Широтно-импульсное устройство для программного управления приводом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(51) С 05 В 19/18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0 ТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 435505, кл. 6 05 В 19/36, 1972,2. Авторское свидетельство СССР 9 670956, кл. О 08 С 9/06, 1978 (прототип).(54)(57) ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОИ, содержашее последрвательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, первый сумматор, логический блок, блок ключей, датчик положения, полосовой Фильтр, демодулятор, интегратор, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик и второй сумматор, выход которого подключен к второму входу логического блока, а второй вход - к 80799 А выходу делителя частоты, второй выход реверсивного счетчика соединен с вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности и расширения динамического диапазона работы устройства, в него введены последовательно соединенные блок сложения-вычитания, первый счетчик, блок сравнения кодов., цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик и триггер знака, выходом подключенный к знаковому входу цифроаналогового преобразователя, тре- Е тий вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, выходы преобразоЪателя напряженке-частота подключены к.первым входам блока сложения-вычитания, вторые входы которого подключены к входам устрой- Я ства.Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и, в частности к области числового программного управления станками.Известно импульсно-фаэовое устройство, содержащее интерполятор, 5 схему сложения и вычитания, делитель напряжения, подключенный к датчику, и последовательно соединенные генератор, опорный делитель частоты, Фазовый дискриминатор, привод, дат чик и Фильтр нижних частот, выход 1 которого соединен с одним из входов Фазового дискриминатора, интерполятор через схему сложения и вычитания подключен к делителю напряжения, 15 ,а выход генератора соединен с одним кз входов схемы сложения и вычитания 13.Однако такое .устройство не отвечаетсовременным требованиям высокой статической и динамической точности,предъявляемым к станкам с числовымпрограммным управлением.Известно устройство для преобразования. перемещение-фаза, содержа 25щее генератор импульсов, выход которого подключен к входу спорящего делителя частоты, датчик, выход которого через фильтр подключен к первому входу демодулятора, последова- З 0тельно соединенные интегратор, преобразователь напряжения в частоту импульсов и реверсивный счетчик, двасумматора, логический блок и блокключей, вход интегратора соединен с 35выходом демодулятора, одни входысумматоров соединены с выходами прямого кода опорного двигателя, другиевходы первого сумматора соединеныс выходами прямого кода реверсивного счетчика, другие входы второгосумматора - с выходами обратногокода реверсивного счетчика, выходысумматоров через логический блокподключены к блоку ключей, выходыкоторого соединены с датчиком, второй вход демодулятора соединен свыходом опорного делителяИ 1,Это устройство значительно пре восходит по статической точностисуществующиеимпульсно-фазовые уст",ройства., но для использования в системах числового программного управления высокопроизводительными станками нуждается в .повышении динаьщческой точности к расширении динамического диапазона работы.Цель изобретения - увеличение динамической точности и расширение динамического диапазона работы устройства для программного управления. 60Поставленная цель достигаетсятем, что в известное устройство, со-держащее последовательно соединенные генератор импульсов делительчастоты, первый сумматор, логический блок, блок ключей, датчик положения, полосовой фильтр, демодулятор, интегратор, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчики второй сумматор, выход которогоподключен к второму входу логическогоблока, а второй вход - к выходу делителя частоты, второй выход реверсив- .ного счетчика соединен с вторым входом первого сумматора, введены соединенные последовательно блок сложения-вычитания, первый счетчик,блок сравнения кодов, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижнихчастот, выход которого соединен свыходом устройства, а также после"довательно соединенные второй счетчик и триггер знака, выходом подключенный к знаковому входу цифроаналогового преобразователя, третий входкоторого соединен с вторым выходомЪторого счетчика, выходы преобразователя напряжение-частота подключены .к первым входам блока сложения-вычитания, вторые входы которого подключены к входам устройства.На фиг. 1 представлена блок-схема широтно-импульсного устройствадля программного управления; нафиг . 