Устройство задания скорости в системах числового программного управления

ОЮЗ СОНЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИ КРЕСПУБЛИК 19) 0 1)4 С 05 В 19/ ъи Йат Жгтфр р р р у ) л ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Изобретение относится к управлению станками, в системам числового прог мно частносаммного повыт при этом требования кэлементов не выше, чеустройствах аналогичн1 зеп ф лы 3 ил,ыстродеиств в известных ления. Цель изобретения быстродействия устройс во содержит генератор 1шениройс ва. Уст импульо назначения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИ ЕТЕПЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРФ 1211695, кл. С 05 В 19/18, 1984Авторское свидетельство СССРУ 1269099, кл, С.05 В 19/18, 1985(54) УСТРОЙСТВО ЗАДАНИЯ СКОРОСТИСИСТЕМАХ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГОУПРАВЛЕНИЯ сов, первыи делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый 4, второй 14 и третий 16 блоки элементов И, реверсив ный счетчик 5, блок 6 сравнения кодов, регистр 7 скорости, блок 8 управления, второй 9 и третий 15 делите ли, первый О и втарои 1 элементы И, первый 12 и второй 13 счетчики, регистр 17 константы. Устройство поэ воляет изменять скорость в режимах разгона и торможения по экспоненциальному, квадратичному и линейному законам путем определения интервала дискретизации ускорения и скорости, соответствующего приращению ускорения на постоянную величину. Принцип работы и схемотехническое решение обеспечивают воэможность получения высокой выходной частоты устройства и малого времени разгона-торможения35 1 13287Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управления,Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.На фиг, 1 приведена схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 - схема блока управления на Фиг. 3 - графики разгона от скорости с кодом Р0 до скорости с кодом Р = 200 прииспользовании экспоненциального (а),квадратичного (б) и линейного (в) законов (время разгона для всех законов 15взято одинаковым).Устройство содержит генератор 1импульсов, первый делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый блок элементов И 4, реверсивный счетчик 5,блок 6 сравнения кодов, регистр 7скорости, блок 8 управления, второйделитель 9, элементы И 10 и 11, первый 12 и второй 13 счетчики, второйблок элементов И 14, третий делитель 2515, третий блок элементов И 16, регистр 17 константы. Блок 8 управления содержит триггеры 18-22, элементы ИЛИ 23 и 24, элементы И 25 и 26,Устройство также содержит выход27 блока 6 сравнения коцов, на котором сигнал возникает при равенствекодов счетчика 5 и регистра 7, вход28 устройства установки режима "Разгон" устанавливает триггер 20 блока8, вход 29 устройства установки режима нТорможение" устанавливаег триггер 21 блока 8, вход 30 установкирежима "Эксп. - экспоненциальноеизменение скорости устанавливаеттриггер 19 блока 8, вход 31 устройства установки режима "Квадрат"квадратичного изменения скоростиустанавливает триггер 18 блока 8, выход 32 элемента И 10 "Счет на РС"для подачи сигналов унитарного кодатекущего приращения коца скоростина реверсивный счетчик 5 через элементы И 25 и 26 блока 8, выход 33переполнения счетчика 12. "Конец счев50та РС , Фиксирующий окончание передачи унитарного коца приращения кодаскорости на счетчик 5, ьыхоц 3 делителя 15 "Конец интервала ", Фиксирующий окончание интервала дискрети 55зации скорости и ускорения, выход 35элемента И 25 блока,8 "Разгон" дляуправления режимом "Разгон" и включения реверсивного счетчика 5 в режиме 93 2 сложения, выход 36 элемента И 26 блока 8 "Торможение" для управления режимом "Торможение" и включения реверсивного счетчика 5 -в режим вычитания, выход 37 триггера 22 блока 8"Начало счета РС" открывает элементИ 10, начало дополнения счетчика 12и передачи унитарного кода приращения кода скорости на счетчик 5, выход 38 элемента ИЛИ 24, блока 8 "Разгон" Ч "Торможение", - управлениеэлементами И 10 и 11 для передачикода на счетчик 5 и изменения содержимого счетчика 13 соответственно,выход 39 элемента ИЛИ 23 блока 8"Эксп. ч "Квадрат - управлениеэлементом И 11 в режимах экспоненциального и квадратичного измененияскорости, выход 40 триггера 19 блока8 - управление элементами И блока 14по вторым входам в режиме экспоненциального изменения скорости,. выход41 триггера 19 блока 8 "Квадрат" чч"Линейный" - управление элементамиИ блока 16 по вторым входам в режимеквадратичного и линейного измененияскорости.