Устройство для разгона и торможения электропривода

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления электроприводом, например в стенках с программным управлением, координатных столах, промышленных роботах. 1-я Цель изобретения - расширение области применения за счет автоматического формирования оптимальных характеристик изменения скорости на участках разгона и торможения, имеющих различные формы, включая асимметричную. Устройство для разгона и торможения электропривода содержит генератор 1 опорной частоты, делители 2,3 частоты с переменным коэффициентом деления, элементы И 4,5, реверсивный счетчик 6, инвертор 7. Новым в устройстве является введение преобразователей 9 и 10 код - частота, блока 11 сравнения кодов, вычитателя 8 кодов, а также блока 12 формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения и блока 13 формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. пуск разгона/торможения СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ч (ЬЭ

OO (л) 2-я

3-я р

1 рв (в

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718160/24 (22) 11.07.89 (46) 07.04.92. Бюл. hL 13 (?1) Институт электросварки им.Е,О.Патона (72) Б.P.Öûðåíäîðæèåâ, А.В.Романюк и

В.В.Боярский (53) 621.503,55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1374182, кл. G 05 В 19/18, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1182489, кл. G 05 В 19/18, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГОНА И ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления электроприводом, например в стенках с программным управлением, координатных столах, промышленных роботах. !

„„. Ж„„1725183 А1

Цель изобретения — расширение области применения за счет автоматического формирования оптимальных характеристик изменения скорости на участках разгона и торможения, имеющих различные формы, включая асимметричную. Устройство для разгона и торможения электропривода содержит генератор 1 опорной частоты, делители 2,3 частоты с переменным коэффициентом деления, элементы И 4,5, реверсивный счетчик 6, инвертор 7. Новым в устройстве является введение преобразователей 9 и 10 код — частота, блока 11 сравнения кодов, вычитателя 8 кодов, а также блока 12 формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения и блока 13 формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения. 2 з,п. ф-лы, 6 ил.

1725183

15

25

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для автоматического управления скоростью перемещения в системах программного управления электроприводом станков, промышленных роботов, технологического оборудования.

Известно устройство для разгона и торможения электропривода, содержащее генератор опорной частоты, три делителя. частоты, два элемента И, реверсивный счетчик, блок совпадения, а также элемент ИЛИ, счетчик импульсов и ключ.

С помощью такого устройства стало возможным реализовать трапецеидальный закон изменения скорости двигателя во времени, При этом, задавая различные коды на вход второго делителя частоты, можно изменять ускорения при разгоне и торможении.

Недостатком устройства является наличие четырех точек мгновенного изменения силы, действующей на исполнительный механизм. Вследствие этого в моменты переключения скоростей в системе возникают большие динамические нагрузки, приводящие к появлению паразитных вибраций.

Известно также устройство разгона и торможения, содержащее генератор опорной частоты, пять делителей частоты, ключ, счетчик импульсов, четыре элемента И, три реверсивных счетчика, блок совпадения, элемент НЕ, элемент И-ИЛИ, блок дифференцирующих цепочек и три триггера.

В этом устройстве разгон-торможение производят до любого заданного значения скорости с заданным ускорением на основных участках и с заземленным ускорением на участках начала и окончания разгонаторможения, величина которых определяется в зависимости от заданного значения скорости, т.е. сглаженность характеристики разгона-торможения достигалась за счет использования при разгоне и торможении трех участков с различной крутизной. Однако поскольку в устройстве реализован кусочно-линейный закон изменения скорости, то для него также характерно наличие точек мгновенного изменения силы, действующей на исполнительный механизм, и поэтому динамические перегрузки остаются достаточно ощутимыми.

Значительному уменьшению ударных нагрузок и увеличению быстродействия систем в динамических режимах работы способствует использование плавного, в частности логарифмического, закона изменения параметров скорости и ускорения при разгоне и торможении.

Наиболее близким к изобретению является устройство для разгона и торможения, содержащее генератор опорной частоты, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго делителей частоты, выход первого из которых через первый усреднитель подключен к первым входам первого и второго элементов И, а выход второго через второй делитель частоты — к выходу устройства. Выходы первого и второго элементов И устройства подключены соответственно к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, при этом второй вход первого элемента И подключен к выходу инвертора, вход которого соединен с вторым входом второго элемента И. Кроме того, известное устройство содержит постоянный запоминающий блок, элемент НЕ-ИНЕ, элемент И вЂ” НЕ, выходы реверсивного счетчика подключены к входам элементов

НЕ-И-НЕ и И вЂ” НЕ и к адресным входам постоянного запоминающего устройства, выходы которого подключены к управляющим входам первого делителя частоты.

