Устройство для числового программного управления

(5114 С О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСМ,8)етельство СССРВ 19/ 18, 1980.ельство СССРВ 19/40, 1978,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАИИНОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение, отн автоматического упра назначено для исполь мах программного упр режущими станками. Ц повышение точности и ЛОВОГО ПРО тся к ти ления и пред ования в систевления металлоль изобретения - скорости слежеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытий ния за перемещением объекта, Устройство для числового программного управления содержит генератор тактовой частоты 1, формирователь тактовых импульсов 2 делитель частоты 3,формирователь опорных сигналов 4датчик перемещения 5, усилитель 6,компаратор 7, блок синхронизации,элементы И 9, 10, двоичный счетчикимпульсов 11, реверсивные счетчикиимпульсов 12, 15, элементы И 13, 14,В-триггер 16, регистр 17. Возможность накопления данных в виде кодао перемещении за определенные промежутки времени позволяет увеличитьдопустимые скорости измерения перемещений, уменьшает вероятность срыва слежения. 1 з.п, ф-лы,. 8 ил.1352459 Составитель И.Ш Техред .А, Кравчук Редактор М.Циткина орректор,С.Шекмар аказ 55 б 5/47 Тираж 863 НИИПИ Государствен по делам изобрет 3035, Москва, ЖПодпиомитета СССР о го ий Ра и открытиишская наб д. 4 Производств лиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначенодля использования в системах число-.вого программного управления металлорежущими станками,Цель изобретения - повышение точности и скорости слежения за перемещением объекта,На фиг, 1 представлена блок-схема 10устройства для числового программного управления; на Фиг, 2 - схемаблока синхронизации, на Фиг, 3-5временные диаграммы работы устройства; на фиг. 6 - схема формирователя тактовых импульсов; на фиг, 7формирователь опорного сигнала, нафиг. 8 - временные диаграммы работыформирователя опорных сигналовУстройство для числового программного управления содержит генератор 1 тактовой частоты, Формирователь 2 тактовых импульсов и последо 1вательно соединенные делитель 3 частоты, формирователь 4 опорных сигна-. 25лов, датчик 5 перемещения, усилитель6, компаратор 7, блок 8 синхронизации, элементы И 9-10, двоичный счетчик 11 импульсов, реверсивный счетчик 12 импульсов, элементы И 13-14, З 0реверсивный счетчик 15 импульсов,Э-триггер 16, регистр 17На Фиг. 2 представлены триггеры18, 19, инвертор 20; на фиг. 6 - двоичный счетчик 21, элементы И 22-23,элемент НЕ 24; на фиг, 7 - элементНЕ 25, 0-триггеры - 26, 27, буферныеусилители 28, 29,Устройство работает следующим образом, 40Прямоугольные импульсы с генератора 1 тактовой частоты (Фиг. 1) поступают на Формирователь 2 тактовыхимпульсов.145Формирователь 2 тактовых импульсов вырабатывает две последовательности импульсов Т 1, Т 2, сдвинутых относительно друг друга на половинупериода (фиг. 7).В исходном состоянии уровни логических сигналов выходов разрядов С 1 и С 2 находятся в нулевом состоянии,Установка счетчика 21 в исходное состояние осуществляется по входу "Сброс" (Р) по сигналу от внешнего блока при включении питания устройства. Двоичный счетчик 21 по каждомуположительному фронту импульса задающего генератора Е выдает на выходе С 1 первого разряда последовательно высокий или низкий логический уро.вень сигнала. В результате на выходе С 1 первого разряда формируетсяпоследовательность импульсов соскважностью, равной двум (фиг, 7).По каждому положительному Фронтуимпульсов на выходе С 1 первого разряда счетчика 21 импульсов формируется на втором выходе С 2 высокий илинизкий логический уровень. При установлении на выходах С 1 и С 2 счетчика 21 одновременно высоких логических уровней на выходе элемента И 22появляется также высокий логическийуровень сигнала. Если на выходепервого разряда С 1 счетчика 21 высокий логический уровень сигнала,а на выходе второго С 2 разряда счет-,чика 21 низкий логический уровень,что благодаря элементу НЕ 24 на выходе второго элемента И 23 устанавливается высокий логический уровень.