Устройство для задания скорости в системах числового программного управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 11 4 б 05 В 19/8(1,)тт 11 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДА НИЯ СКОРОСТИ В СИСТЕМАХ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение может быть использованов составе управляющих устройств станковс ЧПУ, скоростных координатографов и в аппаратуре ускоренного преобразования и контроля управляющих программ. Цель изобретения - повышение быстродействия, рас,ЯО 1381430 А 1 ширение области применения. Устройство задания скорости в системах ЧПУ содержит последовательно соединенные регистр ускорения 1, умножитель 2, сумматор-накопитель 3, умножитель 4, блок элементов И 5, сумматор-накопитель 7, блок сравнения кодов 8, а также регистр скорости 9, блоки элементов И 6 и 10, таймер 11 и блок управления 12. Устройство позволяет изменять скорость по линейному, экспоненциальному и квадратичному законам путем изменения шага интерполяции и ускорения, отнесенных к постоянному временному интервалу, задаваемому от таймера. Величина шага может изменяться в широких пределах. Возможно также изменение частоты дискретизации (или времени цикла) в широких пределах. Устройство обеспечивает большой диапазон регулирования скорости подачи, высокое быстродействие по выходному параметру при относительно низких требованиях к быстродействию элементов устройства. 1 з, п. ф-лы, 3 ил.а= -Ч - 4 Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управления (ЧПУ),Цель изобретения - расширение области применения устройства и повышение быстродействия.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - схемы таймера и блока управления.Устройство содержит регистр 1 ускорения, первый умножитель 2, первый сумматор-накопитель 3, второй умножитель 4, первый 5 и второй 6 блоки элементов И, второй сумматор-накопитель 7, блок 8 сравнения кодов, регистр 9 скорости, третий блок 10 элементов И, таймер 11 и блок 12 управления. Линиями 13 и 14 таймер 11 связан с блоком 12 управления, линиями 5 - 20 блок 12 управления соединен с вторыми входами блоков 2, 3, 4, 7, 5, и 6, соответственно. По линии4 таймер 11 связан также с вторым входом третьего блока элементов И 1 О, Линией 21 блок сравнения кодов соединен с первым входом блока 2 управления.Таймер 11 содержит генератор 22 импульсов, делитель 23 частоты, блок 24 элементов И и регистр 25 временного инвервала т. Схема таймера построена по принципу делителя с переменным коэффициентом деления.Блок 12 управления содержит делитель 26, КЬ-триггер 27, элемент И 28 на три входа, К 5-триггеры 29 - 32, элемент ИЛИ 33, счетчик 34 импульсов и дешифратор 35, Ь-входы триггеров 29 - 32 соединены с блоком программы (не показан) и служат для установки закона изменения скорости и режима работы устройства.Такое построение устройства позволяет изменить шаг интерполяции по выбранному закону от некоторого начального значения Н до конечного Н через равные интервалы времени т. Таким образом, в отличие от известных устройств, где шаг интерполяции принят постоянным, а изменяется частота выдачи шагов, в данном устройстве изменение скорости осуществляется за счет изменения шага интерполяции при неизменной частоте выдачи шагов.Устройство работает в трех режимах: постоянной скорости, разгона и торможения. Разгон и торможение могут осуществляться по линейному, квадратичному или экспоненциальному законам.При изменении скорости вычисление очередных значений скорости и ускорения производится с интервалом т, задаваемым от таймера по следующим соотношениям:- при экспоненциальном законеН (1, ) = Н ( 1,) + а (1;) т;а (1,) =а (1,) - ата (1; );- при квадратичном законеН(1,) = Н(1;) +та (1,);а (1,) = а (1;) - Са; 10 15 20 25 30 35 40 45 50- при линейном законеН(1,) = Н(1, ) ат, а=сопэ 1, где Н(1,), Н(1;-) - значения шага интерполяции в текущем и предыдущем циклах соответственно;а(1,), а(1, ) - значения ускорения;а - величина, обратная постоянной времени разгона-торможения при экспоненциальном законе Са - константа изменения ускорения при квадратичсном законе Са = ---- ;Д2, - Ч)а. - величина начального ускорения;Ч, Чо - конечное и начальноезначения скорости подачи соответственно.Устройство работает следующим образом.