Устройство для программного управления

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для управления шаговы- .ми электроприводами станков с ЧЩ и прецизионных манипуляторов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение быстродействия . Устройство для программного управления содержит генератор импульсов 1, счетчик импульсов 2, блок памяти 3, триггеры 4, 10, элементы ИЛИ 8 и 82, схему сравнения 6, делитель импульсов 7, элемент И 9, счетчик 5 числа шагов. Устройство формирует задаваемое извне число импульсов для исполнительного привода с частотой, изменяющейся по закону, определяемому информацией в блоке 3 памяти . Схема 6 сравнения определяет момент начала торможения. Триггер 10 регулирует поступление инкрементирующих импульсов на счетчик 2, обеспечивая два закона разгона. 7 ил. . с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (Н) (5D 4 G 05 В 19 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4192364/24-24 (22) 24.12.86 (46) 28.02.89. Бюл. Ф 8 (72) Л.Д. Минутин и IO.I0. Минутина (53) 621.503 ° 55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н- 506001, кл. G 05 В 19/18, 1970.

Авторское свйдетельство СССР

Ф 1124252, кл. G 05 В 19/18, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (э7) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для управления шаговыми электроприводами станков с %IX и прецизионных манипуляторов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение быстродействия. Устройство для программного управления содержит генератор импульсов 1, счетчик импульсов 2, блок памяти 3, триггеры 4, 10, элементы

ИЛИ 8 и 8, схему сравнения 6, делитель импульсов 7 элемент И 9, счетчик 5 числа шагов. Устройство формирует задаваемое извне число импульсов для исполнительного привода с частотой, изменяющейся по закону, определяемому информацией в блоке 3 памяти. Схема 6 сравнения определяет момент начала торможения. Триггер 10 регулирует поступление инкрементирующих импульсов на счетчик 2, обеспечивая два закона разгона. 7 ил.

1462246

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и предназначено для использования в системах управления шаговыми приводами препизионных координатных столов.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 24 -. временные диаграммы его работы. на фиг, 5 — кривые разгона и торможения для случаев .холостого хода и прохода с деталью;. на фиг. 6 — 7 ва .15 рианты реализации делителя 7 и временные диаграммы работы.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсов, блок

3 памяти, первый триггер 4, счетчик 20

5 числа шагов, схему 6 сравнения, делитель 7 импульсов, первый 8,и вто" рой 8 элементы ИЛИ,.элемент И 9, второй триггер 10, входы 11 — началь.ной установки> 12 - признака отсутст- 25 вия детали, 13 — числа шагов, 14— запуска устройства, выход 15 устройства.

Блок. 3 памяти хранит таблицу коэффициентов деления для реализации кри- 30 вой разгона торможения, схема 6 сравнения предназначена для сравнения номера текущего коэффициента с текущим числом шагов для определения момента перехода к режиму торможения, второй триггер 10 управляет "растягиванием" кривой разгона в зависимости, от состояния на входе 12 признака отсутствия детали. При состоя-. нии "1". на входе 12 устройство фор"; 40 мирует более крупную характеристику разгона - "быстрый." разгон при сос1 тоянии "0" - пологий, "растянутый"

I ,разгон, приводящий к той же максимальной частоте, что и быстрый 45 разгон, но со значительно меньшими ускорениями, это позволяет устройству адаптироваться к увеличению сопротивления на исполнигельном приводе. Счетчик 5 числа шагов предназ- 50 начен для приема с входа 13 числа шагов, которое необходимо отработать приводу, а также для декрементирования текущего числа шагов в процессе работы. Сигнал с выхода заема счетчи-55 ка 5 идентифицирует окончание отработки заданного числа шагов: этот сигнал переводит устройство в состояние "Стоп".

В исходном состоянии на вход 11 начальной установки (Н.У.) подается импульс, сбрасывающнй счетчик 2 импульсов и первый триггер 4 в нулевое состояние и устанавливающий второй триггер 10 в единичное состояние.

Нулевой сигнал с выхода триггера 4 поступает на вход разрешения делителя 7 импульсов> запрещая его работу. Нулевой код поступает на адресный вход блока 3 памяти, на выходе которого появляется начальный коэффициент деления, соответствующий периоду. t, приемистости исполнительного привода. Устройство находится в,режиме ожидания --в состоянии

"Стоп".

Рассмотрим работу устройства при сигнале "1" на входе 12 признака от= сутствия детали (ПР). Этот случай соответствует отсутствию детали в исполнительном органе т.е. движению, например, в исходное положение к накопителю деталей. На вход 13 подается число шагов, на вход 14 импульс "Пуск". По этому импульсу код с входа 13 заносится в счетчик 5. триггер 4 устанавливается в единичное состояние (состояние работы), разрешая работу делителю 7 (см. фиг. 2). Рассмотрим работу делителя;, В варианте а происходит декремент двоичного кода, поступившего в счет" чик, в варианте б инкремент. Величина задержки выходного импульса в первом случае прямо пропорциональна, so втором случае обратно пропорциональна величине двоичного кода, поступившего на делитель 7 с выхода памяти 3. Запись двоичного кода осуществляется сигналом с выхода заема (вариант а или с выхода переполнения (вариант б), кжорый подается на вход записи(с) счетчика. В данном случае сигнал установки коэффициента.. нет необходимости формировать внешними блоками, так как он формируется самим делителем 7. Рассмотрим диаграм; му работы делителя 7, реализованного по варианту а. Сигнал на выходе заема ("0") находится в состоянии "1". (неактивное состояние) в процессе декремента счетчика до тех пор по.1 ка счетчик не достигнет нулевого состояния. В этом такте с поступлением

