321342

ОПИСАНИЕ 321342ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскюСоциалистическихРеспублин Зависимое от авт. свидетельстваВ 23 ц 35 Х 1.1967 ( 1164768/25-2ением заявкиЗаявл с прис Номитет оо дел иорите изобретений и открытий ДК 621.791.035(088.8 публиковано 19.Х 1.1971. Бюллетень35ата опубликования описания 15.11,1972 при Совете Министров СССР. М. Замуруев, А, И, Когут и В. М. Ситниченко 3 аявител СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЬ 1 МИ КО П И РО ВАЛ ЬН Ь Х СТА Н К ВОДАМ Известен сп водами копир сигналы с фот от на коорди на обмотки я мещающих ин фотоз ада юще особ управления шаговыми приовальных станков, при котором озадающего устройства разлаганатные составляющие и подают корей двигателей привода, переструмент относительно изделия и е устройство относительно ко 15 ери оп( - 1 ) т определяют. ещения по ко(то ( - у) - наенсаторах;сепия выходвно необходи пира,Предлагаемый способ отличается от известного тем, что: а) числа шагов по касдой координате за период между двумя измерениями сигналов, определяющие средние частоты шагов, получают путем пропорционального преобразования мгновенных значений опорных напряжений, моделирующих на периоде измерения величины и знаки скоростей по каждой координате в длительность импульсов опорных интервалов времени, в течение которых па входы шаговых приводов подают импульсы;б) преобразование мгновенных значений моделирующих опорных напряжений в длительность импульсов интервалов времени производят чаще одного раза за период задающего на прясения;в) коэффициент пропорциональности преобразования мгновенных значений опорных напрясений в длительность опорных интервалов времени устанавливают из расчета полного включения задающего генератора при фазовом сдвиге напряжения сигнала относительно опорных напряжений, меньшем четверти периода, пОсле чего по тому же закону управляют частотой задающего генератора, причем управляющее напряжение получают выделением огибающей по мгновенным значениям опорного напрясения в моменты времени появления фронтов импульсов сформированного напряженияя сигнала;г) минимальное значение частоты задающих генераторов устанавливают большим частоты приемистости приводов, а ее получают из частоты генератора делением чисел импульсов.Сущность предложения для случая равномерной скорости копирования плоской кривой поясняется приведенными чертежами.На фиг. 1 изобрасены эпюры задающего напрясения, опорных и полученных в результате преобразования напрясений,где; У, - задающее напряжение с и одом Т; и,(+х), и,(+у), и,( х) опорные напряжения, по которы 25 ся направления и скорости переп ординатам; Ц,( 1 Х) о(+У), Ус( - Х),прясения на хронирующих конд вык(+ У), Ь,( - Х) - напря 30 пых импульсов, число которых ра25 зо 35 40 45 5 О 55 бо 65 мым числам шагов координатных перемещений;1- моменты времени, в которые измеряются мгновенные значения опорных напряжений,На фиг. 2 показана идеализированная траектория 5, движения точки копирования относительно заданного направления 5 согласновектору скорости 11, где точками А, Б и В обозначены положения точки копирования при измерении, а точкой Г - ее положение при максимальной ошибке.На фиг. 3 представлены аналогичные фиг. 1эпюры напряжений при двухразовом за периодизмерения преобразовании мгновенных напряжений в длительность импульсов, где дополнительно к уже введенным обозначениям 1 п,р -время перерыва между отдельными пачкамиимпульсов, а Гс - напряжения на других хронирующих конденсаторах при повторном (запериод) преобразовании.На фиг. 4 изображена идеализированнаятраектория точки копирования при двухразовом преобразовании, где точками А, Б обозначено положение точки копирования послепервого преобразования.На фиг, 5 показаны зависимости числа шагов а за период между двумя измерениями, частоты , задающего генератора и опорные интервалы времени 1,п, определяемые временемразряда хронирующих конденсаторов, прикомбинированном управлении.