Цифровой следящий привод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий первый преобразователь кода, входы которого подключены к первому и второму входам привода, элементы И - НЕ, инвертор, триггер знака, элементы И, элементы ИЛИ - НЕ и последовательно соединенные реверсивный счетчик импульсов, второй преобразователь кода, усилитель мощности и исполнительный двигатель, вал которого механически связан импульсным датчиком, подключенным выходом к блоку обратной связи, причем выходы первого и второго элементов И - НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами триггера знака, выходы первого и второго элементов И через первый элемент ИЛИ - НЕ подключены к первому входу реверсивного счетчика импульсов, выходы третьего и четвертого элементов И через второй элемент ИЛИ - НЕ - к второму входу реверяоИ 519254 Ш б 05 В 11/14 сивного счетчика импульсов, прямои выход триггера знака соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И, а инверсный выход триггера знака - с первыми входами первого и третьего элементов И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности привода, в него введены первый, второй и третий элементы ИЛИ, первые входы первого и второго элементов ИЛИ подключены к соответствующим выходам первого преобразователя кода, вторые входы - к выходам блока обратной связи, а выходы - к первым входам соответственно первого и второго элементов И - НЕ, выходы реверсивного счетчика импульсов через третий элемент И - НЕ соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, а через третий элемент ИЛИ - с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход первого элемента ИЛИ подключен к третьим входам первого и четвертого элементов И, выход второго элемента ИЛИ - к третьим входам второго и третьего элементов И, выход третьего элемента ИЛИ через инвертор - к вторым входам первого и второго элементов И - НЕ, прямой выход триггера знака - к второму входу второго преобразователя кода, а третьи входы второго элемента ИЛИ и реверсивного счетчика импульсов - к третьему входу привода.Изобретение относится к автоматизированным системам с цифровыми регуляторами и может найти применение в следящих системах с импульсными датчиками обратной связи, с цифровым заданием управляющего воздействия.Известен цифровой регулятор, содержащий задатчик регулируемой величины, цифровой сумматор, распределитель импульсов, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр низких частот, исполнительный механизм и датчик обратной связи 1 .Недостатком данного устройства является то, что старшие разряды выхода сумматора соединены с входом реверсивного счетчика, при этом передача информацииосуществляется со старших разрядов сумматора в реверсивный счетчик в параллельном виде, что приводит к скачкообразному изменению напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Амплитуда скачкообразного напряжения зависит от величины напряжения на выходе сумматора, что приводит к снижению точности за счет неравномерного движения выходного звена исполнительного двигателя.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой следящий электропривод, содержащий триггер знака, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И - НЕ, выходы которых подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов ИЛИ - НЕ, а инверсный выход триггера знака соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И - НЕ, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ - НЕ, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь кода, усилитель мощности, исполнительный двигатель, импульсный датчик блок, обратной связи, задающий блок, схемы контроля переполнения и нуля счетчика 2. Недостатком известного устройства является то, что оба выхода задающего блока подключены к суммирующему входу реверсивного счетчика, а выходы блока обратной связи - к вычитающему входу реверсивного счетчика. Г 1 ри такой схеме режим торможения исполнительного элемента осуществляется только за счет уменьшения количества импульсов с выхода задающего устройства. При этом знак направления движения изменяется до тех пор, пока скорость перемещения не установится до нулевого значения. В противном случае изменение знака направления на противоположный ведет к скачкообразному изменению напряжения на выходе преобразователя кода, что приводит к возникновению в природе дина 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мического удара, соответственно резко снижает надежность работы привода и всего устройства, уменьшает точность отработки траектории. Этот недостаток исключает возможность использования такого привода в высокоточном оборудовании, например в станках типа Обрабатывающий центр или сборочных роботах.Цель изобретения - повышение точности и надежности привода.