Задающее устройство для цифрового следящего привода

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Горьковский исследовательсфизико-технический институт при Гоковском государственном университеим. Н.И.Лобачевского(56) Авторское свидетельство СССРУ 686018, кл, С 05 В 19/18, 1977.Авторское свидетельство СССРУ 1144088, кл, С 05 В 19/18, 1983. ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИ ОВОГ СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДАИзобретение относится к элемен" там систем с цифровым управлением и предназначено для использования при исследовании, настройке и экспериментальном определении динамических характеристик следящих приводов, а также совместно с устройствами программного управления радиотелескопами для автоматического поиска объекта при его отклонении от программной траектории. Целью изобретения является расширение класса задаваемых траекторий и обеспечение контроля их выхода из заданной области. Задающее устройство содержит генератор импульсов, делитель частоты, первый ивторой коммутаторы, первый и второйреверсивные счетчики импульсов, первый и второй регистры, три мультиплексора, арифметико-логический блок,три элемента И блок управления, состоящий из счетчика и постоянного запоминающего устройства, задатчик начальных условий, триггер управления,элементы ИЛИ и НЕ, шины "Пуск","Стоп","Сброс". В предложенном задающем устройстве благодаря вводу дополнительных элементов и связей расширен классзадаваемых траекторий, что приводитк более эффективному использованиюустройства для поиска объекта при егоотклонении от программной траектории,в частности к уменьшению времени поиска. С помощью отрезков прямых, которыми задается траектория, можетбыть аппроксимирована практическилюбая траектория поиска, напримерспираль, растр, сектор и другие,приэтом точность аппроксимации можетбыть сколь угодно высокой. В общемслучае траектория может не содержатьвитков и иметь произвольную конфигурацию. Кроме того, в устройстве обеспечивается контроль выхода траектории поиска из заданной области, чтотакже приводит к экономии времени поиска. 1 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужг ектна аз 3106/41 Тираж 863 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж-.35, Раушск5412 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1132Изобретение относится к элементамсистем с цифровым управлением и предназначено для использования при исследовании, настройке и экспериментальном определении динамических характеристик следящих приводов, а также совместно с устройствами программного управления радиотелескопами дляавтоматического поиска объекта приего отклонении от программной траектории.Цель изобретения - расширение класса задаваемых траекторий и обеспечениеконтроля их выхода из заданной области.На фиг. 1 и 2 представлена структурная схема устройства на фиг. 37 - примеры реализации блоков устройства, на фиг. 8-11 - примерные траектории поиска, реализуемые устройством.Устройство содержит генератор 1импульсов, делитель 2 частоты, первый 3 и второй 4 коммутаторы, первый5 и второй 6 реверсивные счетчики им-.пульсов, первый 7 и второй 8 регистры, первый 9, второй 10 и третий .11мультиплексоры, арифметико-логический блок (АЛБ) 12, первый 13, второй14 и третий 15 элементы И, блок 16управления, задатчик 17 начальных условий (ЗНУ), триггер 18 управления,элемент ИЛИ 19, элемент НЕ 20, шины"Пуск" 21, "Стол" 22, "Сброс" 23,выходы 24 и 25 устройства и контрольный выход 26. Блок 16 управления содержит счетчик 27 и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 28.Делитель 2 частоты (фиг. 3) содержит элемент И 29 и счетный триггер30, который делит частоту генератора1 импульсов на два. При подаче кавход Ч нулевого сигнала работы делителя частоты запрещена,На фиг. 4 приведен пример реализации коммутаторов 3 и 4 на элементах ЗИИЛИ 31, которые коммутируютимпульсные последовательности с частотами Г и Г с выхода делителя 2.частоты в каналы "+" или "-" реверсивных счетчиков 5 и 6 импульсов.Если сигналы Ч и Ч нулевые то комму-татор не пропускает импульсные последовательности на выход. При единичном сигнале Ч на выходе "+"присутствует сигнал с частотойпри Ч 1, либо с частотой 1 - при1=0. При единичном сигнале Чна выходе - присутствует сигнал с частотой Г при Ч =1, либо с частотой- при Ч =О.