Устройство для числового программного управления

 

Изобретение, относится к области автоматического управления и предназначено для использования в системах программного управления металлорежущими станками. Цель изобретения - повышение точности и скорости слежения за перемещением объекта. Устройство для числового программного управления содержит генератор тактовой частоты 1, формирователь тактовых импульсов 2, делитель частоты 3, формирователь опорных сигналов 4, датчик перемещения 5, усилитель 6, компаратор 7, блок синхронизации, элементы И 9, 10, двоичный счетчик импульсов 11, реверсивные счетчики импульсов 12, 15, элементы И 13, 14, D-триггер 16, регистр 17. Возможность накопления данных в виде кода о перемещении за определенные промежутки времени позволяет увеличить допустимые скорости измерения перемещений , уменьшает вероятность срыва слежения о 1 з.п. ф-лы,. 8 ил. S ОО сл ю 4 СП CD

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ""

СОЦИАЛИСТИЧЕСХИХ

РЕСПУБЛИХ (59 4 G 05 8 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCM0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Ilo делАм изОБРетений и oTHpbITHA (21) 3966292/24-24 (22) 16.10.85 (46) 15. 11.87. Бюл. Ф 42 (72) Г.П. Грикун и В.В. Дорощук (53) 621.503.55(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 760030, кл. G 05 В 19/18, 1980.

Авторское свидетельство СССР

К- 760034, кл. G 05 В 19/40, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАИИНОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение, относится к области автоматического управления и предназначено для использования в системах программного управления металлорежущими станками, Цель изобретения— повышение точности и скорости слеже„Л0„„1 52459 А1 ния за перемещением объекта. Устройство для числового программного управления содержит генератор тактовой частоты 1, формирователь тактовых импульсов 2, делитель частоты 3, формирователь опорных сигналов 4„ датчик перемещения 5, усилитель 6, компаратор 7, блок синхронизации, элементы И 9, 10, двоичный счетчик импульсов 11, реверсивные счетчики импульсов 12, 15, элементы И 13, 14, В-триггер 16, регистр 17. Возможность накопления данных в виде кода о перемещении за определенные промежутки времени позволяет увеличить допустимые скорости измерения перемещений, уменьшает вероятность срыва слежения. 1 з.п. ф-лы,. 8 ил.

1352459

55

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для использования в системах число-. вого программного управления металло режущими станками.

Цель изобретения — повышение точности и скорости слежения за перемещением объекта.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для числового программного управления; на фиг. 2 — схема блока синхронизации; на фиг, 3-5 временные диаграммы работы устройства; на фиг. 6 — схема формирователя тактовых импульсов; на фиг. 7 формирователь опорного сигнала, на фиг. 8 — временные диаграммы работы формирователя опорных сигналов °

Устройство для числового про- 20 граммного управления содержит генератор 1 тактовой частоты, формирователь 2 тактовых импульсов и последо1 вательно соединенные делитель 3 частоты, формирователь 4. опорных сигна-. 25 лов, датчик 5 перемещения, усилитель

6, компаратор 7, блок 8 синхронизации, элементы И 9-10, двоичный счетчик 11 импульсов, реверсивный счетчик 12 импульсов, элементы И 13-14, З0 реверсивный счетчик 15 импульсов, D-триггер 16, регистр 17..

На фиг. 2 представлены триггеры

18, 19, инвертор 20; на фиг. 6 — двоичный счетчик 21, элементы И 22-23, 35 элемент НЕ 24; на фиг. 7 — элемент

НЕ 25, D-триггеры — 26, 27, буферные усилители 28, 29, Устройство работает следующим образом. 40

Прямоугольные импульсы с генератора 1 тактовой частоты (фиг. 1) поступают на формирователь 2 тактовых импульсов.

Формирователь 2 тактовых импульсов вырабатывает две последовательности импульсов Т1, Т2, сдвинутых относительно друг друга на половину периода (фиг. 7).

В исходном состоянии уровни логических сигналов выходов разрядов

С1 и С2 находятся в нулевом состоянии.