При других комбинациях сигналовна выходах С 1 и С 2 двоичного счетчика 21 на выходах элементов И 22, 23будет низкий уровень. В результатена выходе элемента И 22, соответствующем первому выходу формирователя2 импульсов будет сформирована последовательность импульсов Т 1. На выходе второго элемента И 23, соответствующем выходу формирователя 2 им-пульсов, будет сформирована последовательность импульсов Т 2, Последовательность импульсов Т 2 будет сдвинута относительно последовательностиимпульсов Т 1 на полпериода,Последовательность импульсов Т 1с первого выхода формирователя 2 тактовых импульсов поступает фиг, 1)на вход делителя 3 частоты, Делитель3 частоты представляет собой последовательно включенные двоичные счетчики В исходное состояние, когдана всех выходах установлены низкиелогические уровни, счетчики устанавливаются по сигналу "Сброс" от внешнего блока при включении питанияустройства. Количество счетчиков икоэффициент деления каждого счетчика выбраны такими, чтобы суммарныйкоэффициент деления делителя 3 былравен 50. Но коэффициент деления делителя 3 может быть выбран и другимсигналов делит частоту на два, чтоочевидно по фиг. 8, то при выборекоэффициента деления делителя 3 этуособенность следует учитывать. Тогдасуммарный коэФфициент деления делителя 3 и формирователя опорных импуль.сов будет равен некоторому числу шкоторое,. как показано ниже, следуетуччтывать при выборе объема двоичного счетчика 11. Так как коэффициентделения делителя 3 был выбран равным50, то суммарный коэффициент деленияделителя 3 и формирователя 4 импульсов будет равен 100 (50 2). Следовательно, частота импульсов Т 1 с выхода формирователя 2 тактовых импульсов в сто раз выше частоты импульсовпоследовательностей Ф 1 и Ф 2 с выходаформирователя 4 опорных сигналов,которые питают датчик 5 величиныперемещений,Датчик 5 представляет собой синус- но-косинуснь.й вращающийся трансформатор, На статоре и роторе намотаны не менее чем по две обмотки, сдвинутыеов пространстве на 90Ча статорные обмотк:. подаются две последовательност: импульсов Ф 1 и Ф 2 от формирователя опорных сигналов. Благодаря первым гармоникам импульсных сигналов Ф 1 и Ф 2 в роторных обмотках индицируется ЭДС, имеющая тактовую же частоту, как и частота опорных сигналов Ф 1, ф 2, но сдвинутая по фазе относительно первых гармоник опорного напряжения на угол, который определяется углом поворота ротора датчика 5. Так как ротор датчика кинематически связан с перемещаемым узлом станка, то датчик 5 осуществляет измерительные преобразования перемещения в фазовый угол синусоидальных колебаний первой гармоники сигнала на выходе датчика. Но так как на датчик 5 подаются импульсные сигналы, то при разложении в ряд фурье будут также присутствовать кроме первых гармоник и высшие нечетные гармоники, В результате этого на выходе датчика 5 будет сигнал не синусоидальной, а более сложной формы из"за присутствия дополнительно в датчике магнитных полей образующихся от последующих гармоник импульсных сигналов ф 1 и Ф 2,Но так как полезным сигналом в данном случае является первая гармоника выходного напряжения с обмоток з 135245 из расчета, чтобы частота импульсов Т 1 была намного выше частоты запитки датчика, а именно во столько раз, на сколько дискрет разбивается шаг5 (полный период изменения фазы) фазового датчика, Частота запитки датчика определяется конструкцией датчика.Последовательность импульсов с 10 выхода делителя 3 частоты поступает на вход формирователя опорных сигналов.Формирователь 4 опорных сигналов формирует две последовательности 15 импульсов (Ф 1, Ф 2), сдвинутые относительно друг друга на четверть периода, имеющие одинаковую амплитуду и частоту (фиг. 8), С приходом импуль.са "Сброс" по шине сброса от внешнего устройства на выходах триггеров 26 и 27, а следовательно, на выходах буферных усилителей 28 и 29 устанавливается нулевой логической потенциал. На инверсном выходе второго 25 триггера 27 устанавливается сигнал с уровнем "1". Следовательно, на П-входах триггеров 26 и 27 будет также присутствовать сигнал с уровнем "1", По переднему фронту импульса йдположительной полярности, приходящего с выхода делителя 3 частоты, уровеньлогического сигнала на П-входе первого триггера 26 запомнится триггером и будет передан на его вход. На35 выходе первого П-триггера 26 установился сигнал с уровнем " 1", По окончании действия импульса с выхода делителя Йщ состояние логического сигнала на выходе первого П-тригге ра 26 не изменитсяБлагодаря наличию элемента НЕ 25 по положительному фронту инверсных Е, импульсов (Гд) значение единицы логического сигнала на П-входе 45 П-триггера 27 запомнится этим триггером, и на его входе появится сигнал с уровнем "1"Одновременно на инверсном выходе П-триггера 27 устано.