Двухкоординатная система программного управления

О П И С А Н И Е938264ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциапистичвскикРеспублик(22)Заявлено 24,11.80 (21) 3210589/18-2 Йс присоединением заявки М(51) М. Кл. С 05 В 19/18 3 Ьеударетаааьй квинтет СССР аю делаю нэабретеннй и открытей(5 Й) ДВУХКООРДИНАТНАЯ СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к двухкоор,динатным системам программного управления для автоматизации фотограмметрических, процессов, а также для автоматизации процессов управления станками,Известна контурная система числового программного управления, содержащая интерполятор, приводы подач покоординатным осям с датчиками переме- ощения и блок управления скоростями 111.Недостатком ее является то, чтоодин из координатных приводов, работающий в режиме регулирования скоро-"сти, является всегда ведущим, чтоснижает производительность системыпри обработке контуров сложной формы.Наиболее близким техническим решением к изобретению является следящая система, содержащая считыватель 20с магнитной ленты, интерполятор, синхронизирующий генератор, ведущий иведомый приводы, датчики перемещенияпо координатным осям, сумматоры,регистры хранения результатов вычислений и преобразователи код-аналог 2.Недостатком системы являетсямалая , производительность при обработкеконтуров сложной формы вследствие того, что при высоких скоростях подачипри обработке отдельных участков контура возможно появление значительных динамических ошибок, обусловленных инерционностью или насыщением ведомого привода, а так как интерлолятор работает в реальном масштабе временинеобходимо устанавливать заведомо малую для всего участка в целом скорость подачи.Цель изобретения - повышение производительности системы при обработке контуров сложной формы.Поставленная цель достигается тем что в двухкоординатную. систему программного управления, содержащую интерполятор, первым входом подключенный к блоку считывания, и последовательно соединенные по каждой коорди 3 938264нате сумматор, преобразователь коданалог, приводы и датчик перемещений,выходом соединенный с первым входомсумматора, введены блок памяти - покаждой координате, а также управляющий триггер, блок контроля скоростиперемещения, шесть коммутирующих элементов и последОвательно соединенныеблок проверки ограничений, блок коррекции скорости и арифметическое уст Оройство, вторым входом подключенное кпервому входу интерполятора, третьимк выходу первого и второго коммутирующих элементов, а выход арифметического устройства соединен с вторым . 15входом интерполятооа, вторым входомблока коррекции скорости и с первымивходами третьего и четвертого коммутирующих элементов, второй выход интерполятора соединен с входом блокапроверки ограничений, с первыми входами пятого и шестого коммутирующихэлементов, а через блок контроля скорости перемещения с входом блока коррекции скорости и входом управляющего триггера, первый выход которогосоединен с первым входом первогокоммутирующего элемента, вторыми входами третьего и пятого коммутирующихэлементов, второй выход триггера соединен с первым входом второго коммутирующего элемента, с вторым входом четвертого и шестого коммутирующих элементов, вторые входы первогои второго коммутирующих элементовподключены к первым выходам первого35и второго блоков памяти соответственно, выходы которых соединены с вторыми входами сумматоров соответствующейкоординаты, причем выходы третьего ишестого коммутирующих элементов подключены к второму входу .первого блокапамяти, а выходы четвертого и пятогокоммутирующего элементов - к второмувходу второго блока памяти,45На фиг представлена структурнаясхема двухкоординатной системы программного управления; на фиг. 2арифметическое устройство; на фиг. 3 блок контроля скорости перемещения;на фиг, 4 - блок проверки аграничений; на фиг. 5 - блок коррекции.Предлагаемая система содержитблок 1 считывания с магнитной лентыинтерполятор 2 арифметическое устройство 3, блок 4 коррекции скорости, 55блок,5 проверки ограничений, блок 6контроля скорости перемещения, управляющий триггер 7, шесть коммутиру 4ющих элементов 8-13, блоки 14 и 15,памяти, сумматоры 16 и 17, преобразователи 18 и 19 код-аналог, приводы20 и 21 по координатам, датчики 22 и23 перемещений.Арифметическое устройство(фиг. 2)предназначено для выполнения операцийдвоичной арифметики в последовательности, определенной требуемым алгоритмом изменения ведущей координатыво времени, Оно может быть реализовано как в виде автомата, т. е. на ос"нове жесткой логики, так и в видеустройства с программируемой логикой.Предлагается известный вариантпостроения арифметического устройства с использованием в качестве программируемой логики микропроцессора.