Устройство для автоматического управления разгоном и торможением движущегося по заданной траектории объекта

 

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТ8ЕННЫМ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660229/24 (22) 09.03.89 (46) 28.02.91. Бюл, М 8(71) Научно - исследовательский физико технический институт при Горьковском государственном университете им. Н,И.Лобачевского (72) Н.В. Рындовская, Н.Н. Макаров и M.ß. Зйнгорин

{53) 621.503,55(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 834669, кл. G 05 В 19/18, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 1120287, кл. G05 В 19/18,,1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗГОНОМ И ТОРМ0ЖЕНИЕМ ДВИЖУЩЕГОСЯ ПО ЗАДАННОЙ

ТРАЕКТОРИИ ОБЪЕКТА (67) Изобретение относится к автоматике и

Вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления приводом радиотелескопа или робота, а также в станках с программным управлением. Цель изобретения — расширение области применения устройства. УстИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления приводом радиотелескопа или робота, а также в станках с программным управлением.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет формирования управляющих сигналов для вывода обьекта на изменяющуюся координату программной траектории.

БУДД 1631519 А1 ройство автоматического управления разгоном и торможением движущегося по заданной траектории объекта содержит три суммирующих устройства, три схемы сравнения, два элемента И, элемент ИЛИ. Информационные входы первого и второго суммирующих устройств и второй схемы сравнения подключены к выходу третьего суммирующего устройства, информационный вход которого соединен со входом задания приращения ускорения. Данное устройство формирует координаты равноускоренного движения при разгоне и равнозамедленного движения при торможении, При использовании данного устройства для управления приводом обеспечивается плавный разгон и торможение при выводе объекта на программную координату, что позволяет исключить резкие механические нагрузки на элементы привода. Благодаря этому допускается совместная оабота данного устройства и устройств расчета программной траектории, что приводит к повышению оперативности управления. 7 ил.

На фиг. 1 показано предложенное устройство; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы его работы; на фиг. 4 — схемы суммирующих блоков; на фиг. 5 — 7 — схемы блоков сравнения.

Устройство содержит первый суммирующий блок 1, первый блок 2 сравнения, блок

3 управления скоростью, второй суммирующей блок 4, второй блок 5 сравнения, третий блок 6 сравнения, третий суммирующий блок 7, блок элементов И 8, первый элемент

И 9, элемент ИЛИ 10, вход 11 задания приращения ускорения. Вход 12 задания допус; а сравнения скоростей, вход 13 задания скорости, вход 14 задания частоты тактоВОЙ, ВХОД 15 Задания координаты заДаннОЙ, вход 16 задания начальных установок и выход 17 коорДинаты отработанной.

Суммирующие блоки 1, 4 и 7 (фиг, 4) содержат параллельный Й-разрядный сумматор 18, параллельный N-разрядный регистр 19, элемент И 20 и группу элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21.

Суммирующий блок работает следующим образом.

На первый вход блока поступает параллельный двои гный И-разрядный код суммируел1ОЙ Величины, знак которой определяется сигналом, поступающим на второй вход М. На четвертый вход поступает последовательность импульсов тактовой частоты, а на 1ретий вход V2 — сигнал, управляющий записью результата суммирования садержима :.. регистра 19 и поступающий на первый вход суммирующего устройства. По пятому входу осуществляется устанOBка регистра 19 D исходное состояние, в -ам числе и после вклю гения питания, например, вручную от кнопки, Блок 2 сравнения (фиг. 5) содержит параллельный К-разрядный сумматор 22, группу элементов НЕ 23, первый вход 15, на который поступает параллельный двоичный код заданной координаты Хздд, второй вход, на который поступает параллельный двоичный код коорди1 аты отработанной

Хотр, первый выход, с которого снимается параллельный двоичный кад разности заДанной и ОтраЬОтаннай коарДинэт Хздд

Хатр, ВТороА ВыхОД, ЯВЛЯ10щийся знаковым разрядом разности, использу10щийся для определения результата сравнения; при нулевом сигнале на втором выходе заданная координата больше или равна координате отрабо анной Хздд Хитр; Ори единичном сигнале на втором выходе заданная координата меньше отработанной Хзлд< ХОТР.

