Устройство для управления синхронно перемещающимися механизмами станка

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическик.

Республик (ii> 985760 (6! ) Дополнительное к авт. спид-ву— (22) Заявлено 06.04.81 (2! ) 3294509/18 24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.12 82. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 30.12 82 (51)М. Кд.

G 05 В 13/00

Рмударотепаьй комитет

СССР

Ilo делам изобретекик и открытка (53) УД К 62-50 (088.8) вдушев, Ю. А. Борцов, В. А. Васильев, С, ф. Гольдшмид, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО

ПЕРЕМЕЩАЮЩИМИСЯ МЕХАНИЗМАМИ СТАНКА.1

Изобретение относится к автоматичес кому управлению и предназначено для уп. равления станками, имеющими портальную (рамную) конструкцию. Оно может быть также использовано в других отраслях техники, где требуется синхронное перемешение двух и более объектов.

Известно устройство для управления синхронно перемешаюшимися объектами, содержащее блок ввода программы, первый и второй приводы с датчиками скорости вращения двигателей, первый и второй позиционные датчики, преобразователь, блок сравнения, блок временной задержки и сумматор (13 .

Такое устройство управляется заданием величины и скорости перемещения обеих сторон портала от одного канала устройcuba слового программного управления 20 т. е. задание программируется для одного привода.

Введение в канал управления блока временной задержки и зависимого управ2 ления скоростью привода второй стороны портала от скорости привода первой стороны портала позволяет уменьшить постоян-, ное рассогласование положений обеих сторон портала и согласовать характеристики приводов в переходных режимах.

Однако данное устройство обладает недостаточной точностью и быстродействием, так как сигнал задания 1 на второй канал поступает позже, чем на первый. Кроме того, точность системы ухудшается при изменении параметров каналов и при воздействии нагрузки.

Известно также устройство для синхронного управления исполнительными механизмами, содержащее входную. шину, интегратор и каналы управления, каждый из которых состоит из последовательно со единенных дифференциального усилителя, релейного элемента, исполнительного механизма, датчика перемещения, а также согласующих элементов 2 ) .

Синхронизация в системе достигается за счет формирования на инвертирующих

3 98576 входах дифференциальных усилителей дополнительных сигналов, действующих на изменение положений исполнительнйх механизмов в сторону выравнивания.

Однако данное устройство обладает невысокой точностью синхронного перемещения в условиях возмущений, действующих на исполнительные механизмы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регулирования ско- !О рости вращения двухдвигательного привода, которое содержит блок задания перемещения и два канала регулирования, каждый из которых состоит из регуляторов, привода, блоков сравнения, блока масштабных 1 коаффициентов, нелинейных усилителей и датчиков скорости и положения, осуществ- ляющих идентификацию состояния объекта управления.

Сигнал управления формируется за счет сравнения сигналов с датчиков скорости каждого канала, а также сигналов с датчиков положения с последующим формированием линейной комбинации разностей, которая через нелинейный усилитель у5 поступает на входы регуляторов приводовЫ

Однако известное устройство имеет недостаточную точность и быстродействие в условиях изменения параметров каналов и возмущений, действующих на механизмы. З0

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия устройства в условиях изменения параметров каналов и воз мущений, действующих на механизмы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство (2 ), содержащее блок задания перемещения и по числу механизмов - каналы регулирования, каждый из которых содержит и блоков сравнения, последовательно соединенные расположен- 40 ный на механизме датчик положения, регулятор положения, привод, датчик частоты вращения двигателя, идентификатор состояния, последовательно соединенные блок масштабных коэффициентов, нелинейный усилитель, подключенный выходом к второму входу привода, третий вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения двигателя, первый, второй, ... и -1 и и-ый входы блока масштабных коэффи- 50 циентов подключены соответственно к выходам первого, второго ... n -1 и и -го блоков сравнения, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом да чика положения и с вторым входом идентификатора состояния, и -1 выходов которого подключены соответственно к первым входам второго, третьего, ...и-1

О 4 и и --го блоков сравнения, вторые входы регуляторов положения каждого канала со:единены с выходом. блока задания перемещения, введена общая дпя всех канапов аталонная модель, первый, второй,...h-1 и и -й выходы которой подключены к вторым входам первого, второго,... и -1 и и-го блоков сравнения каждого канала, а вход соединен с выходом блока задания перемещения, Введение общей эталонной модели позволяет производить согласование положения механизмом не за счет подчинения движения второго механизма движению первого, как в (1), и не путем введения связей взаимного влияния, как это сделано в (3), а за счет непрерывного и независимого согласования положений механизмов с переменными, формируемыми эталонной моделью.

