Устройство для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля в качестве преобразователя угла поворота вала в код. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности преобразования угла поворота вала в код. Устройство содержит исполнительный механизм 1, блок 2 привода, датчик 3 перемещения, счетчик 4 импульсов, преобразователь 5 кода, формирователь 6 кода, блок 7 задания, силовой 8 и приборный 9 валы. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены преоб-. разователь и формирователь кодов, а в датчик перемещения дополнительно введен кодовый диск. Вновь введенные элементы и связи между ними позволили производить отсчет текущего значения абсолютного положения от контрольных точек с заранее

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 М 1/22, 1/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ «>« s -i „, ...-,,,.. ( " -." ÌEí

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 / 5

ОО

СО

ЬЭ

М, Фиг.1 (21) 4619443/24; 4770060/24 (22) 12.12.88 (46) 15.12.92. Бюл. N. 46 (71) Научно-производственное обьединение Гранат" (72) B.À.Ïåòðîâ, Н.А,Бабицкий и Г,В,ОводМарчук (56) Авторское свидетельство СССР

N- 506892, кл, Н 03 М 1/26, 1974.

Заявка Японии No 61-251905, кл, G 05

В 19/18, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

АБСОЛЮТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического уп„„5U„„1781822 А1

2 равления и контроля в качестве преобразователя угла поворота" вала в код, Цель изобретения — повышение быстродействия и надежности преобразования угла поворота вала в код. Устройство содержит исполнительный механизм 1; блок 2 привода. датчик

3 перемещения, счетчик 4 импульсов, пре- образователь 5 кода, формирователь 6 кода, блок 7 задания., силовой 8 и приборный 9 валы, Поставленная цель достигается тем, . что в известное устройство введены преоб-. разователь и формирователь кодов, а в датчик перемещения дополнительно введен кодовый диск. Вновь введенные элементы и связи между ними йозволили производить отсчет текущего значения абсолютного положения от контрольных точек с заранее

1781822

20

30 известными значениями абсолютного полом<ения. На вход привода, кинематически связанного с датчиком перемещений, подают задающее воздействие на перемещение исполнительного механизма в одну из контрольных точек, Определение абсолютного поло>кения исполнительного механизма путем обработки сигналов в виде.. -ь «."с

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля в качестве преобразователя угла йоворота вала в код. 5

Цель изобретения — повышение быстродействия и надежности преобразования уг-., ла поворота вала в код.

На фиг,1 дана структурная схема устройства для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма; на фиг.2 — принцип формирования кодов контрольных точек; на фиг.3— - функциональная с-ема первого варианта блока задания; на фиг.4 — функциональна схема второго варианта блока задания; на фиг,5 — функциональйая схема логического блока; на фиг,б — функциональная схема второго варианта преобразователя кода; на фиг,7а,б,в представлены варианты исполнения шкалы кодового диска, Устройство для определения абсолютного поло>кения вала исполнительного механизма содержит исполнительный механизм 1, блок 2 привода, датчик 3 перемещения, счетчик 4 импульсов, преобразователь 5 кода, формирователь 6 кода, блок

7 задания, силовой вал 8, приборный вал 9, блок 2 привода состоит из силового редуктора 10, двигателя 11, блока 12 управления приводом. Датчик 3 перемещений содержит инкрементэльный диск 13 со шкалами 14 и

15 и растровыми участками 16, приборный редуктор 17, кодовую шкалу 18 оптоэлектронные считыва ощие элементы 19, 20, 21, 35

22. Счетчик 4 содержит реверсивный счетчик 23, блок 24 определения направления, триггер 25, первый преобразователь 5 кода содер>кит регистр 26, формирователь" импульсов синхронизации 27, реверсивный 40 сдвиговый регистр 28. Формирователь 6 ко- да содержит двоичный сумматор 29, второй " " преобразователь 30 кода, дешифратор 31.

Блок 7 задания по первому варианту реализации содержит задэтчик 32 перемещения, 45 блок 33 умножения, первый коммутатор 34, триггер 35 и 36, регистр 37. Блок 7 задания по второму варианту реализации дополнипоследовательно кода, снимаемого с кодового диска датчика, синхронизированных сигналами, полученными с инкрементального диска, определяющими начало и конец формирования кода контрольной точки, позволило повысить быстродействие устройства, 5 з.п, ф-лы, 7 ил. тельно содержит инвертор 38, элемент 2И

39, элемент 2ИЛИ 40, коммутатор 41. Формирователь импульсов синхронизации 27 состоит из триггера 42, элемента 43 задержки, элемента 44 2И, формирователь 45 импульсов. Преобразователь 5 кода по второму варианту реализации содержит триггеры 46, 47, 48, 49, элементы Исключающее ИЛИ 50, 51, 52, элементы ЗИ НЕ 53, 54, элемент ЗИ 55, элементы 56, 57 задержки, реверсивный счетчик 58.