Установка счетчика 21 в исходное состояние осуществляется по входу

"Сброс" {P) по сигналу от внешнего блока при включении питания устройства.. Двоичный счетчик 21 по каждому положительному фронту импульса задающего генератора Е выдает на выходе Ci первого разряда последовательно высокий или низкий логический уро. вень сигнала. В результате на выходе С1 первого разряда формируется последовательность импульсов со скважностью, равной двум (фиг, 7), По каждому положительному фронту импульсов на выходе С1 первого разряда счетчика 21 импульсов формируется на втором выходе С2 высокий или низкий логический уровень. При установлении на выходах Ci и С2 счетчика 21 одновременно высоких логических уровней на выходе элемента И 22 появляется также высокий логический уровень сигнала. Если на выходе первого разряда С 1 счетчика 21 высокий логический уровень сигнала, а на выходе второго С2 разряда счет-. чика 21 низкий логический уровень, что благодаря элементу НЕ 24 на выходе второго элемента И 23 устанавливается высокий логический уровень.

При других комбинациях сигналов на выходах С1 и С2 двоичного счетчика 21 на выходах элементов И 22, 23 будет низкий уровень. В результате на выходе элемента И 22, соответствующем первому выходу формирователя

2 импульсов„ будет сформирована последовательность импульсов Т1. На выходе второго элемента И 23, соответствующем выходу формирователя 2 импульсов, будет сформирована последовательность импульсов Т2, Последовательность импульсов Т2 будет сдвинута относительно последовательности импульсов Т1 на полпериода.

Последовательность импульсов Т1 с первого выхода формирователя 2 тактовых импульсов поступает (фиг. 1) на вход делителя 3 частоты, Делитель

3 частоты представляет собой последовательно включенные двоичные счетчики. В исходное состояние, когда на всех выходах установлены низкие логические уровни, счетчики устанавливаются по сигналу "Сброс™ от внешнего блока при включении питания устройства. Количество счетчиков и коэффициент деления каждого счетчика выбраны такими, чтобы суммарный коэффициент деления делителя 3 был равен 50. Но коэффициент деления делителя 3 может быть выбран и другим сигналов делит частоту на два, что очевидно по фиг. 8, то при выборе коэффициента деления делителя 3 эту особенность следует учитывать. Тогда суммарный коэффициент деления делителя 3 и формирователя опорных импуль. сов будет равен некоторому числу m,, которое, как показано ниже, следует уччтывать при выборе объема двоичного счетчика 11. Так как коэффициент деления делителя 3 был выбран равным

50, то суммарный коэффициент деления делителя 3 и формирователя 4 импульсов будет равен 100 (50-2). Следовательно, частота импульсов Т1 с выхода форьжрователя 2 тактовых импульсов в сто раз выше частоты импульсов последовательностей Ф1 и Ф2 с выхода формирователя 4 опорных сигналов, которые питают датчик 5 величины перемещений

Датчик 5 представляет собой синусно-косинусный вращающийся трансформатор. На статоре и роторе намотаны не менее чем по две обмотки, сдвинутые о в пространстве на 90

На статорные обмотки подаются две последовательност. импульсов Ф1 и Ф2 от формирователя опорных сигналов. Благодаря первым гармоникам импульсных сигналов Ф1 и Ф2 в роторных обмотках индицируется ЭДС, имеющая тактовую же частоту, как и частота опорных сигналов Ф1, Ф2, но сдвинутая по фазе относительно первых гармоник опорного напряжения на угол, который определяется углом поворота ротора датчика 5. Так как ротор датчика кинематически связан с перемещаемым узлом станка, то датчик

5 осуществляет измерительные преобразования перемещения в фазовый угол синусоидальных колебаний первой гармоники сигнала на выходе датчика.

Но так как на датчик 5 подаются импульсные сигналы, то при разложении в ряд Фурье будут также присутствовать кроме первых гармоник и высшие нечетные гармоники. B результате этого на выходе датчика 5 будет сигнал не синусоидальной, а более сложной формы из-за присутствия дополнительно в датчике магнитных полей образующихся от последующих гармоник импульсных сигналов Ф1 и Ф2.

Но так как полезным сигналом в данном случае является первая гармоника выходного напряжения с обмоток з 135245 из расчета, чтобы частота импульсов

Т1 была намного выше частоты запитки датчика, а именно во столько раз, на сколько дискрет разбивается шаг

5 (полный период изменения фазы) фазового датчика. Частота запитки датчика определяется конструкцией датчика.

Последовательность импульсов с 10 выхода делителя 3 частоты поступает на вход формирователя опорных сигналов.