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой следящий привод, содержащий первый преобразователь кода, входы которого подключены к первому и второму входам привода, элементы И - НЕ, инвертор, триггер знака, элементы И, элементы ИЛИ ви последовательно соединенные реверсивный счетчик импульсов, второй преобразователь кода, усилитель мощности и исполнительный двигатель, вал которого механически связан с импульсным датчиком, выходом подключенным к блоку обратной связи, причем выходы первого и второго элементов И - НЕ соединены соответственно с первым и вторым входами триггера знака, выходы первого и второго элементов И через первый элемент ИЛИ - НЕ подключены к первому входу реверсивного счетчика импульсов, выходы третьего и четвертого элементов И через второй элемент ИЛИ в- к второму входу реверсивного счетчика импульсов, прямой выход триггера знака соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И, а инверсный выход триггера знака - с первыми входами первого и третьего элементов И, введены первый, второй и третий элементы ИЛИ, причем первые входы первого и второго элементов ИЛИ подключены к соответствующим выходам первого преобразотвателя кода, вторые входы - к выходам блока обратной связи, а выходы - к первым входам соответственно первого и второго элементов И - НЕ, выходы реверсивного счетчика импульсов через третий элемент И - НЕ соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, а через третий элемент ИЛИ - с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход первого элемента ИЛИ подключен к третьим входам первого и четвертого элементов И, выход второго элемента ИЛИ - к третьим входам второго и третьего элементов И, выход третьего элементом ИЛИ через инвертор - к вторым входам первого и второго элементов И - НЕ, прямой выход триггера знака - к второму входу второго преобразователя кода, а третьи выходы второго элемента ИЛИ и реверсивного счетчика импульсов - к третьему входу привода. На фиг. 1 изображена блок-схема цифрового следящего привода; на фиг. 2 - блоксхема первого преобразователя кода; на50 55 фиг. 3 - блок-схема второго преобразователя кода; на фиг. 4 - блок-схема блока обратной связи.Цифровой следящий привод содержит первый преобразователь 1 кода, первый и второй элементы ИЛИ 2 и 3, первый и второй элементы И - НЕ 4 и 5, первый, второй, третий и четвертый элементы И 6 - 9, триггер 10 знака, второй преобразователь 11 кода, усилитель 12 мощности, исполнительный двигатель 13 импульсный датчик 14, блок 15 обратной связи, реверсивный счетчик 16 импульсов, первый и второй элементы ИЛИ в17 и 18, третий элемент И - НЕ 19, третий элемент ИЛИ 20, инвертор 21, генератор 22 импульсов, счетчик 23 импульсов, формирователи 24 импульсов, элемент И - ИЛИ - НЕ 25, регистр 26, элементы И 27 и 28, инвертор 29, цифро-аналоговый преобразователь 30, элементы И 31 и 32, источники 33 и 34 опорного напряжения, инвертор 35, элементы И в ИЛИ в 36 и 37, формирователи 38 - 41 импульсов, элементы НЕ 42 и 43. Цифровой следящий привод работает следующим образом,При включении питания привода по сигналу начальной установки, приходящему на третий вход привода, реверсивный счетчик 16 импульсов устанавливается в единичное состояние, а триггер 10 знака устанавливается в единичное состояние. Код скорости перемещения на входе первого преобразователя 1 кода имеет нулевое значение. Импульсы задания скорости с выхода первого преобразователя 1 кода и импульсы обратной связи с блока 15 обратной связи отсутствуют. га выходе второго преобразователя 11 кода и выхода усилителя 12 мощности присутствует сигнал нулевого уровня,После задания направления перемещения с ЦВМ, например положительного, определяемого нулевым значением знакового разряда кода, поступающего на вход первого преобразователя 1 кода и задания кода скорости перемещения в первом преобразователе 1 кода, с его первого выхода (+1) на первый вход элемента ИЛИ 2 начинают поступать импульсы единичного кода, количество которых за период управления привода определяет значение скорости перемещения исполнительного двигателя 13. При этом первый импульс с выхода элемента ИЛИ 2 через элемент И - НЕ 4 устанавливает триггер 1 О знака в нулевое состояние, а на его инверсном выходе появляется логическая единица. Импульсы с выхода элемента ИЛИ 2 через последовательно включенные элементы И 6, ИЛИ - НЕ 17 поступают на первый (суммирующий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов. Первый импульс в двоичном реверсивном счет 5 10 15 20 25 30 35 40 45 чике 16 преобразуется вторым преобразователем 11 кода в аналоговый сигнал и на выходе усилителя 12 мощности появляется сигнал 1)выхО. В результате чего исполнительный двигатель 13 и импульсный датчик 14 перемещаются в положительном направлении, Одновременно появляется логическая единица на выходе третьего элемента ИЛИ 20, которая при наличии единиц в реверсивном счетчике 16 импульсов разрешает прохождение импульсов на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов и через инвертор 21 запрещает прохождение импульсов на вход триггера 10 знака.