Позиционный электропривод

 

ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий первый сумматор, ограничитель скорости и блок регулирования скорости, подключенный выходами к входам датчика перемещений, соединенного выходом с входами блока обработки сигналов, подключенного первыми информационными выходами к информационным входам реверсивного счетчика, вторым и третьим выходами - соответственно к первому и второму счетному входу, a четвертым выходом - к входу записи реверсивного счетчика, отличающийс я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены блок установки, второй сумматор, регистр сдвига, формирователь модуля ошибки, К блоков ввода поправок, М блоков сравнения и буферный регистр, подключенный первым счетным входом , информационными входами и синхронизирующим входом соответственно к первому , второму и третьему информационным входам позиционного электропривода , сбросовым входом - к первому выходу блока установки, a выходом I к первым информационным входам первого сумматора, связанного вторыми информационными входами с выходом реверсивного счетчика, a выходом с информационными входами формирователя модуля ошибки, подключенного выходом к информационным входам регистра сдвига и к информационнь1м входам блоков сравнения, подключенных вторыми информационными входами к четвертым информационным входам позиционного электропривода, a выходами - к разрешающим входам блоков ввода поправок и управляющим входам регистра сдвига, соединенного выходом с первыми информационными входами второго сумматора, подключенного вторыми информационными входами к выходам блоков ввода поправок, a выходом - к группе первых информационных входов ограничителя скорости, связанного вторыми информационными входами с пятыми информационными входами позиционного электропривода , a выходом - с информационными входами блока регулирования скорости , подключенного знаковым входом к старшему разряду информационных входов формирователя модуля ошибок, причем второй выход блока установки подключен к сбросовсжу входу реверсивного счетчика, вход - к сбросовому .входу позиционного электропривода, a информационные входы блоков ввода поправок,соединены с шестыми информационными входами позиционного электропривода .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩ4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

0% (11) 3ц3) С 05 В 19/19

1 с

А 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f3O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3616119/24-24 (22) 07.07.83 (46) 15.11.84; Бюл. В 42 (72) А.Б.Гудзенко, В.А.Войтенко, Л.В.Ганнель и Б.В.Гулыманов (71) Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов (53) 621.396(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 315160, кл. G 05 В 7/00, 197!.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 752712, кл. Н 02 Р 5/06, 1980 (прототип). (54) (57) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий первый сумматор, ограничитель скорости и блок регулирования скорости, подключенный выходами к входам датчика перемещений, соединенного выходом с входами блока обработки сигналов, подключенного первыми информационными вьисодами к информационным входам реверсивного счетчика, вторым и третьим выходами — соответственно к первому и второму счетному входу, а четвертым выходом — к входу записи реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения, в него введена блок установки, второй сумматор, ре" гистр сдвига, формирователь модуля ошибки, я блоков ввода поправок, М блоков сравнения и буферный регистр, подключенный первым счетным входом, информационными входами и синхронизирующим входом соответственно к первому, второму и третьему информационным входам позиционного электропривода, сбросавым входом — к первому выходу блока установки, а выходом " к первым информационным входам первого сумматора, связанного вторыми информационными входами с выходом реверсивного счетчика, а выходомс информационными входами формирователя модуля ошибки, подключенного выходом к информационным входам регистра сдвига и к информационным входам блоков сравнения, подключейных вторыми информационными входами к четвертым информационным входам позиционного злектропривода, а выходами - к разрешающим входам блоков ввода поправок и управляющим входам регистра сдвига, соединенного выходом с первыми информационными входами второго сумматора, подключенного С: вторыми информационными входами к выходам блоков ввода поправок, а вы- Я ходом - к группе первых информационных входов ограничителя скорости,. связаннога вторыми информационными входами с пятыми информационными . ф ф входами позиционного электроприво- @ да, а выходом - с информационными входами блока регулирования скорости, подключенного знаковым входом к старшему разряду информационных входов формирователя модуля ошибок, причем второй выход блока установки подключен к сбросовому входу реверсивного счетчика, вход — к сбросоваму фь ,входу позиционного электропривода, а инфсрмационные входы блоков ввода поправок. соединены с шестыми информационными входами позиционного электропривода.

1 112425

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам, и может быть использовано в быстродействующих системах позиционного электропривода для металлорежущих станков, например, сверлильной, фре" зерной группы, в координатно-измерительных машинах, манипуляторах и т.п.