На фиг. 6 представлены эпюры напряжений,аналогичные эпюрам фиг. 3, для случая 10 п=при 1= Ю = (Ал+ р,) - :(Й+ 1) д - щ, где2Й=О, 1, 2, 3, , а р - начальная фаза.На фиг. 7 изображены кривые, иллюстрирующие способ получения управляющего напряжения для регулировки частоты задающегогенератора, где Угр - управляющее напряжение, а У - опорное напряжение, моделирующее в течение периода требуемую зависимость управляющего напряжения от угла сдвига фаз.На фиг. 8 дана одна из возможных схемуправляемого генератора, а на фиг, 9 - функциональная схема системы, реализующейпредлагаемый способ, которая применена дляуправления портальной газорежущей машиной. В качестве задающего напрягкения используется напряжение на выходе фотосчитывающего устройства, перемещаемого по координатам чертежа синхронно с перемещениемрезаков. Здесь 1 - копируемый контур, 2 -объектив, 3 - развертывающая диафрагма, 4 -фотодатчик, б - электродвигатель, б - формирователь сигнала, 7 - источник опорных напряжений, 8 - преобразователи мгновенных напряжений в длительность импульсов, 9 - 14 -логические ячейки ИЛИ 15, 16 - логическиеячейки ПАМЯТЬ, 17, 18 - координатные задающие генераторы, 19, 20 - ключи, 21, 22 -распределители, 23, 24 - преобразователиуправляющих напряжений, 25, 2 б - шаговые двигатели координатных приводов считывающего устройства, 27, 28 - редукторы передач, 29, 30 - задающие ш аговые двигатели координатных приводов резаков, 31, 32 - усилители вращающих моментов.На фиг. 10 поясняется выбор минимальной частоты задающих генераторов.На фиг, 11 представлена схема преобразова. теля мгновенных значений напряжения в длительность импульсов.Новый способ поясняется на примере копирования с постоянной скоростью плоской кривой, наклон которой в точке копирования относительно опорных координат характеризуется фазой напряжения, полученного путем круговой развертки края копируемого контура.Так как при копировании плоской кривой с постоянной скоростью (случай, характерный для газовой резки) скорости перемещения исполнительного органа по двум взаимно перпендикулярным координатам соответственно равны: 1= , з 1 п а,1 у 1 0 соз Р.где Р 0 - скорость перемещения по контуру, к - угол наклона касательной в точке копирования к оси Х, то координатные скорости перемещения могут быть моделированы синусоидальными . (синус-косинусными) напряжениями: 1 Г, -+ У, = У, з 1 п ,1-+У =У,соз;,где У, - амплитуда напряжения, р - фаза опорного напряжения (оси Х) в момент измерения, определяемый фазой синхронного напряжения сигнала.Предлагаемый способ управления щаговыми координатными приводами задающего и исполнительного устройства копировальных станков путем безынерционного определения чисел шагов координатных перемещений за период между двумя измерениями фазы напряжения сигнала заключается в следующем.Из опорного синус-косинусного напряжения, синхронного напряжению развертки, путем однополупериодного выпрямления создают четыре серии однополярных импульсов (кривые У,(+ Х), У,(+ У), У( - Х), У( - У) по фиг. 1), моделирующие скорости перемещения во взаимопротивопологкных направлениях обеих координат. Полярность опорных импуль сов принципиального значения не имеет. Она определяется лишь соображениями удобства схемной реализации.Для определения координатных скоростей при каждом измерении (на каждом периоде развертки) в моменты времени, определяемые переходом развертывающего элемента через границу контура впереди по ходу копирования (напрпмер 1 ь 1 и т. д.) производится измерение мгновенных значений напрягкения каждой из четырех серий. Эти напрягкения сразу же преобразуются в пропорциональные длительности импульсов, например, путем быстрого заряда конденсаторов до мгновенных значений опорных напряжений с последуощим их разрядом по линейному закону (кривые Ь,( - , Х),В течение полученных таким образом опорных интервалов времени на входы шаговых приводов от задающего генератора импульсы с постоянной частотой следования, Под их действием шаговые приводы перемещают считывающее устройство и резаки по обеим координатам на определенное число шагов. 