вится сигнал с уровнем "О". По при ходу второго импульса с выхода делителя й дсостояние сигнала на вы" ходе П-триггера 26 теперь установится с уровнем "О" Значение выхода П-триггера 27 изменится только с приходом второго инверсного сигнала делителя Ед, с выхода элемента НЕ 25. Далее процесс формирования повторяется. Так как формирователь 4 опорныхротора датчика 5, то для выделения первой гармоники сигнала с выхода датчика необходим активный фильтр, построенный на операционных усилителях 6. Примером построения такого фильтра является фильтр, состоящий из двух последовательно соединенных звеньев, каждое из которых является фильтром нижних частот второго порядка, имеющим передаточную характерис тику с парой комплексно сопряженных полюсовНо юоН2 2ь 1 8 +О, +оогде Я - комплексная частота;Но - коэффициент усиления;Я - собственная круговая частота фильтра;относительный коэффициент 20затухания.Для установления оптимальной ширины полосы пропускания сигналов первой гармоники, обеспечивающей неискаженную передачу сигнала первой гармо ники с выхода датчика на компаратор и подавления ненужных, усилитель 6 сигналов (Фильтр) состоит из двух з.веньев. Первое и второе звено настроены на пропускание частот, близких 30 ,(одно выше, другое ниже) к частоте опорных импульсов Ф 1, ф 2,Выделенный усилителем 6 (активным Фильтром) сигнал первой гармоники с выходного сигнала датчика 5 подается на компаратор 7, который, в зависимости от полярности приложенного напряжения на входе, выдает на своем выходе сигнал "0" или высокий логический уровень, 40Блок синхронизации работает следующим образом.В исходное состояние триггеры 18 и 19 устанавливаются по сигналу "Сброс", поступающему по шине сброса 45 от внешнего блока при включении питания, В результате на выходе П-триггера будет сигнал "0", а на инверсном выходе Р-триггера 19 - сигнал "1"На выходе Р-триггера по переднему 50 фронту положительного импульса с вы" хода компаратора формируется импульс положительной полярности.Последовательность импульсов с выхода блока 8 синхронизации выдается на входы четвертого 9 и третьего 10 элементов И. В момент, когда на .,входах элемента И 9 присутствует импульс положительной полярности с выхода блока синхронизации 8 и .импульс Т 1 тактовой частоты с первого выхода формирователя 2 тактовых импульсов, на выходе формируется положительный импульс. Таким образом, на выходе элемента И 9 будут появляться импульсы с периодом, равным периоду следования импульсов на выходе компаратора, т,е, с периодом первой гармоники выходного сигнала датчика 5. Выходные импульсы элемента И 9 поступают на вход записи параллельного кода двоичного счетчика 11 и записывают в опорный двоичный счетчик такое число, чтобы после прохождения на него ш тактовых импульсов поступающих с выхода Формирователя 2 на счетный вход счетчика 11, в нем был бы код числа "ноль. Как указывалось выше, делитель 3 частоты и формирователь 4 опорных импульсов в сумме делят последовательность тактовых импульсов Т 1 на 100. Счетчик 11 также должен после подсчета ста импульсов устанавливать на выходе код числа "ноль 1, В общем случае двоичный счетчик может считать до 64, что ниже числа 100, или до 128, что выше числа 100 двоичный счетчик 11 должен быть выбран с объемом счета до 128,В исходное состояние двоичный счет чик 11 устанавливается сигналом "Сброс" от внешнего блока при включении питания, Поэтому в исходном состоянии в счетчике 11 на выходахкод числа нольЕсли по входу параллельной записи записывать в счетчик 11 постоянно код код числа 28, то при прохождении на его счетный вход ста импульсов Т 1 с выхода формирователя 2 тактовых импульсов на выходе двоичного счетчика 11 будет код числа "ноль", Но такое состояние кода на выходе двоичного счетчика будет всегда только при не- . изменной Фазе первой гармоники суммарного сигнала на выходе датчика 5. Если вал датчика начинает вращаться, то, соответственно, и Фаза первой гармоники сигнала датчика также будет изменяться (Фиг. 3). Поэтому код числа на выходе счетчика будет также отличаться от кода нуля.