В режим постоянной скорости триггеры 29 - 32 блока 12 управления сброшены, элемент И 28 закрыт, счетчик 34 импульсов не работает, В сумматоре-накопителе 7 сохраняется величина шага, достигнутого в конце последнего по порядку процесса изменения скорости. Эта величина с каждым импульсом таймера по выходу 14 считывается через элементы И блока 10 и передается на выход устройства, По этому же выходу устанавливается триггер 27 блока 12, но элемент И 28 остается закрытым по третьему входу, соединенному с выходом элемента ИЛИ 33. Таким образом, шаг интерполяции остается постоянным и передается на выход устройства в каждом цикле, определяемом уставкой таймера.При изменении скорости по экспоненциальному закону триггеры 29 и 30 блока 12 управления сброшены. В зависимости от режима - разгон или торможение - устанавливается триггер 32 или 31. От блока программы в регистр 1 ускорения вводится величина начального ускорения ао, в регистр умножителя 2 - величина ат, в регистр сумматора-накопителя 3 - величина а., в регистр умножителя 4 - величина т, в регистр 9 скорости - величина шага Н, соответствующая конечному значению скорости 7 после разгона или торможения.Цикл определения очередного значения шага Н(1;) начинается с момента появления сигнала таймера 11 на яинии 14. Этот сигнал устанавливает триггер 27 блока 12, элемент И 28 открывается по второму входу (по третьему входу он открыт сигналом с выхода элемента ИЛИ 33) и через него начинают поступать импульсы с выхода делителя 26 (делитель 26 служит для согласования быстродействия элементов блока уп 138430Формула изобретения 45 50 55 равления с частотой генератора 22). Эти импульсы поступают на счетчик 34 импульсов, имеющий коэффициент пересчета 4, Счетчик 34 импульсов соединен с дешифратором 35, выходы которого управляют операциями в блоках 1 - 4 и 7. С приходом первого импульса на счетчик 34 сигнал с выхода 15 по второму входу умножителя 2 разрешает выполнить операцию умножения величины а. на величину ат. Полученное значение аоат сохраняется в регистре умножителя 2. С приходом второго импульса на счетчик 34 импульсов сигнал с выхода 16 разрешает по второму входу выполнение операции а)=ао - аоат в сумматоре-накопителе 3, т. е. из содержимого блока 3 вычитается содержимое блока 2. С приходом третьего импульса на счетчик 34 сигнал с выхода 17 по второму входу умножителя 4 разрешает выполнение операции а(1,)т, т, е. содержимое блока 3 умножается на множитель т. По этому сигналу содержимое блока 3 переписывается в регистр . С приходом четвертого импульса в зависимости от режима - разгон или торможение - прямой (при разгоне) или дополнительный (при торможении) код содержимого выходного регистра умножителя 4 через блок 6 (при разгоне) или 5 (при торможении) по сигналу на линии 18 складывается с содержимым сумматора-накопителя 7, где устанавливается новое значение шага интерполяции Н(1,), соответствующее текущему циклу. С приходом четвертого импульса появляется сигнал переполнения на выходе +Р счетчика 34. Этот сигнал сбрасывает триггер 27 и закрывает элемент И 28 до появления очередного импульса с выхода 14 таймера. В следующем цикле в блоке 2 определяется значение а)ат, в блоке 3 - а(р)=-а(1) -- аг)ат (это значение устанавливается в регистре 1), в блоке 4 - а т, в блоке 7 - Н(г) = Н(1) -а(г) т и т. д. Полученное значение Н(1,) сравнивается в блоке 8 со значением Н, подаваемым из регистра 9,скорости. В момент равенства содержимого блоков 7 и 9 блок 8 вырабатывает сигнал, который по линии 21 поступает на К-входы триггеров 31 и 32 блока 12. Триггеры сбрасываются, закрывается через элемент ИЛИ 33 элемент И 28, изменение ускорения и скорости прекращается. Дальнейшая работа устройства происходит с неизмененным шагом Н, зафиксированным в регистре блока 7.В режиме квадратичного изменения скорости устанавливается триггер 29 блока 12 управления, в качестве множителя в блок 2 вводится константа Са, остальные уставки - как в предыдущем случае. Триггер 29 вводит 1 в разряд Р счетчика 34 импульсов, поэтому коэффициент пересчета его становится равным 3, а первый выходной сигнал возникает на линии 16. Вследствие этого операция умножения в блоке 2 не выполняется, а содержимое этого блока (С - в данном 5 10 15 20 25 30 35 40 случае) передается в сумматор-накопитель 3, где по сигналу на линии 6 вычитается из его содержимого, образуя значение а(1,= =а(1, ) - Са. Эта величина переписывается в регистр 1 по сигналу линии7 и умножается на величину т в умножителе 4. Остальные операции остаются такими же, как и при экс поненциальном изменении скорости.