Уменьшаются ошибки слежения электроприводов наведения и снижаются дина„„SU„„1427333 А1 мические нагрузки на высокоточные механизмы, например, радиотелескопа.

Устройство содержит синхронизатор I, блок 2 ввода программы регистры 3 — 8, коммутатор 9,интерполяторы !О,ll,ñóìматоры 12, 13, блок согласования 14, электропривод 15, датчик 16 обратной связи, элемент ИЛИ 17 и блок сравнения 18. Устройство реализует способ нелинейного интерполирования и устраняет, в отличие от других известных устройств „ разрывы в первой производной интерполированной функции угла, т.е. в функции скорости. Зто достигается введением дополнительной, расчетной опорной точки в середине каждого участка интерполирояаиия, ияломом фуиклии скорости (/) в этой точке. Параметры излома выбираются на каждом участке такими, чтобы при уравнивании скоростей на границах соседних участков функция угла совпадала бы в узлах интерполирования с заданной решетчатой функ- ф цией. 2 ил. Ь:) 1427

В()-f +U ЛЕ Л- "- 1 "Е-" " 4

О+ О

45

+ Я У-1) П-0 5 УЕ +!1 1 1--1Щ-2) 3 " 4! (д Е- +4"Е- )

+ +

° ° °

ЦБ-0.5)(U -11... 1П -(n-l g g(U-h) (2h + 1)1

Изобретение относится к автоматике и может использоваться для управления следящими электроприводами ра" диотелескопов при программном сопровождении низколетящих космических объектов (KO).

Цель изобретения — повышение точности управления путем снижения методических ошибок интерполирования.

На фиг.l дана структурная схема устройства для программного управления; на фиг.2 — временные диаграммыв

Устройство содержит синхронизатор

1, блок 2 ввода программы, первый— шестой регистры 3 — 8 соответственно коммутатор 9, первый интерполятор 10, второй интерполятор 11, первый 12 и второй 13 сумматора,. блок согласования 14, электропривод 15, цифровой датчик 16 обратной связи, элемент

ИЛИ 17.и блок сравнения 18, Устройство реализует способ нелинейного интерполирования и устраняет, 25 в отличие от других известных способов и устройств, разрывы в первой производной интерполированной функции угла, т.е. в функции скорости.

Это достигается введением дополни- 30 тельной, расчетной опорной точки в середине каждого участка интерполирования, изломом функции скорости в этой точке. Параметры излома выбираются на каждом участке такими, чтобы при уравнивании скоростей на границах соседних участков функция угла совпадала бы в узлах интерполирования с заданной решетчатой функцией.

Алгоритм интерполирования получен 40 из разностной интерполяционной формулы Бесселя:

333

4 f-g — конечная разность порядка й

r, определяемая как

4 f g 4 f-(p(+»)- 4 Е-g (2) Параметр U изменяется в пределах

0 - U и 1 на участке интерполирования ° В дальнейшем, для кратности будем обозначать Е-к " -к (3) В качестве первичной информации устройство используют решетчатую

О. функцию угла о(по времени tg. Ограничиваясь пятью членами формулы (1), с учетом обозначения (3), получим интерполяционную функцию для текущего угла C(< ., UgU-lP Ь+ Ь.), t=ÛÎ+ 1!Ао + 2! 2 + (V-l)(U-0 5) + -- — — — — л —

U U -1) U-2) Й- + Ь-»

2 г

1 1, л (4)

4! 2 / где 0 0 — начальный угол. дифференцируя (4) и определяя значения скорости на границах соседних участков, полагая U l для предыдущего и U = 0 для последующего участков, определяет величину разрыва функции скорости в узле интерполирования, среднее значение скорости, необходимое для устранения разрыва, а также такое значение скорости на середине участка интерполирования, при котором линейное изменение скорости на полуучастках обеспечит получение текущего угла в. узлах интер полирования, равного заданному в решетчатой функции. Таким образом определено, что в момент времени и », когда состояние устройства задается параметрами о(» и (,3„ », следует вычислять: конечные разности до 5-го порядка, пользуясь формулой (2) и