Организация необходимых связеймежду отдельными элементами арифметического устройства и между ним и внешними устройствами обеспечивается архитектурой самого устройства в соответствии с концепцией единого интерФейса, т. е. посредством одной универсальной связи - общей шины (ОШ).В состав арифметического устройства входят (фиг. 2) микропроцессор24, арифметический расширитель 25,позволяющий ускорить выполнение арифметических операций умножения и деления, оперативное запоминающее устройство 26 для хранения промежуточныхрезультатов вычислений и постоянноезапоминающее устройство 27 (ПЗУ), вкотором хранится требуемая в соответствии с алгоритмом последовательностькоманд, под действием которых микропроцессором выполняются требуемыеоперации. Синхронизация работы АУ идругих блоков двухкоординатной системы управления осуществляется генератором 28 синхроимпульсов (ГСИ). Приналичии сигналов РП (разрешение прерывания) и ТП (требование прерыванияизменяется последовательность выполняемых микропроцессором команд в соответствии с кодом прерывания, посту-пающим по общей шине: в микропроцессор,Управляющие связи показаны на Фигурах, в отличие от информационныхшин, одной линией. Указаны только теуправляющие связи, наличие которыхнеобходимо для достаточно ясного описания принципа работы блоков,На фиг. 3 представлена структурная схема блока контроля скорости5 938229, блок 30 инверторов, сумма п 1 р 31,блок 32 выделения модуля, блок 33 фор.мирования кода, блок 34 сравне ия,На фиг, 4 представлена схема блокапроверки ограничений, куда входят 5блок 35 магазинной памяти, сумматоры36-41, блоки инверторов 42-47, мультиплексор 48, блоки выделения модуля49 и 50, блок 51 формирования кодов,блоки 52 и 53 сравнения. 10Структурная схема блока коррекции(фиг. 5) содержит сумматор 54, блок55 выделения модуля, Функциональныеблоки 56-58, блок 59 приоритетногопрерывания, буферные регистры 60-63 и 15и общую вину (ОШ).С магнитной ленты информация о контуре, представленная в виде сеткизначений координат Х и У точек кон 1"ура в цифровом виде, поступает в интер 10полятор 2, Координата Х первой тоцкиконтура передается в арифметическоеустройство, в котором производитсярасчет движения по координате Х от .нулевой скорости до максимальной по 25кривым, составленным из участков кубической, квадратичной параболы ипрямой, Параметры расчетного движения выбираются такими, цтобы динамические ошибки привода не превышалиустановленную норму. Требуемые значения координаты Х, вычисляемые накаждый период дискретности выдачи управляющих воздействий на координатные приводы, поступают из арифметического устройства 3 в интерполятор2, где производится определение требуемых значений координаты У на каждый период дискретности. В данномслучае координата Х является ведущей, 4 Окоордината Т - ведомой,Поскольку .в начальный момент триггер 7 устанавливается в состояние,пои котором одним из его выходов приводятся в открытое состояние, напримеркоммутируемые элементы 8, 10 и 12, асигнал с другого выхода запирает коммутируемые элементы 9, 11 и 13, то помере вычисления требуемых значенийкоординат они поступают из арифметического устройства 3 через коммутируемый элемеят 10 в первый блок 14 памяти, а с второго выхода интерполятора 2 через коммутируемый элемент 12в второй блок 15 памяти, Емкость бло 55ков 14 и 15 памяти магазинного типаопределяется быстродействием арифметического устройства, периодом дискрт тнссти выдачи управляющих воздействий на координатные приводы и временным интервалом, на котором производится упреждающий расчет движения окоординатам, По мере продвижения информации в блоках 14 и 5 памяти вних образуется перемещающийся фрагмент контура, представленный в видетрехмерной сетки, равномерной относительно времени, с шагом, равным периоду дискретности выдачи управляющихвоздействий на приводы,Считываемая из блоков 14 и 15 памятии в каждый период дискретностиинформация о следующей точке контурапоступает на сумматоры 16 и 17, гдесравнивается с информацией с датчиков 22 и 23 перемещения. Коды разности требуемого и действительного положений перемещаемых органов поступаютна преобразователи 18 и 19 код-аналог,выходом которых управляются приводыпо координатам 20 и 21.Информация о требуемых значенияхведомой координаты с выхода интерполятора 2 поступает также в блок 5проверки ограничений и блок 6 контроля скорости. В блоке 5 проверки ограничений оцениваются значения второй и третьей производной по времениведомой координаты. Информация о производных при превышении ими установленных норм поступает в блок 4 коррекции, в котором с учетом информациио движении по ведущей координате, поступающей из арифметического устройства 3, вырабатывается требуемое значение скорости по ведущей координате,при которой не происходит нарушениеограничения.