Устройство двухкоординатного позиционирования

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 05 В 19/39 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ13 ПИС С 8 ИДЕТЕЛЬСТВ У АВТОРСН позиционирования и упрощ ства. Устройство содержи да, блок управления, пре ли напряжение - частота,ие устроиблок вво-. азовате 5хнический оммутат чкусаА,Марцинк ры, координатные приводы, датчики положения, блок коррекции, логичес. кий блок. Блок управления состоит из двух счетчиков импульсов, двух преобразователей код - напряжение, двух элементов ИЛИ-НЕ и элемента И. Блок коррекции содержит регистры, два преобразователя код - напряжение, первый и второй сумматоры, масштабный усилитель. Логический блок выполнен в виде четырех компараторов и двух элементов И-НЕ. Позиционирование ведется по прямолинейной траек тории с максимальным быстродействием независимо от направления перемещения ввиду того, что при изменении направления позиционирования вектор скорости меняется и по аргументу и по модулю. 3 ил. льство СССР 9/18, 1972. ство СССР 19/39, 198 2. я к авто ожет бытьых система нирования -сверлиль дс станках орами и ение то ти(57) Изобретение относитическому управлению ииспользовано в программдвухкоординатного позицв частности в координатных, координатно-расточдля управления манипуляЦель изобретения - повыш ЯО 12886Устройство работает следующим образом,Блок 1 ввода, согласно программе, выдает координаты конечной точки перемещения Х Хв цифровой форме в виде чисел М,и М . Эти числа вводятся в регистры 20 и 21 блока 11 коррекции и запоминаются в счетчиках 13 и 14 блока 2 управления. Во время позиционирования по обеим координатам на вычитающие входы 50 Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в программных системах двухкоординатного позиционирования.Целью изобретения является павы шение точности позиционирования и упрощение устройства.На фиг. представлена блок-схе - ма предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - примеры траекторий двух- координатного позиционирования при. заданных направлениях перемещения по двум координатам.Устройство содержит блок 1 ввода, блок 2 управления, первый 3 и15 второй 4 преобразователи напряжение - частота, первый 5 и второй. 6 коммутаторы, первый 7 и второй 8 координатные приводы, первый 9 и второй 10 координатные датчики перемещения, блок 11 коррекции, логи" ческий блок 12.Блок 2 управления содержит счетчики 13 и 14 импульсов, цифроаналого вые преобразователи 15 и 16, элементы ИЛИ-НЕ 17 и 18 и элемент И 19,Блок 11 коррекции содержит второй 20 и первый 21 регистры, второй 22 и первый 23 цифроаналоговые преобразователи,второй 24 и первый 25 сумматоры.Логический блок 12 содержит первый 26, четвертый 27, третий 28 и второй 29 компараторы, первый 30 и второй 31 элементы И-НЕ и масштабный преобразователь 32.Координатные датчики 9 и 10 перемещения преобразуют координатные пе-: ремещения в унитарный код .Коммутаторы 5 и 6, выполненные в виде логических элементов И, пропускают импульсы управления на входы соответствующих частотно-управляемых координатных приводов в том случае, когда к управляющему входу11 11 коммутатора приложена логическая 1 счетчиков 13 и 14 поступают сигналы обратных связей по перемещению в унитарном коде с выходов датчиков 9 и 10 изменяющие содержание аМ и ьИ следующим образам1 - 1 О 1ьИ = И - ,адгде И, и Н - количества импульсов, поступивших на вычитающие входы счетчиков 13 и 14 по каналам обратных связей, соответствующие пройденному пути по каждой координате.1Содержание счетчика 13 аМ 1 при помощи цифроаналогового преобразователя 15 преобразуется в аналоговый сигнал (напряжение) ЬХ 1, а содержание счетчика 14 аМ при помощи цифра-аналогового преобразователя 16 - в аналоговый сигнал (напряжение) бХ. Выходные сигналы цифроаналоговых преобразователей 15 и 16 определяют выходную "частоту преобразователей 