Известен позиционный электропри- 1О вод, содержащий задатчик программы, реверсивный счетчик, .Управляемый делитель частоты, блоки сравнения кода и устройство для регулирования скорости электродвигателя j1) .

Недостатками устройства являются ограниченные технологические возмож-: ности, поскольку прием информации возможен только в .параллельном коде, и неравномерность перемещения при ко--20 эффициентах деления делителя частоты, не равных 2", где 1 — целое натуральное число (й = 1,2,3...), что приводит к ограничению области применения. 25

Наиболее близким к предлагаемому является позиционный электропривод, содержащий последовательно соединенные устройство для регулирования скорости электродвигателя с исполнитель-ЗО ным механизмом, датчик перемещения, блок обработки сигналов датчика перемещения, реверсивный счетчик, сумматор и блок ограничения скорости.

Электропривод содержит также после35 довательно соединенные- генератор, делитель частоты, второй реверсивный счетчик, коммутатор, два ключа и две схемы совпадения, причем управляющие входы ключей соединены.с выходами коммутатора, входы которого соединены с выходами реверсивных счетчиков и схем совпадения, через которые делитель частоты подключен к входам второго счетчика, третий вход одной системы сов- 45 падения соединен с выходом схемы .сравнения, соединенной с вторым счетчиком (2) .

Недостатком данного устройства являются также ограниченные техноло-.5О гические возможности, поскольку прием информации возможен только в параллельном коде и попустимо лишь относительно небольшое число значений ускорения, обеспечивающих равномерное перемещение. Кроме того скорость двигателя в процессе отработки заданного перемещения не изменяется.

5 2

Это связано, во-первых, с выполнением сумматора сигналов заданного и фактического перемещения на базе ре" вераивного счетчика и подключением его счетных входов к выходу датчика

l перемещения; во-вторых, с получением равномерного перемещения при использовании управляемого делителя частоты только при .коэффициентах деления

2й; в-третьих, с раздельным выполнением контуров регулирования скорости и перемещения, что позволяет применять описанный позиционный электропривод только в станках сверлильной группы и в некоторых видах фрезерных станков при обработке прямоугольных поверхностей.

Цель изобретения — расширение области применения позиционного электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что s позиционный электропривод, содержащий первый сумматор, ограничитель скорости и.блок регулирования скорости, подключенный выхода.ми к входам датчика перемещений, соединенного выходом с входами блока обработки сигналов, подключенного первыми информационными выходами к информационным входам реверсивного счетчика, вторым и третьим выходами — соответственно к первому и второму. счетному входу, а четвертым выходом — к входу записи реверсивного счетчика, введены блок установки, второй сумматор, регистр сдвига, формирователь модуля ошибки, 8 блоков ввода поправок, 1 блоков сравнения и буферный регистр, подключенный первым счетным входом, информационными входами и синхронизирующим входом соответственно к первому, второму и третьему информационным входам позиционного электропривода,сбросовым входом — к первому выходу бло ка установки, а выходом — к первым информационным входам первого сумматора, связанного вторыми информационными входами с выходом реверсивного счетчика, а выходом — с информационными входами формирователя модуля ошибки, подключенного выходом к информационным входам регистрасдвига и к информационным входам блоков сравнения, подключенных вторыми информационными входами к четвертым информационным входам позиционного электропривода,,а выхоцами — к разрешающим входам блоков ввода попра1124255 4 вок и управляющим входам регистра сдвига, соединенного выходом с пер- выми информационными входами второго сумматора, подключенного вторыми информационными входами к выходам блоков ввода поправок, а выходом— к группе первых информационных входов ограничителя скорости, связанного вторыми информационными входаМи с пятыми информационными входами по- !О эиционного электропривода, а выходом — с информационными входами блока регулирования скорости, подключенного знаковым входом к старшему разряду информационных входов формирователя модуля ошибок, причем второй выход блока установки подключен к сбросовому входу реверсивного счетчика, вход — к сбросовому входу позиционного электропривода, а информационные входы блоков ввода поправок соединены с шестыми информационными входами позиционного электропривода.