В арифметичегком устройстве 3 вычисляется скорректированное движениепо ведущей координате на участке отначального значения координаты, поступающего из блока 14 памяти черезкоммутируемый элемент 8, открытыйсигналом с выхода триггера 7, до координаты, при которой произошло нарушение ограничения, Новые значениякоординат заменяют в блоках 14 и 15памяти вычисленные ранее, соответствующие каждому периоду дискретности,требуемые значения координат,В случае, если получаемое движение по ведомой координате будет иметьскорость выше установленной нормы,блоком 6 контроля скорости вырабатывается сигнал, поступающий в блок 4коррекции и триггер 7, который переводится в противоположное состояние.64 8сигналы требования прерывания ТП 1 и ТП 2, а на выходе мультиплексоракод соответствующей конечной разности КР, поступающие в блок 4 коррекции,Блок 4 коррекции предназначен для выработки поправок к скорости по ведущей координате в случае нарушения ограничений по второй и третьей производной ведомой координаты по времени, а также для выработки кода прерывания вычислений ведущей координаты при наличии нарушения ограничений и при превышении скорости изменения ведомой координаты установленной нормы.Тоебуемая скорость изменения ведущей координаты при наличии нарушения ограничений (для случая, когда координата Х - ведущая) где Ч - скорость по ведущей координате в момент нарушения ограничения;К 1, Кг - поправки к скорости при нарушении ограничений по второй и третьей производнойсоответственно.Для 1.1 тр = О, Рх р = О, где 11 - требуемое ускорение по контрординате Х;Р - требуемая третья производтРная координаты Х по времени. ОМЙ)о -о К 1: ения 2 ит наруК 1Р у КЭ 7 9382 В результате закрываются коммутируемые элементы 8, 10, 12 и открываются коммутируемые элементы 9, 11 и 13, В арифметическое устройство 3 поступает начальное значение координат У из 5 блока 15 памяти и рассчитывается разгон по этой координате до максимальной скорости. Таким образом происходит смена координат - в данном случае координата У становится ведущей, ко О ордината Х - ведомой. Информация из арифметического устройства 3 записывается теперь в блок 15 памяти, а )в блок 14 памяти поступает информация из интерполятора, 15На вход блока б поступает из интерполятора 2 код ведомой координаты (КВК), который суммируется в сумматоре 31 с предыдущим кодом ведомой координаты, хранящимся в буферном регистре и инвертированным в блоке 30 инверторов. В блоке 32 выделения модуля выделяется модуль полученной разности кодов и сравнивается в блоке 34 с кодом, соответствующим максималь 15 но допустимой скорости изменения коор динаты, который поступает из блока 33 формирования кода. В случае, если модуль кода разности превышает уставов" ленное допустимое значение, на выходец блока появляется сигнал требования прерывания ТП 1, поступающий в блок 4 коррекции и триггер 7, По синхроимпульсу СИ 2 происходит запись кода ведомой координаты (КВК) в буферный регистр 29, после чего блок готов к приему следующего кода КВК.Поступающий в блок 35 магазинной памяти емкостью четыре слова код ведомой координаты(КВК)продвигается с каждым импульсом СИ 1, в результате . КЯ: чего на каждый такт вычислений координат в блоке 35 хранится информация о текущей ведомой координате и ее значейиях в трех предыдущих тактах. где45 С помощью сумматоров 36-41 и блоков 3 и 42-47 инверторов образуются конечные разнбсти этих значений координат вто- шен рого порядка (на выходе С 4) и третьего порядка (на выходе Сб), соответствующие значения второй и третьей производных ведомой координаты по времени. Модули конечных разностей поступают в блоки 52 и 53 сравнения, на вторые входы которых поступают из блока55 51 коды, соответствующие установленным предельным значениям второй и третьей производных, при превышении 1 которых на выходе блоков появятся ОМ, РМ - предельные знроизводных соответственДля случая, когда в момия ограничения9 9382При вычислении поправок по формулам (5), (6) возможно повторное нарушение ограничений в той же точке отрабатываемой кривой из-за нарушенияусловия (4). Но поскольку теперь зЧх = сопят, вторично поправки вычисляются точно,Для уменьшения времени вычислениятребуемых значений ведущей координаты блок 4 коррекции функционирует 10по алгоритму, использующему вычисление поправок по формулам (2) и (6).