В режиме линейного изменения скорости устанавливается триггер 30 блока 12 управления, в разряд Р счетчика 34 вводится единица, поэтому первый сигнал с дешифратора 35 появляется на линии 17, а коэффициент пересчета счетчика 34 импульсов становится равным 2. Операции умножения в блоке 2 и суммирования в блоке 3 не выполняются. Выполняются лишь две операции: умножение содержимого блока 3 (в данном случае величины а, - ускорения) на множитель т (блок 4) и вычисление очередного значения Н(1;) = Н)+.а.т (блок 7). Прекращение изменения скорости - как и в предыдущих режимах.В предлагаемом устройстве возможен широкий диапазон регулирования скорости подачи путем задания шага Н от долей дискрета до сотен и тысяч дискретов. Для реализации устройства не требуется высокого быстродействия элементов. Изменяя уставку таймера, можно обеспечить требуемую частоту дискретизации в системе ЧПУ в большом диапазоне (от десятков до тысяч герц), Верхняя частота дискретизации определяется быстродействием умножителей 2 и 4 и сумматоров-накопителей 3 и 7. Даже при диапазоне регулирования скорости подачи Р= =30000 (15 двоичных разрядов для регистра скорости) и использовании ТТЛ-схем в пределах 100 мкс можно вьшолнить все операции по определению нового значения Н. Это значит, что в устройстве можно получить частоту дискретизации до 10 кГц. Если при этом из 15 разрядов для шага Н пять вы. пелены для дробной части и О для целой, то эквивалентная выходная частота устройства составляет 10 мГц, что даже при дискретности системы ЧПУ 0,1 мкм обеспечивает скорость подачи 60 м/чин. 1. Устройство для задания скорости в системах числового программного управления, содержащее регистр скорости, выходы которого подключены к первым входам блока сравнения кодов, первый блок элементов И, регистр ускорения и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения, в него введены первый и второй умножители, первый и второй сум. маторы-накопители, таймер, второй и третий блоки элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого сумматора-накопителя, выходы1381430 Составитель Р. ШРедактор г 1. Пчолинская Техред И ВересЗаказ 841,41 Тираж 866ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дел113035, Москва, Ж 35, РаушскаяПроизводственно-полиграфическое предприятие. г Корректор И. ЭрдеииПодписноем изобретений и открытийнаб., д. 4/5Ужгород, ул. Проектная, 4 которого подключены к вторым входам блока сравнения кодов и первым входам первого блока элементов И, выходы которого являются выходами устройства, а второй вход подключен к первому выходу таймера и первому входу блока управления, второй вход которого соединен с вторым выходом таймера, первый выход - с первым входом первого умножителя, второй выход - с первым входом второго сумматора-накопителя, третий выход блока управления подключен к первому входу регистра ускорения и к первому входу второго умножителя, четвертый выход - к второму входу первого сумматора-накопителя, пятый и шестой выходы - к первым входам второго и третьего блоков элементов И соответственно, соединенных вторыми входами с выходами второго умножителя, выход блока сравнения кодов подключен к третьему входу блока управления, выход регистра ускорения подключен к второму входу первого умно- жителя, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора-накопителя, выход которого соединен с вторым входом второго умножителя и вторым входом регистра ускорения. 52. Устройство по и. 1, отличающееся тем1 1что блок управления содержит последовательно соединенные делитель, элемент И, двухразрядный счетчик импульсов и дешифратор, а также пять КЬ-триггеров и элемент ИЛИ, причем выход первого триггера соеди нен с вторым входом элемента И, выход второго триггера соединен с входом записи первого разряда счетчика, выход третьего триггера соединен с входом записи второго разряда счетчика, выходы четвертого и пятого триггеров соединены с входами элемента 15 ИЛИ, выход которого соединен с третьимвходом элемента И, выход переполнения счетчика соединен с входом разрешения записи счетчика и К-входом первого триггера, входы остальных триггеров и делителя являются входами блока, выходы четвертого и пятого триггеров, а также дешифратора являются выходами блока.