Цифровая система управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 122972 19) 1) 4 (з 05 В 11/26 СССР КРЫТИ ИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТд ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ениеель иия и хническии инсти. В. Фурман,Кукареко дости срав пер ль,)ьство СССР1/14, 1981.ство СССР 15/02, 1983. т ло ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(57) И зоб ретравления. Цбыстродействменения -содержащуючик скоростиния, двигатевторой сумматиплексора и АЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕ тся к системам упния - повышение рения области притем, что в систему, ее устройство, датматор, блок усилескорости, введены ножения, два мульблок. 3 ил. относизобретерасшиаетсянивающый суматчиклок умческийИзобретение относится к автоматическому регулированию и может быть применено для управления электромеханическими исполнительными механизмами с неопределенными параметрами, например в промышленных роботах и манипуляторах, в станках с числовым программным управлением и др.Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение области применения системы.На фиг. 1 приведена блок-схема цифро- О вой системы управления; на фиг. 2 - траектории движения системы на фазовой плоскости; на фиг. 3 временные диаграммы работы логического блока.Система содержит сравнивающее устройство 1, первый сумматор 2, блок 3 усиления, 5 двигатель 4, датчик 5 перемещения, датчик 6 скорости, второй сумматор 7, блок 8 умножения, первый 9 и второй 10 мультиплексоры, логический блок 11.Сравнивающее устройство 1 формирует20 с,;гнал ошибки в дополнительном коде хц построено на базе реверсивного счетчика. В зависимости от направления вращения импульсы от датчика 5 перемещения поступаот на суммирующий либо вычитаю щии входы счетчика. По сигналу Пуск, приходящему на третий вход сравниваюгцего устройства 1, в реверсивцый счетчик записывается значение кода задания х л., поданного на второй вход сравнивающего устройства 1. В качестве датчика 5 перемещения 30 используется фотоэлектрический датчик ицкрементального типа, имеющий две выходные шины. При этом он формирует в зависимости от направления вращения последовательность импульсов на одной из шиц, ца второй шине будет высокий уровень. На выходе даг- З 5 чика скорости формируется дополнительный код сигнала гх д, где величина коэффи.ццснта г зависит от сигнала на втором входе датчика скорости. Датчик 6 скорос 1 и раОотаст по принципу подсчета числа цмцуль 40 сов от датчика 5 перемещения за интервал времени, величина которого определяется уровнем сигнала ца втором входе датчика 6 скорости. Если на второй вход датчика 6 скорости подан уровень логической , тс Обеспечивается равенство г== с, и ца выходе л;и гика 6 скорости присутствует сигнал сх 11, если подан уровень логического О, то г= х, и на выходе датчика 6 скорости бу.дет сигнал ихоп.Второй сумматор 7 позволяет получать дополнительный код разности или суммы 50 ко;и -,и кода гх, подаваемого на первый вход сумматора 7. Если на второй вход подан уровень логической 1 х, (О), производится операция суммирования. Если ца второй вход второго сумматора 7 подан уровень логического 0 хз)0), то из кода- -3.и вычитается код, подаваемый на первый вход второго сумматора 7. Блок 8 умножения выполняет операцию умножения кода задания хз , на код, подаваемый на первый вход. На первый выход блока 8 умножения подается результат произведения, а на второй выход - знак величины хз 1 оп, т. е. уровень 0, если Хз)0 и уровень 1, если х(О.