Устройство двухкоординатного позиционирования

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в программных системах двухкоординатного позиционирования, в частности в координатно-сверлильных, координатно-расточных станках, для управления манипуляторами и т.п. Цель изобретения - повышение точности позиционирования и упрощение устройства . Устройство содержит блок ввода , блок управления, преобразователи напряжение - частота, коммутаторы , координатные приводы, датчики положения, блок коррекции, логический блок. Блок управления состоит КЗ двух счетчиков импульсов, двух преобразователей код,- напряжение, двух элементов ИЛИ-НЕ и элемента И. Блок коррекции содержит регистры, два преобразователя код - напряжение , первый и второй сумматоры, масштабный усилитель. Логический блок выполнен в виде четырех компараторов и двух элементов И-НЕ. Позиционирование ведется по прямолинейной траектории с максимальным быстродействием независимо от направления перемещения ввиду того, что при изменении направления позиционирования вектор скорости меняется и по аргументу и по модулю. 3 ил. SS (Л to 00 00 О5 сд со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1288653

А1 ац 4 G 05 В 19/39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 13

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3923209/24-24 (22) 08.07.85 (46) 07.02.87. Бюл. № 5 (7!) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) В.N.Галяжявичюс, В.А,Марцинкявичюс и М.К.Сталненис (53) 621.503.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 448436, кл. G 05 9 19/18, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 1070518, кл. G 05 В 19/39, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДВУХКООРДИНАТНОГО

ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в программных системах двухкоординатного позиционирования, в частности в координатно-сверлильных, координатно-расточных станках, для управления манипуляторами и т.п.

Цель изобретения — повышение точности позиционирования и упрощение устройства. Устройство содержит блок вво-. да, блок управления, преобразователи напряжение — частота, коммутаторы, координатные приводы, датчики положения, блок коррекции, логичес. кий блок. Блок управления состоит из двух счетчиков импульсов, двух преобразователей код — напряжение, двух элементов ИЛИ-НЕ и элемента И.

Блок коррекции содержит регистры, два преобразователя код — напряжение, первый и второй сумматоры, масштабный усилитель. Логический блок выполнен в виде четырех компараторов и двух элементов И-НЕ. Позиционирование ведется по прямолинейной траектории с максимальным быстродействием независимо от направления перемещения ввиду того, что при изменении направления позиционирования вектор скорости меняется и по аргументу и по модулю. 3 ил.

1288653

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в программных системах двухкоординатного позиционирования.

Целью изобретения является павы- 5 шение точности позиционирования и упрощение устройства.

На фиг.! представлена блок-схе— ма предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 — примеры траекторий двухкоординатного позиционирования приэаданных направлениях перемещения по двум координатам.

Устройство содержит блок 1 ввода, блок 2 управления, первый 3 и !

5 второй 4 преобразователи напряжение — частота, первый 5 и второй. 6 коммутаторы, первый 7 и второй 8 координатные приводы, первый 9 и второй 10 координатные датчики перемещения, блок 11 коррекции, логи" ческий блок 12.

Блок 2 управления содержит счетчики 13 и 14 импульсов, цифроаналого- 25 ные преобразователи 15 и 16, элементы ИЛИ-НЕ 17 и 18 и элемент И 19.

Блок li коррекции содержит второй 20 и первый 21 регистры, нторой

22 и первый 23 цифроаналоговые преобразователи,второй 24 и первый 25 сумматоры.

Логический блок 12 содержит первый 26, четвертый 27, третий 28 и второй 29 компараторы, первый 30 и второй 31 элементы И-НЕ и масштабный преобразователь 32.

Координатные датчики 9 и 10 перемещения преобразуют координатные пе-: ремещения в унитарный код .

Коммутаторы 5 и 6, выполненные н виде логических элементов И, пропускают импульсы управления на входы соответствующих частотно-управляемых координатных приводов в том случае, когда к управляющему входу

1t 11 коммутатора приложена логическая 1

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 ввода, согласно программе, выдает координаты конечной точки перемещения Х,„, Х „ в цифровой форме н виде чисел N,и N . Эти числа вводятся в регистры 20 и 21 блока 11 коррекции и запоминаются в счетчиках 13 и 14 блока 2 управления.

