Устройство для двухкоординатного позиционирования

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 107(51)05 В 19 3 Н У И.К.Сталнениснический ОР о ния и блока ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(56) 1. Корытин А,1. и др. Автомат зация типовых технологических процессов и промышленных установок.Киев, Одесса, Вьсшая школа, 1980, с. 316-318, рис. 10,6,2, Авторское свидетельство СССР9 448436, кл, 6 05 В 19/38, 1972 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХКО ДИНАТНОГО НОЗИцИОНИРОВАНИЯ, содер жащее блок ввсда, выходами соединенный с первыми входами блока уп. равления и с первыми входами блокакоррекции, координатные приводы и датчики положения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в него введены компаратор первый коммутатор и операционный усилитель, первый и второй логические блоки, второй и третий коммутаторы, а блок коррекции содержит фазовый дискримина тор и два формирователя периодических сигналов, причем координатные приводы через соответствующие, коммутаторы подключены к первьм вн ходам блока управления, вторые выходы которого соединень 1 с входами второго логического блока, подключенного выходом к вторьм входам второго и третьего коммутаторов, к компаратору и к первому входу первого логического блока, выход которого через первый коммутатор и операционный усилитель соединен с третьими входами второго и треть . его коммутаторов, датчики положеодключены к вторым входамуправления и вторым входам блока коррекции, третий выходблока управления соединен с входомСВРОС первого и второго формирователей блока коррекции.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый формирователь периодических сигналов содержит два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного регистра, преобразователя код-напряжение и модулятора, выходы которых через сумматор и формирователь прямоугольных импульсов подключены к первому выходу формирователя периодических сигналов, вторые выходы с: входных регистров соединены с вторьии выходами данного блока.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ющ е е с я тем, что второй формирователь периодических сигналов состоит из двух каналов, каждый из которых содержит последователь- . но соединенные входной счетчик,преобразователь код-напряжение и модулятор, выходы которых подключены к входам алгебраического сумматора, выходом соединенного через формирователь прямоугольных импульсов с выходом формирователя периодических сигналов.4, Устройство и п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый логический блок содержит три элемента ИЛИ-НЕ, два элемента И-НЕ и элемента И, выход которого соединен с выходом логического блока, первый и второй входы - с выходами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соответственно, первый и второй вхо,ды первого элемента И-НЕ через элементы ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входу логического блока соответственно, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом блока,. а1070512 второй вход через третий элемент ИЛИ-НЕ и компаратор соедиИзобретение относится к автоматическому управлению и может бытьиспользовано в программных системахдвухкоординатногопозиционирования.Известны системы двухкоординатного позиционирования, содержащееблок ввода программы, подключенныйк блоку управления, соединенному скоординатными приводами, и датчикиперемещения по каждой координате, образукщие обратные связи по положению Г 11,Иедостатком данных систем является то, что большие двухкоординатныеперемещения осуществляются но криволинейной траектории из-за чего излишне нагружается предельными динамическими: нагрузками силовая частьпривода той координаты, по которойменьше соотношение заданного перемещения к максимальной скорости,что неоправданно ускоряет износмеханической части системы, попы"шает расход электроэнергии, т,е,привод работает в неоптимальном режиме.Иаиболее близкой к предлагаемойявляется двухкоординатная системапрограммного управления координатными перемещениями, содержащая блокввода, блок коррекции, датчики положения, соединенные с устройствомуправления, и координатные приводы.устройство управления выполнено ввиде общего преобразователя положение-код, входы которого подключены к датчикам положения, а выходк арифметическому устройству, основной вход которого подключен кблоку ввода, а рабочие выходы покаждой координате через последова-. 4 Отельно соединенные регистр, преобразователь код-напряжение подключены к координатнюи приводам. До,полнительный выход соединен с входомсумматора кодов коррекции блока коррекции, Блок коррекции содержит последовательно соединенные сумматоркодов коррекции, преобразователькод-напряжение и сумматоры напряжений по каждой координате. Дополнительные входы сумматоров напряже-ния подключены к источнику опорногонапряжения, а выходы подключены покаждой координате к преобразователямкод-напряжение устройства управле,ния Г 2нен с вторым входом логическогоблока,По,сравнению с аналогом системапозволяет обеспечить оптимальную траекторию перемещения, однако она является сложной в конструктивном исполнении. Кроме того, система неработоснособна при введении минимальной информации, т.