Постоянный запоминающий блок устройства-прототипа предназначен для формирования кода управления первым делителем частоты, необходимого для получения нелинейного изменения выходной частоты устройства для разгона и торможения. При изменении адреса постоянного запоминающего блока код на его выходе изменяется по закону, который записан в одной из зон этого блока. В известном устройстве за счет плавного нелинейного изменения ускорения при разгоне и торможении удалось снизить статическую и динамическую погрешности исполнительного механизма, а также увеличить его долговечность.

Однако устройство не обладает достаточной универсальностью, позволяющей реализовать его возможности для широкого круга потребителей. Так, частое изменение типоразмеров заготовок, например, на поворотных столах робототехнических комплексов требует обеспечения такого количества программ, которое врядли будет возможным и экономически оправданным.

Кроме того, особенностями конструкции этого устройства предусмотрено формиро- . вание только симметричных характеристик скорости электропривода на участках разгона и торможения (по отношению к оси, проходящей через среднюю точку участка равномерного перемещения).

Цель изобретения — расширение области применения за счет автоматического формирования оптимальных характеристик изменения скорости на участках разгона и

1725183 торможения, имеющих различную форму, включая асимметричную.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для разгона и торможения электропривода, содержащее генератор 5 опорной частоты, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй элементы И, выходы которых подключены 10 соответственно к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, при этом первый вход второго элемента И подключен к выходу первого инвертора, вход которого соединен с первым входом первого элемен- 15 та И и является пусковым входом устройства, введены вычитатель кодов, первый и второй преобразователи код-частота, блок сравнения кодов, блок формирования ускорения на конечном участке разгона и тормо- 20 жения и блок формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, группа выходов которого соединена с первой группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и 25 торможения и с первой группой выходов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, группа выходов вычитателя кодов через первый преобразователь код-частота соединена с 30 вторыми входами первого и второго элементов И, первый и второй разрешающие выходы блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения соединены соответственно с первым и вто- 35 рым информационными входами блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, третий информационный вход которого соединен с выходом второго делителя частоты с переменным ко- 40 эффициентом деления, а его четвертый информационный вход соединен с выходом первого блока сравнения кодов, информационный выход блока формирования ускорения на конечном участке разгона и 45 торможения соединен с первым информационным входом блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, второй информационный вход которого соединен с выходом первого дели- 50 теля частоты с переменным коэффициентом деления, а группа задания кода блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения является первой группой входов устройства, группа входов 55 первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления и вторая группа входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения объединены и являются второй группой входов устройства, группа входов второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и третья группа входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения объединены и являются третьей группой входов устройства, четвертая группа входов блока фррмирования ускорения на конечном участке разгона и торможения и первая группа входов первого блока сравнения кодов объединены и являются четвертой группой входов устройства, вторая группа входов первого блока сравнения кодов соединена с выходами реверсивного счетчика и с группой входов второго преобразователя код-частота, выход которого является выходом устройства.

Блок формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения содержит первый и .второй элементы И, первый и второй инверторы, счетчик импульсов и блок сравнения кодов, первая группа входов которого является первой группой входов блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, вторая группа входов блока сравнения кодов соединена с выходами счетчика импульсов и является группой выходов блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, выход блока сравнения кодов соединен с входом первого инвертора и является первым информационным выходом блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, вторым информационным выходом которого являются объединенные выход первого инвертора и первый вход первого элемента И, второй вход которого является вторым информационным входом блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, первый информационный вход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход второго элемента И соединен с входом счетчика импульсов.

Блок формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения содержит преобразователь код-частота, четыре элемента И, три счетчика импульсов, два сумматора кодов, блок умножения, блок деления и блок сравнения кодов. Вход преобразователя код-частота является первой группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, первым и вторым информационными входами которого являются соответственно первые входы первого и второго элементов И, вторые входы которых объе1725183 крутизна которой определяется величиной конечного рывка.

Таким образом. в предлагаемом устройстве без обращения к заранее записанной информации можно автоматически формировать любую плавную характеристику изменения скорости электропривода,оптимальная форма которой может быть подобрана для конкре гного

0 объекта перемещения.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для разгона и торможения электропривода; на фиг.2 структурная схема блока формирования ус5 корения на начальном участке разгона и торможения; на фиг.3 — структурная схема блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения; на фиг,4 — возможные законы разгона и торможения

0 электропривода, реализуемые предлагаемым устройством для разгона и торможения электропривода; на фиг.5 и 6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройсгва при разгоне-торможении до скоростей oi«, 5 (сплошная линия) и до скорости ом (прерывистая линия).