Аппаратное выполнение блока повышаетего быстродействие,Код разности поступают иэ блока 15проверки ограничений на вход сумматора 54, на второй вход которого изарифметического устройства через буферный регистр 60 поступает значение(0) при вычислении К 1-или нулевой Юкод при вычислении К 2. Иодуль суммыс выхода блока 55 выделения модуляпоступает с Функционального блока56, представляющий собой комбинационную схему - программируемую логи.ческую матрицу или ПЗУ.В предлагаемом устройстве функциональные блоки выполнены на ПЗУ, вячейках которых хранятся значениягиперболической Функции функциональ- зоного блока 56, значения квадратногокорня функционального блока 57 и кубического 58, соответствующие возможному диапазону изменения поправокК 1 и К 2. Коды поправок через буфер-зные регистры 61 и 62 поступаютчерезОШ в арифметическое устройство. Выборбуферного регистра осуществляетсяарифметическим устройством по кодупрерывания, снимаемого из блока приоритета прерываний через буферныйрегистр по требованию прерывания ТПпри наличии разрешения прерывания РП.Сигнал РП снимается на время обработки текущего прерывания, которое заканчивается после прохождения ведущей координаты, при которой произошлопрерывание. Формула изобретения Двухкоординатная система программного управления, содержащая интер." полятор, первым входом подключенный к блоку считывания, и последовательно соединенные по каждой координате сумматор, преобразователь код-аналог, приводы и датчик перемещений, выходом соединенный с первым входом сумматора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности системы при обработке контуров сложной формы, в систему введены блок памяти - по каждой координате, а также управляющий триггер, блок контроля скорости перемещения, шесть коммутирующих элементов и последовательно соединенные блок проверки ограничений, блок коррекции скорости и арифметическое устройство, ,вторым входом подключенное к первому выходу интерполятора, третьим -.к вы" ходу первого и второго коммутирующих элементов, а выход арифметического устройства соединен с вторым входом Выполнение блоков предлагаемым способом позволяет произвести расчет движения по координатам эа достаточно короткое время, что позволяет использовать предлагаемую двухкоординатную систему управления для управленияв реальном времени.Эффективность предлагаемой двух- координатной системы заключается в следующем: 64 10- отпадает необходимость предварительного анализа отдельных участковконтура с целью выбора ведущей координаты и предельной скорости подачи,поскольку выбор ведущей координатыи скорости движения осуществляетсяавтоматически;- контроль производных по времениведомой координаты, коррекция и организация движения по ведущей координатепо кривым с известными предельнымипараметрами движения повышают точность.обработки заданного контура вследствие уменьшения динамических ошибоккоординатных приводов,- нет необходимости в предварительном математическом описании контураили разбиении его на участки известной геометрии, поскольку контур может быть задан в виде сетки значенийкоординат, что позволяет обрабатыватьконтуры произвольной конфигурации;- вследствие того, что в каждыймомент времени движение по крайнеймере по одной координате .происходитс предельными, установленными иэ соображений точности, параметрами движения, производительность двухкоординатной системы, особенно при обработке сложных контуров, существенно возрастает.интерпопятора, вгорым входом блокакоррекции скорости и с первыми входами третьего и четвертого коммутирующих элементов, второй выход интерпопятора соединен с входом блока проверки ограничений, с первыми входамипятого и шестого коммутирующих элементов, а через блок контроля скорости перемещения с входом блока коррекции скорости и входом управляющего 10триггера, первый выход которого соединен с первым входом первого коммутирующего элемента вторыми входамитретьего и пятого коммутирующих элементов, второй выход триггера соединен с первым входом второго коммутирующего эпеменга, с вторым входомчетвертого и шестого коммутирующихэлементов, вторые входы первого и второго коммутирующих элементов подключены к первым выходам первого ивторого блоков памяти соответственно, выходы которых соединены с вторыми входами сумматоров соответствующей координаты, причем выходы третьего и шестого коммутирующих элементов подключены к второму входу пер-,вого блока памяти, а выходы четвертого и пятого коммутирующих элементовк второму входу второго блока памяти,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР й 563668, кл. С 05.В 19/24, 1977. 2. Патент США Ю 3731175,кл. С 05 В 19/24, опублик. 1973 1 прототип).Составитель И. Швецктор А. Шандор 1 ехред Л, Пекарь КорректорИ. Демчи Заказ 44 б 4/ илиал ййй фйатент", г. Ужгород, ул. тная,е4арственногоизобретений3-35, Рауш Тираж 9 НИИПИ Госу по делам 035, Москв