3 и 4 напряжение - час" тата и таким образом задают частоту вращения (частотно-управляемых) координатных приводов 7 и 8, а тем самым и скорость перемещения по каждой координате, Цифроаналоговые преобразователи 15 и 16 обеспечены схемами ограничения выходного сигнала на заданном уровне ь Х ма и а Хсоответствующем максимально допустимым скоростям перемещения по каждой Максимальные скорости перемещения по каждой координате определяются требованием технологического характера или из конструктивных соображений, в частном случае:Ч 71 макс аракс,Двухкоординатное позиционирование осуществляется по прямолинейной траектории в том случае, когда вектор ч скорости перемещения расположен, на линии, соединяющей начальную точку, совпадающую с началом координат, с конечной точкой с координатами Х , Х (фиг,2). При этом точка С пе 1 Кф ЕКремещается по линии ОА и, согласно подобию треугольников ОА 0 и САВ, соблюдается условиеПри смещении точки С с линии ОА внизимеемХ ЬХ Х ьлО, (3) а при смещении ее с линии ОА вверх 5(4) Х ЬХ - Х ьХ ( 0 1 к и як 1 Позиционирование осуществляется по прямолинейной траектории с максимальным быстродействием, если перемещение по той координате, по которой соотношение заданного перемещения к максимально допустимой скорости больше, осуществляется с максимально допустимой скоростью, а скорость перемещения по другой координате поддерживается такой, чтобы соблюдалось условие (2).Для достижения этой цели использован блок 11 коррекции и блок 12 логики, управляющие коммутаторами 5 и б.Блок коррекции при помощи регистров 21 и 20 запоминает числа Б,и И25 соответствующие конечным координатам заданной точки Х, и Х . Цифроаналоговые преобразователи 23 и 22, в виде опорных напряжений которых использованы аналоговые сигналы ь Х и дХ , выполняют функции перемножителей, формирующих аналоговые сигналы И,ЬХйщ Хк ЬХт и с ЬХ 1 - Хпк д.Хйф поступающие на входы сумматора 24, на выходе которого получаем сигнал Еп=д Х, - ш дХ,по которому определяется режим позиционирования Если -И,- серс иФэ то позиционирование по обеим координатам происходит автономно и, если заданы перемещения большие, с максимально допустимыми скоростями по каждой координате Ч , Ч. Еслимакс ф йнакс п) Ип, перемещение по координате Х производится с максимально допустимой скоростью Ч, , а по координате1 МаКС фХ, - со скоростью, обеспечивающей условие Г 2). Е; - д Х,ЬХ - Х дХ,Согласно:изложенному с,= О, еслиизображающая точка С лежит на линии,ОА, Е, О, если изображающая точка 4 Олежит ниже линии ОА и Б, с О, еслиизображающая точка лежит вьппе линии ОА.Кроме этого, блоккоррекции формиРует сигнал Режим позиционирования и траек -тория перемещения обеспечиваютсяблоком 12 логики. Режим позициовирования определяется при помощи компараторов 26 и 27 и элементов ИНЕ 30 и 31. Когда -И Я . И на выходах обоих компараторов образуются логические 0, разрешающие прохождение импульсов, генерируемых преобразователями 3 и 4 напряжение - код, через коммутаторы 5 и 6, на входы частот управляемых приводов 7 и 8. При больших рассогласованиях ЬХ дХ вЪкодные напряжения преобраэоваителей 15 и 16 ограничены на уровнях Х Х соответствующих макси 1 макс ф юнакемально допустимым скоростям по каждой координате.Если Е ) И,переключается компаратор 27, формируя на выходе логическую "1", а на выходе компаратора 26 по-прежнему поддерживается логический "0", определяющий логическую "1" на выходе элемента И-НЕ 30, разрешающего прохождение через коммутатор 5 управляющих импульсов на вход (частотно-управляемого) координатного привода 7, определяющих скорость по координате Х при большом значении д Х равном максимально допустимой скорости Ч.