6-ю значениями решетчатой функции; значение скорости для момента времени Ск по формуле где f g — значение решетчатой функции в-момент времени t=<, () Ьи+ Ьк Дiс-»+Д g-g

К

1427333

Ьк-2 + 6 к-з

3 5

+ — °

32 (5) значение скорости в середине участка (ск q, tg) в точке ее излома, по формуле

2Д ак +63.6

K-i 2

10 (6) CJrt (tg < tg) / значение ускорения Е на первой половине участка интерполирования (7) В момент времени, соответствующий середине участка f t -., t 1, следует вычислить значения ускорения Е на второй половине участка интерполи- >0

° рования

c"

= Сдк — CDc P (8) Устройство работает следующим ооразом.

До начала сеанса сопровождения, в произвольные моменты времени, синхронизатор 1 выдает 5 групп сигналов для загрузки последовательно соединенных регистров 3-7 пятью значениями решетчатой функции угла из блока ввода программы 2. Синхронизатор 1 состоит из генератора тактовых импульсов, сдвиговых регистров и счетчиков времени на делителях, для формирования

35 последовательностей синхросигналов и временных интервалов. Синхронизатор работает в режиме электронных часов, при этом движение начинается при .равенстве кодов времени на счетчиках синхронизатора и на выходе блока 2 по сигналу равенства кодов времени с выхода блока 18.Кроме того, синхронизатор l получает из блока 2 значение периода интерполирования Т, а значение начального угла сопровождения он передает в интерполятор 11 для фиксации на его выходе, что вызывает переброску электропривода на начальный угол работы.

Когда отсчет времени в синхронизаторе l достигает значения начала сеанса, по сигналу блока сравнени 18 он выдает сигналы на считывание оче55 редной точки из блока ввода программы 2 и на сдвиг информации в регистрах 3-7. При этом в каждом регистре номер хранимого узла решетчатой функции угла увеличится на единицу, а прежние значения будут выданы через элемент ИПИ 17 к сумматору 12, который рассчитывает все требуемые конечные разности, скорость 471 для узла по формуле Э(5), скорость < к q в середине участка )t, tq7 по формуле (6) и ускорение Е по формуле (7). Регистр 8 используется при расчетах как аккумулятор для хранения промежуточных результатов, в нем также фиксируктся конечные результаты в виде (3 и

При расчетах 47, для первого участка, и также при расчетах Ы», требуемое по формуле (5) значение CDq q принимается сумматором 12 из интерполятора 10. Значение о(о(с(к-1на последующих участках) принимается при расчетах с выхода интерполятора 11 через коммутатор 9, открываемый сигналом синхронизатора 1. Ускорение Я фиксируется регистром 8 на входе линейного интерполятора 10 на вермя, рав" ное половине периода интерполирования. Интерполятор 10 работает под управлением синхронизатора 1 и формирует на выходе код текущей скорости сопровождения, линейно изменяющейся в течение полупериода интерполирования от (к до 63 (t .g,tк) и поступающий на вход второго линейного интерполятора ll также работающего под управлением синхронизатора 1.

Последовательное суммирование кодов через элемент 17 на одних входах сумматора 12 и регистр 8 на других входах позволяет накапливать в регистре 8 все промежуточные значения, расчетов, до получения окончательных значений, используемых в интерполяторе 10.

Интерполяторы 10 и 11 служат для равномерного изменения выходного кода во времени таким образом, что к концу заданного периода интерполяции на выходе нарабатывается код, равный входному, т.е. интерполятор эквивалентен цифровому интегратору.

С синхронизатора 1 на интерполяторы 10 и 11 поступают опорные частоты, обратно пропорциональные периоду интерполяции, которые умножаются на входные коды и формируют интерполяционные частоты (т.е. производится преобразование код-частота), накап1427 ливающиеся в выходных счетчиках, формирующих выходной код.

