Цифровой программный электропривод

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рн959038 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13. 06. 80 (21) 2944217/18-24 (51) М. Ктт.з с присоединением заявки №

G 05 В 19/19

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано15.09 82,Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 15.09.82

t $3) УДК 6 21. 5 03. . 55 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И.А.Архипов, Н.Т.Малюк и М.И.Борбли

Всесоюзный научно-исследовательский, про конструкторский и технологический инс релест оения (11) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ПРОГРАММНЫЙ ЗЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к автоматике, в частности к системам автоматического управления объектами с регулированием скорости и величины 5 перемещения, и может найти примене-. ние при автоматизации металлорежущих станков, прокатных станков и др, Известны устройства подобного на- tp эначеиия. Одно из таких устройств содержит импульсныйдатчик перемещения в цепи обратной связи, двигатель,усилитель мощности, блок измерения направления перемещения и усилитель импульсов, реверсивный счетчик, дешифратор состояния счета, устройство защиты от переполнения, преобразователь код-напряжение, триггер знака,причем триггер знака соединен по одному вхо- 2п ду через ячейку ИЛИ с усилителем импульсов, по другому входу через ячейки ИЛИ и НЕ со счетчиком, а прямой и инверсный выходы триггера знака подключены к ячейкам И, к другим входам которых подсоединены прямой и инверсный выходы блока измерения направления перемещения, выходы этих ячеек попарно подключены к двум ячейкам ИЛИ, соединенных с преобразователем коднапряжение C1j.

Недостатком устройства является низкая надежность работы иэ-за наличия триггера знака, переключаемого без последующего подтверждения только при коде счетчика, равном "0", требуется строить защиту счетчика от переполнения. Кроме того, данное устройство является сложным.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является следящий электропривод, который содержит двигатель с импульсным датчиком положения,усилитель мощности, вход которого соединен с фильтром, подключенным к выходам триггера, R- u S-входы которого подключены к выходам счетчиков,связанным через блоки синхронизации с устройством программы и блоком измерений направления и усилителя импульсов, связанного с датчиком положения, причем блоки синхронизации и счетчики соединены с генератором. Четыре блока синхронизации, каждый иэ которых содержит первый и второй RS-триггеры, выводы которых через схему

ИЛИ соединены с S-входом третьего RS-триггера, подключенного к схеме совпадения-, соединенного c R-входом третьего триггера, причем R-входы первого и второго тригге95903.8 ров соединены с выходами генератора, усложняют схему, а добавление импульсов программы или обратной связи к холостой последовательности импульсов генератора, поступающей на входы счетчика, требует принятия специаль- 5 ных мер по запрещению, прохождения импульсов программы.или обратной связи н моменты, когда код одного. счетчика ранен И-1, а второго вЂ, -11

N так как в противном случае при управ-!О ленни одиночными импульсами может появиться дополнительная ошибка °

Действительно, каждый импульс программы (или обратной связи) изменяет начальную скважность переключения вы-)5 ходного триггера, равную 2 при отсут ствии рассогласования, на ьТ=—

Е

В случае добавления программы (или импульсов обратной связи) между импульсами холостой последова- 20 тельности генератора, в момент, когда код счетчика равен N-1. (или — 1 для,другого счетчика) вре/Ч менный сдвиг изменяется с йТ до его половины. Может произойти так, что двум импульсам программы будет соответствонать один импульс обратной .связи, т".е. один импульс программы будет потерян.

Кроме того, такое построение схемы измерения с начальной установкой одного из счетчикон в состояние снижает зону линейного измерения рассогласования вдвое и при этом на выходе фильтра при отсутствии рассогласования будет максимальный уровеньЗ5 пульсации, что требует увеличения постоянной фильтра и, следовательно, приведет к ухудшению динамических свойств привода.

Цель изобретения — повышение быст-40 родействия и надежности электропривода и его упрощение. Поставленная цель достигается тем, что цифровой программный электропринод, содержащий узел синхронизации45 тактовые входы которого подключены к выходам генератора импульсов, а первый и второй выходы — к входам первого и второго счетчиков соответственно, и последовательно соединенные согласующий преобразователь,усилитель мощности, серводвигатель, датчик положения и блок измерения направления, знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с управляющим и первым информационным входом узла синхронизации, вторые информационные входы которого подключены к задающим входам электропривода, а выходы согласующего преобразователя соединены с инверсными вы-60 ходами первого и второго Д-тригге-. ров, содержит два элемента НЕ, С-вход перного Д-триггера соединен с выходом первого счетчика через первый элемент НЕ, с R-входом второго Д-триг- .65 гера, подключенного Д-входом и иннерсным выходом к инверсному выходу и