Расширение технологических возмож-25 ностей предлагаемого электропривода достигается за счет обеспечения записи вводимой информации в буферный регистр в параллельном коде при подаче синхронизирующего импульса или30 последовательности импульсов (унитарныи код) на счетные входы; возможности ограничения ускорений привода на любом заданном уровне при помощи определенного выбора точек переклю35 чения аппроксимированной зависимости скорость-путь; возможности изменения скорости двигателя при отработке заданного перемещения и ограничения модуля скорости на заданном

40 уровне с помощью дополнительного управляющего сигнала, так как контур регулирования скорости выполнен подчиненным контуру регулирования перемещения. Это позволяет расширить

45 область применения предлагаемого электропривода, а именно использовать его s фрезерных станках для контурной обработки, в координатно-измерительных машинах, манипуляторах и т.д., где необходимо непрерывное из50 менение скорости в процессе перемещения, На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого позиционного электропривода; ня фиг. 2 — реализуемая предлагаемым приводом зависимость координат скорость (V)-ошибка по пути (ag ); на фиг. 3 — формирователь модуля ошибки по перемещению с ограничением кода; на фиг.4 ограничитель скорости; на фиг. 5 устройство для регулирования скорости при использовании регулируемого привода с анал >говым входом; на фиг. 6 — временная диаграмма функционирования позиционного электропривода.

Позиционный электропривод (фиг.1) содержит буферный регистр 1, первый сумматор 2, формирователь 3 модуля ошибки, блоки 41,.. °,4 1! сравнения, регистр 5 сдвига, блоки 6,...,6ц ввода поправок, второй сумматор 7, ограничитель 8 скорости, блок 9 регулирования скорости, датчик 10. перемещения, блок 11 обработки сигналов, реверсивный счетчик 12, блок 13 установки, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой информационные входы 14-19, синхрониэирующий вход 20, сбросовый вход 2!.

В буферный регистр записывается заданное перемещение от внешнего устройства: в параллельном коде по шине 1 и в синхроимнульсе по входу записи Ч или в унитарном коде по счетным входам суммирования С1 и ! вычитания С . Выход регистра 1, представляющего собой параллельный дополнительный код, поключен к входу сумматора 2. Выход последнего подключен к формирователю 3 модуля ошибки по перемещению, выход которого соеди нен с М входами блоков 4 1, 4 <,...,4н сравнения кодов и входом управляемого регистра 5 сдвига. Выходы я блоков сравнения кодов подключены к управляющим входам регистра 5 и .разрешающим входам 1! блоков 6, 6,..., 61 ввода поправок.

Выходы регистра 5 сдвига и М блоков ввода поправок соединены с входами второго комбинационного сумматора 7. Выход сумматора 7 (параллельйый

-код 1 ) через огранИчитель S скорости подключен к одному входу устройства 9 для регулирования скорости электродвигателя с исполнительным механизмом, к другому входу которого подключен знаковый выход сумматора 2 (sig и д$).

Примеры конкретного выполнения блоков 3, 5, 7, 8 приведены для случая сравнения сигналов задания и обратной связи по 12 разрядам, дальнейшей обработки по 8 разрядам с

1124255 двумя точками переключения N =2 (фиг. 3-6).

Формирователь 3 модуля сигнала ошибки (фиг.3) с ограничением входного кода может содержать логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22-29, блок определения превышения входным кодом величины (2 -1) на элементах

ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ 29-33 и 2 ИЛИ 34, 342, 35 а также элементы 2 ИЛИ 3643, которые вместе с элементами 22-29 используют для получения модуля ошибки по 8 младшим разрядам. Формирова8 тель 3 при коде менее (2 -1) производит только формирование модуля сигнала (сигнал превышения ? 8)

) (2 — 1) — "0"). При сигнале превышения "1" происходит формирование модуля кода hG с ограничением на уровне 8 младших разрядов. Управляемый регистр 5 сдвига в зависимости от комбинации на управляющих входах может производить сдвиг одновременно на г< разрядов, что соответствует коэффициентам передачи I; 1/2", 1/2 ",.... При комбинации на управляющих входах "00" регистр 5 не производит сдвига, при

"01" производит сдвиг влево на 1 разряд, при "11" — сдвиг влево на 2 разряда. При этом коэффициенты передачи регистра 5 соответственно равны

1; 1/2; 1/4.

Второй комбинационный сумматор 7 служит для суммирования выходного кода регистра 5 и значений поправок

ы < <

0<, 3?,...,

Ограничитель 8 скорости производит ограничение выходного кода сумматора 7 на уровне не более иI установленного значения по шине «

Для 8-разрядного кода (фиг.4) ограничитель 8 содержит блок сравнения кодов V и 7 на логических элементах НЕ 44 — 51, сумматоры 52 и

53 и блок переключения на селекторах 54 — 57. Для определения » код

< полнительном коде (

I код 3 =Ч, при ЧЪ Ч код 2 = < .

