Сервопривод с цифровым управлением

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 01, 02. 80 (21) 2879845/18-24 51) М. Кл. с присоединением заявки Ко(23) Приоритет О 06 Р 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088, 8) Дата опубликования описания 30.09,82(71) Заявител ницкий политехнический инсти е.(54) СЕРВОПРИВОД С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ода тви ка,Изобретение относится к следящим системам с непосредственным управлением от цифровой вычислительной ма 3 шины (ЦВМ) и может быть использованов системах управления летательйых аппаратов, промышленных роботов, стан,ков с цифровым программным управлением.и др.Известен гидравлический сервопривод с циФровым управлением, содержащий различные модификации таких сервоприводов, в частности серволривод со.средним положением, у которого количество управляющих устройств и поршней по меньшей мере в два раза превышает количество разрядов управляющего кода, причем одна половина из таких управляющих устройств и поршней служит для отработки поло 1 жительных перемещений относительно среднего положения, а другая - отрицательных. По сути, сервопривод со средним положением может рассматриваться как двукратно резервированный сервопривод без среднего положения11,Недостатками таких сервоприводов . , являются невозможность диагностики и контроля и потеря номинальных характеристик при отказе хотя бы одного управляющего устройства.Одно из достоинств сервопривс цифровым управлением - отсутс е,обратной связи по положению штоно с точки зрения контроля это -недостаток.Введение в сервопривод с цифровым управлением прецизионного датчика положения выходного штокадля контроля и диагностики существенно снижает надежность и устойчивость сервопривода к условиям внеш"ней среды.Наиболее близким к предлагаемомуявляется сервонривод с цифровым управлением без среднего положения,который состоит иэ заглушек, выходного штока, с которым связан одинпоршень, остальные поршни свободноплавающие. Все поршни, а такжеодна из заглушек имеют ограничители перемещения.Рабочая площадь, образованнаяпоперечной поверхностью поршн я, связанного со штоком, равна половинесечения цилиндра, а камера, образованная соответствующей заглушкойи этим поршнем, постоянно соединена ЗО с источником высокого давления, 962952О при Р Оф(е): при С =О (1)ЧЪ(Е-и+ т,(Е- -1) . ЕО,заданное натуральноечисло у- номер разряда двоичногор-кода Фибоначчир9 р(3) - вес разряда р-кодаФибоначчи.Под р-кодом Фибоначчи натуральногочисла 0 понимается его представлениев видеФ(45 . В = 1 аВфф (Р) (2)6=оРекуррентная формула (2) порождаетпри различных р следующие ряды чисел:5023 35где р 40 обеспечивая таким образом усилие для перемещения штока па направлению в цилиндр, Рабочие камеры, образованные смежными поршнями, соединяются через электроклапаны с источни ком высокого или низкого давления. Длина ограничителей выбрана так, что величины относительного хода поршней образуют ряц.Кроме вьпйеописанных рабочих камер, сервопривод имеет две камеры, одна из которых постоянно соединена с источником высокого давления, другая низкого. Назначение этих камер - демп фирование ударных нагрузок, возникающих в переходных процессах.Необходимое количество рабочих камер определяется исходя из-требуемой точности. У прототипа восемь рабочих камер, что обеспечивает точ- ность позиционирования 1/2 = 1/256 рабочего диапазона.Суммарная величина относительного смещения демпфирующих поршней прототипа - 25 рабочего диапазона ), 2).Недостатками известных сервоприводов являются невозможность определить наличие и место таких неисправностей, как ошибка относительного перемещения смежных поршней вследствие износа, деформации и заклинивания, отказ электроклапана, невозможность контроля в процессе функционирования сервопривода, отклонение от рабочих характеристик при единичном отказев сервоприводах, к которым предъявляются высокие требования по надежности.Цель изобретения - улучшение диагностирования сервопривода с цифровым управлением.