Задающее устройство для цифрового следящего привода

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1411 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТ ВТОРСНОМУ С 8 ский физири Горьковерситете ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ(71) Научно-исследователько-технический институт пском государственном унивим. Н.И. Лобачевского(56) Авторское свидетельство СССР У 686018, кл, С 05 В 19/18, 979.Авторское свидетельство ССР Р 1144088, кл. С 05 В 19/18, 1984, (54) ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА(57) Изобретение относится к элеме там систем с цифровым управлением и предназначено для использования при исследовании, настройке и эксп риментальном определении динамических характеристик следящих приводов. Цель изобретения - расширение .функциональных возможностей и уменьшение динамических нагрузок на цифровой следящий привод. Устройство содержит триггер 1, генератор импульсов 2, элемент И 3, первый делительчастоты 4, формирователи импульсовпервой и второй координат 5, 6, второй делитель частоты 7, коммутаторвременных интервалов 8, счетчик импульсов 9, блок памяти 1 О, задатчикначальных условий 11. Устройство имеет более широкие функциональные возможности для осуществления поиска,проведения испытаний и настройки поразличному классу задаваемых траекторий в широком диапазоне скоростейи обеспечивает уменьшение динамических нагрузок на следящий привод засчет изменения координат по гармоническому закону. 9 ил.4709 Выходные сигналы 77397 770" ме КОВ адреса Выхцдные сигналы ПЗУ 2 л/л, 7 02 И Ф 05 О 7 О 0 2 О О ааа0 0 070 7100 3 О 0 770 О 7 0 7 107 О Р 7 7 0 77 00 О 7 7 х О 7 О 0 7 7 0 7 а 007 7 7 РОР 970 О 7 7 О Р О 00 7 О О и 007 аа 77 О Г 7 О 071 О 2 О 7 З О 700 и С 7 б77 а 00 Ооа 78 70 0па 7 017 20102 7 7 7 077 0 О 1 О 10 а 0 а 7 7О О 2771 0 7 71 00 1 7 0 О 000 О О 0 7 0 О 2077 7 20 7 7 О ООО Сост итель А. БондаревТехред Л.Олийнык Коррект илипенко едактор В. Пет Тираж 86 Заказ 3653/43 ВНИШИ Государственного по делам изобретений и1 3035 р ИоскваЖ, Раушс оектн Ужгород, у Производственно.-полаиграфическо прия Вю.ж О ВО 7.У, 27 ВеЯ.Я 4. О 9 О 0 5 О О б О О Подписноемнтета СССткрытийн наб д1411709 х = К(соя Ы + Ы в 3.пЫ),е = К(в 1 к Ы - Ы совЫ),где К - радиус круга эвольвенты,Ы - угол, на который отклоняется радиус-вектор эвольвенты.Шаг спирали эвольвенты Н имеетследующую зависимость; НК2 Т Следовательно,Коммутатор 8 временных интервалов содержит КБ-триггер 17, элементыИ-НЕ 18 и 19, элемент И-ИЛИ 20, элемент И 21, элемент И-НЕ 22, элемент23 задержки, реверсивный счетчик 24,счетчик 25 импульсов, схемы 26 и 27сравнения. Блок 1 О памяти содержитдва блока 28 и 29 памяти.Формирователь 5 импульсов первойкоординаты содержит делитель 30 с переменным коэффициентом деления идва элемента И 31 и 32, формирова".тель 6 импульсов второй координаты -делитель 33 с переменным коэффициентом деления и два элемента И 34и 35.Задатчик 11 начальных условий содержит три группы переключателей36-38,Алгоритм работы задающего устройства следующий. 2 Н Дх = пН сояпдЫ, 452йу = пНвшпп йЫ. (2) 50 йхду Х 1 ф У аЕ.Изобретение относится к элементам систем с цифровым программным управлением и предназначено для испольэо" вания при исследовании, настройке и экспериментальном определении динами"ческих характеристик спедящих приво; дов, а также совместно с устройства ми программного управления антенными и радиотелескопами для автоматическо" го поиска объекта при его отклоненииот программной траектории. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой ства и уменьшение динамических нагрузок на цифровой следящий привод.На фиг. 1 представлена структурная схема задающеГо устройства, на фиг, 2-4 - траектории поиска; реализуемые устройством, на фиг. 5-7схемы реализации устройства, нафиг. 8 - пример программированияблока памяти, на фиг. 9 - временные диаграммы работы коммутатора временных интервалов.