Позиционный электропривод с инди-кацией перемещения механизма

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социал исткческнк

Республик

i809051 (51).Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.05.79 (21) 2764848/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

G 05 В 11/01

Государственный комитет пю делам изобретений и открытий

Опубликовано 28.02.81. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 10.03.81 (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. Т. Малюк и В. П. Жуков (71) Заявитель

1 и ",. ;т7 (54) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ИНДИКАЦИЕЙ

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МЕХАНИЗМА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам автоматического управления объектами с регулированием скорости и величины перемещения и может найти применение при автоматизации металлорежущих станков, прокатных станов и др. механизмов.

Известны устройства подобного назначения, содержащие генератор тактовой частоты, устройства задания скорости и величины перемещения, блок питания датчика, связанного через формирователь с первым входом триггера, второй вход которого подключен к счетчику-делителю, соединенному через схему сложения и вычитания с генератором и устройствами задания, а триггер через усилитель и фильтр подключен к уси15 лителю мощности, соединенному с двигателем, связанным с датчиком (1) и (2).

К недостаткам таких приводов следует отнести их невысокое быстродействие, ограниченное наличием фильтра и работой триггера со скважностью два при отсутствии управляющих сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является позиционный электропривод, содержащий последовательно соединенные генератор частоты, управляемый делитель частоты, первый счетчик импульсов и блок индикации, выход управляемого делителя частоты соединен через первый ключ с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора частоты, а выход — со входом второго счетчика импульсов, подключенного к первому входу первого триггера, к второму входу которого подключены последовательно соединенные первый формирователь импульсов, датчик положения механизма, двигатель, усилитель, цифроаналоговый преобразователь, причем второй вход датчика положения механизма через блок питания соединен с выходом генератора часторы (3).

Существенный недостаток известного устройстява — отсутствие информации о положении механизма после отработки задания. При этом оператору трудно определить и учесть при новом задании фактическое положение механизма, которое может отличаться от заданного на несколько дискрет и связано с нестабильностью элементов устройства и конечным коэффициентом усиления, что снижает точность устройства в целом.

809051

Це.lb изОбр(.Ti пи51 ИОВь:1!!Снli(10:lilocT1 i Il ОыстРОдсйстВиЯ IIPIIBoлk!.

С этой цель)о в него введены третий, четвертый, пятый счетчики импульсов, Второй, третий, четвертый, пятый, шестой, сельмой

ВтОрОи триггер, фильтр, Втopofi третий форм ироl3атсль импульсов, измерите, lь 3!! яка pdccÎI I BcoBB IIH51, первы й, В . op(i!!, третий э IpxtcIITbl ИЛИ, инвсртор, измеритель величины переYtplLIpHHH и дешифратор, причем лва Bblxoда ffcðklîãо триггера сосдиkIp1iы l(.p(3 измсритсль зktkiка p»lсco!,Iяс013яния со вторым и треп-.им входом î IDKB ииликяции и первым и Вторым Входом измер 1теля Величины перемещения, !полк.!К)чеиного через третий счетчик импульсов к Tpcck.емх входу цифроаналогового преоорязовятсля, третий вход которого соединен с выходом первого элсме)па ИЛИ, первый Вход

К010рОГО чСрсз ИОС;IеловаТе:lhl10 COC,TÈIIplIIIhl(. второй к,по i, четвертый счетчик имIIXX I L COk3 if ТР(.ти и K.!IOii, Я BTOPOVi BXG.(и(.— рез послед(и)ательно с соединенные четвер20 тый ключ, пятый счетчик импульсов и I!яты и клю 1 Г()лсоели нены к выходу генер аторя tf)1ltYTft.ño!3, вторвые Bxo;Lbl третьего и пятого ключей через второй элемент ИЛИ сос.!ии(llhl с Выходами !Ipðâîãî триггера, третий 13b! xoд TppTbpÃO кл юг!11 сосли не111 с и(.(э Вым Выходом BTopol триГГсра, со Вторым в ходом чствсртого кл!очя и входом второго формирователя импульсов, выход которого соелинсн со вторыxl Входом четвертого с !етчика импульсов, третий вы ол:1ятого fk(,1ючя соединен со вторым выходом

ВТОРОГО !РПГГСРЯ, 13TOPbtY! ВХОДОМ ВТОРОГО кл)оча и со входом третьего формирователя