Указанная цель достигается тем, что в сервопривод с цифровым управлением, содержащий блок электроклапанов, подключенный к силовой части привода, введены устройство развертки р-кода Фибоначчи и датчик смещения, подключенный к выходу при вода, причем выходы устройства развертки р-кода Фибоначчи подключены к соответствующим входам блока электроклапанов, а входы являются входами уутройства, выход датчика смещения яйляется контрольным выходом устройства.устройство развертки р-кода содержит 3 функциональных ячеек, состоящих иэ элементов ИЛИ, И и триггера, причем единичный выход триггера соединен с первым входом элемента И и является одним иэ выходов устройства развертки р-кода Фибоначчи, входами которого являются первые входы элементов ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с входом триггера,нулевой выход которого соединен с(р+3)-входом элемента И, вторыевходы элементов И всех функциональных ячеек, начиная с (р+1)-й ячей ки, соединены между собой и являютсяконтрольным входом устройства развертки р-кода Фибоначчи, входы от3 до (р+3)-го элемента И функциональной ячейки начиная с (р+1)-й ячейки 1 О подключены соответственно к нулевымвыходам триггеров ячеек от (8-1) до(Г-р), вторые и третьи входы элемента ИЛИ подключены к выходам элементов И (0+1) и (6+р+1)-й ячеек,Входом датчика смещения являетсясмещение штока относительно цилиндра, выход датчика смещения является контрольно-диагностическим, устройство развертки имеет, кроме входов 20 для управляющего кода, контрольныйвход для осуществления процедур развертки кода, длины ограничителейхода поршней выбираются так, чтобыотйосйтельные перемещения смежных 25 поршней были пропорциональны весам известного двоичного р-кодаФибоначчи, а управляющий код, подаваемый на устройство развертки,кода, является двоичным р-кодом Фи боначчи, веса разрядов которогозадаются следующей рекуррентной формулой: 11111111111 55 где а - двоичная цифра - значение кода в 6 -м разряде;и . - число двоичных разрядовр-кода Фибоначчи;60(3) - 1 вес 1 8-го разрядар-кода Фибоначчи.На чертеже показана функциональная схема устройства.ФНа схеме обозначены силовая часть 65 1 сервопривода, блок 2 электроклапанов, устройство 3 развертки управляющего кода, пороговый датчик 4 смещения, элемент ИЛИ 5, триггер 6,элемент И 7, входы 8 устройства 3развертки для управляющего кода,число которых равно числу разрядов 5управляющего кода, выходы 9 устройства 3 развертки, являющиеся входами 2 электроклапанов, число выходов равно числу разрядов управляющего кода, контрольный вход 10 устройства 3 развер 1 ки, контрольныйвыход 11 сервоприэода, единичный выход 12 триггера, нулевой выход 13триггера, единичный вход 14 триггера,Для удобства описания на чертежепредставлена блок-схема устройства 3развертки, соответствующая значениюпараметра кода фибоначчи р=1 и числу разрядов управляющего кода Ь=8.В общем случае (для любых значений р и Ь) устройство 3 разверткисодержит Ь однотипных ячеек, 1-яиз которых предназначена для развертки единицы в 6-м разряде в единицы(3 - 1)-го и (-р)-го разрядов, согласно отношению (1) и процедуре (3).Каждая ячейка содержит триггер6, единичный выход 12 которого является 1 -м выходом устройства развертки, подключенным к входу -го 30электроклапана. Ячейка содержит также элемент ИЛИ 5, первый вход 8 которого является Г -м уг равляющим входомустройства 3 развертки, а выход подключен к единичному входу 14 триггера б. В состав ячейки входит также элемент И 7, содержащий р+3 (начертеже 1+3=4 входа) входа, выходкоторогс подключен к нулевому входу триггера 6, а первый вход подключен к единичному выходу 12 триггера 6.Вторые входы элементов И 7всех ячеек, начиная с ячейки 4, соответствующей (р+1) -му (второму начертеже) разряду управляющего кода, соединены вместе и являются кон 45трольным входом 10 устройства 3развертки.Между ячейками устройства 3 развертки выполняются следующие связи.Входы от третьего до (р+3)-го входа 50элемента И 7-й функциональнойячейки начиная с ячейки, соответствующей (р+1) -му разряду (т.е.6=р+1) управляющего кода, подключены соответственно к нулевым вы 55ходам 13 триггеров б ячеек от (1-1)-йдо (1-р;1)-й. Кроме того, вторыеи третьи входы элементов ИЛИ 5 - кС-м выходам элементов И (Р)-й и( 1-р)-й ячеек. Причем элементы И 7 60ячеек от нулевой до р-й ячеек неиспользуются (на чертеже показаныштриховой линией).