Цифровой программный электропривод

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рн 959038(22) Заявлено 13.06,80 (21) 2944217/18-24 51 М, Кп,з с присоединением заявки Но С 05 В 19/19 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 15.09.82,Бюллетень Йф 34 Дата опубликования описания 15,09,82 33 УДК 621. 503.(72) Авторыизобретения И,А.Архипов, Н.Т.Малюк и М.И.Борбл Всесою констр ый научно-исследо торский и технорелест оения тельский, про гический инс вител(54) ЦИФ РОГРАММ Й ЗЛЕКТРОПРИВО 2 ома- втомас рены мене-. еж рИзобретение относится к автике, в частности к системамтического управления объектамигулированием скорости и величперемещения, и может найти прние при автоматизации металлостанков, прокатных станков и Известны устройства подобного назначеиия. Одно из таких устройствсодержит импульсныйдатчик перемещенияв цепи обратной связи, двигатель,усилитель мощности, блок измерения направления перемещения и усилитель импульсов, реверсивный счетчик, дешифратор состояния счета, устройство защиты от переполнения, преобразователькод-напряжение, триггер знака,причемтриггер знака соединен по одному входу через ячейку ИЛИ с усилителем импульсов, по другому входу через ячейки ИЛИ и НЕ со счетчиком, а прямой иинверсный выходы триггера знака подключены к ячейкам И, к другим входамкоторых подсоединены прямой и инверсный выходы блока измерения направления перемещения, выходы этих ячеекпопарно подключены к двум ячейкам ИЛИ,соединенных с преобразователем коднапряжение 13,Недостатком устройства является низкая надежность работы иэ-эа наличия триггера знака, переключаемого без последующего подтверждения только при коде счетчика, равном "0", требуется строить защиту счетчика от переполнения, Кроме того, данное устройство является сложным.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является следящий электропривод, который содержит двигатель с импульсным датчиком положения,усилитель мощности, вход которого соединен с Фильтром, подключенным к выходам триггера, Н- и Я-входы которого подключены к выходам счетчиков,связанным через блоки синхронизации с устройством программы и блоком измерений направления и усилителя импульсов, связанного с датчиком положения, причем блоки синхронизации и счетчики соединены с генератором. Четыре блока синхронизации, каждый иэ которых содержит первый и второй Й 5-триг геры, выводы которых через схему ИЛИ соединены с Я-входом третьего ЙБ-триггера, подключенного к схеме совпадения., соединенного с к-входом третьего триггера, причем Й-входы первого и второго триггеров соединены с выходами генератора,усложняют схему, а добавление импульсов программы или обратной связи кхолостой последовательности импульсов генератора, поступающей на входысчетчика, требует принятия специальных мер по запрещению, прохожденияимпульсов программы или обратной связи в моменты, когда код одного счетвен 1 1 а второго -11йтак как в противном случае при управ ленни одиночными импульсами может появиться дополнительная ошибкаДействительно, каждый импульс программы (или обратной связи) изменяетначальную скважность переключения вы ходного триггера, равную 2 при отсутствии рассогласования, на ьТ= -ЕВ случае добавления программы (илиимпульсов обратной связи) междуимпульсами холостой последовательности генератора, в момент,когда код счетчика равен И. (или- 1 для,другого счетчика) вре/Чменный сдвиг изменяется с ВТ доего половины. Может произойти так,что двум импульсам программы будетсоответствовать один импульс обратнойсвязи, т".е. одинимпульс программыбудет потерян,Кроме того, такое построение схемы измерения с начальной установкойодного из счетчиков в состояниеснижает зону линейного измерения рассогласования вдвое и при этом на выходе Фильтра при отсутствии рассогласования будет максимальный уровеньз 5пульсации, что требует увеличенияпостоянной Фильтра и, следовательно,приведет к ухудшению динамическихсвойств привода.Цель изобретения - повышение быст родействия и надежности электропривода и его упрощение.Поставленная цель достигается тем,что цифровой программный электропривод, содержащий узел синхронизации 45тактовые входы которого подключенык выходам генератора импульсов, апервый и второй выходы - к входампервого и второго счетчиков соответственно, и последовательно соединенные согласующий преобразователь,усилитель мощности, серводвигатель, датчик положения и блок измерения направления, знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с управляющим и первым информационным входом узла синхронизации,вторые информационные входы которогоподключены к задающим входам электропривбда, а выходы согласующего преобразователя соединены с инверсными вы ходами первого и второго Д-тригге-.