Реверсивный счетчик 5, первыйблох элементов И 4 и сумматор-накопитель 3 включены по схеме параллельного интегратора, Содержимое счетчика 5 с каждым импульсом делителя 2через первый блок элементов И 4 передается на сумматор-накопитель 3, гдесуммируется с его содержимым, Импульсы переполнения накопителя 3 образуют выходные сигналы устройства,В блоке 6 сравнения кодов производится сравнение кода текущей скорости, содержащегося в счетчике 5, скодом скорости, задаваемым от программы в регистр 7,Делитель 2 определяет интервалинтегрирования йс и,следовательно,максимальную скорость подачи а делитель 9 - минимальный интервал дискретизации скорости и ускорения в режимах изменения скорости,Элементы И 10 и 11 предназначеныдля управления счетчиками 12 и 13соответственно. Счетчик 12 служит длявременного хранения гекущего значенияприращения кода скорости и передачиего на счетчик 5, Делитель 15, второйи третий блоки элементов И 14 и 16,счетчик 13 и регистр 17 образуют делитель с переменным коэффициентомделения, В режиме экспоненциального3 1328 изменения скорости управление коэффициентов. деления производится от счетчика 13 через второй блок элементов И 14, В режимах изменения скорос 5 ти по квадратичному и линейному законам коэффициент деления задается от регистра 17 через третий блок элементов И 16. В обоих случаях импульс переполнения делителя 15 через элементы 10 И соответствующего блока (14 или 16) вводит в делитель 15 обратный код содержимого счетчика 13 или регистра 17, устанавливая коэффициент деления делителя в очередном цикле дискретизацииЭлементы блока 8 управления служат для обеспечения работы устройства в режимах постоянной скорости и изменения скорости по заданным в программе 2 О или оператором законам,Устройство работает в режимах постоянной скорости и изменения скорости по экспоненциальному, квадратичному или линейному законам, Управление скоростью Осуществляется в соответствии со следующими соотношениями:при экспоненциальном законеЧк ( к Чо)при квадратичном законе 793 дЧ = сопвс дЧ 7 == сопзс У аодЧ = сопзс; Р(с; + т) = Р(с, + с); с = сопзс.Таким образом, при экспоненциальном законе интервал дискретизации 7изменяется обратно пропорциональнотекущему ускорению, в двух другихслучаях он остается постоянным,Устройство работает следующим образом.В режиме постоянной скорости соЗ 5 держимое реверсивного счетчика 5 ирегистра 7 скорости одинаково, С каждым выходным импульсом делителя 2 содержимое счетчика 5 передается насумматор-накопитель 3, где суммируется с его содержимым. Переполнениесумматора-накопителя 3 порождает вы.ходные сигналы устройства, частотакоторых пропорциональна коду скорости Р , содержащемуся в счетчике 5, и 45 равнае а 1 сгЧ(с) = Ч + ас4(Ч - Ч ) при линейном законеЧ(с) = Ч, +ас,где Ч , Ч - начальное и конечноезначение скорости соответственно;а, - величина начального ускорения,Ы - величина, обратная постоянной времени разгона(торможения),В устройстве при изменении скорости код скорости, содержащийся в реверсивном счетчике 5, изменяется всоответствии с установленным оператором или по программе законом управления. Вычисление кода скоростиосуществляется в следующей последовательности: в соответствии с кодом.текущего ускорения определяется интервал дискретизации Т , отвечающийпостоянной величине приращения кодаускорения, вычисляется код ускорения в очередном цикле дискретизации, эта величина, отнесенная к значению 7 , используется как приращение кода скорости за время ".; определяется код скорости в очередном цикле дискретизации, Вычисления производятся по следующим соотношениям:при экспоненциальном законе А до7= --- ; А = - = сопзс с(с;) ,1 ф Ч(с., +") = Ч(с.) - до; до == сопзс; Са = ----а 2 о Ч(с; +" ) = Ч(Т 1) ЛЧ 3Р(с; + -) = Р(с;) + Ч(с; +"), при линейном законе Е Е -- = КРОВых 1 21 оэгде Е, - выходная частота делителя 2,и - число разрядов сумматоранакопителя 3.Через делитель 9 выходные делители 2 поступают также на делитель 15. Однако, так как элементы И 10 и 11 закрыты, то выходной .