Устройство развертки может бытьреализовано э виде интегральной 65 схемы, размещенной на приводе, дляупрощения и повышения надежностилинии связи (шин) система управлениясервопривод. Датчик смещения - любое устройство, выдающее сигнал присмещении штока сервопривода на величину, большую некоторого порога(порядка хода поршней нулевого ипервого разрядов) после окончанияперехсдного процесса, вызванногоизменением кода на блоке электроклапа ов,Датчик смещения может быть магнитным, оптическим, электрическим взависимости от конкретного назначе,ния, условий работы и характеристиксервопривсда.Работу привода рассмотрим в трехрежимах:1. Режим номинального функционирования.Управляющий код, подлежащий отработке сервопривсда, подается с некоторой тактовой частотой на входы 8устройства 3 развертки. При этомэлементы ИЛИ 5 и единичные входы 14триггера б, соответствующие ячейкам,на которые подана 11 ф двоичногокода, переводятся в единичное состояние, и с выходов 13 триггеров 6управляющий код подается на входыблока 2 электроклапаноэ, при этомэлектроклапаны, на которые подансигнал соответствующей 1, соединяют соответствующие камеры силовой части 1 сервопривода с высоким давлением, а электроклапаны, накоторые подан сигнал, соединяют соответствующие им камеры с низким давлением.Величина перемещения выходногоштока будет определяться (как и упрототипа) суммой относительных перемещений смежных поршней, образующих рабочие камеры.Если управляющий код приведен кнормальной форме, то в отличие отпрототипа, все 1 кода будут разделены;че менее чем р нулями. Этосвойство позволяет легко выполнитьконтроль всех элементов цепи отуправляющей ЦВМ до блока электроклапанов2. Режим контроля и диагностики.На сервопривод подается код,соответствующий значению весаодного из старших разрядов. Пусть,например, на вход 8 схемы поданкод, соответствующий 21-й единицеперемещения, т.е,7 6 5 4 3 2 1 0 Б разРЯды1 0 0 0 0 0 0 0 кодВ режиме контроля и диагностикина контрольный вход 10 подаетсясигнал развертки кода, представляющий собой короткий импульс, длительность которого равна длительностипереходного процесса в элементахИ 7. Этот импульс приводит к появлению единичного сигнала на выходеэлемента И 7.ячейки старшего седьмого разряда, в котором записана1 ф 1 фф кода 1.000.0000, что приводитк перебросу триггера б ячейки старшего разряда в нулевое состояние, ,а через элемент ИЛИ 5 ячеек двухпредыдущих разрядов это приводит кперебросу триггеров б ячеек двухпредыдущих разрядов в единичное со стояние, т.е7 б 5 4 3 2 1 0 разряд1 Я Я 0 0 0 0 0 код0 1 1 О О О О ОЕсли привод исправен, т.е. длиныограничителей хода находятся в пределах допусков, а электроклапаны срабатывают должным образом, тогда после окончания переходных процессовсмещение выходного штока в результате развертки кода не должно превосходить установпенный допуск, поскольку10000000210 1 1 О 0 0 0 Олг 13+8=21Величина смещения штока фиксируетсяпороговым датчиком 4 смещения, с выхода 11 которого снимается сигнало состоянии (исправленности илннеисправности) сервопривода. Поскольку в первом такте операции контроля и диагностики учасквуют толькотри электроклапана и рабочие камеры,соответствующие седьмым, шестым ипятым разрядам, то возможная неисправность блока 2 электроклапанов исиловой части 1 может быть локализована с точностью до трех разрядов.После первого импульса операцииконтроля и диагностики на первом,третьем и четвертом входах элемента И 7 пятого разряда устройства 3развертки появятся разрешающие потенциалы. После подачи на вход 10устройства 3 развертки второго импульса с выхода устройства 3 разверт;ки на вход блока 2 электроклапановбудет подан код.7 б 5 4 3 2 1 Б разряда0 1Я Д О 0 код0 1 0 11 О 0 1.3+5+3=21Аналогично, после подачи третьего имиульса на вход 10 на вход блока 2элфктроклапанов будет подан код7 б 5 4 3 2 1 0 М разряда0 1 0 1Ц Д 0 код0 1 0 1 11 0 13+5+2+1=, 21При этом после каждого импульса контроля с выхода датчика 4 снимаются сигналы состояния (Исправен, Неисправен) сервопривода.