Устройство для программного управления намоточным станком

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU,„, 1232044 (51)5 G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07.06.91. Бюл. Ф 21 (21) 3799477/24 .* (22) 07. 10.84 (72) В.Г.Колосов, В.С.Королев, Ю.P.Íóðóëèí, А.И.Тихонов,Л.Л.Часов" ников, Е.А.Мошков, Г.P.Áîðoõ и M.Í.Óñnåíñêèé (53) 621.503.55 (088.8) (56) Патент ФРГ В 1629304, кл. 39 а 3/02, !972, Авторское свидетельство СССР

В 543921, кл; С 05 В 19/18, 1977.

-(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ НАМОТОЧНЦМ СТАНКОМ, содержащее последовательно соединенные блок ввода программы,.блок декодирования, и блоков буферной памяти, каж. дый иэ которых содержит первый, второй и третий буферные регистры, п групп иэ трех элементов И .и и блоков оперативной памяти, каждый иэ которых содержит первый, второй и третий оперативные регистры, а также счетчик циклов, п блоков связи с приводом, каждый из которых содержит первый, второй и третий цифроаналоговые преобразователи и первый, второй и третий усилители, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные генератор импульсов и делитель частоты, выход счетчика циклов соединен с блоком ввода программы,H со вторыми входами элементов И групп, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения устройства, в него введены регистр времени кадра, элемент И, распределитель тактовых импульсов, первый и второй шифраторы кода адреса и и вычислительных блоков, каждый иэ которых содержит регистр, сумматор, первый и второй мультиплексоры и демульти- плексор, причем первый вход сумматора соединен с выходом первого мультиплексора, второй вход сумматора - с выходом второго мультиплексора, а выход сумматора — со входом демультиплексора, первый выход демультиплексора соединен со входом регистра, второй выход демультиплексора — с входом третье-. го оперативного регистра соответствующего блока оперативной памяти, третий выход демультиплексора сое- З динен со входом второго оперативного, .регистра соответствующего блока оперативной памяти, Выход первого оперативного регистра каждого. блока.оперативной памяти соединен с третьим Я входом второго мультиплексора соответствующего вычислительного блока, выход второго оперативного регистра каждого блока оперативной памяти соединен с третьим входом первого муль- . типлексора и вторым входом второго мультиплексора соответствующего вычислительного блока и с. входом первого цифроаналогового преобразователя соответствующего блока связи c:: приводом, выход третьего оперативного регистра каждого блока оперативной памяти соединен со вторым входом первого мультиплексора и с первым входом второго мультиплексора соответствующего вычислительного блока и со входом второго цифроаналогового преобразователя соответствующего бло" ка связи с приводом, выход регистра

1 каждого вычислительного блока соединен с первым входом первого мультиплексора и с входом третьего цифроаналогового преобразователя соответствующего блока связи с приводом, вход управленйя первого мультиплексора каждого вычислительного блока соединен с входом управления соответствующего демультиплексора и с выходом второго шифратора кода адреса, вход управления второго мультиплексора каждого вычислительного блока соединен с выходом первого шиф232044 ратора кода адреса, вычитающий вход счетчика циклов соединен с выходом делителя частоты, вход записи счет" чика циклов подключен к выходу элемента И, второй вход которого соединен с выходом счетчика циклов, первый вход с выходом регистра времени кадра, вход которого соединен с выходом блока декодирования, выход распределителя тактовых импульсов подключен к входам;-первого и второго шифраторов кода адреса, а входк выходу генератора импульсов.

Изобретение относится к автоматизации управления и предназначено для использования в системах программного управления намоточными станками и другими объектами, имеющими высокую контурную скорость, напри.мер роботами.

Цель изобретения - повышение

Т«« >Н и расширение области приме- нения устройства, что позволяет уменьшить динамические погрешности и повысить производительность станка.

На чертеже изображена схема уст ройства для программного управления намоточным станком. устройство содержит блок 1 ввода программы, например фотосчитывающее устройство или канал связи с ЭВМ . верхнего уровня, блок 2 декодирова" ния, и блоков 3 буферной памяти, и групп элементов И 4, и блоков 5 опе ративной памяти, и вычислительных блоков 6, и блоков 7 связи с приводом, регистр 8 времени кадра, элемент И 9, генератор 10 импульсов, делитель !1 частоты, счетчик 12 циклов, распределитель 13 тактовых импульсов, первый 14 и второй 15 шифраторы кода адреса.