Если на третий вход мультиплексора 9 подан уровень логической 1, то на выход мультиплексора 9 пройдет сигнал с первого входа, если подан уровень 0, то на выход пройдет сигнал со второго входа первого мультиплексора 9.Первый сумматор 2 позволяет получить сумму двух чисел, представленных в параллельном дополнительном коде.Второй мультиплексор 10 осуществляет коммутацию входов 1, 5, 6 в зависимости от состояния сигналов Яь Я 2, Яз на входах 2, 3, 4. Если Я 2=1, к выходу второго мультиплексора 10 подключен первый вход, если Ф Я 1 Яз+ЯЯа) = 1, то подключен шестой Вход, если О 2 (Я 1 ЯЗ + Я 1 ЯЗ) =: 1, то подключен пятый вход.Логический блок 11 управляет работой датчика 6 скорости, первого мультиплексора 9, второго мультиплексора 10, т. е. определяет режим работы системы в целом.Блок 3 усиления осуществляет операцию преобразования сигнала управления, представленного в дополнительном коде 11 дои в длительность импульса с последующим усилением. В качестве усилителя мощности используется мостовая схема реверсивного усилителя мощности, в диагональ которого включен двигатель 4. Направление вращения двигателя определяется знаковым разрядом кода )на выходе второго мультиплексора 10.Система работает следующим образом.Входными сигналами являются сигнал задания х, и сигнал Пуск, формируемые функциональными элементами системы управления верхнего уровня.Фазовая траектория системы при отраОотке задания х.л состоит из участков разгона, торможения и линейного участка,При включении напряжения питанияустанавливается нулевой код ошибки на выходе сравнивающего устройства 1 и нулевой код скорости ца выходе датчика 6 скорости.Логический блок 11 при этом переходит в исходное состояние Я 1= 1, С)= 1), что соответствует работе системы в линейном режиме и фиксации рабочего органа в исходном положении.Рассмотрим случай, когда входное задание х: отрицательно знаковый разряд 1), фазовые траектории системы изображены на фиг. 2. Началу отработки задания момент 1) соответствует подача кода задания хз дна второй вход сравнивающего устройства 1.При поступлении сигнала Пуск код хз арзаписывается в реверсивном счетчике сравнивающего устройства 1, после чего сигнал(1 х 1= - Тп (1 + Х,А) ха) Ошибки хп акоп с выхода сравнивающего устройства 1 записывается в регистр блока 8 ум ножен и я.По заднему фронту импульса Пуск логический блок 11 переходит из состояния Я=1, Я = 1 в состояние Я= - О, Я=0. Низкому уровню на первом выходе логического блока 11 соответствует сигнал ахп на выходе датчика 6 скорости. Второй сумматор 7 производит операцию суммирования ах -- рпоп.В блоке 8 умножения это выраже- О ние умножается на величину Х: и, и результат произведения Ъ= хп(ах - р)п . подается на второй вход первого мультиплексора 9. Низкий уровень логического 0 на третьем входе первого мультиплексора подключает на его выход сигнал Ъ с второго входа, который в дальнейшем суммируется с сигналом х и. в первом сумматоре 2. Таким образом сигнал на выходе сумматора 2 равен Х+Ч попНа первом интервале управления при 20 хо( 0 входные сигналы второго мультиплексора 10 равны Я 1=0, О.=О, Од=1, что соответствует подключению на его выход кода управления +1,ппоп., Этот сигнал поступает на вход блока 3 усиления, где преобразуется в длительность импульса и усиливается на усилителе мощности, построенном по мостовой схеме, знаковый разряд КОДа +1,п поп ОДнозначно ОПРЕДЕЛЯЕТ правление вращения двигателя.