Устройство разгона и торможения содержит генератор 1 опорной частоты (фиг.1), выход которого подключен к тактовым вхо30 дам первого и второго делителей 2 и 3 частоты с переменным коэффициен1ом деления, первый и второй элемен гы И 4 и 5, реверсивный счетчик 6 и первый инвертор

7, причем первые входы элемен|ов И 4 и 5

35 объединены, а их выходы подключены соответственно к входам сложения и вычи гонии реверсивного счетчика 6. В устройство введены вычитатель 8 кодов, первый преобразователь 9 код-частота, а также подключен40 ные к выходу реверсивного счетчика 6 второй преобразователь 10 код-часгога, выход которого является выходом устройства, и блока 11 сравнения кодов, блок 12 формирования ускорения на начальном участке

45 разгона и торможения и блок 13 формирования ускорения на конечном у гас IKo раз они и торможения.

Устройство имеет четыре руины вхо дов: первая группа входы задания кодов

50 величины максимального ускорения, в горля группа входы задания величины рывка нл начальном участке разгона и торможения, третья группа входы задания величины рывка на конечном участке разгона и1ормо

55 жения, четвертая входы задания кода ве личины максимальной скоросги, Блок 12 формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения со держит первый и второй элемен ьI И 14 и 15 динены и соединены с выходом преобразователя код-частота. Выход первого элемента И соединен с входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого сумматора кодов, вто- 5 рой вход которого соединен с выходом блока умножения. Выход второго элемента

И соединен с входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход кото- 1 рого соединен с выходом блока деления.

Первый вход деления соединен с первым входом второго сумматора кодов и является второй группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона 1 и торможения, третья группа входов которого является второй группой входов второго сумматора кодов. Выход второго сумматора кодов соединен с вторым входом блока деления, Выход первого сумматора кодов сое- 2 динен с первой группой входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого является четвертой группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения. Выход 2 блока сравнения кодов соединен с первым входом третьего элемента И и является информационным выходом блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения. Второй вход третьего элемента И является третьим информационным входом блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения. четвертым информационным входом которого является вход инвертора, выход инвертора соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И. Выход четвертого элемента И соединен с входом третьего счетчика импульсов, разрядные выходы которого являются группой выходов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения.

Предлагаемое выполнение устройства позволяет сформировать (с помощью первого делителя частоты и блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения) линейно возрастающую характеристику ускорения на начальном участке разгона-торможения, крутизна которой определяется величиной начального рывка (первой производной от ускорения). Введение вычитателя кодов, блока сравнения кодов, а также подключенного к второму делителю частоты блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения позволяет сформировать линейно снижающуюся характеристику ускорения на конечном участке разгона и торможения, 1725183

5

20

30

50

55 соответственно (фиг.2), первый и второй инверторы 18 и 19 соответственно, счетчик 16 импульсов и блок 17 сравнения кодов, первая группа входов которого является первой группой входов блока 12, вторая группа входов блока 17 сравнения кодов соединена с выходами счетчика 16 импульсов и является группой выходов блока 12. Выход блока 17 сравнения кодов соединен с входом первого инвертора 18 и является первым информационным выходом блока 12, вторым информационным выходом которого являются объединенные выход первого инвертора 18 и первый вход первого элемента И 14, второй вход которого является вторым информационным входом блока 12. Первый информационный вход блока 12 соединен с входом второго инвертора 19, выход которого соединен с первым входом второго элемента И 15, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И 14, а выход второго элемента И 15 соединен с входом счетчика 16 импульсов.

Блок 13 формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения содержит преобразователь 32. код-частота, четыре элемента И 21, 23, 27 и 28, три счетчика 22, 24 и 29 импульсов, два сумматора

20 и 30 кодов, блок 25 умножения, блок 31.деления и блок 26 сравнения кодов. Вход преобразователя 32 код-частота является первой группой входов блока 13, первым и вторым информационными входами которого являются соответственно первые входы первого и второго элементов И 21 и 23, вторые входы которых объединены и соединены с выходом преобразователя 32 код-частота, Выход первого элемента И 21 соединен с входом первого счетчика 22 импульсов, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 20 кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 25 умножения. Выход второго элемента И 23 соединен с входом второго счетчика 24 импульсов, выход которого соединен с первым входом блока 25 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 31 деления. Первый вход блока 31 деления соединен с первым входом второго сумматора

30 кодов и является второй группой входов блока 13, третья группа входов которого является второй группой входов второго сумматора 30 кодов. Выход второго сумматора

30 кодов соединен с вторым входом блока

31 деления, а выход первого сумматора 20 кодов соединен с первой группой входов блока 26 сравнения кодов, вторая группа входов которого является четвертой группой входов блока 13. Выход блока 26 сравнения кодов соединен с первым входом третьего элемента И 27 и является информационным выходом блока 13. Второй вход третьего элемента И 27 является третьим информационным входом блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, четвертым информационным входом которого является вход инвертора 33, выход инвертора соединен с первым входом четвертого элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И 27. Выход четвертого элемента И 28 соединен с входом третьего счетчика 29 импульсов, разрядные выходы которого являются группой выходов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения.

