Устройство для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма

(5)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ТЕН ТЕ ОПИС ИЕ ИЗОБ ЕТЕЛЬСТВУ МУ С1 К АВТОРС 2 Фиг.7(56) Авторское свидетельство СССР М 506892, кл, Н 03 М 1/26, 1974.Заявка Японии йт 61-251905, кл, 6 05 В 19/18, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля в ачестве преобразователя угла поворота" вала вкод, Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности преобразования угла поворота вала в код. Устройство содержит исполнительный механизм 1; блок 2 привода. датчик 3 перемещения, счетчик 4 импульсов, пре- образователь 5 кода, формирователь 6 кода, блок 7 задания., силовой 8 и приборный 9 валы, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены преоб-. разователь и формирователь кодов, а в датчик перемещения дополнительно введен кодовый диск. Вновь введенные элементы и связи между ними"йозволили производить отсчет текущего значения абсолютного положения от контрольных точек с заранее1781822 известными значениями абсолютного положения. На вход привода, кинематически связанного с датчиком перемещений, подают задающее воздействие на перемещение исполнительного механизма в одну из контрольных точек, Определение абсолютного полокения исполнительного механизма путем обработки сигналов в виде-ь.1"Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля в качествепреобразователя угла йоворота вала в код. 5Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности преобразования уг-.,ла поворота вала в код.На фиг,1 дана структурная схема устройства для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма;на фиг.2 - принцип формирования кодовконтрольных точек; на фиг.З - функциональная с-ема первого варианта блока задания;на фиг.4 - функциональна схема второго 15варианта блока задания; на фиг,5 - функциональйая схема логического блока; на фиг,б- функциональная схема второго вариантапреобразователя кода; на фиг,7 а,б,в представлены варианты исполнения шкалы кодового диска,Устройство для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма содержит исполнительныймеханизм 1, блок 2 привода, датчик 3 перемещения, счетчик 4 импульсов, преобразователь 5 кода, формирователь 6 кода, блок7 задания, силовой вал 8, приборный вал 9,блок 2 привода состоит из силового редуктора 10, двигателя 11, блока 12 управления 30приводом. Датчик 3 перемещений содержитинкрементальный диск 13 со шкалами 14 и15 и растровыми участками 16, приборныйредуктор 17, кодовую шкалу 18 оптоэлектронные считыва ощие элементы 19, 20, 21, 3522. Счетчик 4 содержит реверсивный счетчик 23, блок 24 определения направления,триггер 25, первый преобразователь 5 кодасодеркит регистр 26, формирователь" им-:пульсов синхронизации 27, реверсивный 40сдвиговый регистр 28. Формирователь б ко-да содержит двоичный сумматор 29, второй " "преобразователь 30 кода, дешифратор 31.Блок 7 задания по первому варианту реализации содержит задатчик 32 перемещения, 45блок 33 умножения, первый коммутатор 34,триггер 35 и Зб, регистр 37, Блок 7 заданияпо второму варианту реализации дополнипоследовательно кода, снимаемого с кодового диска датчика, синхронизированных сигналами, полученными с инкрементального диска, определяющими начало и конец формирования кода контрольной точки, позволило повысить быстродействие устройства, 5 з.п, ф-лы, 7 ил. 1тельно содержит инвертор 38, элемент 2 И 39, элемент 2 ИЛИ 40, коммутатор 41. Формирователь импульсов синхронизации 27 состоит из триггера 42, элемента 43 задержки, элемента 44 2 И, формирователь 45 импульсов. Преобразователь 5 кода по второму варианту реализации содержит триггеры 46, 47, 48, 49, элементы Исключающее ИЛИ 50, 51, 52, элементы ЗИ НЕ 53, 54, элемент ЗИ 55, элементы 56, 57 задержки, реверсивный счетчик 58.Устройство для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма работает следующим образом,В начальный момент времени реверсивнь 1 й счетчик 23 счетчика 4, реверсивный сдвиговый регистр 28 преобразователя 5 кода, триггер 42 формирователя импульсов синхронизации 27, регистр 26 преобразователя 5 кода обнулены, На втором выходе формирователя б кода код текущего положения равен нулю. На третьем выходе задатчика 32 перемещения блока 7 задания, реализованного по первому варианту формируется сигнал начальной установки первого и второго триггеров 35 и 36, сигнал легического нуля с выхода первого триггера 35 подключает второй вход коммутатора 34 к его выходу. С первого выхода задатчика 32 перемещения поступает модуль кода заданной позиции, а со второго выхода - знак, соответствующий, например, положительному направлению. В результате на выходе блока 7 заданий формируется код заданного йолокенияотносительно нулевого значения. Блок 2 привода обеспечивает отработку заданного положения и приводит в движение исполнительный механизм 1 и датчик 3 перемещений, На первом и втором выходах датчика 3 перемещений появляются ймпульсы, которые снимаются вторым и третьим оптоэлектронными считывающими элементами 20 и 21 с первой шкалы 14 инкрементальйого диска 13, В результате обработки двух последовательностей импульсов в блоке 24 определения направления импульсы поступают с его выхода на суммирующий вход реверсивного счетчика23. Код текущего положения исполнительного механизма 1 относительно исходнойточки с первого выхода счетчика 4 импульсов поступает на первый вход формирователя б кода и появляется на его втором выходе 5без изменений.