На выходе интерполятора 11 формируется код программного угла сопровождения, изменяющегося на полупе5 риоде по параболическому закону, В момент времени, соответствующие половине периода интерполирования, синхронизатор 1 выдает сигнал на 10 коммутатор 9, который пропускает к сумматору 12 накопление к этому моменту значение скорости в середине участка интерполирования cD р в интерполяторе 10, Сравнивая его со зна- 15 чением скорости с.3„, рассчитанным для следующего узла интерполирова" ния и хранящимся в регистре 8, сумматор 12 определяет по формуле (8) значение ускорения F для второй половины периода интерполирования и фиксирует его в регистре 8 на входе интерполятора 10. Код скорости на выходе интерполятора 10 продолжает линейно изменяться, но после значе- 25 ния (Зсрприобретает другой. наклон до конца периода интерполирования.

Изменение программного угла по выходе интерполятора 11 продолжается по параболическому закону, но с дру- 1п гой кривизной. При этом отрезки парабол на соседних полуучастках геометрически сопряжены и не имеют разрывов, как и их первые производные.

При наступлении последующих мо35 ментов времени, заданных решетчатой функций t, tp,...,t< цикл работы описанной части устройства — контура интерполирования — повторяется.

Использование обратных связей по о „„ с интерполятора 11, а также по <, )„„ и ь3 р с интерполятора 10 взамен расчетных. устраняет наполнение аппаратурных погрешностей интерполирова,ния, а также компенсирует эа 1-2 периода интерполирования любой сбой в ,интерполяторах.

В сумматоре 13 текущее значение программного угла, получаемое с.интерполятора 11, сравнивается с текущим углом положения, поступающим от датчика обратной связи 16. Разность представляющая собой динамическую ошибку электропривода 15, преобразуется в блоке согласования 14 в напряжение, пропорциональное значению ошибки и имеющие полярность, определяемую знаком ошибки.

333

Этот сигнал подается на обработку электроприводом 15, который доворачивает исполнительную ось и связанный с ней датчик 16 в сторону уменьшения ошибки.

Обработка информации в контуре отработки, состоящем из звеньев 13,14, 15 и 1б осуществляется с частотой, на 1,5-2 порядка превышающей собственную частоту электропривода 15.

Формула изобретения

Устройство для программного управления, соцержащее синхронизатор, информационные выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения, элемент ИЛИ, коммутатор, первый и второй сумматоры, первый и второй интерполяторы, последовательно соединенные блок согласования, электропривод и. датчик обратной связи, а также блок ввода программы, выходом подключенный к входам первого регистра, первый выход которого соединен с инфор— мационными входами второго регистра, третий регистр, выход которого соединен с информационными входами четвертого регистра, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности управления, введены пятый и шестой регистры, первые выходы второго регистра соединены с информационными входами третьего регистра, а первые выходы четвертого регистра подключены к информационным входам пятого регистра, выходы которого соединены с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом четвертого регистра, третий вход — с вторым выходом третьего регистра, четвертый вход — с вторым выходом второго регистра, пятый вход — с вторым выходом первого регистра, шестой вход элемента HJIH подключен к выходу коммутатора, а выход — к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом шестого регистра, а выход — с информационным входом шестого регистра, второй выход которого подключен к информационному входу первого интерполятора, выходы которого соединены с первыми входами коммутатора и с информационными входами второго интерполятора, первые выходы которого подключены.к вторым входам коммутатора и к первым входам второго сумматора, вторые входы которого соединены с

1427333

Корректор Г.Решетник

Заказ 4850/43 Тираж 866 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. р л. П оектная, 4 выходами датчика обратной связи, а выходы — с входами блока согласования, выходы синхронизатора соединены с оинхронизирующими входами соответственно блока ввода программы, с перСоставытель И.Швец

Редактор М.Товтин Техред А.Кравчук вого по шестой регистров, первого и второго интерполяторов и коммутатора, вторые входы блока сравнения подключены к выходам блока ввода програм5 мы, а выход - к входу синхронизатора.