Устройство для программного управления

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК А 119) 4 6 05 В 19 БРЕТЕНИс У ТЕЛ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 0 ПИСНИ К АВТОРСКОМУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматическому управлению производственными процессами и может быть применено в цифровых системах автоматического управления позиционированием различных перемещающихся объектов и позволяет расширить функциональные возможности путем обеспечения формирования двуполярного напряжения управления и использования двоичнодесятичных кодов. При нахождении фрезы в точке позиционирования сумма прямого кода на выходе блока 1 и дополнительного на выходе датчика 12 равна О и соответственно нулевые коды на выходах сумматора 2 и преобразователя 3 код-код и О на выходах элементов 4 ИЛИ и 5 ИЛИ. При этом ключи 18 закрыты, напряжение на выходе операционного усилителя (ОУ) 20 определяется суммарным сопротивлением резисторов 19. При О на входе 9 с коммутатора 9 транзисторы 27 и 29 открыты, а 28 и 30 закрыты, т. е. резистор 36 подключен к общей шине. Поскольку сопротивления резисторов 33 - 36 равны, то напряжение на выходе коммутатора 9 равно О, т. е. двигатель 1 обесточен. При изменении кода на выходе блока 1 на выходе сумматора 2 формируется код рассогласования. При рассогласовании, большем участка торможения, с элемента ИЛИ 4 на вход преобразователя 3 код-код поступает 1, которой включается ключ 18, что приводит к мгновенному изменению тока на выходе ЦАП (на входе ОУ 20). При достижении участка торможения на выходе элемента ИЛИ 4 устанавливается О и на выходе преобразователя код-код устанавливается код, поданный на его вход при Р= 1, или его дополнение при Р= О. На выходе преобразователя 6 коднапряжение формируется линейно спадающее напряжение, что приводит к торможению двигателя с постоянным ускорением. При достижении точки позиционирования на выходе сумматора 2 устанавливается нулевой код, а на выходе коммутатора 9 - нулевое напряжение. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к автоматическому управлению производственными процессами и может быть применено в цифровыхсистемах автоматического управления позиционированием различных перемещающихсяобъектов,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, обеспечиваемоеформированием двуполярного напряженияуправления двигателем с установкой нулевого напряжения при достижении точки позиционирования, регулировкой максимальной скорости перемещения и возможностьюсхемной реализации для работы как с двоичным, так и двоично-десятичными кодами иупрощение рез исти в ной матрицы преобразователя код-аналог.На фиг. 1 представлена схема устройства для программного управления; на фиг. 2 схема преобразователя код-аналог; нафиг. 3 - схема аналогового коммутатора.Устройство содержит блок 1 задания 2 опрограммы, сумматор 2, преобразователь 3код-код, первый 4 и второй 5 элементы ИЛИ,преобразователь 6 код-аналог, блок 7 ограничения скорости перемещения и блок 8 ограничения ускорения разгона и торможения,аналоговый коммутатор 9, усилитель 10,двигатель1 и датчик 12 обратной связи.В состав блока ограничения скоростивходят источник 13 управляющего напряжения и усилитель 14 мощности на транзисторе.В состав блока ограничения ускоренияразгона и торможения входят дифференцирующий усилитель 15, усилитель 16 напряжения и двуханодный стабилитрон 17.Преобразователь код-аналог содержиткл 1 очи 182 18, резистивную матрицу с весовыми резисторами 9119, операционныйусилитель 20, первый 2 и второй 22 резисторы и усилитель мощности на транзисторе 23,Аналоговый коммутатор содержит элемент И - НЕ 24, первый 25 и второй 26 инврторы, транзисторы 27, 28, 29, 30, первый3 и второй 32 диоды, резисторы 33 - 44, операционный усилитель 45 и усилитель 46 мощности.На фиг.обозначены 61, 6, 6 з -- входыпреобразователя код-аналог, 91, 92, 9 з -- 4входы аналогового коммутатора. Источник 3 управляющего напряжения при ручном задании скорости представляет собой1;111 П оМтР ПРИ ПЛаВНОЙ РЕГУЛИРОВКЕ ИЛИ11 рклк ; т,1 . рз 11 стивным делителем -о11 ри дискретном задании скорости, при программном задании скорости - преооразователь код-напряжения.Устройство работает следую 1 цим образом.