Д-входу соответственно первого Д-триггера, R-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-входом второго Д-триггера и с выходом второго счетчика, и тем, что узел синхронизации содержит шесть элементов И-НЕ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с R-входами третьего и четвертого

Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ,подключены к выходам первого и второго элементов

И-НЕ, а входы второго элемента ИЛИ— к выходам третьего и четвертого элементов И-НЕ, первые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с прямым выходом пятого Д-триггера, С-вход которого подключен к прямому выходу шестого Д-триггера, первые входы второго и четвертого элементов (И-НЕ соединены с прямым выходом седь мого Д.-триггера, подключенного С-входом к прямому выходу восьмого Д-триггера, выходы пятого и шестого элементов И НЕ соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с пряьыми выходами третьеro и четвертого Д-триггеров соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам шестого Д-триггера, второй тактовый вход-! к R-входам пятого и седьмого и к

С-входам третьего н четвертого Д-триггеров, третий тактовый вход — к вторым входам пятого и шестого элементов И-НЕ, а четвертый тактовый вход— к С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов

И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-HE — с управляющими входами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера — с первым информационным входом узла.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электронриводау на фиг.2 схема блока измерения направления; на фиг. 3 - временная диаграмма работы электропривода; на фиг. 4 - диаграмма работы блока измерения направления.

Электропривод (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов, шестой 2, пятый

3, восьмой 4 и седьмой 5 Д-триггеры, первый 6, третий 7, нторой 8 и четвертый 9 элементы И-HE первый 10 и вто рой 11 элементы ИЛИ, третий 12 и четвертый 13 Д-триггеры,.пятый 14 и шестой 15 элементы И-НЕ, первый 16 и второй 17 счетчики, первый 18 и второй

19 Д-триггеры, первый 20 и второй 21 элементы НЕ, согласующий преобразователь 22, усилитель. 23 мощности,серводвигатель 24, датчик 25 положения, блок 26 измерения направления, выходы

27-30 генератора 1, выходы 31-34 соответственно Д-триггеров 2-5, задающие

959038 входы 35 и 36 электропривода, знаковые выходы 37 и 38 блока 26, выходы

39-42 соответственно элементов И-HE

6-9, выходы 43 и 44 элементов ИЛИ 10 и 11, выходы 45 и 46 Д-триггеров 12 и 13, выходы 47 и 48 элементов И-НЕ

14 и 15, выходы 49 и 50 счетчиков 16 и 17, выходы 51 и 52 элементов HE 21 и 20, выходы 53 и 54 Д-триггеров 18 и 19, выход 55 преобразователя 22, выход 56 усилителя 23, выход 57 серво- 10 двигателя 24, выход 58 датчика 25,выход 59 блока 26 и узел 60 синхронизации.

Блок 26 (фиг. 2) содержит элементы

И 61-64, RS-триггеры 65 и 66, элемен- 15 ты И 67-71, инвертор 72, элемент ИЛИ

73, формирователь 74, элементы ИЛИ 75, формирователь 76 и элемент ИЛИ 77.

Электропривод работает следующим образом. 20

В исходном состоянии при неподвижном двигателе и отсутствии задания триггеры 2-5 установлены в "О" по выходам 31-34, триггеры 12, 13, 18 и

19 — в "Г" по выходам 45, 46, 53 и

54, коды обоих счетчиков (делителей)

16 и 17 равны О. Элементы 14 и.15 открыты для прохождения импульсов генератора 1 с его выхода 29 на входы .счетчиков. Коды обоих счетчиков (выходы 49 и 50) начинают. увеличиваться.

При поступлении на входы счетчиков 16 и 17 по N импульсов, произойдет переполнение счетчиков и на их выводах появятся сигналы переноса. (Заметим, что в зависимости от конструкции счетчиков, на их выводах могут быть установлены элементы, выполняющие роль инверторов, когда сигнал переноса организован в виде импульса нулевого уровня, формирова- 40 теля импульса положительной полярности или вовсе могут отсутствовать).

Одновременное появление импульсов

49 и 50 не изменит состояния триггеров 18 и 19, так как эти же сигналы 45 через элементы HE 20 и 21 поступают на их входы Р. Выходное напряжение на выходе преобразователя 22 равно

"0" и серводвигатель 24 остается неподвижным. 50

Частота следования импульсов с выходов 49 и 50 счетчиков 16 и 17 и, соответственно, частота переключения триггеров 18 и 19 равна + где И - емкость счетчиков 16 и 17.