2 - схема управления разрядными резисторами сетки типа й -2 В;на Фиг. 3 - временная диаграмма работы комбинированного цифроаналогового преобразователя; на Фиг. 4 - пример Функциональной схемы логическогоблока и блока ключей; на фиг. 5временные диаграммы работы этих блоков; на Фиг. б - пример схемы пре.образователя напряженке-частота.Устройство содержит генератор 1,импульсов, опорный делитель 2 часто-.ты, первый и второй. сумматоры 3 и 4,реверсивный счетчик 5, логическийблок б, блок 7 ключей, датчик 8 положения, полосовой Фильтр 9, демоду"лятор 10, интегратор 11, преобразователь 12 напряжение-частота, блок13 сложения и вычитания, первыйсчетчик 14, счетчик малых величин .рассогласования, второй счетчик 15,счетчик больших величин рассогласо"вания, триггер 16 знака рассогласования, блок 17 сравнения кодов, цифроаналоговый преобразователь 18 иФильтр 19 нижних частот,Блок 6 состоит иэ схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 20-21,а блок 7-из элементов И 2225, резисторов 2 би ключей 30-33.Устройство работает следующимобразомИмпульсы тактовой частоты от генератора 1 импульсов поступают навход. опорного делителя 2 частоты изаполняют его. На входы первого сумматора 3 информация от;опорного делителя 2 и реверсивного счетчика 5поступает в прямых кодах. На входывторого сумматора 4 информация отопорного делителя 2 поступает в прямом коде, а от реверсивного счетчика 5 - в обратном. Модулированныепо фазе прямоугольные импульсы свыходов первого и вторго сумматоров3 и 4 через логический блок б поступают на блок 7 ключей. Величина фазового сдвига, прямоугольных импульсовотносительно выходных сигналов опорного делителя 2 частоты определяются содержимым реверсивного счетчика 5. Блок 7 ключей Формирует двепоследовательности чередующихся разнополярных ькротно-модулированныхпрямоугольных импульсов, которыепоступают на входные обмотки датчика 8, положения.Выходы двух старших разрядов сумматоров 3. и 4 поступают на входылогического блока 6. На выходах логического блока б формируются пряМоугольные импульсы З(и И, соз И,5 кп и со и, приведенные навременных диаграммах (фиг. 5). Свыходов логического блока.б сигналыпоступают на блок 7 ключей.25Первый. выход опорного делителя 2,по которому в параллельном коде пос.тупает содержимое делителя 2, обеспечивает формирование чередующихсяразнополярных широтно-модулированныхпрямоугольных сигналов на клеммахвходных обмоток датчика 8 положения.Второй выход опорного делителя 2(соединение 11) служит для управления демодулятором 10, По этому выхо"ду на вход демодулятора 10 поступает З 5прямоугольный переключакщий сигналсо скважностью 2.Третий выход делителя 2 служит;для передачи изменяющегося во времени по пилообразному закону кода содержимого опорного делителя 2 навход блока 17 сравнения кодов опорного делителя 2 и счетчика 14 малыхвеличин рассогласования, с цельюфорМирования на выходе .блока 14 широтно-модулированного сигнала, поступающего на вход цифроаналоговогопреобразователя 18.Выходной сигнал с датчика 8 положения через полосовой фильтр 9поступает на демодулятор 10. На выходе демодулятора 10 формируетсянапряжение ошибки преобразованияперемещение -код, поступакщее навход интегратора 11. Выходное нап"ряжение интегратора 11 подается навход преобразователя 12 напряжение"частота, на одном выходе которогоформируется последовательность импульсов при положительной полярности входного сигнала, а на другом - 60при отрицательной полярности этогосигнала.Последовательность импульсов,сформированная преббразователем 12напряжение-частота, поступает на 65один иэ входов реверсивного .счетчика 5, вследствие чего содержимое этого счетчика всегда является двоичным эквивалентом перемещения подвижной части датчика 8 положения.Одновременно последовательность импульсов с выхода преобразователя 12 напряжение - частота поступает на один иэ входов блока 13 сложения и вычитания. На другие входы блока .13 подаются импульсы задания от внешнего интерполятора.Результирующая последовательность импульсов с выхода блока 13 поступает на один из входов счетчика 14. малых величин рассогласования, заполняя его.Код с разрядов О, к счетчика 14 малых величин рассогласований поступает на входы блока 17 сравнения кодов, на другие входы которой подается информация с опорного делителя 2 частоты. На выходе блока 17 сравнения кодов Формируется воротно-импульсный сигнал, скважность котррого Т/Т опреДеляется выражением ф,2 С 3 2о 2где Т - длительность формируемогоимпульса;Т - период повторения импуль"осов;а ,а- двоичные эквиваленты разрядов О, , к счетчика14 малых величин рассогласования.