Устройство для определения абсолют-. ного положения вала исполнительного механизма работает следующим образом, В начальный момент времени реверсивный счетчик 23 счетчика 4, реверсивный сдвиговый регистр 28 преобразователя 5 кода, триггер 42 формирователя импульсов синхронизации 27, регистр 26 преобразователя 5 кода обнулены. HB втором выходе формирователя 6 кода код текущего положения равен нулю. На третьем выходе задатчика 32 перемещения блока 7 задания, реализованного по первому варианту формируется сигнал начальной установки первого и второго триггеров 35 и 36, сигнал логического нуля с выхода первого триггера

35 подключает второй вход коммутатора 34 к его выходу. С первого выхода задатчика 32 перемещения поступает модуль кода заданной позиции, а со второго выхода — знак, соответствующий, например, положительному направлению. В результате на выхода блока 7 заданий формируется код заданного йоло>кения относительно нулевого значения. Блок 2 привода обеспечивает отработку заданного положения и приводит в движение исполнительный механизм 1 и датчик 3 перемещений, На первом и втором выходах датчика 3 перемещений появляются ймпульсы, которые снимаются вторым и гретьим оптоэлектронными считывающими элементами 20 и 21 с первой шкалы 14 инкрементальйого диска 13, В результате обработки двух последовательностей импульсов в блоке 24 определения направления импульсы поступают с его выхода нэ суммирующий вход реверсивного счетчика

178182?

23. Код текущего положения исполнитель- Далее импульс с первого выхода форминого механизма 1 относительно исходной рователя импульсов синхронизации произточки с первого выхода счетчика 4 импуль- водит сброс реверсивного сдвигового сов поступает на первый вход формировате- регистра 28; подготавливая его к формироля б кода и появляется на его втором выходе 5 ванию очередного кода контрольной точки, без изменений. Кроме того. этот же импульс обнуляет реПри появлении на третьем выходе дат- версивный счетчик 23 и производит запись чика 3 перемещений, первого активного кода абсолютного положения контрольной сигнала, который формируется при дости- точки, находящегоСя на первом входе блока жении растровым участком 16 первого опто- 10 7 задания во второй регистр 37. Данный код электронного считывающего элемента 19, через первый вход первого коммутатора 34 на первом выходеформирования формиро- поступает в качестве коКа заданного полователя импульсов синхронизации 27 появ- жения на вход блока 2 привода, обеспечиляется импульс, который обнуляет вая тем самым удержание его в реверсивный сдвиговый регистр 28 и ревер- 15 равновесном состояйии, На этом эаканчивасивный счетчик 23, а также устанавливает ется процесс определения абсолютного повыход второго триггера 36 в состояние логи- ложения исполнительного механизма. Если ческой единицы, При этом код текущего по- требуется отработка программного движеложения на втором выходе формирователя ния, то на третьем выходе задатчика 32 пе6 кода становится равным нулю, В связи с 20 ремещения устанавливается активный этимкодзаданногоположениядлядальней- сигнал, с помощью которого первый и втошего движения до достижения второй конт- . рой триггеры 35 и 36 постоянно удерживарольной точки формируется относительно ются в состоянии логического нуля. Выход нулевогозначения.Придальнейшемвраще- первого коммутатора 34 соединяется с его нии датчика 3 перемещений происходит 25 вторым входом,с которого поступают коды формирование кода контрольной точки на заданного положения для обработки провыходе реверсивного сдвигового регистра граммного движения.

28

8 путем последовательной записи и сдвига При движении от одной контрольной в сторону младших разрядов битов, находя- точки до другой текущий код абсолютного щихся на его информационном входе. Фор- 30 положения на втором выходе формироватемирование импульсов, осуществляющих ля б кода определяется путем суммировазапись очередного бита в реверсивный ния выходного кода счетчика 4 импульсов и сдвиговый регистр 28, происходит на Bblxo- кода абсолютного положения пройденной де дешифратора 31. При движении в поло- контрольной точки. жительном направлении на выходетретьего 35 Если в процессе движения от одной контриггера 25 присутствует уровень логиче- трольной точки до другой произошла смена с ого нуля, С приходом второго импульса с знака направления движенйя и возврат в третьего выхода датчика 3 перемещений со предыдущую контрольную точку, то при второго выхода формирователя импульсов этом код, сформированный на выходе ресинхронизации блока 27. с помощью кото- 40 версивного сдвигового регистра 28, не являрого происходит запись сформированного ется истинным и сигнал записи в первый кода контрольной точки, например 0001 регистр 26 не формируется. (фиг,2) в первый регистр 26 и установка вы- Аналогичным образом происходит форхода первого триггера 35 в состояние логи- мирование кода контрольной точки при двическойединицы. Приэтом встарший разряд 45 жении в отрицательном направлении, при регистра 26 записывается знак направле- этом считывание последовательного кода ния движения, при котором произошло по- происходит в обратном направлении, наследовательное считывание кода пример, при движении к той же контрольконтрольной точки. Одновременно выход ной точке в отрицательном направлении на первого коммутатора 34 подключается к его 50 выходе регистра 26 формируется код