Каждый блок 3 буферной памяти содержит первый 16, второй 17 и третий 18 буферные регистры, каждая группа 4 элементов И содержит три элемента И, каждый блок 5 оперативной памяти содержит первый 19, вто.рой 20 и третий 2! оперативные регистры, каждый вычислительный блок 6 содержит регистр 22, первый 23 и второй 24 мультиплексоры, сумматор 25

5 .н демультиплексор 26, каждый блок 7 связи с приводом содержит первый циФроаналоговый преобразователь 27, первый усилитель 28, второй цифроаналоговый преобразователь 29, второй 30 усилитель, третий 31 цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель 32, Блоки 3 буферной памяти предназначены для хранения .параметров, определяющих закон движения по каждой из и одновременно управляемых координат и i+ 1 кадре во время отработки j.-го кадра, причем в буферных регистрах 16 хранится значение третьей производной от пути по времени по соответствующей координате, в буфер-. .ных регистрах 17 — значение второй производной (ускорения) по соответствующей координате, в буферных регистрах 18 — значения первой производной (скорости) по соответствующейкоординате. Группы 4 элементов И предназначены для передачи информаЗО ции (i+1)-ro кадра иэ буферной в оперативную память по окончанию отработки i-ro кадра. Вычислительные блоки 6 предназначены для определе1 ния в каждом цикле интерполяции новых значений координаты, скорости и ускорения по соответствующим управ1232044 ляемым координатам. Блоки 7 связи с приводом предназначены для преобразования в аналоговую форму и согласованию по уровню ускорения, скорости и координаты для выдачи на привод в качестве сигналов управления ° Регистр 8 времени кадра предназначен для хранения величины времени отработки (i+1)-ro кадра при отработке

i-ro кадра. Счетчик 12 циклов предназначен для определения момента окончания отработки кадра 11(. Рас- . пределитель 13 тактовых импульсов . предназначен для определения номера такта в каждом цикле интерполяции.

Шифраторы 14 и 15 кода адреса предназначены для формирования сигналов управления мультиплексорами 23 и 24 и демультийлексором 26 каждого вычислительного блока 6.

Устройство работает следующим образом.

Управляющая программа, которая вводится в устройство через блок 1 ввода программы, содержит информацию о значениях третьих производных, ускорения и скорости в начале каждого кадра по всем и одновременно управляемым координатам и времени отработки кад(3а (количество циклов интер- . поляции) . Закон движения по каждой к43ординате в кадре описывается уравнением третьей степени ,x(t) = х(0)+а,t + а,t + а,t3 где х(0) - значение координаты при

t О, то есть в начальный момент инте13поляции.

Разложение функций x(t), x(() х " (t) в ряд Тейлора, дает

Х(а ЛО=x(t)+X (t)zt, и °, At

ХИ) 2 Х" (9 З

2. х И-аЕ)=x

X (terat)= x (ti >c (t>et где 4t = t -t - период вычислений., . (((Эти .соотношения позволяют вычислять новые значения текущей координаты и ее производных на основе значений этих величин в предыдущем цикле интерполяции.

Дифференцирование исходного закона движения x(t) дает следующие соотношения:

1х (t) = a(+2a2 t + 3aз t " х ((t) = 2а,+ ба, t

1 х " (t) = 6а3

При t О имеем х (0) = а

1 х ((О) 5 — — — -=а

2 2 х(" (О)

= а

Таким образом, коэффициенты а

10 а а

2 а3 заданные в кадре управляющей программы(определяют значения первой второй и третьей производных при

О т е в начале кадра и задают закон движения в пределах кадра по

15 каждой иэ координат Аппроксимация заданной траектории отрезками кривых

1 описываемых уравнениями третьего порядка, позволяет исключить перепады скоростей при смене кадров, и тем caZp мым устраняет необходимость снижать контурную скорость для уменЬшения этих перепадов до допустимого уров- . ня, как это делается ItpH линейной интерполяции. С этой целью коэффи25 циенты а, а а> по каждой коор( динате, задаваемые в управляющей программе, выбираются таким образом, чтобы выполнялись соотношения а«„+ 1 =а К+2а2Кt К +3aЗК к

2 где а К, а к, а к — коэффициенты К-го кадра; а <,1 - коэффициент (К+1)го кадра;

t к — время отработки

К-го кадра.