Перемещение импульсного датчика 14 в положительном направлении вызывает появление последовательности импульсов на первом выходе блока 15 обратной связи, частота следования которых пропорциональна скорости поворота оси импульсного датчика 14.Эти и м пул ьсы через элем ен ты ИЛИ 3, И 8, ИЛИ - НЕ 18 поступают на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов. В нем появляется число, соответствующее разности частот с первого преобразователя 1 кода и блока 15 обратной связи, а на выходе усилителя 12 мощности - аналоговый сигнал + Зьых, который увеличивается до тех пор, пока частоты с блока 15 обратной связи и первого преобразователя 1 кода не сравняются, что соответству- ет достижению исполнительным двигателем 13 скорости перемещения, равной заданной в положительном направлении. Если произойдет перерегулирование и частота следования импульсов с блока 15 обратной связи превысит частоту с выхода первого преобразователя 1 кода число в реверсивном счетчике 16 импульсов уменьшится, а соответственно уменьшится и напряжение + Цх на выходе усилителя 12 мощности, что приведет к уменьшению скорости перемещения исполнительного двигателя 13, а также уменьшит частоту следования импульсов с блока 15 обратной связи. Таким образом, осуществляется автоматическое поддержание заданной скорости. Установка значения скорости осуществляется записью кода скорости в первый преобразователь 1 кода. Для обратного движения исполнительного двигателя 13 в первый преобразователь 1 кода заносятся код скорости и его знак , соответствующий обратному направлению перемещения, при этом с второго выхода первого преобразователя 1 кода на вход элемента ИЛИ 3 начнут поступать импульсы единичного кода заданной скорости. Первый импульс с выхода элемента ИЛИ 3 через элемент И - НЕ 5 установит триггер 10 знака в единичное состояние ина его прямом выходе появится логическая единица. Импульс с выхода элемента ИЛИ 3 через элементы И 7, ИЛИ - НЕ 17 поступает на первый (суммирующий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов. Первый импульс в реверсивном счетчике 16 импульсов преобразуется вторым преобразователем 11 кода в аналоговый сигнал и на выходе усилителя 12 мощности появится сигнал 1.1 вих ( О, который вызовет перемещение исполнительного двигателя 13 и импульсного датчика 14 в обратном направлении. Одновременно появится уровень логической единицы на выходе третьего элемента ИЛИ 20, который разрешает прохождение импульсов с выхода элемента ИЛИ 2, через элементы И 9, ИЛИ в18 на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов, а через иивертор 21 запретит поступление импульсов через элементы И - НЕ 4 и 5 на входы триггера 10 знака. Перемещение импульсного датчика 14 в обратном направлении вызывает появление последовательности импульсов на втором выходе блока 15 обратной связи с частотой, пропорциональной скорости поворота оси датчика 14. Эти импульсы через элементы ИЛИ 2, И 9, ИЛИ - НЕ 18 поступают иа второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов. В случае переполнения реверсивного счетчика 16 импульсов на выходе элемента И - НЕ 19 появляется логический ноль, запрещающий прохождение импульсов через элементы И 6, И 7, ИЛИ - НЕ 17 на первый (суммирующий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов, чем предотвращается его переход в нулевое состояние. На выходе второго преобразователя 11 кода и усилителя 12 мощности в этом случае присутствует максимальный сигнал +Увых или -11 вых в зависимости от состояния триггера 10 знака и обеспечивается максимальная скорость перемещения исполнительного двигателя 13 в соответствующем направлении. При изменении направления движения величина напряжения на выходе усилителя 12 мощности плавно изменяется за счет уменьшения частоты следования импульсов с первого преобразователя 1 кода или подачи с него импульсов противопоположного направления движения. Таким образом, может быть сформирован любой наиболее эффективный для данного исполнительного двигателя 13 закон разгона и торможения.При движении исполнительного двигателя 13 в положительном направлении со скоростью задаваемой последовательностью импульсов с первого выхода первого преобразователя 1 кода триггер 10 знака установлен в нулевое состояние, и импульсы с выхода элемента ИЛИ 2 через элементы И 6 и ИЛИ - НЕ 17 поступают на первый (суммирующий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов. Импульсы обратной связи с первого выхода блока 15 обратной связи через элемент ИЛИ 3 и элементы И 8 и ИЛИ - НЕ 17 поступают на второй (вычитающий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов.При изменении направления движения на обратное в первый преобразователь 1 кода записывается код скорости с противоположным знаком, при этом задающие импульсы с второго выхода первого преобразователя 1 кода начинают поступать на вход второго элемента ИЛИ 3 и совместно с импульсами обратной связи поступают на второй вычитающий вход реверсивного счетчика 16 15 импульсов, что приводит к быстрому уменьшению числа, записанному в счетчик и соответственно уменьшению абсолютного значения напряжения на выходе усилителя 12 мощности и быстрому торможению исполнительного двигателя 13. При достижении нулевого состояния реверсивного счетчика 16 импульсов появляется логический ноль на выходе третьего элемента ИЛИ 20, который запрещает дальнейшее прохождение импульсов через элементы И 8 и 9 и элемент 25 ИЛИ - НЕ 18 на второй (вычитающий) входреверсивного счетчика 16 импульсов. Одновременно появляется логическая единица на выходе инвертора 21, которая разрешает прохождение импульсов через элементы И - НЕ 4 или 5, Следующим после этого импульсом с выхода элемента ИЛИ 3 через элемент И - НЕ 5 триггер 10 знака переключится в единичное состояние, разрешит прохождение импульсов через элементы И 7 и 9, запретит прохождение импульсов через элементы И 6 и 8 и переключит знак 35выходного напряжения во втором преобразователе 11 кода. В результате этого задающие импульсы с выхода второго элемента ИЛИ 3 через элемент И 7 и элемент ИЛИ - НЕ 17 начинают поступать на первый (сум мирующий) вход реверсивного счетчика 1 6импульсов. После поступления на первый (суммирующий) вход реверсивного счетчика 16 импульсов первого импульса на выходе третьего элемента ИЛИ 20 вновь появляет ся логическая единица, разрешающая прохождение импульсов через элементы И 8 и 9, на выходе инвертора 21 появляется логический ноль, запрещающий прохождение импульсов через элементы И - НЕ 4 и 5 на установку триггера 10 знака. По мере на копления импульсов в реверсивном счетчике16 импульсов на выходе усилителя 12 мощности увеличивается выходное напряжение противоположного знака, и исполнительный двигатель 13 начинает ускоренное движение в обратном направлении, при этом импульсы обратной связи появляются на втором выходе блока 15 обратной связи и через элемент ИЛИ 2, элемент И 9, элемент ИЛИ в18 начинают поступать на второй (вычитающий) вход двоичного реверсивного счетчика 16.Первый преобразователь 1 кода работает следующим образом. Код от ЦВМ, задающий скорость перемещения исполнительного двигателя 13, поступает в регистр 26, причем старший разряд определяет знак перемещения. Прием кода осуществляется по сигналу на вход от ЦВМ, определяющего цикл управления привода и поступающего на синхронизирующий вход регистра 26, Одновременно сигналом Т устанавливается в ноль (по входу К) счетчик 23 импульсов и запускается генератор 22 импульсов. Импульсы с выхода генератора 22 импульсов поступают на счетный вход счетчика 23, а с его выходов поступают на соответствующие входы блока формирователей 24 коротких импульсов. На выходах формирователей 24 коротких импульсов формируются короткие импульсы от переднего фронта импульсов с каждого выхода счетчика 23.При этом частота следования импульсов имеет максимальное значение на первом выходе блока формирователей 24 коротких импульсов, где выделяются передние фронты с первого выхода счетчика 23 и соответственно уменьшаются с кратностью, равной двум, на каждом последующем выходе блока формирователей 24 коротких импульсов. Импульсы с выходов блока формирователей 24 коротких импульсов поступают на соответствующие входы элемента И - ИЛИ - НЕ 25, куда поступают для попарной обработки (старший разряд регистра 26 и сигнал с выхода блока формирователей 24 коротких импульсов, имеющий максимальную частоту следования, младший разряд регистра 26 и сигнал с выхода блока формирователей 24 коротких импульсов, имеющий минимальную частоту следования).Таким образом, при наличии единицы только в младшем разряде регистра 26, на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 25 будут проходить только импульсы, сформированные из передних фронтов старшего п-го разряда счетчика 23. При наличии единицы только в старшем и-м разряде регистра 26 на выход элемента И в ИЛИ в 25 будут проходить только импульсы от передних фронтов младшего разряда счетчика 23, при этом чалота импульсов на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 25 будет в два раза меньше частоты импульсов, поступающих с генератора 22 импульсов. При наличии в регистре 26 единиц во всех и разрядах на выход элемента И - НЕ - НЕ 25 будут проходить импульсы от передних фронтов всех п разрядов счетчика 23 и частота импульсов на выходе элемента И в ИЛИ в 25 будет максимальной и равной частоте импульсов, выдаваемых с генератора 22 5 10 г 5 20 25 30 35 40 45 50 55 импульсов, Импульсы с выхода элемента И - ИЛИ - НЕ 25 поступают на пер вые входы элементов И 2 и 28. при этом прохождение импульсов через элемент И 27 разрешается при наличии единицы в п+ 1 разряда регистра 26, который соединен с вторым входом элемента И 27, а прохождение импульсов через элемент И 28 разрешается при наличии логического нуля в п+1 разряде регистров 26 и соответственно логической единицы на инверторе 29.