Таким образом осуществляется макси 30 мальный разгон двигателя, а длительность интервала разгона 1 - 1 о) при фиксированном значении х зависит от величины электромеханической постоянной времени двигателя. Пренебрегая электромагнитными переходными процессами в двигателе, его динамику описывают в безразмерных координатах дифференциальным уравнением х(1) Тэ +х(1) =(.), /1/(1,где электромеханическая постоянная времени ТТ"., Т с принимает произвольное значение из заданного интервала и остается неизменной в процессе одного перемещения.Для заданного начального условия хп и произвольной величины электромеханической постоянной времени Т уравнения фазовых 45 траекторий системы на интервалах (О, 1) и (ь (2) имеют вид где х =- х, х 2= х, .)=+ на первом интервале, )= - 1 на втором интервале (при хп(0). Учитывая, что система позиционная, т. с. х (р)=хо, хо(и) = О, хо(1 о) = О. х 1(о) =О, вычислив соответствующие интегралы и записав отношение левых ц правых частей приведенных выражений, получим уравнение оптимальной лицин переключения в виде х (1) =хп( - х+ 1 п 1+х ) /(1 п 1 - х+ +Ь/1+х/) =хз /(х, которой на фиг. 2 соответствует кривая (В.Таким образом, в предлагаемой системе обеспечиваются оптимальные по быстродействию переходные процессы при переходе из состояния х(1) =хз, х(10)=0 в состояние х(2) =О, х(о=О для произвольных значений Т, если переключение управляющего воздействия происходит на кривой сВ Аппроксимируем линию переключения КВ для заданного х. прямой СВ, уравнение которой имеет видх (11) - / хз/ (ах (1) + р вдпх. ) =0илих (1) +х+-ах (1) вдпхп - р) = О,где а и р - постоянные коэффициенты, которые задают положение прямой СВ, аппроксимируюшей оптимальную линию переключения 1(В (а) О, р) 0) . Координаты точек С и В определим из условия пересечения фазовыми траекториями разгона при граничных значениях Т линии переключения КВ, Эффективность такой аппроксимации обусловлена ограниченным диапазоном изменения электромеханической постоянной времени (обычнО Топ.с/Т-п. 1,3) ), для Которого оптимальная линия переключения достаточно точно аппроксимируется прямой.Таким образом в момент времени 11, когда функция переключения на выходе первого 2 сумматора(г,(х,х,х. ) = х+ х. (ах - р), х. (О изменит знак, то логический блок 11 перейдет в новое состояние 0=1, Яо=О, что соответствует подключению на выход второго 1 О мультиплексора его пятого входа. В результате сигнал Ь (1) изменит знак на противоположный, обеспечивая динамическое торможение двигателя 4 на интервале ь (о). Некоторое время т логический блок 11 после момента ( не реагирует на изменение состояния второго входа. Величина т определяется инерционностью датчика 6 скорости и исключает ложные переключения логического блока 11. Высокому уровню на первом выходе логического блока 11 соответствует сигнал схп на выходе датчика 6 скорости, который подается на первый вход мультиплексора 9. Так как с первого выхода логического блока 11 на третий вход первого мультиплексора 9 подается уровень логической. 1, то код сигнала схпо . с первого входа первого мультиплексора,9 подается на второй вход сумматора 2. Сигнал на выходе сумматора 2 равен х+сх и . В момент вре-г мсци 1, когда функция 3 р (х,х) = х+сх на выходе первого сумматора 2 поменяет знак (прямая Мх фиг. 2), измснится и уровень знакового разряда цы выходе второго мультиплексоры 10, которь:й подается на втори Вход логического блока 11.,1 Ггический блкВОЗВращатея В ИСХОдНОС СОСтОяНИЕ Ех)1= - 1, Ес )=с 1)ы рстьсм ицтсре)а 1 е и ры ВГ 1 сц 1.1 Входные сигналы второго 3 ульт 31 плексора)1 ( равны Я=1, Я=1, ЯВ=1. Это соответствмет подключению на его выход кода сигцала О х+сх лц с Есрвого е)хода. 1 ы измсненис состояция сигнала ца втором входе логич- ский блок 1 реагирует только при появлении уровня логического О ца его Вгором Выходце (Я=0), поэтому в да,1 ьнейп 1 ем система раоотает как линейная под дсйс-, вием ИГцылОе СкоростноЙ и позициоццои Обрагной связи. 