Блоки 41, 4?,...,411, 5; 6, 6>, ...,6g и 7 служат для реализации оптимальной зависимости координат скорость-путь при позиционировании.

При кусочно-линейной аппроксимизации зависимости скорость-путь (фиг.2) с М точками переключения с ограниченной величиной ускорения (а 4 а )

max на каждом N -ном участке движение описывается следующими выражениями: нулевой участок (от т.0 до т. 1), ,(4) = 3„a 5 (); первый участок (от т. 1 до т.2)

2, + второй участок (от т. 2 до т. 3) (4) = h5(4) + (Я +о ) °

2<

Н -ный участок (от т.(М-1) до т.N3

, 1?() = -g- () + (Ь< +Ь,+. ° -+ «, причем координату точек переключения и значения поправок выбирают в соответствии с уравнениями max, 25 < р, 4аща« ь8

Я"" а„,а«Я "-" ф, 3,+.. 6„1 ?н ? J

30 та» 3 ?

5с< та«, 4 2, „Й-2 а< <<а<< 3

35 < " <<=-? <

0, 2 для случая изменения добротности на каждом участке по сравнению с предыдущим в 2 раза.

Для формирования оптимальной за40 висимости координат модуль сигнала

-ошибки /h5 / поступает на входы блоков 4<, 4,...,4<< сравнения, который управляют коэффициентом передачи регистра 5. На другие входы бло45 ков 41, 4, ..., 4 q сравнения вводятся координаты точек h5<, А5<,.

65 . В зависимости от величины /И/ регистр 5 производит деление кода на 2, 4, 8,..., 2, причем большему

Н рассогласованию /45/ соответствует больший делитель. Блоки 61, 6, 61< ввода поправок соединены своими разрешающими входами с выходами соответствующих блоков 4<, 42, ...,4?? сравнения и в зависимости от величины делителя вводят константы 3<, fry ...,3?<, которые суммируются с вы-! ходным кодом 6 регистра 5 при помо7 1124255 щи сумматора 7. Критерием выбора точек 1,2, ..., Н (т.е. величин 65>

66,..., Ьб„ и 3, 8,...3ц) является ограничение величины допустимого ускорения (ограничение тока двигателя или нагрузок механизма), а коэффициента передачи регистра 5 при /й5 / + 55 — максимальное значение добротности по скорости, . определяемое полосой пропускания 1О устройства 9 и свойствами исполнительного механизма.

Устройство 9 для регулирования скорости может использовать регулируемый привод либо с аналоговым входом (аналоговый привод), либо с цифровым входом (цифровой привод).

При использовании аналогового привода устройство 9 (фиг. 5) содержит 2О преобразователь 58 код-аналог, переключатель знака- элемент НЕ 59, ключ 60, операционный усилитель 61 и аналоговый привод 62.

В случае использования в устройст.. ве 9 цифрового привода выходной код D ограничителя 8 и знак ошибки непосредственно используются для дальнейшей обработки.

Датчик 10 перемещения — фотоим- .

30 пульсный (круговой или линейный типа ДФ, IGR, BE, IRC) или фаэоимпульсный (резольвер двигателя, вращающийся трансформатор или индуктосин).

При использовании фотоимпульсного да9 > чика перемещения, вырабатывающего две .серии прямоугольных импульсов, сдвинутых на 90, блок 11 обработки формирует две последовательности импульсов по двум каналам, причем определенному направлению вращения соответствует наличие импульсов на одном канале. Эти последовательности импульсов.по счетным входам

С и С4 записываются в реверсивный счетчик 12. В этом случае блок 11 обеспечивает на входе записи Чц счетчика 12 сигнал логического "О.".

При использовании фазоимпульсного датчика, вырабатывающего две серии синусоидальных импульсов, сдвинутых на 90, блок 11 обработки формирует а параллельный дополнительный код.

Этот код по информационной шине 8 при синхроимпульсе по входу записи V1 передается в счетчик 12. В этом случае блок 11 обеспечивает на счет1 ных входах С и С, сигнал логической "1". В качестве блока 11 могут использоваться известные преобразователи амплитуда-код или фазакод.