Если при изменении фазы на вход двоичного счетчика 11 поступит больше ста импульсов (больше чем ш импульсов) за период следования импуль 7 135 сов с выхода элемента И 9, то на выходе счетчика 11 будет код числа с нулем в старшем разряде (число,.близкое к нулю), Если при изменении фази на счетный вход счетчика 11 поступит меньше ста импульсов (меньше, чем ш импульсов), то на выходе счетчика 11 будет код числа с единицей в старшем Разряде (число, близкое к числу 128), Импульс с выхода элемента И 10 перезаписывает сформированный счетчиком 11 код в реверсивный счетчик 12. Кроме того, одновременно импульс с выхода элемента И 10 по входу установки Б установит на выходе Р-триггера 16 сигнал высокого логического уровня. В исходное состояние счетчик 12 устанавливается по сиг.налу "Сброс" от внешнего устройства при включении питания. При этом на его выходах будет код числа "Ноль".Если на двоичный счетчик 11 за время между импульсами с выхода элемента И 9 на счетный вход поступило больше ста тактовых импульсов(Т 1), то в реверсивный счетчик 12 запишется отличное от нуля число с нулем в старшем разряде. Если на двоичный счетчик 11 за время между импульсами с выхода элемента И 9 на счетный вход поступило меньше ста импульсов, то в реверсивный счетчик 12 запишется отличное от нуля число с единицей в старшем разряде, Выход старшего разряда реверсивного счетчика 12 подключен к входам первого 13 и второго 14 элементов И.Особенностью элемента И 14 является то, что первый его вход является инверсным, Р-триггер 16, установленный на выходе элементом И 10 в состояние "1" будучи подключенным 1к входам элементов И 13 и 14, разрешает прохождение сигналов Т 1. В исходном состоянии на выходе Р-триггера 16 установлен логический потенциал по входу сброса. При отрицательном перемещении фазы (фиг. 4), когда старший разряд реверсивного счетчика 12 установлен в " 1", импульсы Т 1 через элемент И 13 поступают на суммирующие входы реверсивных счетчиков 12 и 15. В момент формирования реверсивным счетчиком 12 импульса Р 1 положительного переноса на выходе Р-триггера 16 запишется по входу С синхронизации2459 5 сигнал "0". Элементы И 13 и 14 закрываются.При положительном перемещении фазы, когда в старшем разряде реверсивного счетчика 12 записан ноль (фиг,5),импульсы Х 1 будут проходить черезэлемент И 14, так как первый входэтого элемента инверсный, Таким обра зом, импульсы Т 1 поступают на вычитающие входы реверсивных счетчиков,12 и 15 до момента изменения в реверсивном счетчике 12 старшего разрядас состояния "О" в состояние "1", Появление логической единицы в старшем разряде реверсивного счетчика12 запретит прохождение импульсов Т 1через элемент И 14В то же время "1", пришедшая свыхода старшего разряда реверсивного счетчика 12 на вход элемента И 13,разрешит прохождение импульсов Т 1 через этот элемент И, так как на выходе Р-триггера 16 остается пока сиг нал высокого логического уровня.Первый прошедший импульс Т 1 черезэлемент И 13 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 12,Так как в этом счетчике при вычитании были установлены в единицу выходные разряды, в том числе и старший, это вызовет появление импульсаположительного переноса, которыйсразу же сбросит Р-триггер 16, установив его выход в состояние 0",и тем самым прекратит прохождениеимпульсов Т 1 через элементы И 13 и14 до тех пор, пока элементы И 10,выход Р-триггера 16 не будет обрат, но установлен в состояние 1 аследовательно, при положительномперемещении фазы на суммирующий входсчетчика 12 успеет пройти всего один.