ров, содержит два элемента НЕ, С-входпервого Д-триггера соединен с выходом первого счетчика через первый элемент НЕ, с В-входом второго Д-триг гера, подключенного Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера, В-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-входом второго Д-триггера и с выходом второго счетчика, и тем, что узел синхронизации содержит шесть элементов И-НЕ, шесть Д-триггеров и первый и второй элементы ИЛИ, выходы которых соединены с К-входами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ,подключены к выходам первого и второго элементов И-НЕ, а входы второго элемента ИЛИ - к выходам третьего и четвертого элементов И-НЕ, первые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с прямым выходом пятого Д-триггера, С-вход которого подключен к прямому выходу шестого Д-триггера, первые входы второго и четвертого элементов И-НЕ соединены с прямым выходом седьмого Д.-триггера, подключенного С-входом к прямому выходу восьмого Д-триггера, выходы пятого и шестого элементов И НЕ соединены соответственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с пряьыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, первый тактовый вход узла подключен к С-входам шестого Д-триггера,второй тактовый входк й-входам пятого и седьмого и к С-входам третьего н четвертого Д-триггеров, третий тактовый вход - к вторым входам пятого и шестого элементов И-НЕ, а четвертый тактовый вход - к С-входу восьмого Д-триггера, вторые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ - с управляющими входами узла, а Д-вход восьмого Д-триггера - с первым информационным входом узла.На фиг. 1 представлена функциональная схема электронривода; на фиг,2 схема блока измерения направления; на фиг. 3 - временная диаграмма работы электропривода; на фиг. 4 - диаграмма работы блока измерения направления.Электропривод фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов, шестой 2, пятый 3, восьмой 4 и седьмой 5 Д-триггеры, первый 6, третий 7, второй 8 и четвертый 9 элементы И-НЕ, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, третий 12 и четвертый 13 Д-триггерыпятый 14 и шестой 15 элементы И-НЕ, первый 16 и второй 17 счетчики, первый 18 и второй 19 Д-триггеры, первый 20 и второй 21 элементы НЕ, согласующий преобразователь 22, усилитель, 23 мощности,серводвигатель 24, датчик 25 положения, блок 26 измерения направления, выходы 27-30 генератора 1, выходы 31-34 соответственно Д-триггеров 2-5, задающиевходы 35 и 36 электропривода, знаковые выходы 37 и 38 блока 26, выходы 39-42 соответственно элементов И-НЕ 6-9, выходы 43 и 44 элементов ИЛИ 10 и 11, выходы 45 и 46 Д-триггеров 12 и 13, выходы 47 и 48 элементов и-НЕ 5 14 и 15, выходы 49 и 50 счетчиков 16 и 17, выходы 51 и 52 элементов НЕ 21 и 20, выходы 53 и 54 Д-триггеров 18 и 19, выход 55 преобразователя 22, выход 56 усилителя 23, выход 57 серво двигателя 24, выход 58 датчика 25,выход 59 блока 26 и узел 60 синхронизации.Блок 26 (Фиг. 2) содержит элементы И 61-64, КБ-триггеры 65 и 66, элемен ты И 67-71, инвертор 72, элемент ИЛИ 73, формирователь 74, элементы ИЛИ 75, формирователь 76 и элемент ИЛИ 77,Электропривод работает следующим образом. 20В исходном состоянии при неподвиж-ном двигателе и отсутствии задания триггеры 2-5 установлены в "0" по выходам 31-34, триггеры 12, 13, 18 и 19 - в "Г" по выходам 45, 46, 53 и 54, коды обоих счетчиков (делителей) 16 и 17 равны О. Элементы 14 и.15 открыты для прохождения импульсов генератора 1 с его выхода 29 на входы .счетчиков. Коды обоих счетчиков (выходы 49 и 50) начинают. увеличиваться.При поступлении на входы счетчиков 16 и 17 по Ы импульсов, произойдет переполнение счетчиков и на их выводах появятся сигналы переноса. (Заметим, что в зависимости от конструкции счетчиков, на их выводах могут быть установлены элементы, выполняющие роль инверторов, когда сигнал переноса организован в виде импульса нулевого уровня, Формирова теля импульса положительной полярности или вовсе могут отсутствовать). Одновременное появление импульсов 49 и 50 не изменит состояния триггеров 18 и 19, так как эти же сигналы 45 через элементы НЕ 20 и 21 поступают на их входы Р. Выходное напряжение на выходе преобразователя 22 равно "Оф и серводвигатель 24 остается неподвижным. 