Блок 13 установки формирует импульсы сброса блоков 1 и 12 по входам сброса 3, и М„ при включении питающей сети,а также при соответствующей команде извне.

Электропривод работает следующим образом.

В момент времени 1 (фиг.6) про:изводится включение питания и импульсом с выходя блока 13 установки буферный регистр 1 и реверсивный счетчик 12 по входам сброса R, Р, устанавливаются в нулевое положение. На выходах сумматора 2, формирователя 3 модуля, регистра 5, второго сумматора 7, ограничителя 8 по всем разрядам установлены сигналы логического

"0".. На выходах блоков 41, 4>,...,4ц сравнения также установлены сиг налы логического "0", что соответствует максимальному коэффициенту передачи регистра 5 и запрету на ввод

0 с поправок а4, о, Зя к входу второго сумматора 7. При этом исполнительный механизм, входящий в состав устройства 9, удерживается (фиксируется) в нулевой координате с отклонением, не превышающим 1 дискрету по выходу счетчика 12. В момент времени в регистр 1 от системы числового программного управления или ручного задатчика записывается величина заданного перемещения, а также производится установка ограничения скоросI ти отработки М на входе ограничителя 8, Заданное перемещение может быть записано в параллельном либо унитарном коде ° Предположим, что

В этом случае устройство 9 разгоняет исполнительный механизм до скорости, определяемой устав—

1 кой 1, с предельным ускорением, которое зависит от уровня токоограничения, статической нагрузки механизма, суммарного момента инерции устройства 9. На выходах блоков 41, 4, ..., 4 к сравнения присутствуют сигналы логической "1"

) коэффициент передачи регистра 5 минимален, на вход сумматора 7 поданы уставки S Б, ..., 5 g . При дост;вкении величиной ошибки b,5 значения, соответствующего точке 11 переключения h 5 е 65 (момент време—

112

9 ни 4 ) на выходе блока 4 появляется сигнал логического "0", благодаря чему отключается блок 6 ввода поправок и производится логический сдвиг влево выходного сигнала регистра 5 на один разряда (или, в общем случае, на и разрядов). Это приводит к увеличению добротности 3 в 2 (или 2") раза и уменьшению поправки на величину S, что необходимо для излома аппроксимированной кривой скорость-путь в точке N

При дальнейшем снижении ошибки д5 при Ьб 6 дбя (момент времени )

Ъналогично происходит отключение блока 6 ввода поправок и логический сдвиг влево регистра 5,что при-; водит к увеличению добротности и уменьшению поправки на величину

5< 1). Это соответствует излому криво скорость-путь в точке (N-1) и т.д.

Следовательно, на каждом участке аппроксимированной кривой происходит движение с постоянной для данного участка добротностью Рк, Dl,).

D>, D . Момент времени t> соответствует переходу со скорости V на аппроксимированную кривую.

На каждом участке обеспечивается экспоненциальный характер из— менения во времени координат путь, скорость и ускорение, т.е. подход к заданному значению перемещения осуществляется без перегулирования.

На участке (0-1) обеспечивается максимальное значение коэффициента пе" редачи регистра 5, а следовательно, 4.255

l0 максимальное значение добротности по скорости позиционного электропривода.

Ео окончании отработки в момент

5 времени t6 Ь S = О. При этом так же, как и в нулевом положении, исполнительный механизм удерживается в заданной координате с отклонением не более +1 дискреты по выходе счетчика 12.

При Я д* а д SN число точек переключения определяется величиной S, а работа позиционного электропривода происходит аналогично описанному

15 при 4 S (дЯ .

Участок 0-1 характеристики позиционного электропривода может использоваться для реализации следук щего режима благодаря высокому значению

20 добротности по скорости. В этом случае целесообразно применять в качестве устройства для регулирования скорости электроприводы с широтно-импульсными преобразователя25 ми, полоса пропускания которых не менее 100 Гц.

Предлагаемое технической решение обеспечивает расширение области применения электропривода, который

30 может применяться не только в станках сверлильной группы и некоторых видах фрезерных станков при обработке прямоугольных поверхностей, но и во фрезерных станках для контурной обработки, координатно-измерительных машинах, где необходимо непрерывное изменение скорости в процессе перемещения.

1124255

Фиг. f

1124255

1114255

1124255

Риа 6

ВНИИПИ Заказ 8277/35 ТиРа 841 Ilogaqcaoe

Фипнап ППП Патевт, г. УигаРод„рлЛооакткаа,4