При подаче на первые входы сумматора 2 задания с блоказадания программы в виде дополнительного кода Мз, а навторые - прямого кода А фактическогоположения объекта регулирования с датчикав гпдля двоичного кода на выходе преобразо теля ко 1 -код 3 иДр К у2 З 432192 МЖ) для двоично-десятичного кода 1248, где К - произвольно выбираемый коэффиент пропорциональности;2 - дискретность перемещения;,о - число, пропорциональное ковходе преобразователя 6 кодсоответствующее максимальнрости;- порядковый номер двоичного раряда 1 в пределах декады для двично-десятичного кода);а - порядковый номер декады.Например, при о = 0,01, Фо= 512 = 10 103 для двоичного кода имеет:Я 94+" + Я 19,= 22,627 1030 м;19 в + Р 19 в= 2 10 Ом;Ом.а при д= ваду на аналог ой скои К=%9, = 10103 = 141103двоично-десятичного кодАо = 40091++Й 194 в= 20 103 ОМА 92 + Р 19,= 2 10 Ом;Р 19 в = 1141 1 О Ом.Ограничение скорости перемеществляется установкой на базтора 14 необходимого напряженивыходное напряжение на выходзователя 6 код-аналог эмиттерра 23) не может быть большения на эмиттере транзисторПоскольку напряжение н хразователя 6 код-аналог и Для= 0,01, я осу- нзиск как обра- зисто- ряжещени е тр я, та е пре траннап а 14. а вы меет од те преоб- енцию 12 огратной связи, на выходах сумматора2 формируется код разности Мр= Мз - М,величина которого характеризует рассогласование, а знак переноса Р - направление вращения вала двигателя 11 для отработкирассогласования.При Мз) Мна выходах сумматора 2формируется дополнительный код и Р=О,при 1 ЧЗ ( М, - прямой код и Р=1.Сигналы с и младших разрядов сумматора 2 подаются на входы преобразователя 3 код-код, на выходах которогоформируется или код по сигналу с первогоблока элементов ИЛИ 4, определяющегоучасток движения с максимальной скоростью, или прямой код разности Мр при Мр,меньшем или равном участку торможения(дополнительный код при двоично-десятичном коде 1248 преобразуется в прямойсогласно логическим выражениям:Яв = ЯР+ ЯР, Я 2 в - Я 2,ЯЗв= Я 3 Р Я 203+ 9293) Р,Я 4 в= Я 4 Р+ ЬЯЗЯР) . (1)Выходным кодом преобразователя 3код-код, начиная со второго разряда, управляются ключи 18 преобразователя6 код-аналог 6.Сопротивления резисторов 19 определяются из выраженийизменяться ступенчато, к его выходу подключен блок 8 ограничения ускорения, ко. торый своим выходом подключен к первому входу преобразователя 6 код-знало (инвертирующему входу операционного усилителя 20) и ограничивает скорость изменения выходного напряжения преобразователя 6 коданалог на уровне, определяемом емкостью входного конденсатора и обгцим коэффициентом усиления по напряжению и напряжением стабилизации стабилитроца 17.Алгоритм работы аналогового коммутатора 9 приведен в таблице ОУ 45 Вх 9 Вх 9 з Режим работы О Х 1 0 1 1 Вых.= 0НеинвертирующийповторительИнвертирующийповторитель Приведенный алгоритм справедлив при равенстве сопротивлений резисторов 33 - 36. Напряжение источника питания, к которому подключаются резисторы 43 и 44, должно быть больше по абсолютной величине максимального напряжения, поступающего по входу 92 для надежного запирания диодов 31 и 32 при нулевых сигналах на выходах инверторов 25 и 26, которые должны быть с открытым коллекторным выходом.Сопротивление резисторов 39 и 40 должно быть достаточным для открытия транзисторов 29 и 30 при 1 на выходах инверторов 25 и 26.Падение напряжения на транзисторах 29 и 30 в открытом состоянии, которое для инверсного включения составляет единицы милливольт, можно не учитывать, так как резистор 19 подключен непосредственно к опорному напряжению, вследствие чего напряжение на входе 9 не опускается ниже нескол ьк их сот милл и вол ьт.При отрицательной полярности опорного напряжения (фиг. 2) в аналоговом коммутаторе 9 биполярные транзисторы 29 и 30 необходимо заменить на полевые, например на КП 302 Б, общую точку резисторов 37 и 38 переключить на общую шину и изменить полярность включения диодов 31 и 32.Например, если данное устройство применено во фрезерном станке для задания глубины врезания фрезы и при этом отведенное от детали положение фрезы принято за нулевое, то в исходном положении на выходе блока 1 задания установлен нулевой код. При включении в работу на выходе блока 1 устанавливается код, характеризующий новое (одно из рабочих) положений фрезы. При этом двигатель 11 с максимально допустимым ускорением должен набрать максимальные (или какие-то промежуточные, наперед заданные блоком 7) обороты, пройти на этих оборотах участок движения с максимальной скоростью и на участке торможения с максимальцо допустимым ускорением уменьшить обороты до нулевых при выходе фрезы на заданные координаты (перерегулирование це допускается). С целью упрощения в предлагаемом устройстве разгон и торможение осуществляются с одинаковым ускорением, задавамым блоком 8 ограничения ускорения.10Рассмотрим работу устройства цри движении фрезы из одной точки позиционирования в другую. При нахождении фрезы вточке позиционирования сумма прямого кода на выходе блока 1 и дополнительного навыходе датчика 12 равна 0 и соответственно нулевые коды на выходах сумматора 2и преобразователя 3 код-код и нули на выходах элементов ИЛИ 4 и 5. При этом ключи18 закрыты, напряжение на выходе операционного усилителя (ОУ) 20 определяетсясуммарным сопротивлением резисторов 19,т.