50Частота следования импульсов с выходов 49 и 50 счетчиков 16 и 17 и, соответственно, частота переключения триггеров 18 и 19 равна + где И - емкость счетчиков 16 и 17,В устройстве используется принцип широтно-импульсной модуляции с преобразованием импульсов задания с частотой Е и импульсов обратной связи с частотой Е в Фазовый сдвиг импульсов 49 и 50 друг относительно друга с последующим преобразованием этого сдвига с помощью триггеров 18 и 19 и преобразователя 22 в. сйгнал аналоговой или цифровой формы в зависимости от типа усилителя 23. 65 Появление любого из импульсов Е. или Е с вызывает фазовый сдвиг между импульсами 49 и 50 на величину ьТ = - - , что обеспечивается запретом на прохождение одного импульса генератора 1 с его выхода 29 на входы счетчиков 16 или 17.Рассмотрим это подробно.Пусть на входе 35 установлена "1", а на входе 36 - "0" (соответствует движению вперед).При появлении импульса Е (фиг.3) по переднему фронту сигнала 27 генератора 1 на выходах 31 и 33 триггеров 2 и 3 одновременно появляются сигналы единичного уровня. Длительность сигнала на выходе 31 триггера 2 опреде" ляется длительность импульса Е По окончании импульса по передйему Фронту сигнала 27 генератора 1 на выходе 31 триггера установится "0". На выходе 33 триггера 3 длительность сигнала единичного уровня равна половине периода сигнала 28 генератора 1 ("0" этого сигнала триггер 3 устанавливает-. ся в "0" по его выходу 33), "1" с выхода 33 триггера 3 через элемент И-НЕ б, элемент ИЛИ 10 проходит нулем на К-вход триггера 12 и устанавливает его в "0" по выходу 45, Элемент И-НЕ 14 закрывается для прохождения сигнала 29 генератора 1 на вход счетчика 16. Передним фронтом сигнала 28 генератора 1 триггер 12 возвращается в "1" по его выходу 4.5, элемент 14 снова открывается, при этом один импульс с выхода 29 генератора 1 на вход счетчика 16 не пройдет. Импульс 50 на аТ опередит импульс 49. По переднему фронту импульса 50.триггер 19 переключится в состояние "0" по его выходу 54, попереднему фронту импульса 49 этот триггер вернется в прежнее состояние. На выходе 55 преобразователя 22 появится управляющий сигнал, который усиливается по мощности усилителем 23, серводвигатель 24 начнет вращаться таким образом, что на выходе 38 блока 26 появится "1", появится импульс Е по переднему фронту которого на выходе 34 триггера 5 аналогично прохождению импульса Е появится "1", которая через элемент И-НЕ 9, элемент ИЛИ 11 установит триггер 13 в "0" по его выходу 46 элемент И-НЕ 15 закроется и один импульс выхода 29 генератора 1 не поступит на счетчик 17, временной сдвиг между импульсами 49 и 50 станет равным "0 ф, на выходе 55 преобразователя 22 сигнал также останется равным О, двигатель остановится. При поступлении и импульсов Е ,серводвигатель повернется на угол, при котором с,выхода 59 блока 26 поступит п импульсов Евс. Изменяя количество импульсов Е, йзменяют величину угла поворота вала двигателя, изменяячастоту следования импульсов Г, изменяют скорость вращения двигателя.Установкой "1" на входе 36 и "0"на входе 35 изменяют направление вращения двигателя.таким образом, количество импульсов генератора 1 с его выхода 29, непоступивших на входысчетчиков 16или 17, преобразуется с помощью триггеров 18 и 19 во временной интервал,а затем с помощью преобразователя 22 10в сигнал постоянного тока с учетомзнака ("Оф на выходе 53 триггера 18или на выходе 54 триггера 19) В отличие от известных устройств максимальное значение временного интервала равно 1 И аТ.Кроме того, в этом случае отсутствует предварительная установка счетчика 16 (или 17), а при нулевомрассогласовании пульсации в выходномнапряжении преобразователя 22 отсутствуют.При этом обеспечивается следующаяпоследовательность включения и выключения триггеров 18 и 19. Если раньшепоявляется импульс с .выхода 49 счетчика 16, то при наличии "1" на выходе 54 триггера 19 на выходе 53 триггера 18 устанавливается "0", которыйблокирует по Д-входу триггер 19. При.появлении импульса с выхода 50 счетчика 17 триггер 19 не изменит своегосостояния, хотя на его С-входе появ-,ляется импульс единичного уровня.Одновременно этот же импульс инвертируется элементом НЕ 21 и устанавливает триггер 18 по его выходу 53 в"1"Так как триггеры 18 и 19 переключаются по их С-входам по переднимфронтам входных импульсов, состояние триггера 19 не изменится. Если жетеперь раньше появится импульс на выходе 50 счетчика 17, то триггер 19переключается и на его выходе 54 появится "0", триггер 18 по его Д-входу 45заблокирован. Появление импульсана выходе 49 счетчика 16 вернет впрежнее состояние триггер 19, неизменив состояния триггера 18,Частота переключения триггеров18 и 19 равна, при этом переключается только тот триггер, наС"вход которого раньше приходит импульс с выходов 49 (или 50) счетчиков 16 (или 17) .