11 ри этом направления перемещения по обеим координатам определяются по факту наличия (в момент измерения) напряжения импульсов серий, каж дая из которых моделирует скорость в одном направлении.Числа шагов, осуществляемые приводами по ооеим координатам, находятся между собОЙ в синус-косинусной зависимости. Поэтому точка копирования за период развертки будет перемещаться на равные расстояния. Зтим обеспечивается постоянство средней скорости копирования, Однако скорость перемещения точки копирования в течение периода развертки неравномерна вследствие постоянства скорости отработки (частоты) шагов по обеим координатам.Траектория движения точки копирования по той же причине так же отличается от идеальной траектории.После измерения мгновенных значений моделирующих напряжений оба координатных привода работают с равной скоростью (за исключением частных случаеь перемещения только по одной оси) и поэтому точка копирования перемещается по биссектрисе одного из квадратных углов опорных координат, а затем по одной из осей до точки пересечения с прямой, касательной к копируемому контуру, направление которой определено в момент последнего измерения (фиг, 2), Итак, идеальная траектория в течение периода развертки совпадает с отрезком АБ, БВ и т. д., а точка копирования перемещается по сторонам косоугольного треугольника, тупой угол которого всегда остается неизменным и равным 135.Так как траектория движения 5 точки копирования представляет собой ломаную линию, расположенную по одну сторону от заданной траектории Яь возникает ошибка копирования, среднее значение которой равно половине высоты треугольника АГБ.При изменении угла наклона прямолинейного участка траектории 5, к осям координат ошибка копирования изменяется по величине. При постоянстве угла ЛГБ и отрезка АБ ошибка будет максимальной в случае равенства сторон АГ и ГБ треугольника АГБ, т, е. когда вектор направления перемещения с биссектрисой квадратных углов составляет угол 2230. Обозначим среднее значение максимальной ошибки через О и выразим ее через шаг привода М,6=0,5 Г 2=0,5 0,5 ЛБд 2230=0,1 АБ10 15 го Поскольку величина ЛБ не зависит от на. правления перемещения, она может быть вы. ражена через число шагов гг за период раз вертки, если движение производится только поодной координате и коэффициент пропорцио. нальности преобразования выбран таким, что при этом достигается полное включение задаю.щего генератора следующим образом;ЛБ = гЛ 1В свою очередь г= - , где ) - частота шаговУРпривода, Р - частота развертки. Таким образом 6:0,1 Л.Для уменьшения ошибки копирования поуказаннои причине предлагается мгновенныезначения опорных напряжений преобразовывать в длительность импульсов чаще одного раза за период развертки. В основе такой возможности лежит свойство сдвинутых по фазе синхронных, идентичных по форме и амплитудс напряжении, заключающееся в том, что равные мповенные значения этих напряжений возпнкают через интервалы времени, определяемые фазовым сдвигом.Рассмотрим это предложение на примередвухразового за период развертки преобразования (см. фиг. 3).,1 омснты времени г 12 для повторного измсрепи 1 определяются срезами импульсов напряжения Ь,. В эти моменты времени мгновен- НОЕ НанряжЕНИЕ СЕРИЙ Ьоп(+) И оп( - Х) равны мгновенным напряжениям серий (/оп( - Х) И Уоп(+У) В МОМЕНТЫ ВРЕМЕНИ 11 И. г соответственно.Импульсы разряда конденсаторов, полученные после второго измерения, объединяются логической операцией ИЛИ с одноименными 40 импульсами, полученпьви после первого измерения и аналогично предыдущему используются при управлении координатными приводами.В связи с тем, что общее число импульсов,постуиающсе на входы шаговых приводов за 45 период развертки, делится при двухразовомпреобразовании на две равные части, то и ошибка копирования также уменьшается в два раза (см. фиг. 4), так как положение точки копирования за период развертки дважды 50 совпадает с Определяемым направлением(точки Л, Л, Б, Б и т, д.).