ЬЗадатчик 17 начальных условий (фиг. 5) содержит переключатели 32- 35 которые при выключенном состоянии формируют нулевой сигнал, а при вклю-, ченном - единичный, Переключателями 32 устанавливается пятиразрядный двоичный код 0 для установки блока 16 управления в начальное состояние, переключателями 33 - двухразрядный код управления для выбора нужного вида траектории, а переключателями 34 и 35 - шестнадцатиразрядные двоичные коды параметров Ь, и Ь траектории.Первый 9, второй 10 и третий 11 мультиплексоры выполнены (фиг. 6) на элементах 3 ИИЛИ 36, которые в зависимости от состояния сигнала Ч пропускают шестнадцатиразрядный двоичный код либо с первой, либо с второй групп входов, Если сигнал Ч нулевой, то на выходе мультиплексоров(фиг. 7) выполнен на двух группахэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37 и 38,двух сумматорах 39 и 40 и элементеИЛИ-НЕ 41,При нулевом сигнале Ч, (Ч ) сум- матор 39 (40) выполняет операцию сложения, при единичном - операцию вычитания. На втором выходе АЛБ ("=") устанавливается единичный сигнал при нулевом коде на выходе сумматора 40, а на первом выходе АПБ (" ") при отрицательном коде. Операции сложения и вычитания в АЛБ 12 выполняются с числами, представленными дополнительными кодами, старший шестнадцатый разряд которых знаковый,В табл,1 представлены значения управляющих сигналов.Ч и Ч и тип выполняемой1 1операции Первый 5, второй 6 реверсивные счетчики импульсов, счетчик 27, первый 7 и второй 8 регистры выполнены на триггерах " 1-К"типа, срабатываю щих по заднему фронту входного счетного или стробирующего импульсов.Благодаря этому переходные процессы в коммутаторах 3 и 4, мультиплексорах 9-11, АЛБ 12 и ПЗУ 28 происходят при паузе тактового сигнала и не влияют на работу устройства.3 13254Устройство работает следующим образом.После подачи питания устройство необходимо установить в исходное состояние подачей сигнала на шину "Сброс" 23, при этом триггер 18 управления, первый 5 и второй 6 ревер" сивные счетчики импульсов, счетчик 27, первый 7 и второй 8 регистры уста навливаются в нулевое состояние, а работа делителя 2 частоты запрещается нулевым сигналом с выхода триггера 18 управления. В задатчике 17 начальных условий оператор устанавли вает исходные данные, определяющие вид траектории, после чего подается сигнал на шину "Пуск" .21, устананливающий триггер 18 управления в единичное состояние. Разрешается работа 2 О делителя 2 частоты, на вьжоде которого появляются импульсные последовательности сигналов, обеспечивающие формирование в первом 5 и второй б ренерсивных счетчиках импульсов ко дов координат Х и У задаваемой траектории, которые поступают на выходы 24 и 25 устройстна. Задаваемая траектория формируется из отрезков прямых. Угол 1 наклона отрезка к оси Эо Х определяется какЬп = аг 8 18 -где Е, = (К 1-К 2)СКЗ Г+(1-К 31 Г;Е = (К 4-К 5) К 6. Г+(1-Кб) Е 63; К 1,Кбь 10,13 - выходные сигналы блока 16, Гд и Еп - частоты импульсных последовательностей с делителя 2 40частоты.Для представленного устройства Г = 2 Гь, а Ы мозет принимать значения О, +27, +45, +63, +900.При формировании очередного от В резка траектории состояние счетчика 27 фиксировано, при этом на выходах ПЗУ 28 устанавливаются сигналы К 1 К 14, которые поступая на первый 3 и второй 4 коммутаторы, обеспечивают подачу на первый 5 и второй 6 реверсивные счетчики импульсов частот Ее, или йь, формирующих угол наклона отрезка. Значение кодов в счетчиках под действием входных импульсов начинает плавно изменяться в сторону увеличения или уменьшения. АЛБ 12 под действием управляющих сигналов К 7 и К 8 настраивается на выполнение одной иэ 12 4 операций согласно табл. 1., а сигналы К 9 - К 14 подключают на его входы нукные операнды. При равенстве нулю результата арифметических действий н АЛБ 12 на его нтором выходе "=" появляется единичный сигнал, являющийся признаком окончания формирования данного отрезка траектории ТактовьпЪ импульс генератора 1 импульсов, проходя через второй элемент И 14, переключает счетчик 27 н следующее состояние, на выходе ПЗУ 28 появляются новые значения сигналов К 1 - К 14, настраивающих блоки устройства на ныполнение операций по формированию следующего отрезка траектории.