Наличие перекрестных связей с выхода 53 триггера 18 на Д-вход триггера 19 и с выхода 54 триггера 19на Д-вход триггера 18 обеспечиваетдополнительный гистерезис и тем самымповьыает помехозащищенность схемы, 60не требует дополнительной синхронизации их включения и выключения,повышает вдвое зону линейного измерения рассогласования. Эаметим, чтопривод обладает интегральной харак теристикой - рассогласование любогознака запоминается счетчиком 16(или 17), преобразуется во временнойинтервал с помощью триггера 19 (или18), преобразуется преобразователем22 с учетом знака и подается на усилитель мощности 23 для управлениясерводвигателем 24 таким образом,чтобы уменьшить его рассогласованиедо О.Работа блока 26 (фиг. 2) поясняется фиг. 4.С датчика 25 на входы блока 26 поступают прямые сигналы Е и Е 1 иинверсные сигналы Е и Еъ, сдвинутые по фазе на 90 эл.градусов. Навыходе 38 формируется сигнал единичного уровня при работе "Вперед"("Оф на выходе 37) и "1".- на выходе37 при работе "Назад". Формирователи74 и 76 по передним фронтам сигналовЕ, Е 1, Е 1 формируют 4-е импульса, которйе через элемент 77 поступают на узел 60,Электропривод предназначен длясоздания следящих систем металлорежущих станков с числовым программнымуправлением, может найти применениев позиционных системах и точных системах регулирования скорости различных машин и механизмов и являетсябыстродействующим и надежным.Формула изобретения1. Цифровой программный электро- привод, содержащий узел синхронизации, тактовые входы которого подключены к выходам генератора импульсов а первый и второй выходы - к входам первого и второго счетчиков соответственно, и последовательно соединенные согласующий преобразователь, усилитель мощности, серводвигатель, датчик положения и блок измерения направления, знаковые и информационный выходы которого соединены соответственно с управляющими и первым информационным входом узла синхронизации, вторые информационные входы которого подключены к задающим входам электропривода, а выходы согласующего преобразоватепя соединены с инверсными выходами первого и второго Д-триггеров, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения электро- привода, он содержит два элемента НЕ, С-вход первого Д-триггера сое- динеЛ с выходом первого счетчика через первый элемент НЕ, с й-входом второго Д-триггера, подключенного Д-входом и инверсным выходом к инверсному выходу и Д-входу соответственно первого Д-триггера, Й-вход которого через второй элемент НЕ соединен с С-входом второго Д-триггера и с выходом второго счетчика.2. Электропривод по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что,.с целью повышения надежности электропривода, узел синхронизации содержит шесть элементов И-НЕ, шесть Д-триггеров и перный и второй элементы ИЛИ, вы ходы которых соединены с В-,входами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, входы первого элемента ИЛИ подключены к выходам первого и второго элементов И-НЕ, а вхо О ды второго элемента ИЛИ к выходам третьего и четвертого элементов И-НЕ, первые входы первого и третьего элементов И-НЕ соединены с прямым выходом пятого Д-триггера, 15 С-вход которого подключен,к прямому выходу шестого Д-триггера, первые входы второго и четвертого элементов И-НЕ соединены с прщым выходом седЬ- мого Д-триггера, подключенного С-вхо О дом к прямому выходу восьмого Д-триггера, выходы пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соотнетственно с первым и вторым выходами узла, а первые входы - с прямыми выходами третьего и четвертого Д-триггеров соответственно, первый тактовый входузла подключен к С-входам, шестогоД-триггера, второй тактовый вход -к Ь-входам пятого и седьмого и кС-входам третьего н четвертого Д-триггеров, третий тактовый вход - к вто- .рым входам пятого и шестого элементовИ-НЕ, а четвертый тактовый нход - кС-входу восьмого Д-триггера, вторыевходы первого и третьего элементовИ-НЕ соединены с вторыми информационными входами узла, вторые входы нторого и четвертого элементов И-НЕ - суправляющими входами узла, а Д-входвосьмого Д-триггера - с первым информационным входом узла.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Слежановский О.В. идр. Устройства унифицированной блочной системырегулирования дискретного типаУУБСР-Д), М., "Энергия", 1975,с. 8, 73, 85, 159.2. Михеев Ю.Е. и Сосонкин В.Л,Системы автоматического управлениястанками, М., Машиностроение",1978, с. 122, 126, 143-150 (прототип),959038 Составитель В, Техред Л. Пекар нов Коррект ак 4 Тираж 914 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, РаушскаЗаказ 7015/6 тент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 илиал НП Редактор Л. Авраме Подписноета СССРрытийнаб., д.4/5