Формирователь 4 опорных сигналов формирует две последовательности 15 импульсов (Ф1, Ф2), сдвинутые относительно друг друга на четверть периода, имеющие одинаковую амплитуду и частоту (фиг. 8), С приходом импуль.са "Сброс" по шине сброса от внешнего устройства на выходах триггеров

26 и 27, а следовательно, на выходах буферных усилителей 28 и 29 устанавливается нулевой логической потенциал. На инверсном выходе второго 25 триггера 27 устанавливается сигнал с уровнем "1". Следовательно, на D-входах триггеров 26 и 27. будет также присутствовать сигнал с уровнем "1".

По переднему фронту импульса fä „ положительной полярности, приходящего с выхода делителя 3 частоты, уровень логического сигнала на D-входе первого триггера 26 запомнится триггером и будет передан на его вход. На

35 выходе первого D-триггера 26 установился сигнал с уровнем " 1", По окончании действия импульса с выхода делителя f*щ состояние логического сигнала на выходе первого D-тригге - 40 ра 26 не изменится °

Благодаря наличию элемента НЕ 25 по положительному фронту инверсных

Ед, импульсов (f* „ ) значение единицы логического сигнала на D-входе 45

D-триггера 27 запомнится этим триггером, и на его входе появится сигнал с уровнем "1" ° 0дновременно на инверсном выходе D-триггера 27 устано.вится сигнал с уровнем "0". По при- 5р ходу второго импульса с выхода делителя f д „ состояние сигнала на выходе D-триггера 26 теперь установится с уровнем "0".. Значение выхода

П-триггера 27 изменится только с приходом второго инверсного сигнала делителя f>,„ с выхода элемента НЕ 25.

Далее процесс формирования повторяется. Так как формирователь 4 опорных

1352459 ротора датчика 5, то для выделения первой гармоники сигнала с выхода датчика необходим активный фильтр, построенный на операционных усилителях 6. Примером построения такого фильтра является фильтр, состоящий из двух последовательно соединенных звеньев, каждое из которых является фильтром нижних частот второго порядка, имеющим передаточную характерис- 10 тику с парой комплексно сопряженных полюсов а

По юо

2 2 (ь1 S +кто + о где S — комплексная частота;

Н - коэффициент усиления;

М вЂ” собственная круговая частота фильтра; относительный коэффициент 20 затухания.

Для установления оптимальной ширины полосы пропускания сигналов первой гармоники, обеспечиваюшей неискаженную передачу сигнала первой гармо- 25 ники с выхода датчика на компаратор, и подавления ненужных, усилитель 6 сигналов (фильтр) состоит из двух з .веньев. Первое и второе звено настроены на пропускание частот, близких 30 .(одно выше, другое ниже) к частоте опорных импульсов Ф1, Ф2.

Выделенный усилителем 6 (активным фильтром) сигнал первой гармоники с выходного сигнала датчика 5 подается на компаратор 7, который, в зависи мости от полярности приложенного напряжения на входе, выдает на своем выходе сигнал "0" или высокий логический уровень, 40

Блок синхронизации работает следующим образом.

В исходное состояние триггеры 18 и 19 устанавливаются по сигналу

Сброс" > поступающему по шине сброса 45 от внешнего блока при включении питания. В результате на выходе D-триггера будет сигнал "0", а на инверсном выходе D-триггера 19 — сигнал "1"

На выходе D-триггера по переднему 0 фронту положительного импульса с выхода компаратора формируется импульс положительной полярности.

Последовательность импульсов с выхода блока 8 синхронизации выдается на входы четвертого 9 и третьего

10 элементов И. В момент, когда на . ,входах элемента И 9 присутствует импульс положительной полярности с выхода блока синхронизации 8 и .импульс

Т1 тактовой частоты с первого выхода формирователя 2 тактовых импульсов, на выходе формируется положительный импульс. Таким образом, на выходе элемента И 9 будут появляться импульсы с периодом, равным периоду следования импульсов на выходе компаратора, т.е, с периодом первой гармоники выходного сигнала датчика 5.

Выходные импульсы элемента И 9 поступают на вход записи параллельного кода двоичного счетчика ii и записывают в опорный двоичный счетчик такое число, чтобы после прохождения на него m тактовых импульсов„ поступающих с выхода формирователя 2 на счетный вход счетчика 11, в нем был бы код числа ноль . Как указывалось выше, делитель 3 частоты и формирователь 4 опорных импульсов в сумме делят последовательность тактовых импульсов Ti íà 100. Счетчик 11 также должен после подсчета ста импульсов устанавливать на выходе код числа

"ноль". В общем случае двоичный счетчик может считать до 64, что ниже числа 100, или до 128, что выше числа 100„ двоичный счетчик 11 должен быть выбран с объемом счета до 128, В исходное состояние двоичный счет. чик 11 устанавливается сигналом

"Сброс" от внешнего блока при включении питания. Поэтому в исходном состоянии в счетчике 11 на выходах код числа ноль.