импульс делителя на счетчики 12 и 13 не поступает, В зависимости от установленного оператором или ранее в программе закона изменения скорости выходной импульс5 13287 делителя 15 передает через элементы И блока 14 или 16 обратный код содержимого счетчика 13 или регистра 17 в делитель 15, устанавливая коэффициент деления делителя 15, что определяет длительность интервала 7,В режиме экспоненциального изменения скорости от программы поступают команды "Разгон" (" Торможение" ), в счетчик 13 вводится код начального10 ускорения ц , в регистр 7 вводится код конечной скорости Р подается команда "Эксп,. Устанавливается триггер 19 блока 8 управления, на второй вход элемента И 11 с выхода 39 блока 15 8 управления подается сигнал логической " 1", по линии 40 подается сигнал логической ".1" на вторые входы элементов И блока 14, Сигналом с выходов 35 (или .36) блока 8 управления ре версивный счетчик 5 включается в режим сложения (или вычитания), С выхода 38 на третий вход элемента И 11 и первый вход элемента И 10 подается сигнал логической "1", 25Так как делитель 15 работает в лю - бом режиме функционирования устройства, то первый импульс переполнения делителя с выхода 34, поступает на третьи входы элементов И блока 14 и 30 передает через них обратный код содержимого счетчика 13 Я,) в делитель 15, устанавливая величину 7 . Этот же импульс подается на вход разрешения записи счетчика 12, на входы 35 данных которого подключены инверсные выходы разрядов счетчика 13,что приводит к занесению в счетчик 12 дополнительного кода о,. Далее через элемент И 11 этот же импульс поступает 40 на счетчик 13, уменьшая его содержимое на величину щ (например, на 1). Кроме того, сигналом с выхода 34 делителя 15 в блоке 8 управпения устанавливается триггер 22 и с выхода 37 45 подается сигнал логической " 1" на второй вход элемента И 10, Импульсы генератора 1 проходят через открывшийся элемент И 10, поступают на счетчик 12 и по линии 32 на входы 50 элементов И 25 и 26 блока 8 управления. В зависимости от режима "Разгон" или "Торможение" они подаются , на вход сложения или вычитания счетчика 5 с выходов 35 или 36 до момен та переполнения счетчика 12. Сигнал .переполнения счетчика 12 с выхода 33 "Конец счета РС" сбрасывает триггер 22 блока 8, элемент И 10 закрывается, счет сигналов генератора прекращается, К этому моменту в счетчике 5 устанавливается значение кода скорости Р, + 1 . Соответственно выходная частота устройства составляет. в х К(Ро + Ч)В следующем цикле дискретизации с появлением выходного сигнала делителя 15 через элементы И блока 14 в делитель 15 вводится обратный код величины (ц, - ц), в счетчик 12 дополнительный код этой величины, содержимое счетчика 13 уменьшается на величину Ьо, в реверсивный счетчик 5.передается величина (Ч - Ч), Длительность очередного цикла определяется коэффициентом деления делителя 15, который возрастает с уменьшением кода ускорения.Указанная работа устройства продолжается до наступления равенства кодов счетчика 5 и регистра 7, причем заполнение счетчика 5 сигналами унитарного кода гарантирует достижение этого равенства без переколебаний, Момент равенства регистрируется блоком 6 сравнения кодов, который сигналом с выхода 27 сбрасывает триггеры 20:и 21 блока 8, закрываются элементы И 25 и 26 блока 8, отключаются входы реверсивного счетчика 5, закрываются элементы И 10 и 11, прекращаются изменения содержимого счетчика 13. Делитель 15 переходит в режим работы с пос.тоянным коэффициентом деления, а все устройство - в режим постоянной скорости.В режиме изменения скорости по квадратичному закону подаются команды "Разгон" (или "Торможение", "Квадрат", в счетчик 13 вводится код начального ускорения о , в регистр 7 код конечной скорости Р, в регистр 17 - код константы Са. Управление коэффициентом деления делителя 15 осуществляется от регистра 17, обрат- ный код содержимого которого передается в делитель 15 с каждым выходным импульсом делителя 15. Коэффициент деления делителя 15 и, следовательно, интервал дискретизации Т остаются постоянным в течение всего промежутка разгона (торможения), В остальном работа устройства аналогична предыдущему режиму.