е. на выходе аналогового коммутатора 9напряжение отрицательной полярности величиной несколько десятков милливольт (определяется числом разрядов ЦАП).25 При 0 ца входе 9 коммутатора 9 транзисторы 27 и 29 открыты, а транзисторы 28 ц 30 - закрыты, т. е. резистор 36подключен к оощей шине. Поскольку сопротивления резисторов 33 36 равны, то напряжение ца выходе коммутатора 9 равцо 0,ЗО т. е. двигатель 11 обесточен,При изменении кода на выходе блокаца выходе сумматора 2 формируется кодрассогласования, причем указанный кодявляется прямым и знаковый разряд Р=при положительном рассогласовании, и обратным и Р=О при отрицательном. Прирассогласованиц, большем участка торможения, определяемом младшими разрядамисумматора 2, с элемента ИЛИ 4 на вход преобразователя 3 код-код поступает 1, которой включается ключ 18, что приводит кмгновенному изменению тока на выходе ЦАП(ца входе ОУ 20). Поскольку мощности усилителя 10 и двигателя 11 - величины конечные, то скорость нарастания управляющего напряжения, как правило, ограничи 45 вается, что в данном случае осуществляется ограничителем 8 ускорения.Работает блок 9 ограничения ускоренияследующим образом.50Ток через входной конденсатор, которыйпропорционален первой производной выходного напряжения преобразователя 6 код-напряжение, усиливается ОУ 15 и 16 и в качестве сигнала отрицательной обратной связи подается ца инвертирующий вход ОУ 20. Зтил 1 обеспечивается линейность изменения напряжения управления двигате,1 ем 11 и соответственно постоянство ускореццй ца участках разгона и торможения.Максимальная скорость вращения вала двигателя устанавливается ограничением напряжения с выхода преобразователя б коднапряжение 6 с помощью блока 7 ограциче.ция скорости. Предположим, цто источником управляющего напряжения 13 на базе транзистора 14 установлено напряжение минус 5 В (при максимально возможном напряжении на выходе преобразователя 6 код-напряжение, равном минус ОВ). Тогда рост напряжения на выходе преооразоватсля 6 код напряжение прекратится, как только оно достигает значение 5 В, тдк как в этом случае получается, нто коллектор транзистора 23 подклюцец к источнику питания минус 5 В.Так как код рассогласования на выходе15 сумматора 2 отличен от нуля, то ца выходе элемента ИЛИ 5 (на выходе 9 аналогового коммутатора 9) -- единица и режим работы коммутатора 9 определяется знаковым разрядом Р. Рассмотрим работу коммутатора 9 в этом случае: поскольку ца входе 9 единица,то транзисторы 27 и 29 закрыты.При 1 ца входе 95 (Р=1) транзисторы 28 и 30 открыты, прямой вход ОУ 4 О подклюцсп к общей шине и ОУ 45 работает в режиме ипвертора. Гсли же Р=О то транзисторы 28 и 30 закрыты и ОУ 45 работает в режиме повторителя, т. е. в зависимости от Р цапряже.цие ца выходе блока 9 имеет положительную или отрицательную полярность и по амплитуде равно напряжению па Выходе преосрдзоватсля 6 код-напряжение.При достижении участка торможения ца выходе элемента ИЛИ 4 устанавливается 0 и на Выходе и рс оср азов а.гел я 3 код-код устанавливается код, поданный на его вход при Р= 1, или его дополнение при Р=- О (и 1 Версный при двоичном коде и преобразованный по Формуле 1 при двоичцо-десятичном коде 8421,. На выходе преобразователя 6 код-напряжение формируется линейно спадающее напряжение, что приводит к торможецию двигателя с постоянным ускорением. При дост 51 жении тонки позициониро вания на выходе сумматора 2 устанавливается нулевой код, а на выходе комутс 1- ра 9 - нулевое напряжение.