При переполнении разрядов счетчика 23 появляется единица на выходе п + 1 разряда двоичного счетчика 23 и запрещает работу генератора 22 импульсов. Таким образом, за период между двумя тактовыми сигналами проходит только один цикл работы счетчика 23 и за один период управления на выходе элементов И 27 и 28 может появляться от 1 до (2" - 1) импульсов в зависимости от значения кода, записанного в регистре 26. Таким образом, осуществляется преобразование кода, заданного с ЭВМ в соответствующее число импульсов.Второй преобразователь 11 кода работает следующим образом.Код, поступающий с реверсивного счетчика 6 импульсов на вход цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 30, преобразуется в соответствующее аналоговое напряжение, максимальная величина которого определяется величиной выходного напряжения источников положительного 34 или отрицательного 33 напряжений в зависимости от знака перемещений. С выхода ЦАП 30 аналоговое напряжение поступает на вход усилителя 12 мощности. Знак выходного напряжения на ЦАПе 30 определяется знаком напряжения, поступающего с выходов элементов И 31 и 32 на знаковый вход ЦАП 30. При поступлении логического нуля с триггера 10 знака элемент И 31 закрЫт, а от логической единицы с выхода инвертора 35 срабатывает элемент И 32 и подключает выход источника 34 положительного напряжения к знаковому входу ЦАП 30.При поступлении с триггера 10 знака логической единицы на входы инвертора 35, элементов И 31 и 32 элемент И 32 будет закрыт логическим нулем с выхода потенциального инвертора 35, а через открытый элемент И 31 к знаковому входу ЦАПа 30 подключается источник 33 отрицательного напряжения.Блок 15 обратной связи работает следующим образом.С датчика 14, оцифрованного в коде Грея, импульсные сигналы поступа ют на первый и второй входы блока 15 обратной связи с частотой следования, пропорциональной скорости поворота ротора. импульсного датчика 14, при этом положительному вращению соответствует положительный сдвиг фаз между сигналами (+90). На элемен.1151925 1 тах НЕ 42 и 43 происходит инверсия входных сигналов. Передние и задние фронты импульсов выделяются формирователями коротких импульсов соответственно 38, 40 и 39, 41. На элементах И - ИЛИ - НЕ 36 и 37 сигналы с импульсного датчика 14 и формирователей 38 - 41 коротких импульсов собираются по ИЛИ, в результате чего при вращении датчика 14 в положительном направлении и м пул ьсы появляются только на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 36, на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 37 - сигнал единичного уровня. Таким образом, при положительном сдвиге фаз (+90) импульсные сигналы с частотой следования, пропорциональной скорости поворота ротора импульсного датчика 14, появляются только на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 36, являющимся первым выходом блока 15 ооратной связи, соединенным с вторым входом второго элемента ИЛИ 3. При отрицательном перемещении датчика на входы блока 15 обратной, связи поступают импульсные сигналы с датчика 14 с отрицательным сдвигом фаз (-90). На элементах НЕ 42 и 43 происходит инверсия входных сигналов. Передние и задние фронты импульсов выделяются формирователями коротких импульсов соответственно 38, 40 и 39, 41. На элементах И - ИЛИ - НЕ 36 и 37 сигналы с импульсного датчика 14 и 5формирователей 38 - 41 коротких импульсов.собираются по ИЛИ, в результате чего при вращении импульсного датчика 14 в отрицательном направлении импульсы появляются только на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 3, на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 36 сигнал единичного уровня.Таким образом, при отрицательномсдвиге фаз (-90) импульсные сигналы с частотой следования, пропорциональной скорости поворота оси импульсного датчика 14, появляются только на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 37, являющимся вторым выходом блока 15 обратной связи, соединенным с вторым входом первого элемента ИЛИ 2.Предлагаемый цифровой следящий привод позволяет более эффективно выполнить 20 режимы уменьшения скорости исполнительного двигателя 13, его торможения и реверса, что обуславливает определенный технико-экономический эффект в случае его применения в различных автоматизированных системах, например, в промышлен.н ых р а бота х.1151925 г.Ф унае 4/5тная, 4 едактор В. Ивановааказ 2322/ЗбВНИИ 113035, МФилиал ППП Составитель С,Техред И. ВереТираж 863Государственногоелам изобретенийсква, Ж - 35, РауПатент, г. Ужго ректор О, Билак исное СР Пода митета СС открытий ая наб., д ул. Прое