е. только координат конечной точки перемещения. Пошаговый режим воспроизведения.прямолинейных перемещений в данной системе требует постоянного поступления инФормации от цифрового управляющего устройства, а скорость позиционирования в значительной степенизависит от быстродействия последнего,Цель изобретения - упрощениеконструкции при одновременном обеспечении работоспособности системыот минимальной вводимой информации.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для двухкоординатного позиционирования, содержащее блок ввода, выходами соединенный с первыми входами блока управления и с первыми входами блокакоррекции, координатные приводы идатчики положения,.введены компаратор, первый коммутатор, операционный усияитель, первый и второй логические блоки, второй и третийкоммутаторы, а блок коррекциисодержит фазовый дискриминатор идва формирователя периодическихсигналов, причем координатные приводы через соответствукщие коммутаторы подключены к первьи выходамблока управленИя, вторые выходыкоторого соединены с входами второго логического блока, подключенного выходом к вторьак входамвторого и третьего коьмутаторов,к коьшаратору и к первому входупервого логического блока, выходкоторого через первый коммутатори операционный усилительсоединенс третьими входами второго и третьего коммутаторов, датчики положенияподключены к вторым входам блокауправления и к втори входам блокакоррекции, третий выход блока управления соединен с входом СБРОСпервого и второго Формирователейперибдических сигналов блока коррекции,Первый Фбрмирователь периодических сигналов содержит два канала,каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного ре,гистра, преобразователя код-напряжение и модулятора, выходы, которых через сумматор и формирователь прямоугольных импульсов подключены к первому. выходу формирователя перио-. дических сигналов, вторые выходы входных регистров соединены с вторыми выходами данного блока.О ФВторой формирователь периодических сигналов состоит иэ двух каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные входной счетчик, прЕобраэователь коднапряжение и модулятор, выходы которых подключены к входам алгебраического сумматора, выходом соединенного через Формирователь прямоугольных импульсов с выходом формирователя периодических сигналов.ПЕрвый логический блок содержит три элемента ИЛИ-НЕ, два элемента И-НЕ и элемент И, выход которого соединен с выходом логического блока, первый и второй входы - с выходами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, соответственно, Первый и второй входы первого элемента И-НЕ через элементы ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входу ло гического блока соответственно, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с первым входом блока, а второй вход - через третий элемент ИЛИ-НЕ и компаратор соединен с 35 вторьы входом логического блока На Фиг. 1 представлена блок-схе-.ма двухкоординатной системы позиционирования; на фиг. 2 - блок-схе. - 40 ма первого Логического блока, на фиг. 3 - график работы системы в режиме двухкоординатного позиционирования.Система содержит блок 1 ввода, 45 блок 2 управления, коммутаторы 3 и 4, координатные приводы 5 и 6, датчики 7 и 8 положения, блок 9 коррекции, состоящий из первого формирователя 10, второго формирователя 11, Фазового дискриминатора 12, первый логический блок 13, второй логический блок 14.Блок ввода может быть выполнен с применением ручных устройств ввода задания клавишного или поворотного типа, например переключателейПИП 102.Блок управления содержит в каждом канале реверсивный счетчик 15, преобразователь код-напряжение 16, эле мент ИЛИ 17 и элемент И 18, входы которого подключены к выходам элементов ИЛИ в каждом канале.Первый формирователь периодических сигналов 10 содержит по каж/ дой координате входной регистр 19,преобразователь код-напряжение 20,модулятор 21, а также сумматор 22и формирователь 23 прямоугольныхимпульсов.Второй Формирователь периодических цигналов 11 содержит по каждойкоординате входной счетчик 24, преобразователь код-напряжение 25, модулятор 26, а также сумматор 27 иформирователь 28 прямоугольныхимпульсов.Выход второго логического блока14 подключен на вход однопорогового компаратора 29,Выход компаратора соединен свходом логического блока 13, а выход через коммутатор 30 - с операционным усилителем 31.Логический блок 13 содержитэлементы ИЛИ-НЕ 32-34, элементыИ НЕ 35 и 36 и элемент И 37.Блок 9 производит коррекциютраектории перемещения. Он Формируетсигнал управления для координатногопривода, выполнякщего меньшее перемещение таким образом, чтобы траектория двухкоординатного перемещениясовпала с прямой, соединякщей начало координат с заданной точкой позиционированияКоммутаторы 3 и 4 предназначеныдля переключения входов соответствукщих координатных приводов .