ИМ ПХ, ЬСО!3, ВЫХОД КОТОРОГО C;)C Z»tiCH СО ВТОрым Входом четвертoi 0 ключа, вхо.(ы Второго триггера соелинены с первым и Вт:)3> рым вхо;(ами первого триггера, выход третьего счетчика импульсов через дешифратор подклю)еп к третьму входу измерителя знака рассогласования, первый и второй ВУолы которого через фильтр соелинены со BTO

Pbl»1 BXOJL0XI )i CH kITC IH, H(. PBblH H k3T0P0H Bhlходы перво! о c÷ñò÷èêà импульсов через последовательно соединенные шестой ключ и третий элемент ИЛИ соединены с четвертым входом блока индикации, второй вход третьего элемента ИЛИ через сельмой ключ под- 4> ключен к выходу первого элемента ИЛИ, а второй вход седьмого ключа через инвертор подключен к первому входу первого счетчика импх lhcoB.

На фиг. 1 приведена схема устройства; фиг. 2 и 3 поясняют принцип его действия.

Устройство содержит генератор 1 частоты, управляемый делитель 2 частоты, счетчик 3 импульсов, блок 4 индикации, ключ 5, сумматор 6, счетчик 7 импульсов, триггер 8, фильтр 9. усилитель 10,двигатель 11, датчик 12 положения механизма, формирователь 13 импульсов, измеритель 14 знака рассогласования, блок 15 питания датчика поло. к(.ниsi, ix.iko i 16, cчетчиK 17 формирователь 18 импульсов, ключи 19 и

20, счетчик 21 импульсов, формирователь 22 импульсов, ключ 23, элемент ИЛИ 24, цифроаналоговый преобразователь (LIAF() 25, п(н )cprop 26, элемент ИЛИ 27, ключи 28 и 29, элемент ИЛИ 30, триггер 31, измерит(ль 32 величины перез!егцения, счетчик 33 ,:,ibc0B, ле)пифрятор 34, первый 35 и

Второй 36 выходы счетчика 3, выходы 37

:. 38 ключей 28 и 29, выход 39 инвертора 26; вы Гол -!О cYcмы ИЛИ 24; выхол 41 счет-! икя 33. (;роiic того, на фиг. приняты следующие

Обо.!!!я:!Спия:  — — вперед, Н вЂ” назад, моменты подачи команды на снижение и Y B(личение скорости () соответственно, ь

Т) и Тя — время запаздывания при снижеiiH;«1 увеличении скорости соответственно, 8 — залапняи величина перемещения, а— импульсы 1ш выходе счетчика 7, h импульf3I>t УоТр форм и ровятс. I я 1 3, (. H c! выхо llih!c сигналы на прямо,! и инверсном выхолах триггера 31. с и, — — колы счетчиков 17 и 21 cîîòâñòñòiçcèíî, " — выходное Itatfp»H(pние ЦАП 25. Е и F — Выходные сип(ялы триггера 8.

Устройство ряоотяе) с,!елуlolllèì образом, В исходном состоянии на выходе 35 счетчика 3 -«О», ключ 5 разомкнут, импульсы ! (у;(рявлясмого делителя 2 частоты на вход с,ммятора — вычитателя 6 нс постуияк)т, на выходе счетчика 7 следуют имilY .! ЬСЬ! (х(— Pмкость счетчика 7, 5((— частота импульсов на выходе формирователяля 3, f

- — !астота питающего напряжения датчика 12.

ГЛ(.

На обоих выходах Е и F триггера 8<О» кл)очи 16 и 20 закрыты, на выходах е и счетчиков 17 и 21 коды равны нулю, выходное напряжение ЦАП 25 также равно О» на выходах с и d триггера 31 выходное напряжение соответствует эпюрам фиг. 2, на одном из выходов измерителя 14 — «1» (предположим на выходе В),на другом (на выходе Н) -- «О». В или Н зависит от того, ка кой из импульсов а (или в) опережает и соответственно на каком из выходов Е (или Е) трипера 8 появилась «1». 11ри опережающих импульсах а появляется «1» на выходе Е, на выходе В в измерителе 14 появляется «1», которая сохраняется при единичном выходе дешифратора 34 до появления «!» на выходе F триггера 8. При «О» на выходе дешифратора 34 (что соответствует наличию хотя бы одной единицы в счетчике 33) изменение состояний выходов Е и F триггера 8 не влияет на изменение знака схемы 14.

809051

С помощью устройств задания ы> и S> устанавливаются требуемые величины скорости (коэффициент деления управляемого делителя 2) и перемещения (код счетчика 3).

