Устройство для программного управления

(21) 3847565/24-2 (22) 22.01.85 (46) 07.08.86. Бю (71) Научно-иссле технический инсти государственном у им. Н. И. Лобачев кий физико орьковском т Н. Макаро во СССР 1972, СССР 1972. Ж фь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 4л. В 29довательтут приниверситского(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАМИНОГОУПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построениисистем программного управления вмасштабе реального времени. Решаетсязадача улучшения динамической характеристики системы путем исключенияскачков скорости изменения вычисляемых координат при сопряжении от. -дельных участков интерполируемойтраектории. По сигналу от блокауправления информация об одной опорной точке с помощью блока ввода заносится в блок памяти. Интерполяторформирует промежуточные значениякоординат между двумя опорными точками. Код текущей координаты из интерполятора через первый сумматор поступает на вход блока согласованияи после преобразования в аналоговыйсигнал - на привод. Датчик обратнойсвязи формирует параллельный двоичный код угла поворота вала привода.Код, равный приращению программнойкоординаты, с дополнительного выходаинтерполятора записывается в первыйрегистр. При этом на выходе второгосумматора Формируется код, пропорциональный скачку скорости, с обратнымзнаком. При появлении во втором регистре величины, пропорциональнойскачку скорости, к коду третьегорегистра начинает прибавляться код стретьего сумматора и вычитаться код,хранящийся в третьем регистре, поделенный на величину, задаваемуювторой схемой сдвига, код в третьемрегистре сначала увеличивается соскоростью, равной скачку скорости вмомент смены информации в блоке памяти., достигает максимального значения и плавно уменьшается до нуля.Код на выходе четвертого сумматораиспользуется как поправка к текущейпрограммной координате и суммируетсяс ее значением первым сумматором,на выходе первого сумматора формируется скорректированный код текущей программной координаты, изменение которого происходит плавно вовсем интервале работы устройства,в том числе и в моменты смены информации в блоке памяти. 9 ил.5 О 15 .2 О 25 ЗО Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано при построениисистем программного управления вмасштабе реального времени.Цель изобретения - улучшение динамической характеристики системыуправления путем исключения скачков скорости изменения вычисляемыхкоординат при сопряжении отдельныхучастков интерполируемой траектории.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на Фиг, 2-8 -принципиальные схемы блоков ввода,памяти, интерполятора согласования,управления, схемы сдвига и сумматора для конкретного устройства программного управления; на Фиг, 9графики, поясняющие процесс сглаживания расчетной траектории, и временные диаграммы сигналов с блокауправления,Устройство содержит блок 1 вводапрограммы, блок 2 памяти, интерполятор 3, блок 4 согласования, привод5, датчик 6 обратной связи, блок 7управления, с первого по четвертыйсумматоры 8 - 11, с первого по третий регистры 12 - 14, первую и вторую сх.ю 1 15 и 16 сдвига.Блок 1 ввода г 1 рограмьи (фиг, 2)содержит триггер 17, считыватель 18с перфоленты, буферные сдвиговые регистры 19, элемент И 20, формирователь 21 импульса по Фронту, усилители 22 мощности.Блок 2 памяти выполнен на 4-хрегистрах 23 с 0-входами. Интерпо лятор 3 содержит сумматоры 24 и 25,мультиплексоры 26 и регистр 27,Блок 4 согласования (Фиг. 5)содержит сумматор 29, цифроаналоговый преобразователь 30 и усилитель31 мощности.Блок 7 управления (Фиг . 6) содержит двухтактный генератор 32,счетчик 33 текущего времени, схему34 сравнения двоичных кодов, триггер 35 управления, элемент И 36,элемент ИЛИ 37, шину 38 кода времени, шину 39 записи кода времени,шину 40 "Пуск" и шину 41 "Сброс".Схемы 15 и 16 сдвига (Фиг, 7)содержат мультиплексоры 42,Четвертый сумматор 11 (Фиг, 8)содержит комбинационные сумматоры43 и 44. Устройство работает следующим образом.Блок 1 ввода программы по сигналу "Смена кадра" с блока 7 управления (выход 1 блока 7) выдает информацию об одной опорной точке, которая содержит значения программной координаты А, программного времении периода интерполяции, возможными значениями которого являются только 2 секунд. Период интерполяции задается в условном коде, равном показателю степени ш.