"0" (активное состояние). "0" поступает на вход записи счетчика, что приводит к загрузке в счетчик двоич62246

15 з 14 ного кода и (с задержкой иа время записи „ ). Так как счетчик утратил нулевое состояние, сигнал заема так же исчезает (с задержкой на время дешифрации нулевого состояния t и 0 )

Счетчик продолжает декремент с заданного. извне состояния и. Запре- . тить декремент можно подачей сигнала

"0", на второй вход "..ентиля 2И-НЕ.

Второй вариант б не требует дополнительной логики для управления. В качестве входа, запрещающего счет (деление) >.используется вход обнуления счетчика. В делитель 7 заносится начальный коэффициент деления, и через соответствующий ему период и на его выходе вырабатывается первый импульс. Состояние на выходе блока 3 памяти не изменилось, и делитель 7 вновь начнет деления частоты с пе-. риодом t . Так как на втором входе (А) схемы 6 сравнения нулевой код, а на первом (В) †.ненулевой, то на первом выходе (А В) схемы 6 сигнал "0", на втором. выходе (AC В)

"1", триггер 10 удерживается в состоянии "1" сигналом с входа 12 (деталь в исполнительном органе отсутствует). Содержимое счетчика 2 увеличивается на единицу и будет равно

00. ° .01. Этот код поступает на адресный вход блока 3 памяти через время выборки Т„„в на его выходе появится код коэффнпиента деления, соответствующего периоду С .. Делитель 7 через время формирует второй импульс, по которому содержимое счет,чика 2 увеличится, а счетчика 5 уменьшится на единицу. Делитель 7 начнет период деления, t . Таким образом состояние счетчика 2 будет возрастать с каждым выходным импульсом; каждому из этих состояний соответствует коэффициент деления в блоке 3 памяти. Задавая эти коэффициенты, можно формировать произвольную кривую изменения частоты (периода) выходных импульсов, например

S-образный экспоненциальный закон..

При достижении счетчиком 2 максимального состояния на его выходе переноса появляется сигнал переноса (обычно инверсный). На выходе заема - "1" (этот выход также инверс-. ный)..В результате через элемент

И 9 инверсный сигнал ("0") с выхода переноса поступает ыа вход записи счетчика 2. Этот вход также инверсный. Так как информация (вес единицы) с выхода счетчика 2 поступает на его информационный вход, то происходит подтверждение его состояния несмотря на поступление импульса на вход прямого счета. С этого момента счетчик 2 перестает менять свое состояние (все единицы) ° Этому состоянию соответствует коэффициент деления в блоке 3 памяти, задающий максимальную частоту выходных импульсов на фиг. 2 — импульсы с периодом t . Устройство переходит из режима разгона в режим стационарного движения. Состояние счетчика 5 продолжает уменьшаться с каждым выходным импульсом.

20 В такте, в котором состояние счетчика 5 станет равным состоянию счетчика 2, происходит смена состояний схемы 6 сравнения: на первом выходе (А В) через время сравне25 ния t появится " 1", на втором выходе (А (В) — "0". Очвередные импульсы с выхода делителя 7 будут с этого момента проходить через элемент ИЛИ 8 на вычитающий вход

30 счетчика 2. С каждым тактом будет уменьшаться не только содержимое счетчика 5, но и содержимое счетчика 2 ° Начнется перебор таблицы коэффициентов в блоке 3 памяти в

35 обратном порядке — устройство перейдет к режиму торможения (фиг. 3) .

Счетчики 2 и 5 одновременно достигнут нулевого состояния. При этом сигнал с выхода заема счетчика 5 сбро4р сит триггер 4 в состояние "0" (сос,тояние "Стоп" ). Сигнал с выхода за-. ема счетчика 2, пройдя элемент И 9 .приведет к записи в счетчик 2 его собственного состояния — произойдет под45 тверждение состояния 00.оо. В результате импульсы на выход 15 устройства поступать перестанут, счетчики 2, 5 и триггер 4 будут в нулевом состоя нии, т.е. устройствоперейдет в состоя5О ние Стоп", при этом его элементы окажутся в состоянии начальной установки. Следовательно, при очередном запуске устройства нет необходимости в импульсе начальной установки (вход

11 Н.У.). На временных диаграммах фиг. 2, 3 в качестве примера принято: число шагов — 1000 (на вход 13 подается число, меньшее на единицу), . число шагов разгона — 64.

14б2?46

Рассмотрим работу устройства при

Повышенной нагрузке на исполнительном приводе. В этом случае от внешних датчиков на вход 12 признака подается

"0" (деталь находится в захвате),.