При появлении на третьем выходе датчика 3 перемещений, первого активногосигнала, который формируется при достижении растровым участком 16 первого оптоэлектронного считывающего элемента 19,на первом выходе формирования формирователя импульсов синхронизации 27 появляется импульс, который обнуляетреверсивный сдвиговый регистр 28 и реверсивный счетчик 23, а также устанавливаетвыход второго триггера 36 в состояние логической единицы, При этом код текущего положения на втором выходе формирователя6 кода становится равным нулю, В связи с 20этим код задан ного положения для дальнейшего движения до достижения второй контрольной точки формируется относительнонулевого значения, При дальнейшем вращении датчика 3 перемещений происходит 25формирование кода контрольной точки навыходе реверсивного сдвигового регистра28 путем последовательной записи и сдвигав сторону младших разрядов битов, находящихся на его информационном входе. Формирование импульсов, осуществляющихзапись очередного бита в реверсивныйсдвиговый регистр 28, происходит на выходе дешифратора 31, При движении в поло. жительном направлении на выходе третьего 35триггера 25 присутствует уровень логического нуля, С приходом второго импульса стретьего выхода датчика 3 перемещений совторого выхода формирователя импульсовсинхронизации блока 27, с помощью которого происходит запись сформированногокода контрольной точки, например 0001(фиг,2) в первый регистр 26 и установка выхода первого триггера 35 в состояние логической единицы. При этом в старший разряд 45регистра 26 записывается знак направления движения, при котором произошло последовательное считывание кодаконтрол ьной точки. Одно временно выходпервого коммутатора 34 подключается к его 50первому входу,С первого выхода первого преобразователя 5 кода код контрольной точки поступа. ет на вход второго преобразователя 30 кода,В соответствии с фиг.2 на его выходе появляется код абсолютного положения конт.рольной точки. Данный код поступает навторой вход блока 2 привода для замыканияобратной связи по положению и на первыйвход блока 7 задания,Далее импульс с первого выхода формирователя импульсов синхронизации производит сброс реверсивного сдвигового регистра 28, подготавливая его к формированию очередного кода контрольной точки, Кроме того, этот же импульс обнуляет реверсивный счетчик 23 и производит запись кбда абсолютного положения контрольной точки, находящегоСя на первом входе блока 7 задания во второй регистр 37. Данный код через первый вход первого коммутатора 34 поступает в качествекода заданного положения на вход блока 2 привода, обеспечивая тем самым удержание его в равновесном состояйии, На этом заканчивается процесс определения абсолютного положения исполнительного механизма. Если требуется отработка программного движения, то натретьем выходе задатчика 32 перемещения устанавливается активный сигнал, с помощью которого первый и второй триггеры 35 и 36 постоянно удерживаются в состоянии логическогонуля, Выход первого коммутатора 34 соединяется с его вторым входом,с которого поступают коды заданного положения для обработки программного движения.При движении от одной контрольной точки до другой текущий код абсолютного положения на втором выходе формирователя б кода определяется путем суммирования выходного кода счетчика 4 импульсов и кода абсолютного положения пройденной контрольной точки.Если в процессе движения от одной контрольной точки до другой произошла смена знака направления"движенйя и возврат в предыдущую контрольную точку, то при этом код, сформированный на выходе реверсивного сдвигового регистра 28, не является истинным и сигнал записи в первый регистр 26 не формируется.