При подаче на входы шаговых приводовуправляющих импульсов отдельными пачками с некоторым временем перерыва между 55 НИМИ пер (СМ фИГ 3) ЧаСТОта ПРИЕМИСТОстиприводов снижается.Снижение частотного предела щаговых приводов при сохранении той же скорости копирования приводит к увеличению шага Ы, что не сколько снижает точность копирования.С целью использования полных частотныхвозможностей шаговых приводов в способе безинерционного определения чисел шагов за период развертки, полностью включать генераб 5 тор, работаощий на частоте, обусловленной5 1 О 15 го 25 7надежной приемистостью приводов, предлагается по достижении некоторого угла сдвига фаз. между Опорным напрян(ением (по каждой координате) и напряжением сигнала (р(90 ипосле полного включения генератора регулировать по сипусоидальному закону его частоту.11 ри этОм максимальная частота работы генератора должна соответствовать максимальной частоте привода. Зто поясняется фиг. 5 и б.Г 1 усть начальная фаза импульсов напряжения сигнала сге (см. фиг. 3) и опорного напряжения г.гоп(+Х) совпадают. Тогда число шагов п за период развертки Т по координате Х равно нулю (движение осуществляется только по координате У).С появлением сдвига фаз меукду напряжением сигнала и опорным напряжением при час тоте генератора ген=и(д число шагов за период развертки определяется пропорциональным преобразованием мгновенных значений опорного напряжения, а длительность импульсов, в течение которых выход генератора подключается ко входу привода, в пределах углов (р= (Рсл+,) - :(1+1)д - (рг 1, где Й=О, 1, 2,(см. фиг. 5), при которых выполняется условие полного включения генератора; по тому уке закону регулируется частота генератора.Способ получения управляющего сигнала Уупр для этой цели поясняется фиг, 7, если в качестве задающего генератора применен симметричный мультивибратор (см. фиг. 8), обладающий прямопропорциональной зависимостью периода колебаний от напряжения заряда хронирующих конденсаторов С, в качестве которого служит Уупр.Для изменения частоты генератора по синусоидальному закону в пределах углов его полного включения управляющее напряжение должно быть пропорциональным обратному значению функции частоты, т. е.1Уупр АЛен где А - коэффициент пропорциональности.Управляющее напряжение, меняющееся в пределах углов полного включения генератора по требуемому закону, получают путем выделения огибающей по мгновенным значениям опорного напряжения, моделирующего закон изменения (1 упр (см. фиг. 7). При этом моменты времени для измерения мгновенных значений моделирующего напряжения определяются фазами фронтов сформированного напряже. ния сигнала С"е (см. фиг. 3).Лмплитуда предыдущего всплеска пульсирующего напряжения запоминается в виде напряжения заряда конденсатора постоянной емкости, которое на новом всплеске приводится в соответствие с новым амплитудным значением. Так как напряукение Уупр при таком спо собе выделения огибающей в течение периода развертки остается постоянным, частота следо вания управляющих импульсов в течение этого времени также не изменяется,Для достижения статической точности копизо 35 40 45 50 55 60 65 рования, соизмеримой с дискретностью привода, необходимо, чтобы при смещении точки копирования на один шаг от г(рая контура (Л, см. фиг. 10) начиналась подача импульсов па вход шагового привода. Выполнение этого условия зависит от соотношения частот задающего генератора и развертки.В случае движения по одной координате смещению точки копирования на один шаг (из 0 в Ог) соответствует сдвиг фазы сигнала (роп который, как следует из фиг. 10, равен:Ы,= агз згилгде Л 1 - шаг привода, Я - радиус орбиты развертывающего элемента,Коррекция возникшей ошибки станет возможной, если за время У, определяемое периодом развертки Т и углом сдвига фазе1=Т ф на вход шагового привода постуЗбоопит хотя бы один импульс. Отсюда частота генератора ген может быть выражена через частоту развертки Р следующим образом:1 360 Р)ген -Лагс лиг В случае регулирования частоты задающего генератора, как было рассмотрено выше (см. фиг. 5), это значение частоты должно соответствовать минимальной частоте генератора . Так как минимальное значение частоты генератора, определенное из условия обеспечения необходимой статической точности копирования, обычно значительно превышает частоту приемистости шаговых приводов, то последняя должна быть получена из частоты генератора путем деления.