Изобретение поясняется конкретным примером выполнения устройства. Пред лагаемое устройство содержит два канала регулирования, а в формировании закона регулирования участвуют три переменные (n 3): положение, скорость и ускорение перемещающегося механизма. м

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— электрическая схема эталонной модели; .на фиг. 3 - алектрическая схема идентификатора состояния; на фнг. 4 а, б - электрическая схема нелинейного усилителя и его статическая характеристика.

Устройство (фиг. 1) содержит каналы регулирования по числу синхронно перемещающихся механизмов, в рассматривае мом случае - два канала регулирования, Первый канал регулирования состоит из последовательно соединенных регулятора 1 положения, привода 2 с датчиком 3 частоты вращения двигателя постоянного тока, перемещающегося механизма 4, например одна иэ стоек портала в случае перемещения двух механизмов, и Датчика 5 положения.

Вход регулятора 1 положения подключен к выходу блока 6 задания перемещениями

Выход блока 6 соединен с входом эталонной модели 7.

Выходы датчика 3 частоты вращения двигателя и датчика 5 положения подключены квходам идентификатора 8 состояния.

Выход датчика 5 положения соединен с входом регулятора 1 положения и одним из входов первого блока 9 сравнений. . Второй вход блока 9 соединен с однйм из вы760 6

Идентификатор состояния (8 - для первого канала, 19 - для второго кана» ла выполнены идентично) представляет собой электронное устройство. выполненное на операционных усилителях. например, серии К 140.

В рассматриваемом:.примере испопьзо ван идентификатор состояния для восста новления двухпеременных движения мехаI низма (скорость и ускорения), выполненный на усилйтелях 29 - 34 (фиг. 3).

Блок 12 масштабных коэффициентов выполнен в виде суммирующего операционного усилителя с тремя входами, по каж-.

% дому из которых реализован коэффициент усиления, выбираемый иэ соображений устойчивостями

Нелинейный усилитель 13 выполнен на операционном усилителе, например К 140, о в цепь обратной связи которого введены нелинейные элементы (фиг. 4а). На фиг. 4 б представлена статическая характеристика усилителя.

Регуляторы 1 и 14 положения реали5 зованы на операционных усилителях и яв« ляются ПИ-регуляторами. !

Ъ 985 ходов эталонной модели 7. Второй выход эталонной модели 7 подключен на один из входов второго блока 10 сравнения, к второму входу которого подключен один иэ выходов идентификатора 8 состояния.

Второй выход идентификатора 8 подключен к одному из входов третьего блока ll сравнения. Второй вход блока 11 соединен с третьим выходом эталонной моде« ли 7. 10

Выходы блоков 9 — 11 сравнения со-. единены соответственно с первым, втсьрым и третьим входамн блока масштабных коэффициентов 12.

Выход блока 12 через нелинейный уси-1 литель 13 соединен с третьим входом привода 2.

Структура второго канала идентична..

Второй канал регулирования состоит. из регулятора 14 положения, привода 15 с датчиком 16 частоты вращения двигателя постоянного тока, перемещающегося механизма 17 с датчиком 18 положения.

Вход регулятора 14 положения подкщочен к выходу- блока 6 задания перемеше- > ния.

Выходы датчика 16 частоты вращения и датчика 18 положения подключены к входам идентификатора 19 состояния.

Выход датчика 18 положения соединен 30 также с вторым входом регулятора 14 положения и одним из входов блока 20 сравнения. Второй вход блока 20 соединен с первым входом эталонной модели 7.

Выходы идентификатора 19 состояния подключены соответственно к первым входам блоков 21 и 22 сравнения.

Вторые, входы блоков 22 и 21 соедиI иены соответственно с вторым и третьим ъыходами эталонной модели 7. ю

Выходы блоков 20-22 сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока масштабных коэффициентов 23, выход которого через нелинейный усилитель 24 подключен к третьему входу привода 15.

Блоки 6 и 7 являются общими для обоих каналов.

Блок 7 - эталонная модель — реализо- gp вана на операционных усилителях, например серии К 140, и представляет собой активный в общем случае фильтр 11 -го порядка с настройкой, обеспечивающей желаемое качество переходного процесса.

В рассматриваемом случае (11 = 3) эталонная модель реализована на 4 усилителях 25-28 (фиг. 2).

Приводы 2 и 15 построены по принципу подчиненного регулирования и включают в себя силовые тнристорные преобразователи с импульснс фазовым управле» нием и электродвигателями постоянного тока.