Устройство содержит триггер 1,генератор 2, элемент И 3, первый делитель 4 частоты, формирователи 5и 6 импульсов первой и второй координат, второй делитель 7 частоты,коммутатор 8 временных интервалов,счетчик 9 импульсов, блок 10 памяти,задатчик 11 начальных условий, первый вход 12 "Пуск", второй вход 13"Стоп", третий вход 14 "Сброс", выходы 15 и 16 устройства,Параметрическое уравнение,эвольвенты по координатам х и у имеет вид: х = - 1-,(сов а+ с(я 1 пвОН20Ну = - (я 1 по( сасово2 ЯДля работы устройства в унитарномкоде определим значения приращений покоординатам;,в х х (о)До( = -ЯсовЫ,Н21в у у Ж)Лс йь(я 1 п2 М 30Разделим спираль в пределах одногооборота радиуса-вектора на щ равныхчастей с значением угла в секторе 2 идЫ = ш и будем аппроксимировать спи 35 раль в пределах дЫ линейной функцией (точность воспроизведения спирализависит от числа ш), Тогда с(=пЫ,где и = 1,2,3 - целые, положительные числа,Выражения для приращений принимают следующий вид: Скорость движения по координатам определяется из следующих выражений: где де - интервал времени измерений,в течение которого спираль .аппроксимируется прямой линией, причем п=1,2,3(5) Е - частота, поступающая на вход коммутатора временных интервалов. 10 Скорость по координатам максимальна при сояп йМ и я 1 ппАЫ, равных 1. Следовательно,Н 2 ий х макс умскс2(3) Ф 5 Скорость по координатам можно также определить с помощью следующих соотношений:Мсояпдс( ЗБя 1 п Лс(п Т .Т где Ч - число импульсов, поступающих иа вход формирователей импульсов ко 1 25 ординаты за время Т = - с весом Г импульса д и М = - ,ГОтсюда можно получить МдОхмкс макс= Т =(4) где Г - частота генератора, соответствующая частоте импульсов на входеформирователей импульсов координатпри максимальной скорости, Тогда иэвыражений (3) и (4) получим Следовательно, выбрав значение максимально возможной скорости уп 45 равления по формуле (4), можно определить необходимую частоту генератора.Для запуска задающего устройства на вход 12 поступает сигнал "Пуск", при этом триггер .1 устанавливается в состояние, при котором единичный сигнал с выхода триггера разрешает прохождение импульсов с генератора 2 импульсов через элемент И 3 на вход первого делителя 4 частоты.На переключателях задатчика начальных условий набирается двоичный код максимальной скорости движенйя, который поступает на первый делитель частоты, где формируется частота,Ф пропорциональная заданной максимальной скорости движения.Кроме этого, с эадатчика начальных условий на вход второго делителя частоты поступает код, соответствующий величине С выхода второго делителя частоты импульсы, частота Е которых соответствует выражению (5), поступают на коммутатор временных интервалов.Алгоритм работы коммутатора временных интервалов следующий. Согласно выражениям (1) и (2) получим Лх, йу); ах(ду ), д х(ду) и т.д. 2 Р 27дх = Н - созда лу Н - яхпдс( 1 ш 2 1 ш 2 ф 2дх 2 = 2 Н - 2 соя 2 ЛЫ, ду 2 =2 Н ядп 2 М,2 2 И дх= ЗН - сояЗМ, ду = ЗН - япЗМ, 2 2 ц Дх= пН - сояпЫ, йущ пН - яжп 3 сс.Отсюда видно, что для воспроизведения спирали с увеличением номера аппроксимируемого сектора коммутатору временных интервалов необходимо увеличивать длительность участка, аппроксимируемого линейной функцией, на единицу, соответствующую интералу 1/Е (при движении по восходящему участку спирали), Коммутатор временных интервалов осуществляет также контроль выполнения необходимого числа витков спирали ш; 2 ш; Зш , заданного с помощью эадатчика 11 начальных условийПри равенстве числа витков заданному коммутатор уменьшает интервал между импульсами (движение по нисходящему участку спирали) на величину 1/Е до прихода в нулевую точку, Далее весь цикл повторяется.