Система управления многокоординатным следящим электроприводом технологического оборудования

Полезная модель относится к области управления технологическими процессами в области автоматизированного электропривода. Полезная модель направлена на обеспечение синхронности движения однокоординатных следящих электроприводов, позволяющая получить требуемую контурную траекторию движения многокоординатного следящего электропривода. Указанный технический результат достигается тем, что при наличии рассогласования по положению или скорости, вызванного отставанием одной координаты от другой, блок 17 логики формирует сигнал на блок 19 коррекции исполняющегося кадра интерполяции, в котором указывается текущее рассогласование между регулируемыми осями, а также оси информация о движении по которым подлежит коррекции. Блок коррекции 19 производит расчет новых значений заданных скоростей и ускорений для исполняющегося кадра интерполяции в интерполяторе 7. Коррекция происходит следующим образом - на первом этапе при отставании одной оси от другой блок логики повышает заданную скорость по отстающей координате в блоке интерполятора. При отсутствии возможности получить положительный результат, выраженный в восстановлении синхронности движения, блок 17 логики повторно корректирует параметры исполняющегося кадра в интерполяторе 7, но в этом случае задание на скорость по опережающей координате пропорционально понижается до уровня скорости отстающей координаты. Таким образом, восстанавливается синхронность движения однокоординатных следящих электроприводов, позволяющая обеспечить требуемую контурную траекторию движения многокоординатного следящего электропривода.

Полезная модель относится к области управления технологическими процессами в области автоматизированного электропривода и может быть использована в металлорежущих станках, установках раскроя листовых материалов и технологических линиях с целью повышения качества управления многокоординатными следящими электроприводами.

Известна система управления FMS3000 фирмы ООО «Модмаш-Софт» (http://www.modmash.nnov.ru/), содержащая программный контроллер движения, выполненный на базе персонального компьютера, и контроллер электроавтоматики.

Недостатком данной системы является отсутствие возможности автоматической перенастройки интерполятора и согласования скорости движения многокоординатного электропривода, обеспечивающего перемещение технологического оборудования, без вмешательства оператора.

Известна система автоматического управления следящими приводами оборудования с ЧПУ (патент РФ 80254, МПК G05B 19/18, Н02Р 5/00, опубл. 27.01.2009).

Данное устройство, обладающее совокупностью признаков наиболее близкой к полезной модели, является прототипом и содержит связанные между собой исполнительный двигатель, тахогенератор, датчик обратной связи по положению, усилитель мощности и сравнивающий элемент, при этом выход датчика обратной связи по положению соединен с одним из входов сравнивающего элемента, входящего в устройство числового программного управления (УЧПУ), на второй вход которого подается сигнал от интерполятора, выходы этого сравнивающего элемента и интерполятора подключены к соответствующим входам цифрового корректирующего устройства, выполненного в виде пропорционально-дифференциально-интегрального регулятора положения, выходы упомянутых трех частей которого подключены к соответствующим входам алгебраического сумматора, также входящего в цифровое корректирующее устройство, а выход алгебраического сумматора, являющийся выходом этого устройства, подключен ко входу дискретно-непрерывного преобразователя, выход которого является выходом УЧПУ и соединен со входом сравнивающего элемента, исполнительный электродвигатель.

Основным недостатком, препятствующим повышению точности отработки контурных траекторий движения при использовании известного устройства, является отсутствие коррекции заданий для однокоординатных электроприводов в реальном времени при возникающих контурных ошибках, вызванных несогласованными значениями текущих скоростей и ускорений однокоординатных электроприводов. В связи с этим, возникает задача синхронного движения однокоординатных электроприводов многокоординатной системы.

Предлагаемая система, также как и в прототипе, содержит регулируемые однокоординатные электроприводы, охваченные обратной связью с помощью датчиков положения, интерполятор и, дополнительно введенные, блок логики и блок коррекции исходной траектории движения.

Поставленная задача решается за счет введения блока логики, в который поступает информация о рассогласовании по положению с каждого однокоординатного следящего электропривода. В блоке логики анализируется не только рассогласование по положению однокоординатного электропривода, но и моменты времени отработки другими следящими электроприводами заданных значений по положению. На основании полученных значений рассогласования контурного движения в блоке коррекции формируется массив новых значений параметров текущего кадра интерполяции, устраняющий несогласованную, по скорости и ускорению, работу всех однокоординатных следящих электроприводов.