11 с 3 личис линейного интервала ПРс)ВГСЦЦЯ ПОЗВ 0.1 ЯЕт КОМПСЦСИРОВЫЬ ВЛИ. янис малых неучтенных В модели пырамеггроЬ и ООССПЕ 1 И 13 с)С, Тс 1 КИ М бр ЫЗОМ, ГруООСТЬ С 31 ТХЕЫ.При .х )О раооты с;1 темы аналогичныГй ли 1 пь разницей, что н 1)тором суммытр 7 производ)тся ирация вычитания с ПОЛуЧСПИЕМ КОда разцОС)13 ( ) ах с, Ы ца1 г 25 с 1) ВЕРтОХ ВХО,ЕЕ ВТОРОГО МУЛЬГИЦЛЕКСОРЫ 1 п 53 Вит 5 урОВ 1 ць 3)з= - 6, то Рзмециг посл.- доватсльцОсть ПОдкгпочсни 5 кодов 1+1, ,. , п и 1 - ) ок 13 ыхО;ем вторГО 3 ъл 1 типлсксори 10.В предлагаемой системе обеспечивается ицвыриын Гцос)ь 13 роц 1 с.в В 1 Стех)с311 НИ 0 )1 КР)ХХс 1113 СКОИ т 1 СТ 05111 И ВремНи, по достигасгся за счет рсылцзы- Ц И И, ПЦ С И Ц 0 И ) М Ц К 1 И Ц П С Р С КЛ О Ц. Ц И Я, 3 с 1 В и 51- ЦСИ ОТ Цс 1 Чс 3 Л 1 Н 010 С ОЯНИ 51 СИСТСХ Ы.1 р и м 1 ц е ц и с ц р с,1, 1 )к с н ц 0 Й п Оз и ц и 0 ц ц 0 и системы особенно эфрсктивцо прп упрыло-ции элсктроприводами промышленных роботов, заняты на операциях подачи и сцяТИ 5 ЗВГОТОВОК, ОПС)а ЦИЯХ ЦГ)ГР, ЗКИ, )с)3 РХ 3- ки и;ер. )Лктромеханичес)ее)я постоянная Врем.ни этих црРВО;30 В изменястся В,3,1)а, Гри 31) разы за счет цз 3 епспия црстрацствсццог Рс 1 СЦОЛОЖСЦИ 51 ПОС,1 СДЪ ЮЩИХ ЗВЕНЬЕВ КИЦСМс)- т 11 ской цепи роо)Гы и .массы -рузы В схвыЕс.,(Л 51 данноо диапазоны измецеЕия Г,(Т 1/ Тпп (; потери быстродейстВия в предлагаемой Г;озиционной системе за счетн :1 рицятой ашрксимыцци оптимальнои ли. цип псрсключе 1 шя нс црсвышактг 1,) 1 ифровая система хправлНЕ 51, содержа 1 цая сравниваю.цее устройство, датчик скорости, первый сумматор, а также последовательно соединенные блок усиления и двигатель, связанный с датчиком перемещения, Выход которого подключен к первым входам сравнивающего устройства и датчика ско. рости, второй и третий входы сравнивающего устройства подключены к соответствующим Входам системы, а выход к перВому входу первого сумматора, Ог,3 ичаеоща,сВл тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения системы в нее введены второй сумматор, блок ум 1 Ожсция, первый и второй мульти 13 лексоры, логический блок, причем выход датчика скорости подключен к первому входу первого мультиплексора и через последователщк) соединеццые второй сумматор и блок умножения . - к второму входу первого мультиплексора, выход которого сое.Еине ч с вторн х входом первого сум м атора, третий Вход сравниваюпего устройства соединен с втрым входом блока умножения и первым входом логического блока, выход 1 срВОГО ся) матора через псрВыЙ ВхОд ВТОРОГО МУЛЬТ 3 Ц 1 СКСОРс 1 ЦОДКЛ 10 ЧСЦ К ВХОДУ блока усиления, а его знаковый разрядк вт 1 рому входу логического блока, первыи Выход колгорого сосди)1 ец с вторыми входами ДЫ 13 Кс) СКОРС Г И И ВТОРО 0 М уЛ ЬТИ П.ЕКСО. ра и третьим входом первого )ультиплексора, а второй выход - с трсгьим входом 13)х)рого х)ультиплсксора, второй выход блока у;Ецожеция подключен к второму входу второго сумматора и четвертому входу второго му.)ьтиплексоры, третий Вход блока умножения сосдинец с ВыхОдОм срае)ние)ык)щеГО утройства, пятый и;истой входы второго муль 1 иплск 1 ора, а также третий )зход второ- ГСУММсг 3 тО;)Ы ПО,ЕКЛК)ЧЕЦЫ К СООтВЕтСтВУК)- 13;31)1 КОВЬ 1) 31 И ца,м.1229724 юг. 3 ман 1130илиал Редактор С. ПатЗаказ 222847ВН Составитель Ф. ушева Текред И. Верес Тираж 836 ИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 5, Москва, Ж - 35, Рву шска ППП Патент, г. Ужгород, Корректор Т. КолбПодписноеитета СССРткрытийя на 6., д. 4/5ул. Проектная, 4