При этом на блоке индикации высвечивается заданная величина перемещения. Осу5 ществляется пуск привода (ключ 5 замыкается), импульсы задания f> поступают на вход сумматора 6. На его выходе с учетом ака направления перемещения получают зультирующую частоту fp — — 1г fy, На выходе счетчика-делителя . импульсы с частотой fo = fp/N сдвигаются,:;пережают импульсы f> при +f и отстак.т от fq npu

f (фиг. 3). Разность временного сдвига частот fp и f измеряется триггером 8. При этом появляется «1» на выходе E при -f !s или на выходе F при +1, (ка фиг. 2 графики выходных сигналов отдельных устройств привода представлены для случая изменяющейся скачком, при этом для простоты не учтено изменение fgпри движении привода). При появлении «1» на выхого де E триггера 8 в зависимости от состояния выходов с и d триггера 31 открывается ключ

16 (npn «1» на выходе с) или ключ 20 (при «1» на выходе d). Одновременно с появлением «!» на выходах с или d через формирователи 18 и 22 обнуляются счетчики 17 и 21. Когда открывается ключ 16 («1» на выходах E триггера 8 и с триггера 31) происходит счет импульсов f r генератора 1. При этом ключ 19 закрыт, а ключ 23 открыт, код счетчика 17 возраста- зо ет (выход с фиг. 1 и 2), код счетчика 21 через ключ 23 И элемент ИЛИ 24 поступает на вход ЦАП 25. Появление «1» на выходе

4 («О» на выходе с), открывает ключи 19 и 20 и закрывает ключи 16 и 23. Код е счетчика 17 через ключ !9 и элемент ИЛИ

24 поступает на вход ЦАП 25, а код счетчика 21 увеличивается (происходит счет импульсов f „генератора 1). Коды и счетчиков 17 и 21 соответствуют временному сдвигу импульсов 4- и fg (выходы в и а на фиг. 1 и 2).

На фиг. 2 графики выходных сигналов устройств привода приведены для трех случаев работы привода: увеличение fg, уменьшение и f = const (со знаком «-»). При увеличении (момент времени t< ) выходное 4 напряжение ЦАП 25 (эпюра g на фиг. 2) изменяется с запаздыванием на время

Тi при уменьшении tz (момент времени t ) уто запаздывание составляет Т>.

На фиг. 2 для сравнения показаны графики сигналов на выходах триггера 31 50 (эпюры с и d ) и соответственно на выходах счетчиков 21 и 17 (эпюры ес и f ) и

ЦАП 25 (эпюра g ) для случая, когда триггер 31 управляется сформированными импульсами датчика f>. Из этих графиков

»5 видно, что во втором случае запаздывание больше как при увеличении f> (время Т, ), так и при уменьшении fg (время T ). Таким образом, управление ключами 16, 19, 20, 23 и счетчиками 17 и 21 сигналом с постоянным периодом (ранее было принято для простоты, что !у = const) приводит к увеличению запаздывания и соответственно снижению быстродействия привода. При постоянном значении частоты fp временной сдвиг между ними постоянен и выходное напряжение ЦАП25 также постоянно (эпюра g, фиг. 2) .

При больших значениях fy и малом коэффициенте усиления привода по скорости (добротность) возможны рассогласования. превосходя шие один период 1 (или f ) . В этом случае вступает в работу схема измерения миллиметров (или оборотов датчика), которая работает только при изменении fo или f и до восстановления равенства 4= 1, При большом значении f (со знаком минус) возможен случай, когда между 2-мя импульсами частотой 4 укладывается два импульса частотой f (входы а и в) . В этом случае первым импульсом «а» триггер 31 устанавливается в единичное состояние, подготавливая прохождение второго импульса «а». на суммируюший вход счетчика. При fo =fp импульсы «а» (или «в») на вь.ходы счетчика не проходят.

При уменьшении f наступает случай, когда между вдувая импульсами частотой

f укладывается два импульса частотой fo

В режиме позиционирования после установки > и м и пуске привода, импульсы

f> через ключ 5 поступают на вход блока 6, при этом увеличивается временное рассогласование между импульсами fo u fy-, которое пропорционально величине fp и добротности привода. Одновременно импульсы fp поступают на вычитающий вход счетчика 3. Скорость двигателя 11 изменяется по кривой

ОЛ ВС . В точке Ai, соответствующей постоянному значению f рассогласование между импульсами fo u fg пропорционально площади OAAi, соответствующей пути разгона двигателя до ы . В точке В на выходе

35 счетчика 3 появляется «О», ключ 5 размыкается, импульсы fy на блок 6 не проходят, двигатель 11 тормозится, отрабатывая рассогласование. При этом обеспечивается равенство площадей OAA> = ВСС,, т. е. равенство пути разгона и торможения.