импульс Т 1, Так как при,работе реверсивного счетчика 12 в режиме вычитания через элемент И 14 проходит импульсов Т 1 на один больше, чем фазовое перемещение, пока старшийразряд установится в единицу, то про шедший импульс Т 1 через элемент И 13скомпенсирует этот импульс, В резуль"тате в реверсивном счетчике 15 будетнаходиться код, соответствующий реальному перемещению фазы., При нулевом перемещении фазы через каждыеиз элементов И 13 и 14 будет прохо-дить по одному импульсу. Выходныеимпульсы из элементов И 13 и 14; образующие число-импульсный код переме 1352459 10щения фазы сигнала датчика, подаютсяна реверсивный счетчик 15, накапливающий данные о перемещении. По сигналу управления от внешнего блоказначение кода из счетчика 15 переписывается в выходной регистр 17, Послезаписи кода в регистр 17 в реверсивныйсчетчик 15 под управлением от внешнегоблока записывается по входам параллельной записи код нуля и счетчик 15 готовдля накопления новых данных о перемещении. Срыв слежения не происходит,так как время перезаписи кода изсчетчика 15 в регистр очень малоВ исходное состояние реверсивныйсчетчик 15 и выходной регистр 17 устанавливаются по сигналу Сброс" отвнешнего блока при включении питания,При этом счетчик 15 и выходной регистр 17 обнуляются,Измеренный угол поворота валапривода в дискретахь.п фд М= --- шп= -- гш 25 360 360где Щ- угол поворота вала приводав градусахв - число дискрет на шаг фазового датчика (на полное30изменение фазы),ЬЦ - сдвиг фазы первой гармоники сигнала датчика;и - коэффициент редукции, указывающий сколько раз прои 35зойдет полное изменение фазы датчика при повороте вала двигателя на 360;И - измеренный угол поворота вала привода в дискретах.Возможность накопления данных в виде кода о перемещении за определенные промежутки времени позволяет увеличить допустимые скорости измерения перемещений, уменьшает вероятность срыва слежения, Полученные данные о перемещении в виде двоичного кода позволяет испольэовать в качестве внешнего блока ЭВМ.50Формула изобретения1, Устройство для числового программного управления, содержащее генератор тактовой частоты, делитель частоты, выход которого соединен с информационным входом формирователя опорных сигналов, подключенного выходами к статорным обмоткам датчика перемещения, и усилитель, а такжепервый и второй элементы И, выходыкоторых соединены соответственно ссуммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика импульсов,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности и скорости слежения эа перемещением объекта,в устройство введены двоичный счетчик импульсов, второй реверсивныйсчетчик импульсов, О-триггер, регистр,формирователь тактовых импульсов,компаратор, блок синхронизации, третий и четвертый элементы И, выходгенератора тактовой частоты соединенс входом формирователя тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй выход - с информационным входом делителя частоты, ссуммирующим входом двоичного счетчика, с первым входом блока синхронизации, с первыми входами четвертого,первого и второго элементов И, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу Р-триггера,третьи входы - к выходу старшегоразряда второго реверсивного счетчика импульсов, и выходы - к суммирующему и вычитающему входам второгореверсивного счетчика импульсов соответственно, информационные входыкоторого соединены с информационнымивыходами двоичного счетчика импульсов, Ь-вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, второйвход которого подключен к выходублока синхронизации и к второму входу третьего элемента И, выход кото"рого соединен с Я-входом Э-триггераи с .-входом второго реверсивногосчетчика импульсов, выход переносакоторого соединен с С-входом Р-триггера, К-вход которого соединен с установочным входом первого и второгореверсивных счетчиков, регистра,блока синхронизации и с входом сброса устройства для числового программного управления, вход управлениякоторого подключен к управляющимвходам первого реверсивного счетчикаимпульсов и регистра, информационныевходы которого соединены с выходамипервого реверсивного счетчика импульсов, а выход усилителя соединен свходом компаратора, соединенного выходом с вторым входом блока синхронизации, а выходы регистра являютсявыходами устройства.112. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок синхронизации содержит инвертор, первый и второй триггеры, инверсный выход второго триггера подключен к выходу блока синхронизации и к Б-входу пер 352459вого триггера, Р-вход которого соединен с К-входом второго триггера и свходом сброса блока синхронизацчи;подключенного первым входом к С-вхо 5ду первого триггера, а вторым входом - к входу инвертора,