Во время позиционирования по обеим координатам на вычитающие входы счетчиков 13 и 14 поступают сигналы обратных связей по перемещению в унитарном коде с выходов датчиков

9 и 10 изменяющие содержание 4N, и ьИ следующим образам где 11с, и 14 — количества импульсон, поступивших на нычитающие входы счетчиков 13 и 14 по каналам обратных связей, соответствующие пройденному пути по каждой координате.

V V макс суаа«с, Двухкоординатное позиционирование осуществляется по прямолинейной траектории в том случае, когда вектор ч скорости перемещения расположен, на линии, соединяющей начальную точку, совпадающую с началом координат, с конечной точкой с координатами

Х -, Х (фиг.2). При этом точка С пе1К як ремещается по линии ОА и, согласно подобию треугольников OAD и САВ, соблюдается условие

Х, .аХ вЂ” Х, -ЛХ„, = О. (2) Содержание счетчика 13 аМ, при помощи цифроаналогового преобразователя 15 преобразуется в аналоговый сигнал (напряжение) ьх,, а содержание счетчика 14 аМ при помощи цифра-аналогового преобразователя

16 — в аналоговый сигнал (напряжение) ахи. Выходные сигналы цифроаналоговых преобразователей 15 и 16 определяют выходную "частоту преобразователей 3 и 4 напряжение — час" тата и таким образом задают частоту вращения (частотно-управляемых) координатных приводов 7 и 8, а тем самым и скорость перемещения по каждой координате. Цифроаналоговые преобразователи 15 и 16 обеспечены схемами ограничения выходного сигнала на заданном уровне ь Х „„„и а Х соответствующем максимально допустимым скоростям перемещения по каждой

Максимальные скорости перемещения по каждой координате определяются требованием технологического характера или из конструктивных соображений, в частном случае:

1288653

При смещении точки С с линии ОА вниз имеем

Х пХ Х пл > О, (3) а при смещении ее r. линии ОА вверх 5 (4) Х .пХ вЂ” Х .пХ (0

1к 2 ак

Позиционирование осуществляется по прямолинейной траектории с максимальным быстродействием, если перемещение по той координате, по которой соотношение заданного перемещения к максимально допустимой скорости больше, осуществляется с максимально допустимой скоростью, а скорость перемещения по другой координате поддерживается такой, чтобы соблюдалось условие (2).

Для достижения этой цели использован блок 11 коррекции и блок 12 логики, управляющие коммутаторами

5 и б.

Блок коррекции при помощи регистров 21 и 20 запоминает числа N,è И

25 соответствующие конечным координатам заданной точки Х,„и Х . Цифроаналоговые преобразователи 23 и 22, в виде опорных напряжений которых использованы аналоговые сигналы а Х и аХ, выполняют функции перемножи— телей, формирующих аналоговые сигналы N пХ = Х„к 4Хт и N пХ1= Хщ пХ поступающие на входы сумматора 24, на выходе которого получаем сигнал

Е =4 Х,— m ьХ,, по которому определяется режим позиционирования. Если -П cE » U то позиционирование по обеим коор- 50 динатам происходит автономно и, если заданы перемещения большие, с максимально допустимыми скоростями по каждой координате V,,Ч „ . Если

fhtQ+ ° йнакс g ) о, перемещение по координате Х производится с максимально допустимой скоростью V,, а по координате

1 МаКС

Х, — со скоростью, обеспечивающей условие (2).

Е,=пХ, пХ вЂ” Х аХ, Согласно:изложенному с,= О, если изображающая точка С лежит на линии .

0А Е, О, если изображающая точка 40 лежит ниже линии ОА и E, + О, если изображающая точка лежит выше линии OA.

Кроме этого, блок коррекции формирует сигнал

Режим позиционирования и траек— тория перемещения обеспе ивлотся блоком 12 логики. Режим позициовирования определяется при помощи компараторов 26 и 27 и элементов ИHF 30 и 31. Когда -П сЕ» ц на выходах обоих компараторов образуются логические "0", разрешающие прохождение импульсов, генерируемых преобразователями 3 и 4 напряжение — код, через коммутаторы 5 и 6, на входы частот управляемых приводов 7 и 8.