Одновременно появление «1» на выходе

39 инвертора 26 разрешает прохождение кодов е (или f) через ключ 29 и элемент ИЛИ 27 на блок 4 индикации. Учитывая, что время торможения привода не превышает 0,2—

0,3с (в быстродействующих приводах металлорежущих станков это время не превосходит 0,1с максимальной скорости), переключение блока индикации со счетчика 3 на выход схемы ИЛИ 24 для оператора остается практически незаметным. При этом последний разряд блока 4 индикации показывает не«0 » (код счетчика 3 равен «О»), а фактическое положение датчика и, соответственно механизма. При повторном пе809051 ремещении оператор может учесть ошибку привода, которая в ряде случаев достигает

3 — 4 дискрет, но, как правило, не более 9-ти.

Предлагаемое устройство используется в позиционных следящих электроприводах с индикацией величины перемещения.

5 ,".)кономический эффект от внедрения позиционного электропривода с индикацией перемещения получают за счет упрощения схемы (исключаются тактовые устройства), повышения быстродействия и соответственно точности позиционирования. Предвари1о тельные расчеты показывают, что применение предлагаемого устройства позволяет сократить машинное время обработки на 177, что повышает производительность работы станков до 5 — 7%. !

Предлагаемый позиционный электропривод может найти применение в следящих системах прокатных станов и др. механизмов, где требуется осуществить точное позиционирование с индикацией величины перемещения.

2О

Формула изобретения

Позиционный электропривод с индикацией перемещения механизма, содержащий последовательно соединенные генератор частоты, управляемый делитель частоты, первый счетчик импульсов и блок индикации, выход управляемого делителя частоты соединен через первый ключ с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора частоты, а выход - — со входом второго счетчика импульсов, подключенного к первому входу первого триггера, к второму входу которого подключены последовательно соединенные первый формирователь импульсов, датчик положения механизма, двигатель, усилитель, цифроаналоговый преобразователь, причем второй вход датчика положения механизма через блок питания соединен с выходом генератора частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия привода, в него введены третий, четвертый, пятый счетчики импульсов, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой ключи, второй триггер, фильтр, второй и третий формирователь импульсов, измеритель знака рассогласования, первый, второй, третий элементы ИЛИ, инвертор, измеритель величины перемещения и дешифратор, причем два выхода первого триг25 зо

45 гера соединены через измеритель знака рассогласования со вторым и третьим входом блока индикации и первым и вторым входом измерителя величины перемещения, подключенного через третий счетчик импульсов и третьему входу цифроаналогового преобразователя, третий вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого через последовательно соединенные второй ключ, четвертый счетчик импульсов и третий ключ, а второй вход через последовательно соединенные четвертый ключ, пятый счетчик импульсов и пятый ключ подсоединены к выходу генератора импульсов, вторые входы третьего и пятого ключей через второй элемент ИЛИ соединены с выходами первого триггера, третий выход третьего ключа соединен с первым выходом второго триггера, со вторым входом четвертого ключа и входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом четвертого счетчика импульсов, третий выход пятого ключа соединен со вторым выходом второго триггера, вторым входом второго ключа и со входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом четвертого ключа, входы второго триггера, соединены с первым и вторым входами первого триггера, выход третьего счетчика импульсов через дешифратор подключен к третьему входу измерителя знака рассогласования, первый и второй входы которого через фильтр соединены со вторым входом усилителя, первый и второй выходы первого счетчика импульсов через последовательно соединенные шестой ключ и третий элемент ИЛИсоединены с четвертым входом блока индикации, второй вход третьего элемента ИЛИ через седьмой ключ подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а второй вход седьмого ключа через инвертор подключен к первому входу первого счетчика импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ратмиров В. А. Основы программного управления станками. «Машиностроение».

1978, с. 158, рис. 68.

2. Михеев Ю. Е., Сосонкина В. Л. Системы автоматического управления станками. 1978, с. 160 — 167, рис. 130.

3. Экспресс-информация «Автоматизированный электропривод», вып. 31, 1975, с. 22-28.

80905!

Е

9

I E

Рие. Г йт

Составитель В. Грибова

Редактор И. Ковальчук Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 0877/52 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4