Если по входу параллельной записи записывать в счетчик 11 постоянно код код числа 28, то при прохождении на его счетный вход ста импульсов Ti с выхода формирователя Z тактовых импульсов на выходе двоичного счетчика

11 будет код числа "ноль". Но такое состояние кода на выходе двоичного счетчика будет всегда только при не- . изменной фазе первой гармоники суммарного сигнала на выходе датчика 5.

Если вал датчика начинает вращаться, то, соответственно, и фаза первой гармоники сигнала датчика также будет изменяться (фиг. 3). Поэтому код числа на выходе счетчика будет также отличаться от кода нуля.

Если при изменении фазы на вход двоичного счетчика 11 поступит больше ста импульсов (больше чем ш импульсов) за период следования импуль7 135 сов с выхода элемента И 9, то на выходе счетчика 11 будет код числа с нулем в старшем разряде (число,.близкое к нулю), Если при изменении фази на счетный вход счетчика 11 поступит меньше ста импульсов (меньше, чем ш импульсов), то на выходе счетчика

11 будет код числа с единицей в старшем Разряде (число, близкое к числу 128). Импульс с выхода элемента

И 10 перезаписывает сформированный счетчиком 11 код в реверсивный счетчик 12. Кроме того, одновременно импульс с выхода элемента И 10 по входу установки S установит на выходе

D-триггера 16 сигнал высокого логического уровня. В исходное состояние счетчик 12 устанавливается по сиг.налу "Сброс" от внешнего устройства при включении питания. При этом на

его выходах будет код числа "Ноль".

Если на двоичный счетчик 11 за время между импульсами с выхода элемента И 9 на счетный вход поступило больше ста тактовых импульсов(Т1), то в реверсивный счетчик 12 запишется отличное от нуля число с нулем в старшем разряде. Если на двоичный счетчик 11 за время между импульсами с выхода элемента И 9 на счетный вход поступило меньше ста импульсов, то в реверсивный счетчик 12 запишется отличное от нуля число с единицей в старшем разряде. Выход старшего разряда реверсивного счетчика 12 подключен к входам первого 13 и второго 14 элементов И, Особенностью элемента И 14 является то, что первый его вход является инверсным. D- òðèããåð 16, установленный на выходе элементом И 10 в состояние "1" будучи подключенным

1 к входам элементов И 13 и 14, разре шает прохождение сигналов Т1. В исходном состоянии на выходе D-тригге ра 16 установлен логический потенциал по входу сброса.

При отрицательном перемещении фазы (фиг. 4), когда старший разряд реверсивного счетчика 12 установлен в " 1", импульсы Т1 через элемент

И 13 поступают на суммирующие входы реверсивных счетчиков 12 и 15. В момент формирования реверсивным счетчиком 12 импульса Р1 положительного переноса на выходе D-триггера 16 запишется по входу С синхронизации

2459

14 ваются.

При положительном перемещении фазы, когда в старшем разряде реверсивного счетчика 12 записан ноль (фиг.5), импульсы Х1 будут проходить через элемент И i4 так как первый вход этого элемента инверсный. Таким обра10 зом, имт.ульсы Т1 поступают на вычитающие входы реверсивных счетчиков .

12 и 15 до момента изменения в реверсивном счетчике 12 старшего разряда с состояния "0" в состояние "1". Появление логической единицы в старшем разряде реверсивного счетчика

12 запретит прохождение импульсов Т1 через элемент И 14 °

В то же время "1", пришедшая с выхода старшего разряда реверсивного счетчика 12 на вход элемента И 13, разрешит прохождение импульсов Т1 через этот элемент И, так как на выходе D-триггера 16 остается пока сигнал высокого логического уровня.

Первый прошедший импульс Т1 через элемент И 13 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 12.