1010/10/, которому в соответствии с фиг.2

С первого выхода первого преобразова- соответствует код абсолютного положения теля 5 кода код контрольной точки поступа- равный 256, .ет на вход второго преобразователя 30 кода, Работа устройства, включающего блок 7 соответствии с фиг.2 на его выходе появ- 55 задания и реализованного по второму вариляется код абсолютного положения конт.- анту, происходит аналогично. Отличие зарольной точки. Данный код поступает на ключается в том, что при достижении об второй вход блока 2 привода для замыкания первой контрольной, точки выход втор ого о ратной связи по положению и на первый коммутатора 41 подключается ко втором вхо бл ка 7 а од блока 7 задания, входу, и знак заданного положения инвервт рому

1781822

8 тируется в инверторе 38, тем самым обеспечивается движение в противоположном направлении. При достижении второй контрольной точки после прихода активного сигнала с третьего выхода эадатчика 32 перемещения, второй триггер 36 переводится в состояние логической единицы, с помощью которого выход второго коммутатора 41 подключаетсл к его первому входу, чем обеспечиваетсл отработка программного движения, При использовании кодовой шкалы 18, выполненной в соответствии с фиг.7бв, в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, и шкалы 14, выполненной в виде радиального растра с постоянным шагом, и шкалы 15 содержат от 1 до К равномерно расположенных растровых участков 16, приборный редуктор 17 имеет передаточное отношение, выраженное формулой

= 1- В ,1 К

20 где М вЂ” количество контрольных точек, 25

К вЂ” число растровых участков 16 на шкале 15 диска 13, Р.— число прозрачнь1х или непрозрачных участков и кодовой шкалы 18, Преобразователь 5 кода, выполненный 30 по второму варианту (см.фиг.б), предназначен для преобразования последовательного кода, поступающего на его вход "r", в параллельный двоичный код. При этом синхронизация входного кода осуществляется 35 сигналами, поступающими на вход "в", а начало и конец преобразования кода определяется импульсами, поступающими на вход "д" преобразователя 5, Преобразователь 5 работает следую- 40 щим образом. На первый "а" и второй "б" входы поступают импульсы при движении соответственно в положительном и отрицательном направлении. На третий вход "в" поступают импульсы для синхронизации ра- 45 боты преобразователя 5 кода, На четвертый вход "r" поступает последовательный код

Джонсона. На пятый вход "д"-индексные

- импульсы, На разрядных выходах "ж" преобразователя 5 кода поступает код абсолют- 50 його положения на момент появления . импульсного сигнала на дополнительном выходе "е". В исходном состоянии на инверсном выходе третьего триггера 47 присутствует уровень лог "1", а второй реверсивный 55 счетчик 59 обнулен, Первый элемент задержки 57, третий 47 и элемент 56 2И обеспечивают выделение первого синхронизирующего импульса, поступающего на третий вход после появления индексного импульса, Второй триггер 46 предназначен для запоминания первого сигнала преобразуемого кода

Джонсона в каждом цикле преобразования по переднему перепаду логического уровня синхронизирующего импульса, четвертый триггер 48 предназначен для запоминания сигнал направления вращения в начале очередного цикла преобразования в момент появления индексного импульса. Если зафиксированный и текущий сигналы направления вращения не совпадают, на выходе третьего элемента 52 Исключающее ИЛИ . устанавливается в уровень лог."0", запирающий элемент 55 ЗИ. А в исходном состоянии на прямом выходе пятого триггера 49 присутствует уровень лог."0", Пятый триггер

49, элемент 55 3И и второй элемент задержки 58 предназначены для формирования на дополнительном выходе преобразователя 5 кода импульсного сигнала, начиная с момента появления второго индексного импульса, Второй элемент задержки 58 обеспечивает задержку импульсного сигнала сброса второго реверсивного счетчика 59. по отношению к моменту появления сигнала на дополнительном выходе преобразователя кода 5, второй триггер 46, первый и второй элементы 50 и 51.Исключающее ИЛИ, первый и второй элементы 53 и 54 ЗИ-НЕ обеспечивают переключение счетных входов второго реверсивного счетчика 59, Формула изобретения

1, Устройство для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма, содержащее блок привода, силовой вал которого соединен с исполнительным механизмом, а приборный вал — с датчиком перемещений, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами счетчика импульсов, блок задания, выход которого соединен с первым входом блока привода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродейст- вия и надежности устройства, в него введены преобразователь кода и формирователь кода, первый и второй информационные входы преобразователя кода подключены к третьему и четвертому выходам датчика перемещений, вход синхронизации преобразователя кода подключен к первому выходу формирователя кода, второй выход которого соединен с первым входом блока задания и вторым входом блока привода, первый выход счетчика импульсов соединен с первым входом формирователя кода, второй вход которого подключен к первому выходу преобразователя кода, второй выход которого соединен с третьим входом счетчика импульсов, второй выход которого подключен к замковому входу преобразователя ко1781822

10 да, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим входами блока задания соответственно.