В режиме линейного изменения ско-. рости триггеры 18 и 19 блока 8 сброшены, элемент И 11 закрыт сигналом с выхода 39 блока 8 управления, элемен7 1 ты И блока 16 открыты по вторым входам сигналом с выхода 41 блока 8, в регистр 17 вводится код величины Т , в счетчик 13 - с 1 в регистр 7 - Г, Делитель 15 управляется от регистра 17, коэффициент деления делителя 15 и содержимое счетчика 13 не меняются,Достоинство устройства - возможность получения высокой выходной частоты и малого времени разгона-торможения. В наиболее неблагоприятном случае - при изменении скорости по экспоненциальному закону для правильной работы устройства необходимо выполнить условие Т ( 7 /2 Ггде Т, - период импульсов генератора 1,- постоянная времени разгона-торможения, Рмаксимальное значение кода скорости. Если Тг = 0,1 мкс (Г - 10 мГц), Р - 2 10 (что мо жет дать диапазон регулирования скорости подачи 1:20000), то Ф = 4 мс, а весь процесс разгона (торможения) может быть выполнен за 16 мс ( 4 С) . Минимальный интервал дискретизации при этом составляет сн =. т /Г 2 Р= = 20 мкс, что достаточно для переписки максимального кодаприращения скорости в реверсивный счетчик, Если про цессы заполнения реверсивного счетчика 5 и передачи его содержимого в сумматор-накопитель 3 синхронизированы; то возможно получение выходной частоты устройства 10 мГц, Даже при диапазоне регулирования скорости 1: 100000 разгон до максимальной скорости от нулевой (и торможение от максимальной скорости до нулевой) с использованием экспоненциального закона с убывающим ускорением, который гарантирует минимальные динамические ошибки, может быть осуществлен за 0,08 с, т,е, в 2,5 раза быстрее, чем в современных приводах с меньшим диапазоном регулирования (1:10000). 328793 10 15 20 25 Формула изобретения 1, Устройство задания скорости в системах числового программного управления, содержащее генератор импульсов, первый делитель; два блока элементов И, реверсивный счетчик, регистр скорости, блок сравнения кодов, первый счетчик, два элемента И и блок управления, соединенный первым входом с выходом блока сравнения кодов,.а первым и вторым выхо 30 35 40 45 50 55 дом - с входами сложения и вычитанияреверсивного счетчика, первые разрядные выходы которого подключены кпервым входам блока сравнения кодов,вторые входы которого соединены сразрядными выходами регистра скорости, выход генератора импульсов подключен к входу первого делителя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устрой-ства, введены второй и третий делители, сумматор-накопитель, второйсчетчик, третий блок элементов И,регистр констант, первый блок элементов И первыми входами соединен свторыми разрядными выходами реверсивного счетчика, а вторыми входами -с выходом первого делителя и через второи делитель - с первым входомтретьего делителя, выходы первогоблока элементов И соединены с разрядными входами сумматора-накопителя, выход которого подключен к выходу устройства, счетные входы первого и второго счетчиков соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые разрядныевыходы второго счетчика подключенык разрядным входам записи первогосчетчика, разрядные входы третьегоделителя соединены с выходами второго и третьего блоков элементов И,первые входы которых подключены квторым разрядным выходам соответственно второго счетчика и к выходам регистра констант, входы первого элемента И соединены соответственно с выходом генератора импульсов, третьим и четвертым выходами блока управления, входы второго элемента И подключены к четвертому и пятому выходам блока управления и к выходу третьего делителя соответственно, который соединен также с вторым входом блока управления, вторыми входами второго и тертьего блока-элементов И и входом разрешения записи первого счетчика, выход которого подключен к третьему входу блока управления, к четвертому входу которого под- ключен выход первого элемента И,шестой и седьмой выходы блока управления соединены с третьими входами соответственно второго и третьего бло-. ков элементов И, входы регистра скорости, регистра константы, второго счетчика и пятый, шестой, седьмой и восьмой входы и сбросовый вход блока1328793 гаа 0 10 10 гп ог пз Юц о,э об оУ оВ ов о у г Составитель А,ИсправниковаТехред М. Ходанич Корректор А.Обручар едактор И,Шулла аказ 3488/50 Подписное.Проектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,уж Тираж 863 НИИПИ Государственного комит по делам изобретений и отк 13035, Москва, Ж, Раушска