Блок 5 сравнения (фиг,б) производит с равнение скорости отработанной со скоростью заданной с точностью допуска и содер;::: т параллельные N-разрядные сумматоры

2 и 2Ь, группу нгементав НЕ 26, элемент

НЕ 27, группу элементов исключающее

ИЛИ 28, первый D,<од,явля ащийся входом для ",óììèp Омой вели:ины приращения

1 с ко,,;ти ЬХ, второй вход 13, являющийся

Входов ДЛЯ Втарпй СуММИруЕМОЙ ВЕЛИЧИНЫ вЂ” скорости заданной, третий Вход 12, являlou.,.,ийся входом для величины допуска

ЛХздд при сравнении скоростей заданной

40 и Отрабо ганной, первый выход, являющийся старшим (знаковым) разрядом разности скоростей отработанной и заданной, равной единичному эначени о при условии, что скорость отработанная больше или равна скорости заданной Х Хздд, и нулевому значению при условии, что скорость отработанная меньше скорости заданной Х < Хздд; второй выход, являющийся старшим (знаковым) разрядом разности допуска и абсолютной разнбсти отработанной и заданной скоростей, равный нулевому значению при условии, что величина допуска больше или равна абсолютной разности скоростей отработанной и заданной Л Хздд Х вЂ” Хздд 1, и единичному значению при невыполнении этого условия.

Сумматор 24 и группа элементов НЕ 26 формируют разность скорости отработанной Х и скорости заданной Хздд (Х вЂ” Хздд), при этом величина скорости отработанной

ЛХ образуется путем сдвига параллельного двоичного кода приращения скорости ЛХ на m разрядов в сторону старших разрядов, где Л Х вЂ” приращение скорости эа время однoro такта, m — параметр, определяемый значением тактовой частоты f = 2 Гц.

С помощью группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, элемента НЕ 27 и сумматора 25 формируется разность ЛХздд -(Х—

Хздд), старший (знаковый) разряд которой является вторым выходом схемы сравнения.

Блок 6 сравнения (фиг, 7), содержит сумматор 29, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 30, элемент НЕ 31, первый и второй входы для параллельных двоичных кодов величин координаты разгона Л X u разности координат заданной и отработанной соответственно, первый выход.

Блок формирует разность величин координаты разгона ЛХ и абсолютной разности координат заданной и отработанной Л Х— (ХЗАД вЂ” XQTР.).

Старший (знаковый) разряд разности является выходным сигналом схемы сравнения ЛХ I Хздд, — Хотр.1, равный нулевому значению при выполнении этого неравенства и единичному при невыполнении последнего, Выходные сигналы устройства: приращение ускорения ЛХ, допуск Л Хздд, корость заданная Уздд, координата заданная Хздд., задаются параллельным двоичным N-разрядным кодом, тактовая частота определяется выражением f = 2 Гц, сигнал начальных установок задается нулевым сигналом с кнопки, выходной сигнал — координата отработанная

Хотр, выражается параллельным двоичным

N-разрядным кодом, 1631519

Устройство для автоматического разгона и торможения работает следующим образом.

Установка устройства в исходное состояние осуществляется сигналом "Начальная установка" (НУ), Нулевой сигнал НУ поступает на R-вход суммирующего блока 1, через элемент И 9 íà R-входы суммирующих блоков 4 и 7, устанавливая их в исходное состояние. При этом на первом выходе блока 2 сравнения присутствует нулевой двоичный код, равный разности нулевых двоичных кодов Хздд и Хотр, поступающих соответственно с выхода суммирующего устройства 1 с входа задания координат 16, На выходе блока 6 сравнения присутствует нулевой сигнал, так как выполняется условие Л Х = (Хздд — Хотр) = О. Нулевой сигнал с выхода блока 6 сравнения поступает на элемент И 8. формируя на его выходе нулевой двоичный код, Блок 5 сравнения при сравнении нулевых двоичных кодов, поступающих на первый и третий входы, формирует на втором выходе нулевой сигнал (выполняется условие ЛХэдд Хз,д — Х 1, запрещающий суммирование в устройствах 4 и 7.

С выхода элемента ИЛИ 10 нулевой сигнал запрещает суммирование в блоке 1.