Крутизна напряжения, формируемая О 1- рацицителсм 8, выбирается несколько больше (на 5 - 7 О,) неооходимой. Поэтому напри жение на выходе прсооразователя 6 код-напряжение достигает значения, задаваемогс ЦАП, несколько раньше, чем роисход 15 г переключение резисторов 19, что приводит к ПОЯВЛСНИЮ В ОСЦИЛЛОГРДММЕ ВЫХОДЦО)О ПД- пряжения преобразователя 6 код-напряжс 50 ние ступенек. Такая форма выходного напряжения, не влияя на качество регулирования, исключает опасность выхода В тоскуу позиционирования со скоростьк) выНс расчетной, т. е. исключает персрегулцровдц ие.11 елесообр азность преобразования доп с)лцитсльного ко;1 а в прямой, формировацие однополярного напряжения в преобразователе код-аналог 6 и обратного преобразования однополярного напряжения в двухполярнсе в аналоговом коммутаторе 9 определяется тем, что применение двуполярного преобразователя код-аналог, например с компенсационным током, требующего дополци-,сльцых узлов стабилизации нулевого уровня, существенно увеличивает аппаратурные :5 ат р д ть 1.Примсцецие предлагаемого устройства позво,яет простыми средствами реализовать оптич альп ый закси регулирования В по:5 иционць)х сгсаян)цх системах.Фс)рцла изосрегент1. Усгройство для программного управления, содержап)сс блок задания программы, сумматор, сосди:-енный первыми входами с Вьходами б.ока задания программы, цреобразоваель код-а):алог, первый элемент ИЛИ, подклОчсццый Входами к выходам старших разрядов сумматора, и последовательно соединенные усилитель, двигатель и датцик обратной связи, 11 одключенный выходами к 15 орьч Входам сумматора, отличаюи 1 ееся тем, то, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения формироьац)я двуполярного напряжения управления и испо,ьзования двоццю-десятиццых кодов, введены преобразователь код-код, блок ограничения скорости перемещения и блок ограничения ускорения разгона и торможения, аналоговый кочмутатор и второй элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам сучматора, д выход -- к первому ХОД 1 Нс 01 ОВОГО КО)11 уТаорд, ВТорой ВХОД которого соединен с выходом преобразователя код-аналог и с входом блока ограничения ускорения разгона и торможсния, подклюцснносо выходом к первому входу преобразователя код-аналог, гретий вход аналогового коммутатора соединен с Выходом сигнала переноса сумматора и с первым входом преобразоватсля код-код, выход аналогоВого коммутатора подключен к входу усилителя, вторые входы преосразователя код-код соедц.)ецы с выходами младших разрядов сумм:тора, третий вход преобразователя код-код подключен к выходу первого элемсцта И,1 И, а выход - к второму входу преобразователя код-аналог, третий вход которого соединен с выходом блока ограничения максимальной скорости перс мещения.2. Устройство цо п. 1, отличающееся тем, гг, с целью уцроцеция, резистивная матрица преобразоватсля код-ацалог выполнена в виде после,1 овательцого делителя цапряж.Нин, к узгО 511 точкам которого подклюцены клюцц.3. Устрсйсгвс) Н и. 1, От,ичающееся теч, 1 тс) дна;1 с)ГО 5 ы Й 1(01 хсгтат 01) сос. Оцт из эге 229730мента И - НЕ, двух инверторов, четырех транзисторов, двух диодов, двенадцати резисторов, операционного усилителя и усилителя мощности, причем первым вход элемента И - НЕ, являющийся первым входом коммутатора, подключен через первый инвертор к эмиттеру первого транзистора и через первый резистор - к плюсу источника питания, а через второй резистор соединен с эмиттером второго транзистора и через второй инвертор - с выходом элемента И - НЕ, второй вход которого является третьим входом коммутатора, коллектор первого транзистора подключен к аноду первого диода и через третий резистор подключен к минусу источника питания, с которым через четвертый резистор соединен коллектор второго транзистора и через второй диод - база третьего транзистора, которая через пятый резистор подключена к первым выводам шестого, седьмого и восьмого резисторов, первый вывод шестого резистора является вторым входом коммутатора, второй вывод восьмого резистора соединен с катодом первого диода и с базой четвертого транзистора, эмиттер которого через девятый резистор подключен к эмиттеру третьего транзистора, второму выводу седьмого резистора и неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с вторым выводом шестого резистора и через десятый резистор - выходом усилителя мощности, который является выходом комму. татора, вход усилителя мощности подключен к выходу операционного усилителя, коллекторы третьего и четвертого транзисторов соединены с общей шиной, к которой через одиннадцатый и двенадцатый резисторы подключены базы первого и второго транзисторов соответственно.Составитель Исправникова Редактор С, Патрушева Тсхред И. Верес Корректор Е Рошко Заказ 2228,н 17 1 ираж 836 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4