Уровень сигнала на выходе элемента И-НЕ 31 зависит от уровня сигнала на выхо - де компаратора 29. В начальный момент двухкоординатного позиционирования изображающая точка находится в начале координат, фиг.2), условие .2)соблюдается независимо от того; какие заданы перемещения по каждой координате и сигналы на выходах коммутаторов 28 и 29 соответствуют логическому "0". Вследствие этого на выходе элемента И-НЕ 3 формируется логическая "1", разрешающая прохождение на вход частотно-управляемого привода 8 управляющих импульсов с преобразователя 4 с частотой, определяющей скорость перемещения по направлению Х . При большом значении дХ а скорость перемещения будет равной Чи траектория двухкоординатного позиционирования отклоняется от линии, соединяющей начало координат с конечной точкой позиционирования, и проходит выше, пока отклонение от траектории по оси Х2 не достигает установленного уровня 51 = /п 1, соответствующего сигна 1288653лу ,= - 11 равному сигналу срабатывания компаратора 29. Компаратор переключается и формирует на выходе сигнал, соответствующий логической "1", При этом на выходе элемента И-НЕ 31 уровень сигнала становится равным логическому 0 и прекращает поступление управляющих импульсов на вход привода 8. Скорость по координате Х начинает уменьшаться, изображающая точка приближается к заданной линейной траектории и сигнал на выходе первого сумматора 2 ч с уменьшается. Это происходит до тех пор, пока сигнал Я, не достигнет уровня сигнала отключения .компаратора 29, обусловливаемого величиной гистерезиса компаратора в .аО, .Затем компаратор 29 отключается снова и на вход привода 8 начинают поступать управляющие импульсы и изображающая точка опять начинает отклоняться от заданной траектории до нового срабатывания компаратора 29. Благодаря этому средняя частота поступления импульсов на вход привода 8 уменьшается и средняя скорость перемещения по данной координате соответствует прямолинейной траектории позиционирования.Если с ( - Б,переключается компаратор 26, Формируя на выходе сигнал уровня логической "1", а уровень сигнала на выходе компаратора 27 соответствует логическому "0". Вследствие этого сигнал на выходе, элемента И-НЕ 31 равен логической "1" и коммутатор 6 разрешает поступление импулсьов управления на вход частотно-управляемого привода 8. Частота импульсов при большом ьХ соответствует максимально допустимой скорости перемещения по координате Х 1По мере отклонения траектории от линии, соединяющей начало координат с конечной точкой позиционирования на величину 8 =1, /Б соответствующую сигналу срабатывания компаратора 28 2 = Ппоследний переключается и формирует на выходе сигнал, соответствующий логической "1". При этом на выходе элемента И-НЕ 30 уровень сигнала становится равным уровню логического "О" и прекращает поступление управляющих импульсов на вход частотно-управляемого привода 7 через коммутатор 5. Дальнейший процесс формирования траектории происходит аналогично описанному, когда Е П .,Направление перемещения по каждойкоординате задается блоком 1 управ 5 ления дискретными сигналами, поступающими на знаковые входы приводов7 и 8 по соответствующим каналам,причем сигнал, равный логическому1 110 , обуславливает перемещение в10положительном направлении, а сигнал,равный логической "1", - в отрицательном направлении.Траектории двухкоординатного позиционирования, когда заданы положительные направления перемещенияпо обеим координатам, представленына фиг.3. Вектор максимальной скорости ,а,= Ча,+Ч , разделяетобласть Х,ОХ на два сектора, Когда заданная точка находится в первом секторе (точка Е ), перемещениепо оси Х, происходит с максимальнодопустимой скоростью Ч, ,. Если не25учитывать фильтрующие свойства частотно-управляемого привода, траек -тория позиционирования будет состо. ять из участков, параллельных вектору максимальной скорости Ч (коммутаторы 5 и 6 разрешают прохождеЗОние на входы приводов 7 и 8 управляющих импульсов) и участков, параллельных оси Х, (коммутатор 6 не разрешает прохождение импульсов навход привода 8). Когда заданная точЗ 5 ка находится в секторе 11 (точка Р)перемещение по оси Х происходит смаксимально допустимой скоростью7 ,а траектория позиционированияЗаксфсостоит из участков, параллельныхвектору максимальной скорости смаки оси Х.