В устройстве используется принцип широтно-импульсной модуляции с преобразованием импульсов задания с частотой f и импульсов обратной связи с частотой f в фазовый сдвиг импульсов

49 и 50 друг относительно друга с последующим преобразованием этого сдвига с помощью триггеров 18 и 19 и преобразователя 22 в. сйгнал аналоговой или цифровой формы в зависимости от типа усилителя 23. &5

Появление любого из импульсов или f с вызывает фазовый сдвиг между импульсами 49 и 50 на величину ьТ = - —, что обеспечивается запре1 том на прохождение одного импульса генератора 1 с его выхода 29 на входы счетчиков 16 или 17.

Рассмотрим это подробно.

Пусть на входе 35 установлена "1", а на входе 36 — "О" (соответствует движению вперед).

При появлении импульса Е (фиг.3) по переднему фронту сигнала 27 генератора 1 на выходах 31 и 33 триггеров

2 и 3 одновременно появляются сигналы единичного уровня. Длительность сигнала на выходе 31 триггера 2 определяется длительность импульса f.

По окончании импульса по передйему фронту сигнала 27 генератора 1 на выходе 31 триггера установится "О". На выходе 33 триггера 3 длительность сигнала единичного уровня равна половине периода сигнала 28 генератора 1 ("0" этого сигнала триггер 3 устанавливает-ся в "О" по его выходу 33), "1" с выхода 33 триггера 3 через элемент

И-HE б, элемент ИЛИ. 10 проходит нулем на R-вход триггера 12 и устанавливает его в "О" по выходу 45. Элемент

И-НЕ 14 закрывается для-прохождения сигнала 29 генератора 1 на вход счетчика 16. Передним фронтом сигнала 28 генератора 1 триггер 12 возвращается в "1" по его выходу 45, элемент 14 снова открывается, при этом один импульс с выхода 29 генератора 1 на вход счетчика 16 не пройдет. Импульс

50 на аТ опередит импульс 49. По переднему фронту импульса 50.триггер 19 переключится в состояние "0" по его выходу 54, по переднему фрон-. ту импульса 49 этот триггер вернется в прежнее состояние. На выходе

55 преобразователя 22 появится управляющий сигнал, который усиливается по мощности усилителем 23, серводвигатель 24 начнет вращаться таким образом, что на выходе 38 блока 26 появится "1", появится импульс Е по переднему фронту которого на выходе

34 триггера 5 аналогично прохождению импульса f появится "1", которая через элемент И-НЕ 9, элемент ИЛИ 11 установит триггер 13 в "0" по его выходу 46., элемент И-НЕ 15 закроется и один импульс выхода 29 генератора

1 не поступит на счетчик 17, временной сдвиг между импульсами 49 и 50 станет равным "0", на выходе 55 преобразователя 22 сигнал также останется равным О, двигатель остановится.

При поступлении и импульсов f>,серводвигатель повернется на угол, при котором с,выхода 59 блока 26 поступит п импульсов Ев . Изменяя количество импульсов f>, йзменяют величину угла поворота вала двигателя, изменяя

959038 частоту следования импульсов f>, изменяют скорость вращения двигателя.

Установкой "1" на входе 36 и "0" на входе 35 изменяют направление вращения двигателя.

Таким образом, количество импуль- 5 сов генератора 1 с его выхода 29, не поступивших на входы счетчиков 16 или 17, преобразуется с помощью триггеров 18 и 19 во временной интервал, а затем с помощью преобразователя 22 10 в сигнал постоянного тока с учетом знака ("0" на выходе 53 триггера 18 или на выходе 54 триггера 19).. В отличие от известных устройств максимальное значение временного интерва- 15 ла равно 1 N aT.

Кроме того, в этом случае отсутствует предварительная установка счетчика 16 (или 17), а при нулевом рассогласовании пульсации в выходном напряжении преобразователя 22 отсутствуют.

При этом обеспечивается следующая последовательность включения и выключения триггеров 18 и 19. Если раньше появляется импульс с .выхода. 49 счетчика 16, то при наличии "1" на выходе 54 триггера 19 на выходе 53 триггера 18 устанавливается "О", который блокирует по Д-входу триггер 19. При. появлении импульса с выхода 50 счетчика 17 триггер 19 не изменит своего состояния, хотя íà его С-входе появ-, ляется импульс единичного уровня.