Изменение кода счетчика 9 импульсов сопровождается изменением значений сояп ахи я 1 пплена выходе блока памяти 10. Значения сояп ДЫ и ядпп дЫ с учетом знака поступают на входы формирователей 5 и 6 импульсов первой и второй координат соот 141Ьетственно, которые осуществляют умйожение величины2 ЗпНа значение созп ДЫ и з 1 ппД 4 х и в зависимости от знака разделяют импульсы йа каналы "+" или -". В связи с цик 1 ичностью изменения с озп Д Ы и з п Д Ы ф постоянном запомииающем устройстве ранятся значения соя и зп для угов шДЫ, Практически задающее устойство может обеспечить любой вид раектории. Тип траектории, по котоой производится изменение координат, пределяется блоком памяти и задатчиом 11 начальных условий.При управлении антенным приводомодинаковой диаграммой направленноти по обеим координатам поиск удобо производить по спирали Архимеда фиг,2, пунктиром показано движение о нисходящему участку спирали), При глазной ширине диаграммы направленности следящего привода по координатам необходима эллипсная спираль (фиг.З)шагом Ь по одной и Н по другой кординате. В этом случае в блок 10 амяти по координате, имеющей меньую ширину диаграммы, записываются значения соя или зп,.уменьшенныейа величину - .,Н При необходимости движения по астру (фиг. 4) задается минималь 2щйшаг (-; - ; , 1; 2), автп тп40 МРге ибЫХ 1709 6записывается то количество ко ффцциентов, которое необходимо для движения по всей траектории. При необходимости управления по различног э вида траекториям в блок памяти подается с задающего устройства код, определяющий тип кривой.Установка в исходное состояние10 устройства производится сигналом"Сброс" (вход 14). При этом первый4 и второй 7 делители с переменнымкоэффициентом деления, реверсивныйсчетчик 24 импульсов и счетчик 25 15 импульсов коммутатора временных интервалов, счетчик 9, делители 30 и33 с переменным коэффициенток деления соответственно формирователей5 и 6 импульсов первой и второй ко ординат устанавливаются в нулевоесостояние, Триггер 17 устанавливается в единичное состояние. Задатчик11 начальных условий содержит тригруппы переключателей 36-38, которые 25 во выключенном состоянии формируютнулевой, а при включенном единичный. сигнал. На переключателях 36 устанавливается код, определяющий необходимую максимальную скорость, движения 30 по траектории. Число разрядов кодазависит от необходимого количестваградаций скоростей и соответствуетчислу входов на делителе 4, которыйвыполнен на микросхеме делителя спеременным коэффициентом деления.Частота на выходе делителя, например,для 1 2-разрядного кода определяетсяпо формуле45 50 блок 1 О памяти (ПЗУ) записываютсянеобходимые значения коэффициентов,соответствующих выбранной траекториидвижения. При этом, как видно изфиг. 4, движение производится в основном по одной координате поэтомупри движении по Х записывается максимальный код (логические ) вблок памяти, хранящий соз, при движении по У - в блок памяти, хранящий ап. Для уменьшения перегрузокна следящий привод на участке из -менения направления движения в обечасти блока памяти (по обеим координатам) записываются коды, обеспечивающие плавное изменение координат.В отличие от движения па спиралипри растровом поиске в блок памяти где М = 712 2" +71 э О +,10 29 + + 179 2 +Ч 8 2+Ч 7 2+76 2+1,5 24+ +74 2 +ЧЗ 2 +72 2 +Ч 2 (6)для двухкаскадного включения делителей, где 7, 72,712 - входы деления делителя, на которые поданысигналы логическойДля запуска задающего устройства на вход 12 поступает сигнал "Пуск" При этом на вход элемента И . с триггера 1 поступает сигнал логической1 и разрешает прохождение импульсов с генератора на вход первого делителя 4 частоты. С выхода делителя импульсы, частота которых пропорциональна максимальной скорости движе 141ния, поступают на делители с переменным коэффициентом деления 7, 30, 33.Делитель 7 осуществляет уножениешчастоты на величину М = (по фор 2 РНмуле (6. Значение М поступает сзадатчика начальных условий с переключателей 36. При необходимости задания параметра Н в виде двоичного(десятичного) кода с дискретом 0между переключателями 37 и делителем7 подключается ПЗУ, на вход которогопоступает код Н, а на выходе формируется значение М с заданным дискретом Д, С выхода делителя 7 импульсычастотой Г поступают на коммутатор8 временных интервалов (элементы21 и 22).