Первые П отоезкон тоаектооии поепнаэначены для формирования начального участка траектории и вывод ее в начальную точку перного витка. Затем начинается формирование витков траектории, под которыми понимаются участки траектории, требующие повторяющихся действий. После окончания витка траектории сигнал К 15 на вьжоде ПЗУ 28 принимает единичное значение, при этом запрещается работа второго элемента И 14 и разрешается работа первого 13 и третьего 15 элементов И, Сигналы К 1 - Кб устанавливаются нулевые, благодаря чему импульсы на счетные входы первого 5 и второго 6 реверсивных счетчиков импульсов не подаются, Сигналы К 7 - К 14 устанавливаются такими, чтобы АЛБ 12 осуществлял сравнение кодов первого 5 или второго 6 реверсивных счетчиков импульсов с границей заданной области, подаваемой н виде одного из параметров Ь, или Ь, Если код 1 Хили 1 У 1 вышел из заданной области, то на первом выходе " ) " АЛБ 12 устанавливается единичный сигнал, разрешающий работу первого элемента И 13. Тактовый импульс, проходя через первый элемент И 13, поступает на контрольный выход 26 устройства и через элемент ИПИ 19 - на нулевой вход триггера 18 управления, устанавливая его в нуленое состояние. Нулевой сигнал с выхода триггера 18 управления запрещает работу делителя 2 частоты, останавливая при этом работу устройства.Если коды Х или71 не ньппли из заданной области, то на первом выходе " " АЛБ 12 нулевой сигнал и работа первого элемента И 13 запрещена,25412 6 510 да траектории поиска из заданной об 25 ласти, что также приводит к экономиивремени поиска,На фиг. 10 и 11 прецставлены траектории в виде пирамидальных растров, размещенных по осям У. и Х. В табл. 2 дана таблица программирования ПЗУ 28. Команды 1-16 предназначены для Формирования траектории ти па "спираль" (фиг, 8), команды 17- 36 - для формирования траектории типа "растр" (фиг. 9), команды 37-52 и 53-68 для формирования траекторий типа "пирамидальный растр" (фиг. 10 и 11), Каждому линейному участку траектории на фиг. 8-11 соответствуетодна строка табл, 2, Число. команд для формирования одного типа траектории не болъшое (от 16 до 20),При использовании данного устройства совместно с программным устройством для поиска объекта вид траектории на фиг.8 целесообразно использовать при равновероятном нахождении объекта в заданной области,вид траектории на фиг9 - при наибольшей вероятности нахождения объекта в центре заданной области, а траекто 5 13Тактовый импульс, проходя через третий элемент И 15, устанавливает. всчетчике 27 код Р начальной точки илиначала витка, на выходе ПЗУ 28 устанавливаются сигналы К 1 - К 14, обеспечивающие формирование первого отрезка следующего витка траектории,.Формирование витков траектории осуществляется до тех пор, пока кодыХ 1 илиУ ) не выйдут из заданнойобласти,С помощью отрезков прямых, которыми задается траектория, может бытьаппроксимирована практически любаятраектория поиска, например спираль,растр, сектор, и другие В общем случае траектория может не содержатьвитков и иметь произвольную конфигурацию. На фиг. 8-11 представленычетыре варианта траекторий, для которых в табл. 2 даны программы, записанные в ПЗУ 28,На фиг, 8 представлена траектория,близкая к круговой спирали со сглаженными углами, а на фиг. 9 - траектория в виде растра со сглаженными углами. Начальные участки траекторий на Фиг. 8 и 9 сформированытак, чтобы не было резких изгибов,что приводит к сокращению пути приобзоре заданной области и к уменьшению динамических ударов на приводв точках изгиба траектории,рии на Фиг. 1 О и 11 - при известном направлении смещения объекта от программной траектории.Число параметров Ь и выходных частот Г делителя 2 может быть любым (в конкретном устройстве взято число параметров и частот, равное двум), при этом точность аппроксимации требуемой траектории отрезками может быть сколь угодно высокой,Таким образом, в устройстве благодаря вводу дополнительных элементов и связей расширен класс задаваемых траекторий, что приводит к более эффективному использованию устройства .