В процессе развертки кода, соответствующего самому старшему разряду, последовательно изменяют состояние 0 на 1, затем 1 на ф 10 ф электроклапаны и рабочиекамеры всех разрядов. Отсутствие сиг,налов датчика смещения Неисправенна всех тактах операции контроля-признак исправности сервопривода. В 5 режимах контроля и диагностики могут быть выявлены такие неисправности сервопривода, как полный иличастичный (потеря быстродействияи т.д.), недоступный износ, дефор мация, заклинивание, разрушение ограничителей хода поршней. Место неисправности локализуется с точностьюдо трех разрядов.3. Режим аварийного функциониро вания,При обнаружении неисправногоразряда существует принципиальнаявозможность в режиме отработки требуемых кодов производить их разверт ку так, чтобы эквивалентный код внеисправном разряде имел требуемоезначение (,0 или 1)Дополнительные преймущества пред лагаемого сервопривода.Если длительность переходного процесса в приводе значительно меньшепериода подачи управляющих кодов, томожет выполняться развертывание те кущего значения управляющегофкода вэквивалентные до момента подачиследующего значения управляющегокода; таким образом, существует возможность выполнения контроля и диаг ности непосредственно в процессеработы сервопривода.При замене порогового датчикасмещения (если это допустимо условиями эксплуатации) на достаточно 40 прецизионный пропорциональный дат-чик смещения может выполняться калибровка сервопривода, аттестация итренд - анализ для диагностики отказов.Предлагаемый сервопривод имеетбольшие, чем у прототипа, длину ивес (для р = 1 длина сервоприводав " 1,4 раза больше, чем у прототипа).Однако этот недостаток носит формальный характер, поскольку для получения хотя бы части полезныхсвойств предлагаемого сервопривода(надежности, контролепригодности)прототип должен быть дублирован.Таким образом, при сравнении в рав ных условиях предлагаемый привод нехуже прототипа и по весогабаритнымхарактеристикам.Следует отметить, что предлагаемый привод легко 1 фстыкуется с 60 ЦВМ, работающим в обычных кодах, требуя при этом только введения дополнительно устройства преобразования обычного двоичного кода в р-кодФибоначчи. Названное устройство по 65 сложности сопоставимо с устройствомразвертки и может быть реализовано в виде интегральной схемы.Предлагаемый сервопривод требует минимума дополнительного оборудования и времени для контроля и диагностики и обеспечивает прогрессивный способ эксплуатации по техническому состоянию и поэтому может найти широкое применение в сложных, ответственных и прецизионных системах с цифровым управлением.Формула изобретения1. Сервопривод с цифровым управлением, содержащий блок электроклапанов, подключенный к силовой части привода, отличающийсятем, что, с целью улучшения диагностирования сервопривода, в неговведены устройство резвертки р-кодаФибоначчи и датчик смещения, подключенный к выходу привода, причем выходы устройства разверткир-кода Фибоначчи подключены к соответствующим входам блока электроклапанов, а выходы являются входами устройства, выход датчика смещения является контрольным выходом Устройства2. Сервопривод по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что устройство развертки р-кода содержитфункциональных ячеек, состоящих из элементов ИЛИ, И и триггера, причемединичный выход триггера соединен спервым входом элемента И и являетсяодним из выходов устройства развертки р-кода Фибоначчи, входами которого являются первые входы элементов1 О ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен свходом триггера, нулевой выход которого соединен с (р+3)-входом эле-мента И, вторые входы элементов Ивсех функциональных ячеек, начиная с15 (р+1)-й ячейки, соединены между собой и являются контрольным входомустройства развертки р-кода Фибоначчи, входы от 3 до (р+3)-го элементаИ функциональной ячейки, начиная срр (Р+1)-Я ячейки, подключены соответственно к нулевым выходам триггеровячеек от (О) до (С-р), вторыеи третьи входы элемента ИЛИ подключены к выходам элементов И (1+1) и25 М+Р+1)-й ячеек.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1."Вопросы ракетной техники",1965, Р 2, с.72-79.2."Нуйгац 31 сз апд Рпеища 11 сз",1964, 16,р. 77-78 (прототип)..Тараненк ороль 9 тираж 731ИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д 14/ ак писное илиал ППП Патент, г, УжгОрод, ул. Проектная, 4