При больших рассогласованиях лХ,, ьХ вЪ ходные напряжения преобраэова2 телей 15 и 16 ограничены на уровнях

X Х соответствующих макси1макс амаке- мально допустимым скоростям по каждой координате.

Если Е v tJ< переключается компаратор 27, формируя на выходе логическую "1", а на выходе компаратора

26 по-прежнему поддерживается логический "О", определяющий логическую

"1" на выходе элемента И-HE 30, разрешающего прохождение через коммутатор 5 управляющих импульсов на вход (частотно-управляемого) координатного привода 7, определяющих скорость по координате Х,, при большом значении и Х,, равном максимально допустимой скорости Ч„„ „ .Уровень сигнала на выходе элемента И-НЕ 31 зависит от уровня сигнала на выхо— де компаратора 29. В начальный момент двухкоординатного позиционирования (изображающая точка находится в начале координат, фиг.2), условие (2) соблюдается независимо от того; какие заданы перемещения по каждой координате и сигналы на выходах коммутаторов 28 и 29 соответствуют логическому "О". Вследствие этого на выходе элемента И-HE 3! формируется логическая "1", разрешающая прохождение на вход частотно-управляемого привода 8 управляющих импульсов с преобразователя 4 с частотой, определяющей скорость перемещения по направлению Х . При большом значении п.Х скорость перемещения будет равной Ч „ „ и траектория двухкоординатного позиционирования отклоняется от линии, соединяющей начало координат с конечной точкой позиционирования, и проходит выше, пока отклонение от траектории по оси Х

2 не достигает установленного уровня

Q, =<1/I>1, соответствующего сигна1288653 лу-, = — UI, равному сигналу срабаты— вания компаратора 29. Компаратор переключается и формирует на выходе сигнал, соответствующий логической

"1". При этом на выходе элемента

И-НЕ 31 уровень сигнала становится равным логическому "0I и прекращает поступление управляющих импульсов на вход привода 8. Скорость по координате Х начинает уменьшаться, изображающая точка приближается к заданной линейной траектории и сигнал на выходе первого сумматора 2ч F уменьшается. Это происходит до тех пор, пока сигнал Я, не достигнет уровня сигнала отключения .компаратора 29, обусловливаемого величиной гистерезиса компаратора — Ю, .Затем компаратор 29 отключается снова и на вход привода 8 начинают поступать управляющие импульсы и изображающая точка опять начинает отклоняться от заданной траектории до нового срабатывания компаратора 29. Благодаря этому средняя частота поступления импульсов на вход привода 8 уменьшается и средняя скорость перемещения по данной координате соответствует прямолинейной траектории позиционирования.

Если 8 — U,ïåðåêëþ÷àåòñÿ компаратор 26, формируя на выходе сигнал уровня логической "1", а уровень сигнала на выходе компаратора 27 соответствует логическому "0".

Вследствие этого сигнал на выходе. элемента И-НЕ 31 равен логической

"1" .и коммутатор 6 разрешает поступление импулсьов управления на вход частотно-управляемого привода 8.

Частота импульсов при большом ьХ соответствует максимально допустимой скорости перемещения по координате Х

По мере отклонения траектории от линии, соединяющей начало координат с конечной точкой позиционирования на величину 8 =E, /11: соответствующую сигналу срабатывания компаратора 28 2„ = U,,ïîñëåäíèé переключается и формирует на выходе сигнал, соответствующий логической "1". При этом на выходе элемента И-НЕ 30 уровень сигнала становится равным уровню логического "0" и прекращает поступление управляющих импульсов на вход частотно-управляемого привода 7 через коммутатор 5. Дальнейший процесс формирования траектории происходит аналогично описанному, когдаЕ Uq ..

Направление перемещения по каждой координате задается блоком 1 управ5 ления дискретными сигналами, поступающими на знаковые входы приводов

7 и 8 по соответствующим каналам, причем сигнал, равный логическому

t I 11 0, обуславливает перемещение в

10 положительном направлении, а сигнал, равный логической "1", — в отрицательном направлении.