Схема построения цифроаналогового преобразователя на базе широтно-импульсного модулятора, ключа, комму- тирующего двуполярное опорное напряжение.и фильтра нижних частот реализует зависимость а Т(2) где (1 - напряжение управления приВыхводом;Кф - коэффициент передачи фильтра 19 нижних частот;а - двоичный эквивалент знакомвого разряда триггера 16знака рассогласования;Ов - опорное напряжениеТакое построение схемы дает высокую линейность, однако ее разрешающая способность 1/2 +" как правило не превышает 2 " . В переходных режимая работы при больших ускорениях и ограниченной добротности привода рас- согласование по положению может достигать величин, больших 2 одискрет. Применение в таких случаях нелинейной характеристики управления типа фнасыщение при рассогласованиях, превышаацих 2 " дискрет, ограничивает динамический диапазонработы привода. Для расширения динамического диапазона работы приводанеобходимо увеличение линейной зоныхарактеристики управления при рассогласованиях, превышанхцих 2 "о днс-крет, что требует увеличения разрешающей способности цифроаналогового преобразователя, Формирующего напряжениеПвь, управления приводом,Увеличение разрешающей способностицифроаналогового преобразователя эасчет увеличения периода повторенияТ приводит к уменьшению частоты несущей и к увеличению уровня пульсаций на выходе фильтра нижних частот.(при неизменной постоянной времени), 15или же к увеличейию его постояннойвремени (при неизменном уровне пульсаций). Последнее ухудшает динамические характеристики привода.В комбинированной схеме широтно- щмодулированный сигнал, поступающийс выхода блока 17 сравнения кодов,управляет дополнительным разрядомстандартной резистивной сетки типай - 2 й цифроаналогового преобразователя 18. Согласование кодов, считываемых с разрядов О, , к счетчика,14 малых величин рассогласования иразрядов (к + 1), ; и счетчика 15больших величин рассогласования достигается в цифро-аналоговом преоб-разователе 18 выбором веса дополнительного разряда, равным весу 2%+1младшего значащего разряда резистивной сетки.Выходное напряжение цифр)аналогового преобразователя 18, имеющееформу пульсирующего напряжения постоянного тока, поступает на вход.Фильтра 19 нижних частотФильтр 19нижних частот формирует напряженне: 40П управления приводом, которое9 ЬЬопределяется в соответствии с выражениемфЗнОэьх ф(45и+к+1Тф 1 2 .+а 2 + - 1х2+0 (Ч где ад - двоичные эквиваленты разрядов(к + 1)псчетчика 15 больших величин рас-.согласования55Из сравнения выражений (2) и (3) следует, что на выходе цифроаналогового преобразователя 18 комбинированной схемы амплитуда напряженияп с пульсаций уменьшается в 2 раз)оп При малых .величинах рассогласований напряжение П , формируется за счет широтно-имйульсного преобразования, обладающего высокой линейностью. При больших рассогласованиях оно формируется в основном эа счет обычного цифроаналогового преобразователя.Комбинированная схема цифроанало" гового преобразователя позволяет увеличить разрешающую способность в 2" раэ и, как следствие этого, расширить динамический диапазон работы устройства. Уменьшение постоянной времени фильтра 19 нижних частоти за счет снижения в 2 раз уровня пульсаций выходного напряжения цифроаналогового.преобразователя 18 по сравнению с широтно-импульсным преобразователем, позволяет увеличить его быстродействие и динамическую точность устройства в переходных режимах работы.Использование новых элементов - схемы сложения и вычитания, счетчиков малых и больших величин рассог-, ласования, триггера знака рассогласования, схемы сравнения кодов, цифроаналогового преобразователя и фильтра нижних частот - отличает предлагаемое устройство от известных, так как позволяет не только расширить функциональные возможности прототипа, но и повысить его ди" намическую точность, расширить динамический диапазон его рабочих скоростей и ускорений,что позволяет увеличить как точность обработки деталей, так и производительность станков с числовым программным управлением, использующих это устройство. по сравнению с известной схемой широтно-импульсного преобразователя.Подставив выражение (1) в (3) имеем, что на выходе цифро-аналогового преобразователя 18 комбинированной схемы амплитуда напряжения пульсаций уменьшается в 2 " к раз по сравнению с известной схемой ши- ротно-импульсного преобразователя.Подставив выражение (1) в (3) получим окончательное выражение (4) для напряжения О управления приво.Ьыхдом1020799 фдх Швец евнчЕ ставитель кредо.Кас едактор О. Сопко н -тщ ктор,Л, Во Заказ 3895/4 0 Тнраа 874 . Псщднсное ВНИИПИ Государственного комитета ССС по дедам изобретений и открытий 113035, Москва, 3-35, Раущская наб., д.лнад ППП фПатент 1, г. Уагород, ул. Проектная