Устройство для программного управления

Изобретение относится к автомати" ке и вычислительной технике и предназначено для использования в систе" мах управления шаговыми приводами препизионных координатных столов.Целью изобретения является увеличение быстродействия и функциональных возможностей.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2- 4 -. временные диаграммы его работы: на фиг, 5 - кривые разгона и торможения для случаев .холостого хода и прохода с деталью;. на фиг. 6 - 7 ва- рианты реализации делителя 7 и временные диаграммы работы.Устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсов, блок 3 памяти, первый триггер 4, счетчик 20 5 числа шагов, схему 6 сравнения, делитель 7 импульсов, первый 8,и вто" рой 8 элементы ИЛИ,.элемент И 9, второй триггер 10, входы 11 - началь.ной установки 12 - признака отсутствия детали, 13 - числа шагов, 14 - запуска устройства, выход 15 устройства.Блок. 3 памяти хранит таблицу коэффициентов деления для реализации кри вой разгона торможения, схема 6 сравнения предназначена для сравнения номера текущего коэффициента с текущим числом шагов для определения момента перехода к режиму торможения, второй триггер 10 управляет "растягиванием" кривой разгона в зависимости. от состояния на входе 12 приз" кака отсутствия детали. При состоя-.нии "1 ф. на входе 12 устройство фор" 40 мирует более крупную характеристику разгона - "быстрый." разгон при состоянии "0" - пологий, "растянутый" ,разгон, приводящий к той же максимальной частоте, что и быстрый 45 разгон, но со значительно меньшимиускорениями, это позволяет устройству адаптироваться к увеличению сопротивления на исполнигельном приводе. Счетчик 5 числа шагов предназ начен для приема с входа 13 числа шагов, которое необходимо отработать приводу, а также для декрементирования текущего числа шагов в процессе работы. Сигнал с выхода заема счетчика 5 идентифицирует окончание отработки заданного числа шагов: этот сигнал переводит устройство в состояние "Стоп". В исходном состоянии на вход 11начальной установки (Н.У.) подаетсяимпульс, сбрасывающнй счетчик 2 импульсов и первый триггер 4 в нулевое состояние и устанавливающий второй триггер 10 в единичное состояние.Нулевой сигнал с выхода триггера 4поступает на вход разрешения делителя 7 импульсов запрещая его работу. Нулевой код поступает на адресный вход блока 3 памяти, на выходекоторого появляется начальный коэффициент деления, соответствующийпериоду. , приемистости исполнительного привода, Устройство находитсяв,режиме ожидания в состоянии"Стоп",Рассмотрим работу устройства присигнале "1" на входе 12 признака от=сутствия детали (ПР). Этот случайсоответствует отсутствию детали висполнительном органе т.е. движению, например, в исходное положениек накопителю деталей. На вход 13подается число щагов, на вход 14 импульс "Пуск". По этому импульсу кодс входа 13 заносится в счетчик 5.триггер 4 устанавливается в единичное состояние (состояние работы),разрешая работу делителю 7 (см.фиг. 2). Рассмотрим работу делителя;,В варианте а происходит декрементдвоичного кода, поступившего в счет"чик в варианте б инкремент. Величина задержки выходного импульса в пер"вом случае прямо пропорциональна,во втором случае обратно пропорциональна величине двоичного кода, поступившего на делитель 7 с выходапамяти 3. Запись двоичного кода осуществляется сигналом с выхода заема(вариант а или с выхода переполнения (вариант б), кжорыйподается навход записис) счетчика. В данном случае сигнал установки коэфФициентанет необходимости формировать внешни"ми блоками, так как он формируетсясамим делителем 7. Рассмотрим диаграм;му работы делителя 7, реализованногопо варианту а. Сигнал на выходе заема ("0") находится в состоянии "1".(неактивное состояние) в процесседекремента счетчика до тех пор по,- 1ка счетчик не достигнет нулевого состояния. В этом такте с поступлением"0" (активное состояние) . "0" поступает на вход записи счетчика, чтоприводит к загрузке в счетчик двоич62246 51015 з 14 ного кода и (с задержкой иа время записи), Так как счетчик утратил нулевое состояние, сигнал заема так же исчезает (с задержкой на время дешифрации нулевого состояния С й О ) Счетчик продолжает декремент с заданного. извне состояния и. Запре- . тить декремент можно подачей сигнала "0", на второй вход "ентиля 2 И-НЕ. Второй вариант б не требует дополнительной логики для управления. В качестве входа, запрещающего счет (деление) 1.