На фиг. 9 представлены временныедиаграммы напряжения на выходе элементов коммутатора временных интервалов в начале формировайия развертывающейся спирали (участок 1), вовремя конца реверсирования кривойзадания (участок 11) и во время конца формирования свертывающейся спирали и начала формирования развертывающейся спирали в следующем циклеработы устройства (участок 1 П).В исходном состоянии на вход эле"мента И-НЕ 18 поступает сигнал логической "1" с триггера 17. Счетчики24 и 25 установлены в нулевое состояние, поэтому на входы элемента И-ИЛИ20 элемента И 21 и элемента И-НЕ 22)с выхода схемы 27 сравнения чиселтакже поступает сигнал логической1, В связи с этим импульсы с делителя(фиг.6, вход Ъ) через элемент И 21 и элемент И-НЕ 8 поступают на вход 1 реверсивного счетчика24 импульсов, С приходом импульсакод счетчика изменяется на единицу и, следовательно, на выходе схемы 27сравнения чисел устанавливается сигнал логического "О",.который разрешает работу элемента 22, Кроме этого, импульс с элемента И 21 поступает на вход счетчика 9 импульсов (фиг. 7, вход е), увеличивая егокод на "1", и через элемент 23 задержки на сбросовый К-вход счетчика25, подтверждая его нулевое состояние.Следующий импульс с делителя 7 поступает через элемент 22 на счетный вход счетчика 25, изменяя его состоя 1709 8ние на единицу, В связи с равенством кодов счетчиков 24 и 25 (код "1") на выходе схемы 27 сравнения чисел появляется сигнал логической "1", разрешая работу элемента И 21. Поэтому следующий импульс с делителя 7 поступает через элементы Й 21 и И-НЕ 18 на вход "+" реверсивного 101520 25 30 35 40 45 50 55 счетчика 24 и в нем устанавливаетсякод "2", а на выходе схемы сравнениячисел появляется сигнал логического"О", Одновременно с выхода элементаИ 21 импульс поступает на вход счетчика 9, изменяет его код на единицуи через элемент 23 задержки устанавливает счетчик 25 в нулевое состояние. Далее равенство ("1" на выходе схемы 27 сравнения) наступает при кодах "2", "3", "4" и т.д. счетчиков 24 и 25. Следовательно, на вход счетчика 9 импульсов поступают импульсы, интервал между которыми увеличивается с каждым импульсом на величину 1/Г.При достижении кодом счетчика 24 заданной величины числа витков, (для спирали 1 ш, Ъъ, Зш, ) с выхода схемы 26 сравнения чисел на вход К триггера 17 поступает сигнал логической "1" и устанавливает его в нулевое состояние, в результате чего разрешается работа элемента И-НЕ 9. запрещается работа элемента И-НЕ 18 и импульсы с элемента И 21 поступают на вход "-" счетчика 24. При этом интервал между импульсами, поступающими на вход счетчика 9, уменьшается на величину /Г с каждым тактом и движение продолжается по свертывающейся спиралиПри отработке пбследнего шага спирали (счетчик 25 в состоянии "О", счетчик 24 имеет в младшем разряде) с приходом импульса с делителя 7 коды счетчиков становятся равными О, триггер 17 импульсом с элемента 23 задержки через элемент И-ИЛИ 20 устанавливается в состояние "1" и начинается движение по развертывающейся спирали.Счетчик 9 импульсов работает в счетном режиме и имеет число разрядов К, определяемое по формуле 2 =ш.К4Код счетчика поступает в блоки 28 и 29 памяти, на выходе которых формируются значения созпДЫи зппп ЛЫ.В качестве блока памяти (ПЗУ) может применяться одна микросхема, но с9 141 объемом 2 слов (слово имеет число разрядов, соответствующее необходимому значению сов и зп).С блока, памяти значения сов и вп оступают на делители 30 и 33 с переенным коэффициентом деления формироателей первой и второй координат. а выходе делителей формируются веичины2) ах = пН - созпДо,211 дупН зппд,ш 2ш 3 Р 1 21 совп В в(,2 МН ш АРзхпп 30.2 НРазделение импульсов по каналам "+и.