От выхода блока управления 2 к выходуфазового дискриминатора 1 2 черезпервый логический блок 13 в зависимости от соотношения заданных перемещений по каждой координате.Координатные приводы 5 и 6 осуществляют координатные перемещения.Датчики 7 и 8 преобразуюткоординатные перемещения в унитарный код.Первый формирователь 10 вырабатывает прямоугольный периодическийсигнал постоянной амплитуды частотой Ео , фаза которого равна ЧК=югер где Хи У- коорди 1 кнаты заданной точки позиционирования.Формирование сигнала блоком 10происходит следукщим образом,Во входные регистры 19 вводятсявеличины заданных координатньк перемещений в цифровой Форме, которыев преобразователях код-напряжение20 пре =разуются в аналоговый сигнал. В модуляторах 21 эти сигналымодулируются синусоидальньм напряжением. С выходов модуляторов снимаются сигналы:451 и 1 с одногомОДулятОра и Ау С 05 Оэд 1 с ДругОгО мОДулятора. .А и А 2 - амплитуДы пОлученных синусоицальных колебаний,величина которых соответствует заданным координатным перемещениям.Полученные промодулированные напряжения суммируются в сумматоре22. Фаза синусоидального напряжения на выходе сумматора равнаАХ=си-с С - :ссс к, а амплитуА У,да А: А е А 2, где Х, У. - координатызаданйой точки позициониро 1 Ования. Формирователь 23 представляетиз себя усилитель-ограничитель срелейной характеристикой и выполнен в виде операционного усилителя,рхваченного положительной обратной 15связью. С .выхода Формирователя 23снимается напряжение прямоугольнойформы с постоянной амплитуды, фазакоторой равна ЧВ один из разрядов входных регистров 19 вводится информация внаправлении (знаке) заданного координатного перемещения. При этомсоответствующие выходы входных регистров подключены по каждой координате к преобразователям код-напряжение 1 б блока управления и ксоответствующим входам первого логического блока 13.Второй формирователь 11 вырабатывает прямоугольный периодическийсигнал постоянной амплитуды и частоты 1 о, начальная .Фаза которого+ Р 9.-сгс 1 - , где Х У - тетт ткущие координаты перемещаемой точки.фазовый дискриминатор 1 2 предназначен для формирования сигналауправления, Функционально завися Ощего от рассогласования по фазеО =Аз 1 пР-Ю сигналов от первого ивторого Формирователей, соответствующих заданному и фактическому аргументу векторов, 45Первый. логический блок 13,компаратор 29 и коммутатор 30 предназначены для определения знака выходного напряжения Фазового дискриминатора в зависимости от заданныхкоординатных перемещений и от соотношения абсолютных значений самихперемещений.Коммутатор 30 подключает выходфазового дискриминатора 12 от неинвертирующего входа к инвертирующему входу операционного усилителя31 при выполнении логической Функции5 У УУ+5 Х УХ1 . 5 Х,5 У - логические п еременные, равные1 , когда заданы положительные перемещения по ко- ЬОординатным осям Х и У соответственно и равные 0, когда заданыперемещения очрицательные Ух,ЧУлогические переменные, принимающиезначение 1, когда производятся 65 перемещения с максимальной скоростью по координатам Х или У соответственно.Второй логический блок 14 предназначен для управления коммутаторами 3 и 4 в соответствии с рассогласова 1 иями по каждой координате .Функция управления блока 14 заключается в том, что он формирует сигнал управления коммутаторами 3 и 4 согласно закону:-О если ЬХ 1-щаУ(-ЯКоммутаторы, выполненные в виде разнополярных электронных реле, подключают входы координатных приводов к блоку 2 " управления или к выходу первого логического блока 13,В роли коммутатора 30, имеющегодва выхода, может быть использовано электронное реле с переключающим контактом. При этом, когда на управляющем входе коммутатор а н апряжение соответствует логическому0 , то его рабочий вход подключен к первому выходу, а если на управляющем входе напряжение равно логической "1, то рабочий вход подключен к второму выходу.Система работает следующим образомБлок ввода, согласно программе выдает координаты конечной точки перемещения + Х+ Ув цифровой форме, Эти координаты зайоминаются в реверсивных счетчиках блока 2 управления и входньж регистрах первого формирователя 10. Сигналы рассогласования по каждой координате Х, У, выдаваемые устройством 2 управления, поступают на вход второго логического блока, который управляет коммутатора ми 3 и 4 следующим образом: если ЬХ 1-щ 16 У( 161, то выходы коммутаторов подключены к блоку 2 управления, если БАХ - вс 11 Е, то вход координатного привода 5 посредством коммутатора 3 подключен к блоку 2 управления, а вход координатного привода б посредством коммутатора 4 подключается к фазовому дискриминатору 12; если дХ-щ )аус-Е, то вход координатного,привода 5 посредством коммутатора 3 через первый логический блок 13 подключается к выходу фазового дискриминатора 12, а вход координатного привода б посредством коммутатора 4 к блоку 2 управления. Здесь в=УХ (У, ЯХП - максимальная скорость перемещейия по координате Х; Му, - максимальная скорость перемещейия по координате У; Е - зона нечувствительности. Вследствие этого позиционирование по той координате, по которой соотношение заданного пеПо окончании,позиционированияустройство 2 управления выдает сигал на блок 1 ввода о готовностивыполнения новых команд и блокввода выдает сигнал сброса на входные регистры первого и второго фор 25 мирователей.