При поступлении на второй вход блока

2 сравнения ненулевого двоичного кода координаты заданной Хздд = const на первом выходе блока вырабатывается двоичный код разности Хздд — XoTp, отличный от нулевого, на втором выходе — нулевой сигнал, так как выполняется условие Хэдд > XQTp

На выходе блока сравнения 6 формируется единичный сигнал (выполняется условие Л X< Хздд — Хотр !), разрешающий через элемент ИЛИ 10 суммирование в блоке 1 и прохождение двоичного кода скорости заданной Хздд через элемент И 8 на третий вход блока 5 сравнения.

Блок 5 сравнения вырабатывает нулевой сигнал на первом выходе (выполняется условие Хздд> Х) и единичный сигнал на втором выходе (не выполняется условие

ЛХздд> (Хздд — Х,!, Двоичный код приращения скорости ЛХ. координаты отработанной Хотр и координаты разгона h, Х на выходах суммирующих блоков 7, 1 и 4 соответственно увеличивается (участок ав на фиг. 2).

Релизуется равноускоренное движение

При выполнении условий Л Хздд I Х вЂ” Хздд f на втором выходе блока сравнения

5 формируется нулевой сигнал, запрещаю10 щий по входам V2 суммирование в блоках 4 и 7.

Двоичные коды величин Л Х и Л Х на выходах суммирующих блоков 4 и 7 соответственно постоянные, двоичный код координаты отработанной Хитр. на выходе суммирующего блока 1 равномерно увеличивается (участок вс на фиг, 2). Реализуется равномерное движение, При выполнении условия Л Х)1Хздд—

Хитр.1 на выходе блока 6 сравнения вырабатывается нулевой сигнал, поступающий на второй вход блока элементов И 8, на выходе которого формируется нулевой дво15 ичный код, поступающий на третий вход блока 5 сравнения.

На первом и втором выходах блока 5 сравнения вырабатываются единичные сигналы (не выполняются условия Хздд =.- Х, 20 ЛХздд. 1Хэдд. — X1,,поступающие на управляющие входы 41 и V2 суммирующих блоков

4 и 7.

Координата разгона Л Х, приращение скорости ЛХ на выходах суммирующих бло25 ков 4 и 7 соответственно равномерно уменьшаются, координата отработанная на выходе суммирующего блока 1 равнозамедленно увеличивается.

В блоке сравнения 5 происходит сравЗО нение допуска ЛХэдд, с уменьшающейся разностью (Хздд. — Х), при выполнении неравенства ЛХздд. 1Хэдд. — Х 1, на втором выходе блока 5 сравнения формируется нулевой сигнал, поступающий на первый вход

Ç5 элемента ИЛИ 10 и запрещающий суммирование в блоках 4 и 7. Нулевой сигнал с выхода элемента ИЛ И 10 запрещает суммирование в блоке 1.

Нулевой сигнал с выхода элемента И 9

40 устанавливает суммирующие блоки 4 и 7 в исходное состояние.

Формирование координаты Хотр закончилось ХОтр, = Хздд, Благодаря наличию обратных связей ус45 тройство обеспечивает формирование управляющих сигналов для вывода объекта на изменяющуюся координату при скорости заданной Хздд„большей программной скорости изменения координаты.

Возможно два режима.-догон и встречное движение.

Догон: заданная координата Хздд. увеличивается. Координата отработанная увеличивается.

55 До момента времени, когда координата разгона Л X сравняется с абсолютной разностью координат заданной и отработанной (Хэдд. — XQTp.) (точка на фиг. 3a), процесс формирования координаты Хотр. аналоги1631519 чен формированию координаты Хотр„описанному при Хздд, = const.

После первого выполнения неравенства ЛХ (Хздд. — Хотр.) возникает . равнозвмедленное движение, однако в дальнейшем 5 при увеличении координаты заданной Хздд. выполнение этого неравенства может. нарушаться, что приведет к разгону (равноускоренному движению), а затем к торможению (равнозамедленному движению), 10

Процесс разгона-торможения продолкается до того момента времени, когда координата отработанная не станет равной координате заданной (участок cd на фиг, 3a), Встречное движение; "àäàííàÿ коорди- 15 ната Хздд. уменьшается. Координата отработанная увеличивается. Диаграмма дана иа фиг, Зб.

Процесс формирования координаты

Хотр. На участках равноускоренного и рав- 20 номерного движения (ав и вс на фиг. Зб) аналогичен процессу при формировании координаты отработанной Хотр, описанному и ри Хздд, = const. При выполнении неравенства ЬХ-: ПзАд. — XQTp,((òo÷êà С на фиг. Зб) 25 начинается равнозамедленное движение.