В качестве датчиков положения — измерительных преобразователей линейного перемещения — использованы индуктосины, Блок 6 задания перемещения представляет собой устройство числового программного управления, например, типа 2 СЧ 2. (Устройство работает следующим образом.

Блок 6 задания перемещения вырабатывает командный сигнал, поступающий на оба канала регулирования, которые замкнуты по положению. Этот же сигнал поступает на эталонную модель 7, предписывающую механизму желаемое движение. Эталонная модель 7 вырабатывает сигналы скорости 5, ускорения 5 и положения S (фиг. 2) перемещающихся, 3 механизма 4 первого канала и механизма 17 второго канала. Эти сигналы по даются синхронно на блоки 9 — ll срав нения первого канала и 20 — 22 второго

«а нала.

Блоки 9, 10, 11, 20, 21 и 22 cpas» кения служат для сравнения предппсываемых значений переменных перемещающегося механизма с реальными, причем сиг7 9857 нал положения перемещающегося механизма 4 (17) 5 вырабатывает датчик 5 (18} положения, а недоступные для измерений сигналы скорости 5 и ускорения

5 перемещающегося механизма 4 (17)идентификатор состояния 8 (19).

В структуре идентификатора состояния предусмотрено сравнение на входе усилителя 33 (фиг, 3) сигнала положения механизма с соответствующим сигналом О идентификатора состояния, Полученная в результате сравнения ошибка через соответствующие коэффи« циенты усиления подается на каждый каскад модели идентификатора состояния: на 15 усилитель-интегратор 3 1 и на усилительинтегратор 32,через инвертор 34.

Идентификатор 8 (19) состояния получая на свои входы сигналы с датчика положения 5 5 (18) и с датчика частоты 2р вращения двигателя 3 (16) ы,в ормирует оценки скорости 5 и ускорения S перемещающегося механизма 4 (17), недоступных измерению.

Сигналы, представляющие собой резуль25 тат сравнения переменных, предписываемых эталонной моделью 7, с реальными (положение) и восстановленными идентификатором состояния 8 (19) (скорость и ускорения перемещающегося механизма} 30 с выходов блоков 9, 10, 11 (20, 21, 22) сравнения поступают на блок 12 (23) масштабных коэффициентов, на выходе которого формируется линейная комбинация этих разностей с коэффициентами, выбран-З5 ными из условия обеспечения устойчивости устройства. Эта линейная комбинация через нелинейный усилитель 13 (24) поступает на второй вход привода 2 (15), чем обеспечивается синхронное движение 4О механизмов, следящих за движением, предписываемым общей для обоих каналов эталонной моделью 7.

Таким образом, в предлагаемом устройстве синхронное перемещение механиз-.4>, мов обеспечивается за счет сравнения переменных, предписываемых эталонной моделью, с переменными механизма в каждом канале, что позволяет повысить точность и быстродействие предлагаемого устройства по сравнению с устройством (1) и устройствами, в частности (3), где

60 8 синхронное движение каналов обеспечивается путем взаимного влияния каналов.

Формула изобретения

Устройство для управления синхронно перемещающимися механизмами станка, содержащее блок задания перемещения и по числу механизмов - каналы регулира вания, каждый из которых содержит Р блоков сравнения, последовательно соединенные расположенный на механизме датчик положения, регулятор положения, привод, датчик частоты вращения двигателя, идентификатор состояния, последовательно соединенные блок масштабных коэффициентов, нелинейный усилитель, подключенный выходом к. второму входу привода, третий вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения двигателя, первый, второй, ...,n -1 и и -й входы блока масштабных коэффищiентов подключены ccio ветственно к выходам первого, второго, ..., и-1 и и -го блоков сравнения, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом датчика положения и с вторым входом идентификатора состояния, и 1 выходов которого подключены соответственно к первым входам второго, третьего, ... и -1 и в -ro блоков сравнения, вто- ч рые входы регуляторов положения каждого канала соединены с выходом блока задания перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства, оно содержит общую для всех каналов эталонную модель, первую, второй,..., и -1 и о -й

I выходы которой подключены к вторым входам первого, второго,..., n -1 и h-го

1 ( блоков сравнения каждого канала, а вход соединен с выходом блока задания перемещения.

Источники информации, принятые во внимание цри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 739477 кл G 05 В 19 18е 1979

2. Авторское свидетельство СССР № 584446, кл. G 05 В 11/32, 1978.

3. Патент ФРГ № 1285046, кл. 21 5 62/30, опублик. 1970 (прото тип).