Расчет в блоке 6 ведется по формулам а1

+ -- +

2 6 х =х +VI (Ф! 1

Задача вычислительного блока - на основе коэффициентов а, а, аэ on40 ределить в каждом цикле ийтерполяции текущие значения координаты первой и второй производных. Значение третьей производной постоянно в течение " кадра

45 х At2 х", ° Qt3 х ° =х +х ° Qt + - -,— + — — —— (+(1 2 6

1 И х и kt3 х. Дй = х Дс + х "ДС2 +.-> — —

u(2

2 ((50 (и х °, ht2 = х, ° Qt2 + х! A,t3

Обозначим х Д = Ч х Д t2 = а ( (l(3 3

° At3 =W

1232044

V ° - "7 (tI

W, Д 1

I а а W, W W

+ «А + А + -! + А + Д

2 2 6 б 6 а!i а, W, W W, + «+ +

2 6 6 6

6 6

В оперативных регистрах 19 каждого блока 5 хранятся значения М!6 по 10 каждой каординате,в оперативных регистрах 20-значения a/2, в оператив" ных регистрах 21 — значения Ъ.В регистрах 22 вычислительных блоков"6 в соответствии с (1) формируются зна- 15 чения текущих координат.

Каждый цикл интерполяции состоит из одиннадцати тактов - по количеству сложений в соответствии с (1), Во время первых трех .тактов выход регистра 22 через мультиплексор 23 подсоединен к первому .входу сумматора 25, Ко второму входу сумматора 25 при этом через мультиплексор 24 последовательно подключаются выходы опера- . тивных регистров 21, 20 и 19. Выход сумматора 25 на время первых трех тактов подключен к входу регистра 22, в котором за это время формируется новое значение координаты х,, !.и, На следующие пять тактов к йерваму входу сумматора 25 через первый мультиплексор 23 подключается выход третьего оперативного регистра 21, а ко второму входу — через мультиплек35 сар 24 дважды подключается выход второго оперативного регистра 20 и трижды - выход первого оперативного регистра 19. Выход сумматора 25 при этом через демультиплексор 26 под4О ключен к входу; третьего оперативного .регистра 21, где таким образом оказывается сформированным новое значение скорости. В следующие три

45 такта к первому входу сумматора через первый мультиплексор„23 подключен выход второго, оперативнога регистра 20, а ко второму входу — через второй мультиплексор 24 трижды подключается выход первого оперативного регистра 17. Вьмод сумматора на эта время подключен к входу второго оперативного регистра 20, в icoтором-оказывается сформированным новое значение ускорения. С выходов 1оперативных регистров 20 — 22," текущие значения ускорений, скоростей и координат подаются на входы соответствующих блоков 7 для получения аналоговых сигналов управления приводам по ускорению, скорости и положению.

Работой мультиплексоров 23 и 24 и демультиплексора 26 управляют пер" вый 14 и вто ой р 15 шифраторы кода адреса, на выходе которьм s каждом такте формируются коды, определяющие выходы каких регистров подключаются к первому и второму входам сумматора и к входу какого регистра подключается выход сумматора. Входы обоих шифраторов подключены к выходу распределителя 13 (число вьмодов распределителя 13 равно одиннадцати в соответствии с числом тактов в цикле интерполяции).

Конец отработки кадра определяется. по обнулению счетчика 12 циклов, В начале отработки информация о колИчестве циклов в кадре переписывается из регистра 8 времени кадра через элемент И 9 и счетчик 12 циклов. Вход вычитания счетчика 12 соединен с вы- ходом делителя 11 частоту. Коэффициент деления этого делителя равен 11, вход его соединен с выходом генератора 10 импульсов, частота которого определяет частоту тактов, а значит, и частоту расчета новых текущих значений ускорений, скоростей и координат, то есть частоту циклов интерполяции.

При обнулении счетчика 12 циклов вырабатывается сигнал ",Конец отработки кадра", который па связи 33 .поступает на вторые входы групп 4 элемеитав И и второй вход элемента

И 9, в результате чего содержимое " блоков 3 переписывается в блоки 5, а содержимое регистра 8 времени кадра - в счетчик 12, Начинается отработка следующего кадра. Одновременно этот же сигнал поступает в блок 1 ввода программы, в результате чего в блоки 3 записываются параметры 7, а/2, W/6, определяющие закон движения по соответствующей координате в следующем кадре, а в регистр 8 времени кадра — количество циклов интерполяции в следующем кадре.

Применение данного устройства для программного управления наматочным станком по сравнению с известными устройствами повьппает праиэводитель-! ность управляемого оборудования sa

1232044

С оста ви тель Ю. А парии

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Редактор Н.Каменская

Тираж 488 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ 2563

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 счет устранения перепадов координатных скоростей при смене кадров, наличия изменяемых в функции времени скоростей и ускорений в течение кадра, что позволяет повысить контурную скорость в 2,5-3 раза.