При поступлении сигнала на вход С триггер 17 устанавливается в единичное состояние.Сигнал с единичного плеча триггера 17, усиленный по мощности, поступает на вход 11 (пуск ленты) считывателя 18 с перфоленты. При этом начинает продвигаться 5-дорожечная лента и на выходах 1-5 считывателя 18 с перфоленты появляются информационные сигналы, а на выходе С - стробирующий сигнал, поступающий на вход сдвига буферных сдвиговых регистров 19 и разрешающий запись информации со считывателя 18 с перфоленты. На выходе буферных сдвиговых регистров 19 появляется информация об одном кадре программы, развернутая в виде параллельного кода. На пятой дорожке перфоленты печатается маркерное отверстие в начале каждого кадра программы. После продвижения ленты. на один кадр сигнал с маркера, проходя через элемент И 20, сбрасывает триггер 17 в нулевое состояние, при этом исчезает сигнал "Пуск ленты", а на выходе формирователя 21 по Фронту появляется импульс торможения ленты. На этом считывание оцного кадра прекращается, Время считывания 4 0,25 с, для правильной работы устройства необходимо, чтобы частота импульсов "Смена кадра" не превышала 4 Гц, а их длительность - не более 0,25 с,Информация с блока 1 ввода запи-, сывается в блок 2 памяти. При подаче сигнала "Смена кадра" с блока 7 управления в первые три регистра записываются программная координата Апрограммное время С и период интерполяции, а в четвертый регистр - координата А, рассчитанная интерполятором 3.Интерполятор 3 формирует промежуточные значения координаты между двумя опорными точками, Сумматор 24 формирует разностьАк А(к)5 где А- программная координата(к+1)-го кадра;А(Ск) - коЬрдината, вычисленнаяинтерполятором к временикоторая при отсутствии сбоев в интерполяторе равна программнойкоординате А.Мультиплексоры 26 осуществляют деление разности ьА на период интерполяции Т путем сдвига кода сквыхода сумматора 24 на ш разрядов вправо, На управляющие входы мультиплексоров 26 поступает условный код периода интерполяции, который подключает на выход каждого мультиплексора по одному входному каналу.Код с выходов мультиплексоров 26 поступает на сумматор 25 с дополнительным смещением на 1 разрядов в сторону младших разрядов, где =1 оГ ,; Г - частота следования сигналов на входе С интерполятора.Так как 1 постоянно для конкрет ного устройства, то сдвиг осуществляется смещением разрядов при электрическом монтаже устройства.Сумматор 25 и регистр 27, выполненный на Р 1-триггерах с внутренней1задержкой, выполняют роль цифрового интегратора, формирующего значение текущей координаты суммированием приращений с частотой Гкоторая выбирается кратной степени двойки. 4 ОИнтерполятор 3 формирует текущее значение программной координаты в соответствии с выражениемА(С )=А(Е )+кА кв -А(е)2 ф, 2 е э45 при д=1,2, ,; к=1,2На вход Р интерполятора 3 поступает сигнал разрешения работы интерполятора. В его отсутствии работа мультиплексоров 26 запрещена, а регистр 27 удерживается в нулевом состоянии. На основном выходе (Выход 1) интерполятора 3 выдается код координаты, рассчитанный на данный момент времени, а на дополнительном выходе (Выход 2) - значение приращения программной координаты, пропорпиональное скорости движения. При сигнале Р=О на выходах интерполятора 3 присутствуют нулевые коды.Код текущей координаты через первый сумматор 8 поступает на входблока 4 согласования (фиг. 5), выполненного на сумматоре 29, цифроаналоговом преобразователе 30 и усилителе 31 мощности. Сумматор 29 формирует разностьЕ(с )=А(;)-Аос (1) фгде Ао,(1;) - код координаты обратнойсвязи,Код Я(С;) после преобразования ваналоговый сигнал и усиления поступает на привод 5, управляя его перемещением.На одном валу с приводом устанавливается датчик 6 обратной связи,формирующий параллельный двоичный.код угла поворота вала. Блок 7 управления (фиг. 6) формирует на первомвыходе сигналы "Смена кадра" (Выход 1), на втором выходе - сигналразрешения работы интерполятора (Выход 2) и на третьем выходе - стробирующий сигнал (Выход 3) с частотойследования 2 Гц.Блок .7 управления содержит двухтактный генератор 32, формирующийдве последовательности тактовых импульсов с частотами 2 Гц, сдвинутыепо времени друг относительно другана полпериода, счетчик 33 текущеговремени, осуществляющий сче времеФни до 24 ч в двоичном коде, схему 34сравнения двоичных кодов, триггер35 управления, элементь 1 И 36, ИЛИ 37,шины 38-41 соответственно кода времени, записи кода времени, "Пуск"и "Сброс"После подачи питания наустройство на шину 41 ."