Аналогичным образом происходит формирование кода контрольной точки при движении в отрицательном направлении, при этом считывание последовательного кода происходит в обратном направлении, например, при движении к той же контрольной точке в отрицательном направлении на выходе регистра 26 формируется код 1010/10/, которому в соответствии с фиг.2 соответствует код абсолютного положения равный 256,Работа устройства, включающего блок 7 задания и реализованного по второму варианту, происходит аналогично. Отличие заключается в том, что при достижении первой контрольной, точки выход второго коммутатора 41 подключается ко второму входу, и знак заданного положения инвертируется в инверторе 38, тем самым обеспецивается движение в противоположном направлении. При достижении второй контрольной точки послеприхода активного сигнала с третьего выхода эадатчика 32 перемещения, второй триггер 36 переводится в состояние логической единицы, с помощью которого выход второго коммутатора 41 подключаетсл к его первому входу, чем обеспечиваетсл отработка программного движения,При использовании кодовой шкалы 18, выполненной в соответствии с фиг,7 бв, в виде чередующихся прозрачнь 1 х и непрозрачных участков, и шкапы 14, выполненной в виде радиального растра с постоянным шагом, и шкалы 15 содержат от 1 до К равномерно расположенных растровых участков 16, приборный редуктор 17 имеет передаточное отношение, выраженное формулой1=1-В) Г,1 К 5 10 15 20 где М - количество контрольных точек, 25К - число растровых участков 16 на шкале 15 диска 13,Р. - число прозрачнь 1 х или непрозрачных участков и кодовой шкалы 18,Преобразователь 5 кода, выполненный 30по второму варианту (см.фиг.б), предназначен дпя преобразования последовательногокода, поступающего на его вход "г", в параллельный двоицный код. При этом синхронизация входного кода осуществляется 35сигналами, -поступающими на вход "в", аначало и конец преобразования кода определяется импульсами, поступающими навход "д" преобразователя 5,Преобразователь 5 работает следующим образом, На первый "а" и второй "б"входы поступают импульсыпри движениисоответственно в положительном и отрицательном направлении. На третий вход "в"поступают импульсы для синхронизации работы преобразователя 5 кода, На четвертыйвход "г" поступает последовательный кодДжонсона. На пятый вход "диндексныеимпульсы, На разрядных выходах "ж" преобразователя 5 кода поступает код абсолютйого положения на момент появления .импульсного сигнала на дополнительномвыходе "е", В исходном состоянии на инверсном выходе третьего триггера 47 присутствует уровень пог "1", а второй реверсивный 55счетчик 59 обнулен, Первый элемент задержки 57, третий 47 и элемент 56 2 И обеспечивают выделение первого синхронизирующегоимпульса, поступающего на третий вход после появления индексного импульса, Второй триггер 46 предназначен для запоминания первого сигнала преобразуемого кода Джонсона в каждом цикле преобразования по переднему перепаду логического уровня синхронизирующего импульса, четвертый триггер 48 предназначен для запоминания сигнал направления вращения в начале очередного цикла преобразования в момент появления индексного импульса. Если зафиксированный и текущий сигналы направления вращения не совпадают, на выходе третьего элемента 52 Исключающее ИЛИ устанавливается в уровень лог,"0", запирающий элемент 55 ЗИ. А в исходном состоянии на прямом выходе пятого триггера 49 присутствует уровень лог."0", Пятый триггер 49, элемент 55 ЗИ и второй элемент задержки 58 предназначены для формирования на дополнительном вь 1 ходе преобразователя 5 кода импульсного сигнала, начиная с момента появления второго индексного импульса, Второй элемент задержки 58 обеспецивает задержку импульсного сигнала сброса второго реверсивного счетчика 59. по отношению к моменту появления сигнала на дополнительном выходе преобразователя кода 5, второй триггер 46, первый и второй элементы 50 и 51.Исключающее ИЛИ, первый и второй элементы 53 и 54 ЗИ-НЕ обеспечивают переключение сцетньх входов второго реверсивного счетцика 59,Формула изобретения1, Устройство для определения абсолютного положения вала исполнительного механизма, содержащее блок привода, силовой вал которого соединен с исполнительным механизмом, а приборный вал - с датчиком перемещений, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами сцетчика импульсов, блок задания, выход которого соединен с первым входом блока привода, о т л и ц а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродейст-вия и надежности устройства, в него введены преобразователь кода и формирователь кода, первый и второй информационные входы преобразователя кода подключены к третьему и четвертому выходам датчика перемещений, вход синхронизации преобразователя кода подключен к первому выходу формирователя кода, второй выход которого соединен с первь 1 м входом блока задания и вторым входом блока привода, первый выход счетчика импульсов соединен с первым входом формирователя кода, второй вход которого подключен к первому выходу преобразователя кода, второй выход которого соединен с третьим входом счетчика импульсов, второй выход которого подключен к замковому входу преобразователя кода, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим входами блока задания соответственно,2. Устройство по п.1, отл и чаю щеес я тем, что датчик перемещений содержит инкрементальный диск с двумя шкалами, расположенный на приборном валу и кинематически связанный через редуктор с кодовым диском, первый, второй, третий и четвертый оптоэлектронные считывающие элементы, соединенные с одноименными выходами датчика перемещений, причем первая шкала инкрементального диска выполнена в виде измерительного растра с постоянным шагом, вторая шкала инкрементального диска содержит К индексных меток, где К- целое натуральное число, шкала кодового диска выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, а редуктор выполнен с передаточным отношением=(1) р,1 К 5 10 20 25 30 35 40 45 50 где М - количество контрольных точекР - число прозрачных участков шкалы кодового диска.. 3, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что преобразователь кода содержит регистр, формирователь импульсов синхронизации и реверсивный Сдвиговый регистр, при этом первый и второй входы формирователя импульсов синхронизации являются первым информационным и знаковым входами преобразователя кода, соответственно, вторым информационным входом которого является информационный вход реверсивного сдвигового регистра, входом синхронизации преобразователя кода является вход записи реверсивного сдвигового регистра, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого является первым выходом преобразователя кода, первый выход формирователя импульсов синхронизации сое-. динен с входом сброса реверсивного сдвигового регистра и является вторым выходом преобразователя кода, второй выход формирователя импульсов синхронизации соединен с. входом записи регистра и является третьим выходом преобразователякода, знаковый вход которого подключен к входу заданий режима реверсивного сдвигового регистра и к знаковому входу регистра, 54. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что формирователь кода содержит двоичный сумматор, преобразователь кода и дешифратор, первым входом формирователя кода является первый вход двоичного сумматора, который соединен с входом дешифратора, вторым входом формирователя кода является вход преобразователя кода, выход которого соединен с вторым входом двоичного сумматора, выход которого является вторым выходом формирователя кода, первым выходом которого является выход де шифратора.5. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок задания содержит задатчикперемещения, блок умножения. первый и второй триггеры, коммутатор и регистр, первым входом блока задания является информационный вход регистра, выход которого соединен с первым входом коммутатора,выход которого является выходом блока задания, вторым и третьим входами блока задания являются соответственно С-входы второго и первого триггеров, С-вход второго триггера соединен с входом записи регистра, первый и второй выходы задатчика перемещений соединены с первым и вторым входами блока умножения, третий выход зэдатчика перемещений соединен с В-входами триггера, выходы которых соединены спервым и вторым входами задатчика перемещений соответственно, выход блока умножения соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом первого триггера, 0-входыпервого и второго триггеров соединены систочником логической единицы.6. Устройство по п,1, отл и ч а ю ще ес я тем, что блок задания содержит задатчикперемещения, блок умножения, первый и второй триггеры, первый и второй коммутаторы, регистр, элемент И, элемент ИЛИ, инвертор, первым входом блока заданияявляется информационный вход регистра,выход которого соединен с первым входом первого коммутатора, первый выход задатчика перемещений соединен с первым входом блока умножения, второй выход задатчика перемещений соединен с первым входом второго коммутатора непосредственно и с вторым входом - через инвертор, выход второго коммутатора соединен с вторым входом блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора, выход которого является выходом блока задания, вторым входом которого является вход записи регистра, который подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен кинверсному выходу первого триггера, третьим входом блока задания является первый вход элемента ИЛИ, который подключен к С-входу первого триггера, третий выход задатчика перемещений соединены с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого сое1781822 12 ЗЖ бб Юв О 126 2 Я р 6 7 0 1 2б дбижение.+" 0707 И 1 0717 0000 0001 ОО1 У 8 72 ИД 5 иж 8 ИУь -17 1 1071 70 0 110 10 ОЗце 2 динен с Й-входом второготриггера, прямой выход первого триггера соединен с первым входом задатчика перемещений и с третьим входом первого коммутатора, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом задатчика перемещений и с третьим входом второго коммутатора, выход элемента И соединен с С-входом второго триггера, 0-входы первого и второго триггера соединены с 5 источником логической единицы,1781822 Составитель Е.ЗамолодчикТехред М.Моргентал рректор Н;Слободяник Редакто Тираж Подписноенного комитета по изобретениям и открыт 035, Москва, Ж, Раувская йаб., 4/5 твенно-издательский комбин атент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 О рои аз 4282 В НИИПИ Государстве иям при ГКНТ СС 113