Функциональная схема системы управления щаговыми приводами изображена на фиг. 9, Задающее напряжение вырабатывается фотоатчиком -1 под ействием сеооо поока, отраженного от копируемого контура 1 и сформированного обьективом 2, а также диафрагмой 3, вращаемой синхронным электродвигателем б. Напряжение фотодатчика 4 преобразуется в серию прямоугольных импульсов 1 см. фиг. 1 и фиг. 3).Выходное напряжение формирователя 6 и опорные напряжения (см. фиг. 3) от источника 7 опорных напряжений подведены ко входам преобразователей 8, Каждый из этих преобра. зователей преобразует мгновенное значение подведенного опорного напряжения в моменг фронта или среза импульсов гь 1 ь 1, 1 и так далее в длительность импульсов опорных ин тервалов времени.Скорости перемещения по двум координатам (в четырех направлениях) определяются по мгновенным значениям четырех серий опорных импульсов Ьоп(+Х), (акоп(+ г) 1 оп( - Х) Уон ( - г) (см. фиг. 3) . Для преобразования. этих мгновенных значений в длительность им. пульсов необходимы четыре отдельных преоб.55 60 65 разователя +Х, У, - Х, - У, на входы которых подведены по одному из опорных напряжений и напряжение сигнала О полокительный перепад которого полвляетсл в моменты времени 1 т, 1 т и т, д. Для повторного преобразования равных мгновенных значений напрякеиий па второй половине периода также необходимы четыре аналогичных преобразователя +Х, У, - Х, - У, на входы которых, кроме опорных напряжений, подведено инвертироваштое напряжение сигнала ст с положительными перепадами в моменты времени 1 т, 1 ц т. д. Наличие импульсов на выходах преобразователей с одинаковым знаком является признаком направления перемещения, Так как эти импульсы существуют во времени дискретно, то направление. перемещения запоминается ячейками ПАМЯТЬ 18 и 1 б, на входы которых импульсы с одноименных преобразователей с одинаковым знаком поступают через логические ячейки ИЛИ 9, 10 и 18, 14. Длительность импульсов на выходах одноименны;, преобразователей независимо от знака определяет скорость перемещения по координате. По этому выходы всех одноименных преобразователей объединены ячейками ИЛИ 11 и 12,Координатные задающие генераторы 17 и 18 подключены ко входам распределителей 21 и 22 через ключи 19 и 20, управляемые выходными импульсами преобразователей 8. Поэтому числа импульсоч поступающие на входы распределителей, пропорциональны частотам задающих генераторов и сквяжности пропускного состояния ключей.Синхронность перемещения оезаков и считывающего устройства обеспечивается параллельным включением шаговых двигателей 2 Б, 29 и 2 б, 80, Необходимый масштаб скоростей перемещения задающего устройства и резаков задается выбранными передаточными числами редукторов 27, 28 и усилителей 81 и 82 вращающего момента.Пусть фаза напряжения сигнала такова, что фронт и срез импульсов с 1 совпадают с началом и концом опорного импульса У(-т-Хт (см. фиг. 3 т, При этом на выходах всех преобразователей, относящихся к координате Х. импульсы опорных итттервалов времени отсутствутот, а па выходах преобразователей, относящихся к координате У, длтлтельттость импульсов равна половине периода или превьцпает ее. Следовательно, двикение осуществляется только по координате У со стсоростьто, определяемой матссимальной частотой ,п генератора 18, уптявляемого преобразователем 24 (см. фиг. 5 т, Так кяк фронт тлттпульсов с 1, (моменты времени 1, 1 т ц т. д.т совпадает во времени с оиооными импульсами сепии У(-т-Ут, перемещение по координате У совпадает с ее положительным направлением.