Траектории двухкоординатного позиционирования, когда заданы положительные направления перемещения по обеим координатам, представлены на фиг.3. Вектор максимальной скорости 1„,а,„= Ч„ а„,+ V „„„, разделяет область Х,ОХ на два сектора. Когда заданная точка находится в первом секторе (точка Е ), перемещение по оси Х, происходит с максимально допустимой скоростью V,. Если не

2S учитывать фильтрующие свойства частотно-управляемого привода, траек— тория позиционирования будет состо. ять из участков, параллельных вектору максимальной скорости Ч (коммутаторы 5 и 6 разрешают прохождеЗО ние на входы приводов 7 и 8 управляющих импульсов) и участков, параллельных оси Х, (коммутатор 6 не разрешает прохождение импульсов на вход привода 8). Когда заданная точЗ5 ка находится в секторе 11 (точка F) перемещение по оси Х происходит с максимально допустимой скоростью

V,а траектория позиционирования

Zeal." состоит из участков, параллельных вектору максимальной скорости Ч ак и оси Х

Ввиду инерционности приводов траектории перемещения будут приближаться к синусоидальным кривым, амплитуды которых определяются величиной гистерезиса компараторов

28 и 29. С уменьшением величины гистерезиса U и sU упомянутых компараторов траектории перемещения

50 приближаются к прямым линиям ОЕ и OF.

При подходе к заданной точке (Е или F) сигнал на входе компараторов 26 и 27 уменьшается

55 до уровня — U. Е . U на выходах

<. с обоих компараторов формируются логические "0, что соответствует логическим "1" на выходах элементов

1288653

И-НЕ 30 и 31 и разрешению прохождения импульсов на входы обоих приводов 7 и 8. Позиционирование завершается по обеим координатам автономно, что исключает отрицательное влияние 5 предлагаемой системы на точность позиционирования.

Если заданная точка находится в заштрихованной зоне (фиг.3), позиt0 ционирование происходит автономно по обеим координатам с максимально допустимыми скоростями по каждой иэ них.

По достижении конечных координат заданной точки на выходах логических элементов ИЛИ-НЕ 17 и 18 формируются логические "1", поступающие на вход элемента И 19 и формирующие сигнал об окончании позиционирования блоку 1 управления.

Формула изобретения

Устройство двухкоординатного позиционирования, содержащее блок ввода, подключенный входом к первому выходу блока управления, первым и вторым выходами — соответственно к первому и второму информационным входам блока управления и к входам соответственно первого и второго регистров, соединенных выходами с первыми входами соответственно первого и второго

35 цифроаналогового преобразователей, первый и второй сумматоры, первыи и второй коммутаторы, подключенные выходами к информационным входам соответственно первого и второго координатных приводов, кинематически связанных соответственно с первым и вторым датчиками перемещения, подключенных выходами соответственно к третьему и четвертому входам блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования и упрощения устройства, введены четыре компаратора,, два элемента И-НЕ, два сумматора и первый и второй преобразователи напряжение — частота, подключенные выходами к информационным входам соответственно первого и второго коммутаторов, соединенных управляющими входами с выходами соответственно первого и второго элементов

И-НЕ, .подключенных первыми входами к выходам соответственно. первого и второго компараторов, а вторыми входами — к выходам соответственно третьего и четвертого компараторов, соединенных входами с первыми входами соответственно вт.эрого и первого компараторов и с выходами соответственно первого и второго сумматоров, причем первый и второй входы второго сумматора подключены к выходам соответственно первого цифроаналогового преобразователя и второго цифроаналогового преобразователя, связанного вторым входом с первым выходом блока управления, с входом первого преобразователя напряжение — частота и с первым входом первого сумматора, подключенного вторым входом к выходу масштабного усилителя, связанного входом с вторым выходом блока управления, с входом второго преобразователя напряжение частота и с вторым входом первого цифроаналогового преобразователя, третий и четвертый выходы блока ввода подключены к знаковым входам соответственно первого и второго координатных приводов, а вторые входы первого, второго, третьего и четвертого компараторов — соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам опорного напряжения устройства.

1288653

Vrгткм

Щур Я

Составитель Н.Горбунова

Редактор А.111андор Техред В.Кадар Корректор И. Эрдейи

Заказ 7805/45 Тираж 885 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Ужгород, ул. Проч кгная,4