Ввиду инерционности приводовтраектории перемещения будут приближаться к синусоидальным кривым,амплитуды которых определяются величиной гистерезиса компараторов28 и 29. С уменьшением величины гистерезиса П и ь 11 упомянутых компараторов траектории перемещения50приближаются к прямым линиям ОЕи ОР.При подходе к заданной точке(Е или Р) сигнал Е на входекомпараторов 26 и 27 уменьшается55до уровня ПЕ П р на выходахсобоих компараторов формируются логические "0", что соответствует логическим "1" на выходах элементовИ-НЕ 30 и 31 и разрешению прохождения импульсов на входы обоих приводов 7 и 8. Позиционирование завершается по обеим координатам автономно, что исключает отрицательное влияние 5 предлагаемой системы на точность позиционирования.Если заданная точка находится в заштрихованной зоне (фиг.3), пози 10 ционирование происходит автономно по обеим координатам с максимально допустимыми скоростями по каждой иэ них. 15 По достижении конечных координат заданной точки на выходах логических элементов ИЛИ-НЕ 17 и 18 формируются логические "1", поступающие на вход элемента И 19 и формирующие сигнал об окончании позиционирования блоку 1 управления. 20 Формула изобретения 25Устройство двухкоординатного позиционирования, содержащее блок ввода, подключенный входом к первому выходу блока управления, первым и вторым выходами - соответственно к первому и второму информационным входам блока управления и к входам соответственно первого и второго регистров, соединенных выходами с первыми входами соответственно первого и второго35 цифроаналогового преобразователей,н первый и второй сумматоры, первыи и второй коммутаторы, подключенные выходами к информационным входам соответственно первого и второго координатных приводов, кинематически связанных соответственно с первым и вторым датчиками перемещения, подключенных выходами соответственно к третьему и четвертому входам блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования и упрощения устройства, введены четыре компараторадва элемента И-НЕ, два сумматораи первый и второй преобразователинапряжение - частота, подключенныевыходами к информационным входамсоответственно первого и второгокоммутаторов, соединенных управляющими входами с выходами соответственно первого и второго элементовИ-НЕ, .подключенных первыми входамик выходам соответственно. первого ивторого компараторов, а вторымивходами - к выходам соответственнотретьего и четвертого компараторов,соединенных входами с первыми входами соответственно второго и первого компараторов и с выходами соответственно первого и второго сумматоров, причем первый и второй входы второго сумматора подключены квыходам соответственно первого цифроаналогового преобразователя и второго цифроаналогового преобразователя, связанного вторым входом с первым выходом блока управления, с входом первого преобразователя напряжение - частота и с первым входомпервого сумматора, подключенного вторым входом к выходу масштабного усилителя, связанного входом с вторымвыходом блока управления, с входомвторого преобразователя напряжениечастота и с вторым входом первогоцифроаналогового преобразователя,третий и четвертый выходы блока ввода подключены к знаковым входам соответственно первого и второго координатных приводов, а вторые входыпервого, второго, третьего и четвертого компараторов - соответственно к первому, второму, третьему ичетвертому входам опорного напряжения устройства,.г нова ор И.Эрдейи К 885ного комитета С ав писно тений и открыт Раушская наб805/45 Тираж ВНИИПИ Государствепо делам изобр 13035, Москва, Жпроизводственно-полиграфическое предприятие город, ул. 11 рсчдк гная,4