При этом разность (Хздд, — Хотя.) уменьшается быстрее, чем убывают величина координаты разгона ЛХ и приращение скорости

ЬХ. 30

При выполнении условия XoTp. = ХзАд. выполняются условия Л X»!Xçää. — Хотр.(ЛХзяд< 1ХзАд. — ХотрЛ. Координата Хотр. равнозамедленно увеличивается, При Хотр.

Х здд, меняется знак суммирования в суммирующем блоке 1 по входу V1, Координата Хотр. уменьшается. Около программной траектории Хзлд. возможны колебания Хотр, с амплитудой, равной приращению координаты Хотр за один такт. 40

При выполнении условия ЛХзддР (Хзлд.-X(формирование Хотр. заканчивается, объект выходит на программную траскторию.

Поскольку сравнение скоростей задан- "5 ной Хзад. и отработанной Х производится с допуском Л Хзлд., при выводе объекта на изменяющуюся координату программной траектории возможна небольшая погрешность, Поэтому после окончания вывода двигателя на программную траекторию при требовании высокой точности отработки данное устройство рекомендуется отключать v,,переключать на программную координа ту.

В конкретном устройстве при тактовой частоте f = 2 Гц и тридцатидвухразрядных

18 двоичных кодах угловых величин координат, скоростей и ускорений при скорости .

Ф р Ф заданной Хздд = 8 26, приращении ускорения Л Яздд, = 0,0012 "допуске Л Хздд. = 4.97 точность отработки координаты равна 0,1 .

Таким образом, предлагаемое устройство для автоматического разгона и торможения формирует координаты равноускоренного движения при разгоне и равнозамедленного движения при торможении, При использовании его для управления приводом обеспечивается плавный разгон и торможение при выводе объекта на программную координату, что позвляет исключить резкие механические нагрузки на элементы привода. В отличие от прототипа предлагаемое устройство обеспечивает формирование траектории вывода на изменяющуюся координату.

Благодаря этому допускается совместная работа предложенного устройства и устройств расчета программной траектории, что приводит к повышению оперативности управления.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления разгоном и торможением движущегося по заданной траектории объекта, содержащее первый суммирующий блок, выход которого соединен с выходом устройства и с первой группой входов первого блока сравнения, вторая группа входов которого подключена к входу задания координаты, первый выход — к знаковому входу первого суммирующего блока, второй выход — к первой группе входов втрого блока сравнения, вторая группа входов которого подключена к группе выходов второго суммирующего блока, знаковый вход которого соединен с первым выходом третьего блока сравнения, вход управления записью — с вторым выходом третьего блока сравнения, первая группа входов которого соединена с входом задания допуска сравненияскоростей, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены элемент ИЛИ, первый элемент И, блок элементов И и третий суммирующий блок, знаковый вход и вход управления записью которого соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего блока сравнения, выхо„ы третьего суммирующего блока подключены к второй группе входов третьего блока сравнения и группам информационных входов первого и второго суммирующих блоков, третья группа входов блкоа сравнения подключена к выходу блока элементов И, группа входов которого соединена с, входом задания скорости устройства, вход блока элементов И вЂ” с выходом второго блока

1631519 сравнения и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу третьего блока сравнения, а выход— к первому входу первого элемента И и входу управления записью первого суммирующего блока, второй вход второго элемента И подключен к входу начальной установки устройства и к установочному входу первого суммирующего блока, а выход — к установочным входам второго и третьего суммирующих блоков, вход задания тактовой частоты устройства соединен с тактирующими вхо5 дами первого, второго и третьего суммирующих блоков, вход задания приращения ускорения — с информационным входом третьего суммирующего блока.

1631519

Йод 2

Вход 3

Мод Риг. 4

ffx

Вход 1 ъа

Вход У

x„

1631519 аю.

Хф g g

Ваи.g (х-x

Вход I

4Х

Составитель И. Швец

Редактор Л. Пчелинская Техред М.Моргентал Корректор И. Куска

Заказ 546 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул. Гагарина, 101

ФЗ

ФзмИ х„

8хоР Z

"aao os их. r

Х > /Хамад йамр1