Сброс" подается сигнал, например, нажатиемкнопки, который устанавливает триггер 35 в нулевое состояние и, проходя через элемент ИЛИ 37, осуществляет считывание первого кадра прогграммы на буферные сдвиговые регистры 19 блока 1 ввода. Для исключенияпроизвольной работы устройства послеподачи питания сигнал "Сброс" необходимо подавать с небольшой задержкой или одновременно с включением устройства. При этом на вход блока 4 согласования с первого сумматора 8 поступает нулевой код, устанавливающий привод в исходное нулевое положение. После этого осуществляетсяпривязка счетчика 33 текущего временик точному времени путем подачи кода времени кратного 5 мин на шину 38 иподключения шины 39 к внешней системе точного времени, Указанные операции осуществляются вручную оператором спомощью, например, кнопочныхпереключателей. После прихода на шину 39 метки времени осуществляетсяпуск устройства подачей на шину 40 Осигнала Пуск, который может бытьсформирован оператором от кнопочногопереключателя. Сигнал "Пуск", проходя через элемент ИЛИ 37, производит запись в блок 2 памяти координат первой опорной точки и считывание с перфоленты второго кадра. Далее устройство переходит в режиможидания сравнения текущего временис временем первого кадра, при этомвырабатывается импульс, поступающийчерез элемент ИЛИ 37 на выход блока и устанавливающий триггер 35 вединичное состояние. С единичного25плеча триггера 35 высокий потенциалпоступает на второй выход блока 7управления, разрешая работу интерполятора. 3.Схема 34 сравнения периодическиформирует сигналы сравнения, которыепосле стробирования на элементе И 36поступают на первый выход блока 7управления, являясь сигналом "Смена кадра",Код, равный приращению программной координаты, с дополнительноговыхода интерполятора 3 импульсом"Смена кадра" записывается в первыйрегистр 12, который выполнен наР -триггерах с внутренней задержкой. 40При этом на выходе второго сумматора 9 формируется код - ЬЧ, пропорциональный скачку скорости, взятомус обратным знаком.Второй сумматор 9 осуществляет 45операцию вычитания в дополнительныхкодах и выполнен аналогично сумматору 24 интерполятора 3.Код -ЬЧ импульсом . "Смена кадра"записывается по входу 5 во второй 50регистр 13. По входу Э во второй регистр 13 записывается информация свыхода третьего сумматора 10, Навход третьего сумматора О, поступает код с второго регистра 13 и код 55с первой схемы 15 сдвига, котораяосуществляет деление кода -ьЧ напериод интерполяции,Схемы 15 и 16 сдвига выполненына мультиплексорах 42 (фиг, 7) и ихработа аналогична работе мультиплексоров 26 интерполятора 3.Третий сумматор 1 О формирует кодЬЧ(Е ) = ьЧ(с ) -(1)дЧ(е; )2 2гце ЬЧ(1,) - значение кода во втором регистре 13 в 1-мтакте;дЧ(С ) - в (1-1)-м такте.Дополнительный сдвиг кода с выхода первой схемы 15 сдвига на (1-1)разрядов осуществляется при электрическом монтаже устройства путем смещения кода вправо на (1-1) разрядов.Код с выхода третьего сумматора 10поступает также через четвертый сумматор 11 на вход записи информациив третий регистр 14, Второй 13 итретий 14 регистры также выполняютна триггерах с внутренней задержкойЧетвертый сумматор 11 выполняют(фиг. 8) на двух комбинационных сумматорах 43 и 44, На входы переносавсех сумматоров, выполняющих сложение, подают сигнал Лог. 0, а навходы переноса сумматоров, выполняющих вычитание, - сигнал "Лог. 1".Входы второго слагаемого у сумматоров,предназначенных для вычитания,организуются инверсными, Код на выходе четвертого сумматора 11 равенЬА(й )= ЬА(1 ) - Я +ьА(е;- )1 2 ф+ ЬЧ(; ). (2)Код с выхода четвертого сумматора 11поступает на вход первого сумматора8, на выходе которого формируетсякодА (1 )=А(г. )+ ьА(1 ),который определяет мгновенное значение координаты расчетной траектории и подается на блок 4 согласования.Изменение кода, хранящегося вовтором регистре 13 (фиг. 9) в течение интервала интерполяции, подчиняется закону11(е)=А, Е Ггде к, =2";и - коэффициент сдвига в первой схеме 15 сдвига.Величина А , пропорциональнаяоскачку скорости и записанная в момент действия импульса 1 Смена кадров во второй регистр 13, уменьша 2494825 1 О 15 20 25 30 З 5 40 45 50 55 Ется по экспоненниальному закону ик концу интернапа интерполяции равнанулюВ третьем регистре 14 во времядействия импульса "Смена кадра"хранится нулевой код.