используется вход обнуления счетчика. В делитель 7 заносится начальный коэффициент деления, и через соответствующий ему период й на его выходе вырабатывается первый импульс. Состояние на выходе блока 3 памяти не изменилось, и делитель 7 вновь начнет деления частоты с пе-. риодом. Так как на втором входе (А) схемы 6 сравнения нулевой код, а на первом (В) в .ненулевой, то на первом выходе (АВ) схемы 6 сигнал "0", на втором. выходе (А(В) "1", триггер 10 удерживается в состоянии "1" сигналом с входа 12 (деталь в исполнительном органе отсутствует). Содержимое счетчика 2 увеличивается на единицу и будет равно 00..01, Этот код поступает на адресный вход блока 3 памяти, через время выборки Т в на его выходе появится код коэффнпиента деления, соответствующего периоду СДелитель 7 через время С формирует второй импульс, по которому содержимое счет,чика 2 увеличится, а счетчика 5 уменьшится на единицу. Делитель 7 начнет период деления, С,. Таким образом, состояние счетчика 2 будет возрастать с каждым выходным импульсом; каждому из этих состояний соответствует коэффициент деления в блоке 3 памяти. Задавая эти коэффициенты, можно формировать произвольную кривую изменения частоты (периода) выходных импульсов, например Я-образный экспоненциальный законПри достижении счетчиком 2 максимального состояния на его выходе переноса появляется сигнал переноса (обычно инверсный). На выходе зае-. ма - "1" (этот выход также инверс-. ный)В результате через элемент И 9 инверсный сигнал ("0") с выхода переноса поступает ыа вход записи счетчика 2. Этот вход также инверсный. Так как информация (весединицы) с выхода счетчика 2 поступает на его информационный вход, топроисходит подтверждение его состояния несмотря на поступление импульса на вход прямого счета. С этогомомента счетчик 2 перестает менятьсвое состояние (все единицы)Этомусостоянию соответствует коэффициентделения в блоке 3 памяти, задающиймаксимальную частоту выходных импульсов на фиг, 2 - импульсы с периодом. Устройство переходит из режима разгона в режим стационарногодвижения. Состояние счетчика 5 продолжает уменьшаться с каждым выходным импульсом. 120 В такте, в котором состояниесчетчика 5 станет равным состояниюсчетчика 2, происходит смена состояний схемы 6 сравнения: на первомвыходе (А ъ В) через время сравне ния й появится " 1", на второмвыходе (А ( В) - "0", Очвередныеимпульсы с выхода делителя 7 будутс этого момента проходить черезэлемент ИЛИ 8 на вычитающий вход 30 счетчика 2. С каждым тактом будетуменьшаться не только содержимоесчетчика 5, но и содержимое счетчика 2Начнется перебор таблицыкоэффициентов в блоке 3 памяти в 35обратном порядке - устройство перейдет к режиму торможения (фиг, 3),Счетчики 2 и 5 одновременно достигнут нулевого состояния. При этом сиг.нал с выхода заема счетчика 5 сбро сит триггер 4 в состояние 0 (сос,тояние "Стоп" ). Сигнал с выхода за-.ема счетчика 2, пройдя элемент И 9,приведет к записи в счетчик 2 его собственного состояния - произойдет под тверждение состояния 00.оо, В результате импульсы на выход 15 устройствапоступать перестанут, счетчики 2, 5и триггер 4 будут в нулевом состоянии, т.е, устройствоперейдет в состоя ние "Стоп", при этом его элементыокажутся в состоянии начальной установки. Следовательно, при очередномзапуске устройства нет необходимостив импульсе начальной установки (вход11 Н.У.). На временных диаграммахфиг. 2, 3 в качестве примера принято: число шагов - 1000 (на вход 13подается число, меньшее на единицу), . число шагов разгона - 64.Рассмотрим работу устройства при повышенной нагрузке на исполнительном приводе. В этом случае от внешних датчиков на вход 12 признака подается "0" (деталь находится в захвате),. В результате триггер 10 получает возможность работать в счетном режиме (см. Фиг. 4) меняя в каждом такте свое состоянйе. Это приводит к тому 1 что в режиме разгона в четных тактах элемент ИЛИ 8 закрывается для прохождения импульсов и счетчик 2 инкрементирует свое состояние в два раза медленнее. Количество шагов в , режиме разгона удваивается - увеличивается время разгона и, следовательно, уменьшается величина ускорений в приводе. Это позволяет раз: гонять нагруженный привод. На Фиг. 5 . представлен пример кривых разгона для нагруженного (Пр = 0) и ненагру женного (ПР) привода. При "быст" : ром" разгоне выходные импульсы устройства, все время увеличивающиесвою частоту, несколько опережают фазу вращения ротора шагового