Так как в этом счетчике при вычитании были установлены в единицу выходные разряды, в том числе и старший, это вызовет появление импульса положительного переноса, который сразу же сбросит D-триггер 16, уста35 новив его выход в состояние "0", и тем самым прекратит прохождение импульсов Т1 через элементы И 13 и

14 до тех пор, пока элементы И 10, выход D-триггера 16 не будет обрат4 но установлен в состояние 1, а следовательно, при положительном перемещении фазы на суммирующий вход счетчика 12 успеет пройти всего один .импульс Т1. Так как при .работе ревер45 сивного счетчика 12- в режиме вычитания через элемент И 14 проходит импульсов Т1 на один больше, чем фазовое перемещение, пока старший разряд установится в единицу, то про50 шедший импульс Т1 через элемент И 13 скомпенсирует этот импульс. В резуль" тате в реверсивном счетчике 15 будет находиться код, соответствующий реальному перемещению фазы., При нулевом перемещении фазы через каждые из элементов И 13 и 14 будет прохо- дить по одному импульсу. Выходные импульсы из элементов И 13 и 14; образующж число-импульсный код переме1352459

10 щения фазы сигнала датчика, подаются на реверсивный счетчик 15, накапливающий данные о перемещении. По сигналу управления от внешнего блока значение кода из счетчика 15 переписывается в выходной регистр 17. После записи кода в регистр 17 в реверсивный счетчик 15 под управлением от внешнего блока записывается по входам параллель- 10 ной записи код нуля и счетчик 15 готов для накопления новых данных о перемещении. Срыв слежения не происходит, так как время перезаписи кода из счетчика 15 в регистр очень мало °

В исходное состояние реверсивный счетчик 15 и выходной регистр 17 устанавливаются по сигналу Сброс" от внешнего блока при включении питания.

При этом счетчик 15 и выходной регистр 17 обнуляются.

Измеренный угол поворота вала привода в дискретах

° е.п 1 д

N= — — mn= — — -m 25

360 360 где dp „- угол поворота вала привода в градусах„

m — число дискрет на шаг фазового датчика (на полное

30 изменение фазы), ЬЦ вЂ” сдвиг фазы первой гармоники сигнала датчика;

n — коэффициент редукции, указывающий сколько раз прои35 зойдет полное изменение фазы датчика при повороте вала двигателя на 360 ;

N — измеренный угол поворота вала привода в дискретах.

Возможность накопления данных в виде кода о перемещении за определенные промежутки времени позволяет увеличить допустимые скорости измерения перемещений, уменьшает вероятность срыва слежения. Полученные данные о перемещении в виде двоичного кода позволяет испольэовать в качестве внешнего блока ЭВМ.

Формула изобретения

1. Устройство для числового программного управления, содержащее генератор тактовой частоты, делитель частоты, выход которого соединен с информационным входом формирователя опорных сигналов, подключенного выходами к статорным обмоткам датчика перемещения, и усилитель, а также первый и второй элементы И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и скорости слежения эа перемещением объекта, в устройство введены двоичный счетчик импульсов, второй реверсивный счетчик импульсов. D-триггер, регистр, формирователь тактовых импульсов, компаратор, блок синхронизации,. третий и четвертый элементы И, выход генератора тактовой частоты соединен с входом формирователя тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй выход — с информационным входом делителя частоты, с суммирующим входом двоичного счетчика, с первым входом блока синхронизации, с первыми входами четвертого, первого и второго элементов И, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу D-триггера, третьи входы — к выходу старшего разряда второго реверсивного счетчика импульсов, и выходы — к суммирующему и вычитающему входам второго реверсивного счетчика импульсов соответственно, информационные входы которого соединены с информационными выходами двоичного счетчика импульсов, L-вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации и к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с S-входом D-триггера и с L-входом второго реверсивного счетчика импульсов, выход переноса которого соединен с С-входом D-триггера, R-вход которого соединен с установочным входом первого и второго реверсивных счетчиков, регистра, блока синхронизации и с входом сброса устройства для числового программного управления, вход управления которого подключен к управляющим входам первого реверсивного счетчика импульсов и регистра, информационные входы которого соединены с выходами первого реверсивного счетчика импульсов, а выход усилителя соединен с входом компаратора, соединенного выходом с вторым входом блока синхронизации, а выходы регистра являются выходами устройства.

11

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок синхронизации содержит инвертор, первый и второй триггеры, инверсный выход второго триггера подключен к выходу блока синхронизации и к S-входу пер352459 вого триггера, Р-вход которого соединен с 1 -входом второго триггера и с входом сброса блока синхронизацчи; подключенного первым входом к С-вхо5

1 ду первого триггера, а вторым входом — к входу инвертора.

1352459

1352459

1352459

Составитель И.Швец

ТехРед A.Кравчук

Редактор М.Циткина

Корректор. С.Шекмар

Заказ 55б5/47

Тираж 863 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. Проектная, 4