Достигаемый технический результат - повышение качества отработки траекторий движения за счет коррекции параметров исполняющегося кадра интерполяции в режиме реального времени.

Приведенная на фиг.1 структура системы управления многокоординатным следящим электроприводом содержит регулируемый однокоординатный электропривод 1 с датчиком 2 частоты вращения исполнительного двигателя 3, усилитель 4 мощности, первый элемент 5 сравнения, вход которого соединен с выходом УЧПУ 6, включающее последовательно соединенные интерполятор 7, присоединенный к первому входу второго элемента 8 сравнения, регулятор 9 положения, выход которого через регулируемый электропривод 1 подключен ко входу датчика 10 положения вала исполнительного двигателя, соединенного со вторым входом второго элемента 8 сравнения, отличающаяся тем, что УЧПУ 6 состоит из персонального компьютера PC 11, включающего системный блок 12 и PCI - шину 13, и контроллера 14 движения, подключенного к PCI - шине 13 персонального компьютера PC 11 посредством контроллера 15 шины, соединенного через блок 16 буферизации данных и управления с первым входом интерполятора 7 и первым входом блока 17 логики, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к блоку ввода сигналов электроавтоматики 18 и выходу второго элемента 8 сравнения, выход которого через блок 19 коррекции подключен ко второму входу интерполятора 7, а второй выход блока 17 логики соединен с блоком 20 выдачи дискретных сигналов, выход первого элемента 5 сравнения регулируемого электропривода 1 через регулятор 21 скорости подключен к усилителю 4 мощности.

В качестве контроллера 14 движения может быть использован контроллер ELESY PCI-SERVO-4 фирмы ЗАО «ЭлеСи», персональный компьютер 11 PC - это стандартный персональный или промышленный компьютер с операционной средой Windows ХР. В качестве однокоординатного электропривода 1 может быть использован синхронный сервопривод PanasonicMINAS А4, а в качестве датчика 10 положения -инкрементный энкодер типа Delta Electric.

В показанной на фиг.1 системе управления многокоординатным следящим электроприводом технологического оборудования дополнительно включены (n+1) регулируемых электроприводов с датчиками частоты вращения исполнительных двигателей, усилителями мощности, регуляторами скорости, первыми элементами сравнения, (n+1) входов которых соединены с (n+1) выходами УЧПУ, включающее вторые (n+1) элементы сравнения, (n+1) регуляторы положения, выходы которых через (n+1) регулируемых электроприводов подключены к (n+1) входам (n+1) датчиков положения вала исполнительных (n+1) двигателей, соединенных со вторыми входами вторых (n+1) элементов сравнения, выходы вторых (n+1) элементов сравнения подключены к (n+3) входам блока логики, (п+1) выходов интерполятора подключены к входам вторых (n+1) элементов сравнения. Где n - целое число, которое определяет количество регулируемых координат (степеней подвижности) многокоординатного электропривода, n=1,2,

Законы управления следящими электроприводами формируются на основе информации в кадрах интерполяции, рассчитанных интерполятором 7 и поступающих на первые входы вторых элементов 8 сравнения однокоординатных электроприводов. Т.е. на выходах интерполятора 7 формируется задание по положению для каждого однокоординатного электропривода. Исходными данными к работе интерполятора 7 - является тип интерполяции (линейная или круговая), точки начала и конца участка траектории контурного движения, скорость и ускорение в начале и конце участка заданной траектории. Например, расчет величин задания по положению в 3-х мерном пространстве - X, Y, Z при линейной интерполяции выполняется по выражениям:

где V_c - заданная контурная скорость на участке траектории;

Т - период дискретизации по времени в контуре положения;

- контурный;

dX, dY, dZ - разности первого порядка определяемые по выражениям:

где X₁, X₂, Y ₁, Y₂, Z₁, Z₂ - координаты начальной и конечной точки траектории движения.

При движении с ускорением задания по положению для осей X, Y, Z определяются по выражениям (1) с разницей лишь в том, что величина контурной скорости V_c на каждом такте интерполяции не остается константой и определяется выражением:

где dV=а_с·Т; а _с - величина контурного ускорения при разгоне/торможении на участке траектории;

V_c1, V_c2 - значения контурных скоростей в начальной и конечной точках траектории движения.