двигателя - образуется набег фазы постоянно поддерживаемый в режиме разгона, Этот набег. фазы приводит к повышенным величинам ускорения привода, увеличивая его быстродействие, При "медленном" разгоне (при повышенной нагрузке) на шаговый двигатель поступают пары импульсов с одинаковой частотой, В результате набег фазы, образовавшийся при первом импульсе каждой из этих пар, ликвидируется, при втором импульсе (период этого импульса не уменьшается, как при "быстром" разгоне по сравнению с периодом первого импульса, а равен ему, это позволяет ротору двигателя догнать по фазе второй импульс), Отсутствие набега по фазе облегчает ротору переход к отработке очередной пары шагов. Таким образом, при "медленном" разгоне уменьшается не только величина интегрального ускорения .(за счет увеличения длительности разгона), но также уменьшается и величина мгновенных ускорений (за счет отсутствия постоянного набега Фазы). Первый параметр влияет на вероятность срыва вращения ротора двигателя второй - на вероятность про" пуска шагов. В результате " медленный разгон позволяет разгонять привод при увеличенной нагрузке с уменьшением вероятности срыва вращения и пропуска шагов.Рассчитаем минимальный дискрет 5изменения частоты выходных импульсовДля частоты 20 МГц генератора (максимальная частота для 155 серии) и максимальной частоты выходных импульсов 15 КГц (максимальная частота импульсов для.шагового двигателя Д 11 И) коэффициент деления равен 1333. Для ближайшего коэффициента, равного 1334, частота выходных импульсов будет равна 14992 Гц. Дискрет 15 в области высоких частот равен 8 Гц.В области малых частот он значительно меньше.Таким образом, рассматриваемое 20 устройство имеет воэможность реализовать любую форму кривой разгона с высокой точностью (+0,57, позволяя выбрать оптимальный закон. Оно самостоятельно определяет моменты 25 смены режимов (разгон-стационар-торможение), не загружая ресурсы системы управления высшего уровня и упрощая протокол обмена с нею, На основе одной таблицы коэффициентов устрой ство может реализовывать два законаразгона, Это позволяет устройству адаптироваться к увеличению и уменьшению нагрузки в исполнительном приводе. Все это увеличивает Функциональные возможности и среднее быстродействие устройства,Формула изобретения4 О Устройство для программного уп- .равления, содержащее генератор импульсов, блок памяти и триггер,счетчик импульсов, информационныйвыход которого соединен а адреснымвходом блока памяти, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что с целью увеличения быстродействия и функциональных возможностей, в устройство введены счетчик числа шагов, схема срав- БО нения, делитель импульсов, два элемента ИЛИ, элемент И и второй триггер,причем выход генератора импульсовсоединен с входом синхронизации делителя импульсов,. выход которого является выходом устройства и подключенк первым входам первого и второгоэлементов ИЛИ, к счетному входу второго триггера и к вычитающему вхо"ду счетчика числа шагов, информацион%Луск 2ч апР 5 ьи ншй выход которого соединен с первымвходом схемы сравнения, первый и второй выходы которой соединены соответственнос вторыми входами первогои второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к суммирующему и вычитающему входам счетчика импульсов,выходы переноса и заема которого соединены соответственно с первым и 1 Овторым входами элемента И, выход которого соединен с С-входом счетчикаимпульсов, информационный выход которого соединен с его информационнымвходом и вторым входом схемы сравнения, выход блока памяти подключен кинформационному входу делителя импульсов, вход признака отсутствия детали устройства соединен с первымБ-входом второго триггера, информационный вход устройства соединен синформационным входом счетчика числашагов, выход заема которого соединенс первым К-входом первого триггера,выход которого подключен к.разрешающему входу делителя импульсов, входзапуска устройства соединен с .С-входом второго счетчика числа шагови с Я-входом первого триггера входначальной установки устройства соединен с К-входом счетчика импульсов,с вторым К-входом первого триггераи с вторым Б-входом второго триггера,выход которого соединен с третьимвходом первого элемента ИЛИ.1462246 РОЗР и и г,Составитель А. БондаревРедактор Д. Спесивьк Техред М,Ходанич, Корректор С, Шекм Заказ 672/44 Тираж 788 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент город, ул. Гагарина,10