-в формирователях импульсов координат осуществляется на элеентах И 31, 32, 34 и 35 с помощью игналов знака с блока памяти.При необходимости получения нерерывно меняющегося кода координат. спирали к выходу формирователей имульсов (элементы И 31, 32, 34 и 35) подключаются реверсивные счетчики, а для сброса кода подключаюти сигнал "Сброс(вход 14 устройства).11 Элемент 23 задержки представляет собой последовательно соединенные ,одновибратор и формирователь одиночного импульса с временем задержки больше длительности тактирующих импульсов с генератора на 100500 мс.Остановка устройства осуществляется подачей сигнала логической "1" на вход 13 "Стоп", При этом запрещается работа элеиента И 3 и прекращается подача импульсов на делитель 4 частоты.Схема задающего устройства выполнена на микросхемах серии 133 (схема сравнения чисел на микросхемах серии 134) Макет испытывался со следующими параметрами. Н=51 Ч кс = = 5% т = 32. В таблице (фиг. 8) истинности для блока памяти при движении по спирали, разделенной на 32 участка, Я 1 - знак направления двии ию жения по координатам (при знакелогическая "1"), (3, Я 4 Я 8значения коэффициентов деления для . делителей 30 и 33 с переменным коэффи 10 1709 35 10 15 20 25 30 40 45 50 55 циентом деления (приведенные данные совпМ, вдппДЫ), определяемые согласно формуле (б). Минимальный параметр Н составил 27. Для уменьшения минимальной величины Н необходимо уменьшать число тп,Таким образом, в устройстве обес- .печивается ввод допустимой максимальной скорости объекта и расширенныйкласс задаваемых траекторий. Этопозволяет применять устройство дляуправления следящими приводами сразличной формой диаграммы направленности и максимально допустимыми рабочими скоростями и использоватьустройство для испытаний в широкомдиапазоне скоростей, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.Кроме этого, наличие плавноговозврата по свертавающейся спирали,изменение скорости по законам синуса и косинуса и уменьшение скачковскоростей при смене линейно аппроксимируемого участка спирали позволяют осуществлять непрерывный поиски экспериментальные исследованияследящего привода без непроизводительных затрат времени на возвратв исходную точку и существенно снижает динамические нагрузки на следящий привод,Формула изобретения Задающее устройство для цифрового следящего привода, содержащее генератор импульсов, задатчик начальных условий, триггер, установочный, и сбросовый входы которого соответственно соединены с первым и вторым входами задающего устройства, счетчик импульсов, первый вход которого соединен с третьим входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения динамических нагрузок на цифровой следящий привод, в устройство введены блок памяти, коммутатор временных интервалов, формирователи импульсов первой и второй координат, первый и второй делители частоты и элемент И, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами триггера и генератора импульсов, а выход соединен с первым входом первого делителя частоты, выход кото12 1411 709 аю 9ФЛГ ФФч,рого соединен с первыми входами формирователей импульсов первой и второй координат и первым входом второго делителя частоты, выход второгоделителя частоты соединен с первымвходом коммутатора временных интервалов, выход которого соединен с вторым входом счетчика импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти, первый и второй выходыкоторого соответственно соединены свторыми входами формирователе импульсов первой и второй координат,выходы которых соответственно подключены к первому и второму выходамзадающего устройства, первый, второйи третий выходы задатчика начальныхусловий соответственно соединеныс вторыми входами первого и второгоделителей частоты и коммутаторавременных интервалов, третьи входы первого и второго делителей 1 О частоты, коммутатора временныхинтервалов, формирователей импульсов первой и второй координатсоединены между собой и с третьим входом задающего устройст ва,Э