При формировании кадра для круговой интерполяции величины заданий по положению в пространстве 2-х координат, например, X, Y представляются выражениями:

где X_out, Y_out - сигналы задания по положению;

R - радиус окружности;

- текущий угол поворота по дуге окружности, определяемый по выражению:

R

где коэффициент Dir - определяет направление движение по дуге окружности (по часовой стрелке (-1) или против (1));

Рассчитанные значения задания по положению для соответствующих однокоординатных электроприводов поступают на первые входы второго элемента 8 сравнения. Далее сигналы задания суммируются с сигналами отрицательной обратной связи по положению от датчиков 10 положения вала исполнительного электродвигателя, и ошибка следящего контура поступает в блок 17 логики. Кроме формирования сигналов дискретного ввода/вывода осуществляется анализ выходных сигналов вторых элементов 8 сравнения. Суть анализа заключается в сравнении сигналов рассогласования с максимальной величиной рассогласования заданной верхним уровнем управления или оператором. При превышении этой величины блок 17 логики формирует аварийный сигнал, по которому блокируется работа интерполятора 7, что фактически означает останов работы однокоординатного электропривода, а также осуществляет передачу сигнала аварии на верхний уровень - в программное приложение на персональном компьютере, обслуживающее работу контроллера 14 движения.

Наряду с этим, поступившая информация в блок 17 логики о текущем рассогласовании между координатными ошибками регулируемых электроприводов за счет двухсторонней обратной связи поступает в интерполятор 7. При наличии рассогласования по положению или скорости вызванного отставанием одной координаты от другой блок 17 логики формирует сигнал на блок 19 коррекции исполняющегося кадра интерполяции, в котором указывается текущее рассогласование между регулируемыми осями, а также оси информация о движении по которым подлежит коррекции. Блок 19 коррекции производит расчет новых значений заданных скоростей и ускорений для исполняющегося кадра интерполяции в интерполяторе 7. Коррекция происходит следующим образом - на первом этапе при отставании одной оси от другой блок 17 логики повышает заданную скорость по отстающей координате в интерполяторе 7. При невозможности получения положительного результата, выраженного в восстановлении синхронности движения однокоординатных электроприводов, блок 17 логики повторно корректирует параметры исполняющегося кадра в интерполяторе 7, но в этом случае задание на скорость по опережающей координате пропорционально понижается до уровня скорости отстающей координаты. Таким образом, восстанавливается синхронность движения однокоординатных следящих электроприводов, позволяющая обеспечить требуемую контурную траекторию движения многокоординатного следящего электропривода.

1. Система управления многокоординатным следящим электроприводом технологического оборудования, содержащая регулируемый электропривод 1 с датчиком 2 частоты вращения исполнительного двигателя 3, усилитель 4 мощности, первый элемент 5 сравнения, вход которого соединен с выходом УЧПУ 6, включающее последовательно соединенные интерполятор 7, присоединенный к первому входу второго элемента 8 сравнения, регулятор 9 положения, выход которого через регулируемый электропривод 1 подключен ко входу датчика 10 положения вала исполнительного двигателя, соединенного со вторым входом второго элемента сравнения 8, отличающаяся тем, что УЧПУ 6 состоит из персонального компьютера PC 11, включающего системный блок 12 и PCI-шину 13, и контроллера 14 движения, подключенного к PCI-шине 13 персонального компьютера PC 11 посредством контроллера 15 шины, соединенного через блок буферизации данных и управления 16 с первым входом интерполятора 7 и первым входом блока 17 логики, второй и третий входы которого подключены соответственно к блоку 18 ввода сигналов электроавтоматики и выходу второго элемента 8 сравнения, выход которого через блок 19 коррекции подключен ко второму входу интерполятора 7, а второй выход блока 17 логики соединен с блоком 20 выдачи дискретных сигналов, выход первого элемента 5 сравнения регулируемого электропривода 1 через регулятор 21 скорости подключен к усилителю 4 мощности.

2. Система управления многокоординатным следящим электроприводом технологического оборудования по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно включены (n+1) регулируемых электроприводов с датчиками частоты вращения исполнительных двигателей, усилителями мощности, регуляторами скорости, первыми элементами сравнения, (n+1) входов которых соединены с (n+1) выходами УЧПУ, включающее вторые (n+1) элементы сравнения, (n+1) регуляторы положения, выходы которых через (n+1) регулируемых электроприводов подключены к (n+1) входам (n+1) датчиков положения вала исполнительных (n+1) двигателей, соединенных со вторыми входами вторых (n+1) элементов сравнения, выходы вторых (n+1) элементов сравнения подключены к (n+3) входам блока логики, (n+1) выходов интерполятора подключены к входам вторых (n+1) элементов сравнения.