Одновременно этот же импульс инвертируется элементом НЕ 21 и устанавли- Ç5 вает триггер 18 по его выходу 53 в

"1"

Так как триггеры 18 и 19 переключаются по их С-входам по переДним фронтам входных импульсов, состоя- 40 ние триггера 19 не изменится. Если же теперь. раньше появится импульс на выходе 50 счетчика 17, то триггер 19 переключается и на его выходе 54 появится "0", триггер 18 по его Д-входу 45 заблокирован. Появление импульса на выходе 49 счетчика 16 вернет в прежнее состояние триггер 19, не изменив состояния триггера 18, Частота переключения триггеров

18 и 19-. равна, при этом переключается только тот триггер, на

С"вход которого раньше приходит импульс с выходов 49 (или 50) счетчиков 16 (или 17) .

Наличие перекрестных связей с выхода 53 триггера 18 на Д-вход триггера 19 и с выхода 54 триггера 19 на Д-вход триггера 18 обеспечивает дополнительный гистерезис и тем самым повьыает помехозащищенность схемы, не требует дополнительной синхронизации их включения и выключения, повышает вдвое зону линейного измерения рассогласования. Эаметим, что привод обладает интегральной харак- 65 теристикой - рассогласование любого знака запоминается счетчиком 16 (или 17), преобразуется во временной интервал с помощью триггера 19 (или

18), преобразуется преобразователем

22 с учетом знака и подается на усилитель мощности 23 для управления серводвигателем 24 таким образом, чтобы уменьшить его рассогласование до О.

Работа блока 26 (фиг. 2) поясняется фиг. 4.

С датчика 25 на входы блока 26 поступают прямые сигналы К и Е1 и инверсные сигналы К„ и f, сдвинутые по фазе на 90 эл.градусов. На выходе 38 формируется сигнал единичного уровня при работе "Вперед" ("О" на выходе 37) и "1"-- на выходе

37 при работе "Назад". Формирователи

74 и 76 по передним фронтам сигналов

f„, f11, К1 формируют 4-е импуль— са, которйе через элемент 77 поступают на узел 60.

Электропривод предназначен для создания следящих систем металлорежущих станков с числовым программным управлением, может найти применение в позиционных системах и точных системах регулирования скорости различных машин и механизмов и является быстродействующим и надежным.

Формула изобретения

1. Цифровой программный электропривод, содержащий узел синхронизации, тактовые входы которого подключены к выходам. генератора импульсов а первый и второй выходы — к входам первого и второго счетчиков соответственно, и последовательно соединенные согласующий преобразователь, усилитель мощности, серводвигатель, датчик положения и блок измерения направления, знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с управляющими и первым информационным входом узла синхронизации, вторые информационные входы которого подключены к задающим входам электропривода, а выходы согласующего преобразоватепя соединены с инверсными выходами первого и второго

Д-триггеров, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения электропривода, он содержит два элемента

НЕ, С-вход первого Д-триггера соединен с выходом первого счетчика через первый элемент НЕ, с R-входом второго Д-триггера, подключенного

Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера, R-вход которого через второй элемент HE соединен с С-входом второго Д-триггера и с выходом второго счетчика.

959038

ФигЛ

2. Электропривод по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что,.с целью повышения надежности электропривода, узел синхронизации. содержит шесть элементов И-НЕ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с R-входами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам первого и второго элементов И-НЕ, а вхо- 10 ды второго элемента ИЛИ к. выходам третьего и четвертого элементов И-НЕ, первые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с прямым выходом пятого Д-триггера, 15

С-вход которого подключен .к прямому выходу шестого Д-триггера, первые входы второго и четвертого элементов

И-НЕ соединены с прямым выходом седь мого Д-триггера, подключенного С-вхо- 7П дом к прямому выходу восьмого Д-триггера, выходы пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы — с прямыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам, шестого

Д-триггера, второй тактовый вход— к Rt-входам пятого и седьмого и к

С-входам третьего н четвертого Д-триггеров, третий тактовый вход - к вто- . рым входам пятого и шестого элементов

И-НЕ, а четвертый тактовый вход — к

С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов

И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-НŠ— с управляющими входами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера — с первым информационным входом узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Слежановский О.В. и др. Устройства унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа УУБСР-Д), М., "Энергия", 1975, с. 8, 73, 85, 159.

2. Михеев Ю.Е. и Сосонкин В.Л.

Системы автоматического управления станками, М., "Машиностроение", 1978, с. 122, 126, 143-150 (прототип), 959038

У1

-.6

Уг

° Ю .Ф

Фу

8г

ФЯ

Ф

87

ТР Ф 9

Составитель В. Дианов

Редактор Л. Авраменко Техред Л.Пекарь Корректор О. Вилак

Заказ 7015/64 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4