Для нормальной работы системынеобходимо во втором и третьем секторах инвертировать знак выходногосигнала фазового дискриминатора 12.З 0 По сравнению с прототипом предлагаемая система .конструктивно проще, обеспечивает работоспособностьот минимальной вводимой информации .координат заданной точки, позволяет35 избежать пошагового режима отработки перемещений, автоматически обесе печивает максимальное быстродействиедвухкоординатного позиционирования,что достигнуто осуществлением оптимального быстродействия по той ко 40 ординате, по которой соотношениезаданного перемещения к максимальной скорости больше и режима фазового управления по той координате, покоторой соотношение заданного пере 45 мещения к максимальной скоростименьше.По сравнению с базовым обьектоманалогом, в качестве которого принята счетно-импульсная координатная50 система программного управления, при.меняемая в многооперационных станках, введение режима фазового управления выгодно отличает .предлагаемуюсистему тем, что большие двухкоорди 55 ,натные перемещения осуществляются пооптимальной, прямолинейной траектории, соединяющей начало координат сзаданной точкой, что позволяет уменьшить пинамические нагрузки на сило 60 вую часть привода той координаты,покоторой меньше соотношенис заданного перемещения к максимальной скорости, снизить расход электроэнера гии и износ механической части сис.емы. ремещения к максимальной скорости больше, производится оптимально по быстродействию. Перемещение по второй координате происходит в режиме фазового слежения, а управляющим воздействием служит прямоугольный фазомодулированный сигнал, получаемый с выхода первого формирователя. Сигнал обратной связи вырабатывается вторьм формирователем. Ыа выходе фазового дискриминатора получаемый сигнал ОЧ=Аю ю(М-У поступает на вход первого логического блока, определяющего его знак соответственно нужному направлению перемещения. Работа системы при двухкоординатном позиционировании поясняется графиками, где исходное положение системы позиционирования совмещено с началом координат. Максимально допустимые скорости перемещения по координатным осям)( и У образуют прямоугольник АВСЭ, по углам которого проведенные линии АОСи ОВ делят область позиционирования на четыре сектора. В 1 и Е секторах большие двухкоординатные перемещения осуществляются с максимально допустимой скоростью по оси Х, равной+Ч, а ско рость по оси У определяется системой фазового слежения. Во Й и 1 ч секторах большие. двухкоординатные перемещения осуществляются с максимально допустимой скоростью по оси Урав ной 1 Ч, а скорость по оси Х определяется системой фазового слежения. Например, перемещени иэ начала координат в точку Я (1-й сектор) производится с координатными скоростями Ч,(по координате Х) и Ч й(по координате Ч ), обеспетйчивакщими заданное перемещение прямолинейной траектории эа минимальное время, определяемое максимальньм быстродействием по координатеПеремещение из начала координат в точку М (й -й сектор) будет производиться с координатными ско 1 остями ЧЧП 1 (по координате Ч ) и ( (по координатеЧх ) по прямолинейной траектории за минимальное время, определяемое максимальньм быстро действием по координате У . канало; гично будут осуществляться перемещения в 1 и -м и ТЧ -м секторах.Перемещения в точки, лежащие внутри пунктирами ограниченной области, определяемой зоной нечувствительности ф Е второго логического блока 14, осуществляются автономно по обеим координатам с максимальными скоростями каждой из них. Если в момент перемещения ввиду несоответствия координатных скоростей взаиморасположение начал координат, совмещенного с текущими координатами перемещаемой точки и заданной конечной точки изменится так, что конечная точка выйдет иэ зоны нечувствительности, перемещающейся вместе с системой координат, второй логический блок сработает и подключит в режим фазового слежения привод той координаты, по которой соотношение рассогласования к максимальной скорости меньше.10 малые двухкоординатные перемещения, а также позиционирование (точная установка) на заданной точке производятся по обеим координатам автономно, таким образом предлагае мая система не имеет отрицательноговлияния на точность позиционирования.1070512НАКИПИ Заказ 11680/44 Тираж 842 Подписн филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4