для поиска объекта при его отклонении отпрограммной траектории, в частностик уменьшению времени поиска, Исключение резких изгибов траектории приводит к уменьшению динамических нагрузок на привод. Кроме того, в устройстве обеспечивается контроль выхоФормула изобретения Задающее устройство для цифрового следящего привода, содержащее генератор импульсов, делитель частоты, первый и второй коммутаторы, первый и второй реверсивные счетчики импульсов, арифметико-логический блок, блок управления, задатчик начальных условий, триггер управления и шины "Пуск", "Стоп", "Сброс", причем шина "Пуск" соединена с единичным входом триггера управления, выход которого соединен с управляющим вхоцом делителя частоты, счетный входкоторого соединен с выходом генератора импульсов, а выходы в .с информационными входами первого и второгокоммутаторов,. выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого и второго реверсивныхсчетчиков импульсов, выходы которыхявляются выходами устройства, приэтом шина "Сброс" соединена со сбросовыми входами первоГо, второго реверсивных счетчиков импульсов, и блока управления первая, вторая итретья группы выходов которого соединены с управляющими входами соответственно первого, второго коммутаторови арифметико-логического бло 1325412ка, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения класса задаваемых траекторий и обеспечения контроля их вьжода из заданной области,в устройство введены первый и второй 5регистры, первый, второй и третиймультиплексоры, первый, второй итретий элементы И, элемент ИЛИ и элемент НЕ, причем выходы первого реверсивного счетчика импульсов соединены 10с первой группой входов первого мультиплексора и через первый регистрс второй группой входов второго мультиплексора, а выходы второго реверсивного счетчика импульсов соединеныс первой группой входов второго мультиплексора и через второй регистр -с второй группой входов первого мультиплексора, выходы первого, второгои третьего мультиплексоров соединены 20с входами арифметико-логического блока, а управляющие входы соответственно .с четвертой, пятой и шестойгруппами выходов блока управления,седьмой выход которого соединен спервыми входами первого, третьегоэлементов И и через элемент НЕ - спервым входом второго элемента И,вторые входы первого, второго и третьего .элементов И соединены с выходомгенератора импульсов, а третьи входыпервого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым выходами арифметико-логическогоблока, причем выход первого элемента 35И соединен с контрольным выходом устройства и через элемент КПИ - с нулевым входом триггера управления, выход второго элемента И соединен сосчетным входом блока управления и 46стробирующими входами первого и второго регистров, а выход третьего элемента И - со стробирующим входом блока управления, соединенного установочными и управляющими входами соответственно с первой и второй группами выходов задатчика начальных условий, третья и четвертая группы выходов которых соединены с первой и второй группами входов третьего мультиплексора, при этом шина "Стоп" соединена с вторым входом элемента ИЛИ, ашина "Сброс" - с третьим входом элемента ИЛИ и сбросовыми входами первого и второго регистров,2, Устройство по п, 1, о т л и - .ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит счетчик и постоянное запоминающее устройство младшие разряды адресных входов которого соединены.с выходами счетчика,старшие разряды адресных входов являются управляющими входами блокауправления, а выходы - выходами блока управления, причем счетный вход,установочные входы, стробирующий входи сбросовый вход счетчика являютсясоответственно счетным входом, уста"новочными входами, стробирующнм входом и сбросовым входом блока управления.Т а б л и ц а,1Ч Тип операцииА+В+СОООА-В+СА+В- СА-В-С3 14 1325412 родолаенив табл. 2Ко- ман Выходные сигналы Ко1 3 К 4 .К 5 К 6 1 К 2 К к 7 к 2 Л 3 А 4 А 5 А 6 АУ К 10 К 11 К 12 К 3 1 О О 1 О 1 1ООО 1 1 1 О 1 1 О О 1 1 1 1 О О О О 1 О 1 1 1 О 1 О 1 1 О 1 1 1 1 О О О 1 О И р и и е ч а а й е. Ячейки ПЭУ, вдрвсв которых не уквэвнм в табл. 2, не иснольэувтсм, Команды, отиечвнные а , соответствуют началу нитка, а код адреса А 1-АЗ данной коканды равен коду Р,641.0 65 О О 66 1 О 67 О 1 О 1 1 О ОО О О О