При появлении во втором регистре3 величины, пропорциональной скачкускорости, к коду третьего регистра4 начинает прибавляться код с третьего сумматора 1 О и вычитаться код,хранящийся в третьем регистре 14,н,поделенный на 2второй схемой 16сдвига. От коэффициентов сдвига и ии зависит закон изменения в третьемрегистре 14,В простейшем случаеравенства коэффициентов сдвига п, иизменение кода, хранящегося в третьем регистре 14, подчинается закону3 Г =А .ег оКод в третьем регистре 14 сначалаувеличивается со скоростью, равнойскачку скорости в момент смены информации в блоке 2 памяти, достигает маскимального значения и плавно,уменьшается до нуля.Код на выходе чувствительногосумматора 11 используется как поправка к текущей программной координате и суммируется с ее значениемпервым сумматором 8.На вьмоде первого сумматора 8формируется скорректированный кодтекущей программной координаты,изменение которого происходит плавново всем интервале работы устройства,в том числе и в моменты смены информации в блоке 2 памяти.Коэффициенты и, и и могут бытьвыбраны равными (в), где ш =11 опэт 1. пРи этом достигаетсЯ хорошая плавность интерполируемой траектории, исключаются скачки скоростии большие ускорения при сохранениибольшой точности,Таким образом, в устройствеформируется поправка, корректирующаятекущую расчетную траекторию, причем исключаются скачки скоростиизменения координаты. Это приводит кповышению устойчивости следящейсистемы, исключению динамическихошибов в точках опряжения интерполируемых участков траектории, а такжек уменьшению йерегруэок механическихэлементов привода, а следовательно,к увеличению их ресурса работы. формула иэобре тения Устройство для программного управления, содержащее блок ввода программы, блок памяти, интерполятор, блок управления, блок согласования, привод и датчик обратной связи, причем блок ввода программы первым, вторым и третьим выходами соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами блока памяти, первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым и третьим информационными входами интерполятора, а выход блока согласования соединен с входом привода, механически связанного с датчиком обратной связи, выход которого подключен к первому входу блока согласования, первый вьжод блока управления соединен со стробируюшими входами блока ввода программы и блока памяти, второй выход - с входом разрешения работы интерполятора, а третий вьжод - со стробнрующим входом интерполятора, четвертый вьжод блока памяти подключен к входу 1блока управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения динамической характеристики путемисключения скачков скорости изменениявычисляемых координат при сопряаении отдельных участков интерполируемой траектории, в него введены спервого по четвертый сумматоры, спервого по третий регистры и перваяи вторая схемы сдвига, причем основной выход интерполятора подключенк четвертому информационному входублока памяти и к первому входу словения первого сумматора, выходкоторого подключен к второму входублока, согласования, а дополнительный выход интерполятора - к информационному входу первого регистра ивходу вычитания второго сумматора,вход сложения которого подключен квыходу первого. регистра, а выход -к первому информационному входувторого регистра, выход второгорегистра .соединен с входом сложения третьего сумматора и через первую схему сдвига - с входом вычитания третьего сумматора, выход которого подключен к второму информационному входу второго регистра и кпервому входу сложения четвертогосумматора, выход четвертого сумматора подключен к второму входу словения первого сумматора и к информационному входу третьего регистра,выход которого подключен к второмувходу слокения и череа вторую схему сдвига - к входу вычитания четвертого сумматора, первый выходблока управления соединен с первым стробируюпи м вхолом второго регистра, а третий выход - со стробирующим входом первого регистра, с вторым стробируюиим входом второго регистра и со стробируищим , входом третьего регистра , третий вы ход блока памяти соединен с управляющими входами схем сдви гл.1249482 ставитель Ю. Апаринхред Н.Бонкало Кор едактор О. Головач о хма Тираж Государственного делам иэобретени осква, Ж, РаушЗаказ 432 Подпи итета СССРоткрытий щ и113035,кая наб д Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,