В результате триггер 10 получает возможность работать в счетном режиме (см. фиг. 4) меняя в каждом такте свое состоянйе. Это приводит к тому что в режиме разгона в четных тактах элемент ИЛИ 8 закрывается для прохождения импульсов и счетчик 2 инкрементирует свое состояние в два раза медленнее. Количество шагов в, режиме разгона удваивается — увели чивается время разгона и, следова.— тельно, уменьшается величина ускорений в приводе. Это позволяет раз: гонять нагруженный привод. На фиг. 5 . представлен пример кривых разгона

: для нагруженного (Пр = 0) и ненагру. женного (HP-1) привода. При "быст"

: ром" разгоне выходные импульсы устройства, все время увеличивающие свою частоту, несколько опережают фазу вращения ротора шагового двигателя — образуется набег фазы„ постоянно поддерживаемый в режиме разгона. Этот набег. фазы приводит к повышенным величинам ускорения привода, увеличивая его быстродействие. При

"медленном" разгоне (при повышенной нагрузке) на шаговый двигатель поступают пары импульсов с одинаковой частотой. В результате набег фазы, образовавшийся при первом импульсе каждой из этих пар, ликвидируется, при втором импульсе (период этого импульса не уменьшается, как при

"быстром" разгоне по сравнению с периодом первого импульса, а равен ему, это позволяет ротору двигателя догнать по фазе второй импульс). Отсутствие набега по фазе облегчает ротору переход к отработке очередной пары шагов. Таким образом, при "медленном" разгоне уменьшается не только величина интегрального ускорения .(за счет увеличения длительности разгона), но также уменьшается и величина мгновенных ускорений (за счет отсутствия постоянного набега фазы). Первый параметр влияет на вероятность срыва вращения ротора двигателя„ второй — на вероятность про" пуска шагов. В результате " медленный разгон позволяет разгонять привод при увеличенной нагрузке с уменьшением вероятности срыва вращения и пропуска шагов.

Рассчитаем минимальный дискрет

5 изменения частоты выходных импульсов. Для частоты 20 МГц генератора (максимальная частота для 155 серии) и максимальной частоты выходных импульсов 15 КГц (максимальная частота импульсов для.шагового двигателя

Д11И-200) коэффициент деления. равен

1333. Для ближайшего коэффициента равного 1334, частота выходных импульсов будет равна 14992 Гц. Дискрет в области высоких частот равен 8 Гц.

В области малых частот он значительно меньше.

Таким образом, рассматриваемое устройство имеет возможность реализовать любую форму кривой разгона

BbtcoKoA точностью (+0,5, ляя выбрать оптимальный "àêîí. Оно самостоятельно определяет моменты

25 смены режимов (разгон-стационар-тор можение), не загружая ресурсы системы управления высшего уровня и упрощая протокол обмена с нею. На основе одной таблицы коэффициентов устрой30 ство может реализовывать два закона разгона. Это позволяет устройству адаптироваться к увеличению и уменьшению нагрузки в исполнительном приводе. Все это увеличивает функциональные возможности и среднее быстро35 действие устройства.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для программного уп- . равления, содержащее генератор импульсов, блок памяти и триггер, счетчик импульсов, информационный выход которого соединен а адресным входом блока памяти, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что с целью увеличения быстродействия и функциональHblx возможностей, в устройство введены счетчик числа шагов, схема сравБо нения, делитель импульсов, два элемента ИЛИ, элемент И и второй триггер, причем выход генератора импульсов соединен с входом синхронизации делителя импульсов,. выход которого является выходом устройства и подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, к счетному входу второго триггера и к вычитающему входу счетчика числа шагов, информацион14б 2246

Луск

2 сч адр

Ю сх, ср.

15 бык

7ъ пуск

Рис.2

f$ бьа ншй выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, первый и второй выходы которой соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика импульсов, выходы переноса и заема которого соединены соответственно с первым и 10 вторым входами элемента И, выход которого соединен с С-входом счетчика импульсов, информационный выход которого соединен с его информационным входом и вторым входом схемы сравнения, выход блока памяти подключен к информационному входу делителя импульсов, вход признака отсутствия детали устройства соединен с первым

S-входом второго триггера, информационный вход устройства соединен с информационным входом счетчика числа шагов, выход заема которого соединен с первым R-входом первого триггера, выход которого подключен к.разрешающему входу делителя импульсов, вход запуска устройства соединен с .С-входом второго счетчика числа шагов и с S-входом первого триггера вход начальной установки устройства соединен с R-входом счетчика импульсов, с вторым R-входом первого триггера и с вторым S-входом второго триггера, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ.

1462246

1Ь

Пусх

6 сх. ср.

10, 7ъ хиласа

Фиа Ю

1462246

ixo3

Разр

Рпзре

Разр.

7 ги-нг

СМ-К ик7

Фиг. 7

Составитель А. Бондарев

Техред М.Ходанич, Корректор С. Шекмар

Редактор Р. Спесивьк

Заказ 672/44 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101