2. Устройство по п.1, о тл и ч а ю ще ес я тем, что датчик перемещений содержит инкрементальный диск с двумя шкалами, расположенный на приборном валу и кинематически связанный через редуктор с кодовым диском, первый, второй, третий и четвертый оптоэлектронные считывающие элементы, соединенные с одноименными выходами датчика перемещений, причем первая шкала инкрементального диска выполнена в виде измерительного растра с постоянным шагом, вторая шкала инкрементального диска содержит К индексных меток, где К- целое натуральное число, шкала кодового диска выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, а редуктор выполнен с передаточным отношением

1 = (1 «- -д ) - 9, 1 К

10

25

35

45

50 где М вЂ” количество контрольных точек

P — число прозрачных участков шкалы кодового диска. . 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что преобразователь кода содержит регистр, формирователь импульсов синхронизации и реверсивный Сдвиговый регистр, при этом первый и второй входы формирователя импульсов синхронизации являются первым информационным и знаковым входами преобразователя кода, соответственно, вторым информационным входом которого является информационный вход реверсивного сдвигового регистра, входом синхронизации nðåoáðàçîâýòåëÿ кода является вход записи реверсивного сдвигового регистра, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого является первым выходом преобразователя кода, первый выход формирователя импульсов синхронизации сое-. динен с входом сброса реверсивного сдвигового регистра и является вторым выходом преобразователя кода, второй выход формирователя импульсов синхронизации соединен с.входом записи регистра и является третьим выходом преобразователя кода, знаковый вход которого подключен к входу заданий режима реверсивного сдвигового регистра и к знаковому входу регистра, 5

4. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что формирователь кода содержит двоичный сумматор, преобразователь кода и дешифратор, первым входом формирователя кода является первый вход двоичного сумматора, который соединен с входом дешифратора, вторым входом формирователя кода является вход преобразователя кода. выход которого соединен с вторым входом двоичного сумматора, выход которого является вторым выходом формирователя кода, первым выходом которого является выход дешифратора.

5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок задания содержит задатчик перемещения, блок умножения. первый и второй триггеры, коммутатор и регистр, первым входом блока задания является информационный вход регистра, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход которого является выходом блока задания, вторым и третьим входами блока задания являются соответственно С-входы второго и первого триггеров. С-вход второго триггера соединен с входом записи регистра, первый и второй выходы задатчика перемещений соединены с первым и вторым входами блока умножения, третий выход зэдатчика перемещений соединен с R-входами триггера, выходы которых соединены с первым и вторым входами задатчика перемещений соответственно, выход блока умножения соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом первого триггера, 0-входы первого и второго триггеров соединены с источником логической единицы.

6. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок задания содержит задатчик перемещения, блок умножения, первый и второй триггеры, первый и второй коммутаторы, регистр, элемент И, элемент ИЛИ, инвертор, первым входом блока задания является информационный вход регистра, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора, первый выход задатчика перемещений соединен с первым входом блока умножения, второй выход задатчика перемещений соединен с первым входом второго коммутатора непосредственно и с вторым входом — через инвертор, выход второго коммутатора соединен с вторым входом блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора, выход которого является выходом блока задания, вторым входом которого является вход записи регистра, который подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, третьим входом блока задания является первый вход элемента ИЛИ, который подключен к

С-входу первого триггера, третий выход задатчика перемещений соединены с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого сое1781822

12 ® $8 Q8 О 128 2Я . gq

6 7 О 2 б ®" " О о R> 0111 0000 0001 gg

5 1j g

gA><< <" " ff ) )gg ц g go @ g

8ие 2 динен с R-входом второготриггера, прямой выход первого триггера соединен с первым входом задатчика перемещений и с третьим входом первого коммутатора, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом задатчика перемещений и с третьим входом второго коммутатора, выход элемента И соединен с С-входом второго триггера, О-входы первого и второго триггера соединены с

5 источником логической единицы, 1781822

1781822, 1781822

Составитель Е.Замолодчиков

Техред M.Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1Î1

Заказ 4282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауюская йаб., 4/5