При стазовом сдвиге импульсов ст напри. мер вправо, полттллтотсл тттпн,чьсьт ня выходах преобразователей - Х и - Х, определяющие числя шагов перемещения по этой координате в направлении - Х. По мере дальнейшего фя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 зового сдвига сигнала наступает условие полного включения генератора, и с этого момента начинается увеличение частоты генератора 17 под действием управляющего напряжения У,птт, поступающего от преобразователя 28. При противоположном сдвиге фаз сигнала импульсы опорных интервалов времени возникают на выходах +Х и +Х. Ячейка ПАМЯТЬ 15 переводится в противоположное состояние, вследствие чего изменяется порядок коммутации распределителем 21 фазовых обмоток двигателей 25 и 29 и движение производится в противоположном направлении и т. д,На фцг. П приведена одна цз возможных схем преобразователя мгновенных значений напряжения в длительность импульсов. Возможность реализации остальных узлов системы общеизвестна.Рассмотрим принцип действия преобразователя.Ко входу Вх, подведено напряжение сигнала, а к Вх, - опорное напряжение,В течение времени существования плоской вершины импульса напрякения У или в паузе триод Тт открыт базовым током, протекающим через резистор 1 ст. Напряжение на коллекторе триода Тт неизменно и близко к нулю. Аналогичным образом открыт триод Т, поддерживающий выходное напряжение близким к нулю независимо от периодически открывающегося и закрывающегося выходного триода Т задающего генератора.В момент положителт.ного скачка импульса напряжения У, триод Т, на некоторое время, определяемое разрядом конденсатора С, закрывается. В течение этого времени хронирующий конденсатор С, заряжаетсл до напрякения, существующего на Вх,.При последующем открывании триода Т, хронирующий конденсатор через хронирующий резистор Р, разряжается, запирая триод Т В течение этого времени на выход поступают импульсы с постоянной частотой задающего генератора, вследствие чего их число пропорционально мгновенному знатентлто опорного напря тсенил, определенному в момент фронта импульса сформированного задатощего напряжения,Коэффициент пропорциональности преобразования определяется постоянной времени хронирующей цепи Я,.С, ц устанавлцваетсл цз условтля полного включения генератора. Предмет изобретения1. Способ упоавления щаговыми приводамц тсоптлровальтых станков, при котором сигналы с фотозадающего устройства разлагают на координатные составляющие и подают на обмотки якорей двигателей привода, перемещающих инструмент относительно изделия и фотозадатотпее устройство относительно копира, отлнчатотцийся тем, что, с целью повышения скорости копировальных станков ц точности копирования, числа шагов по каждой координате(-х за период между двумя измерениями сигналов, определяющие средние частоты шагов, получают путем пропорционального преобразования мгновенных значений опорных напряжений, моделирующих на периоде измерения величины и знаки скоростей по каждой координате в длительность импульсов опорных интервалов времени, в течение которых на входы щаговых приводов подают импульсы.2. Способ по п, 1, отличаощийся тем, что преобразование мгновенных значений моделирующих опорных напряжений в длительность импульсов интервалов времени производят чаще одного раза за период задающего напряжения. 3. Способ по пп, 1 и 2, отличаюшийся тем,чго коэффициент пропорциональности мгновенных значений опорных напряжений в длительность опорных интервалов времени устанавливают из расчета полного включения задающего генератора при фазовом сдвиге напряжения сигнала относительно опорных напряжений, меньшем четверти периода, после чего по тому же закону управляют частотой задающего ге нератора, причем управляющее напряжениедля этой цели получают путем выделения огибающей по мгновенным значениям опорного напряжения в моменты времени появления фронтов импульсов сформированного напряже ния сигнала.аказ 649/13 Изд.1732 Типаж 47 ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5Подписное вете Министров СССР