Генератор 1 опорной частоты предназначен для генерирования импульсов с определенной частотой и может быть выполнен в зависимости от области применения устройства как с использованием кварца, так и без него.

Делители 2 и 3 частоты с переменным коэффициентом деления представляют собой устройства для формирования импульсов, частота которых обратно пропорциональна кодам на входах управления.

Элемент И 4 предназначен для запуска разгона двигателя исполнительного механизма и пропускания импульсов с преобразователя 9 код-частота на суммирующий вход реверсивного счетчика 6. Элемент И 5 предназначен для запуска торможения двигателя и пропускания импульсов с преобразователя 9 код-частота на вычитающий вход реверсивного счетчика 6.

Реверсивный счетчик 6 предназначен для получения кода Йд, пропорционального текущему значению скорости для всех участков движения.

Инвертор 7 используется для запуска торможения двигателя при наличии логического нуля на входе, подавемого от внешнего устройства управления.

Вычитатель 8 кодов. предназначен для формирования кода N<, пропорционального текущему значению ускорения для всех участков движения и представляет собой арифметико-логическое устройство для сложения и вычитания чисел в прямых и дополнительных кодах, которое может быть реализовано на известных схемах.

Преобразователи 9, 10 и 32 код-частота предназначены для формирования импульсов частота следования которых прямо пропорциональна соответствен но коду текущего ускорения, коду текущей скорости и коду ускорения на начальном участке разгона-торможения, и могут быть реализованы по известным схемам.

1725183 + g N p»+ N Р» фк Np„„

N = K em, 45 и

К

Pw он

Кр.

Pk к

11

Блоки 11, 17 и 26 сравнения кодов предназначены для формирования на их выходах сигналов в моменты времени, когда коды на первых входах каждого иэ них совпадают с соответствующими кодами на вторых входах.

Счетчики 16, 22, 24 и 29 импульсов предназначены для формирования кодов, соответствующих количеству импульсов, которое поступило на их входы.

Блок 12 формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения предназначен для формирования кода

N „ ускорения, который возрастает по линейному закону до момента времени, пока не достигнет кода и максимального ускорения, а затем принимает постоянное значение, равное максимальному, а также для формирования логических сигналов о моменте t> (фиг.5 и 6) совпадения указанных кодов. Элемент И 14 блока 12 предназначен для пропускания импульсов от делителя

2 частоты при наличии сигнала логической единицы на выходе инвертора 18, который возникает при логическом нуле на выходе блока 17 сравнения кодов. Блок 17 сравнения формирует сигнал логического нуля при различии в кодах на его входах и логической единицы при их совпадении, Блок 13 формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения предназначен для формирования кода Й „ускорения, который возрастает по линейному закону, начиная с момента тг (фиг.6) совпадения кода йдррасчетной скорости с кодом

N mìàêñèìàëüíoé скорости до момента сз совпадения кода йцфактической скорости с кодом N максимальной скорости.

Входящие в состав этого блока 13 элементы выполняют следующие функции.

Сумматор 20 предназначен для получения кода М„,расчетной скорости, которая может быть набрана двигателем, если в данный текущий момент времени поступит сигнал

0(1г) о начале конечного участка раэгонаторможения.

Блок 31 деления предназначен для получения кода N, значение которого соответствует формуле где он ифх- рывки на начальном и конечных участках разгона-торможения.

10 Элемент И 21 предназначен для пропускания импульсов от блока 32 на счетчик 22 импульсов при поступлении сигнала логической единицы с выхода блока 17.

Блок И 23 предназначен для пропуска15 ния импульсов от преобразователя 32 на счетчик 24 импульсов при поступлении сигнала логической единицы с выхода инвертора 18.

Элементы И 27 и 28 предназначены для

20 пропускания импульсов с выхода делителя

3 частоты на счетчик 29 импульсов при наличии сигналов логической единицы на выходах блока 26 сравнения кодов и инвертора 33 соответственно.

25 Инвертор 33 предназначен для запрета пропускания импульсов от делителя 3 частоты через элемент И 28 при совпадении кода й,,фактической текущей скорости с кодом

N максимальной скорости на блоке 11

30 сравнения (фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

На четвертые входы устройства подается код N максимальной скорости. На вто35 рые — код N „ðûâêà на начальном участке ускорения разгона-торможения. На третьи— код МР„рывка на конечном участке ускорения разгона-торможения. На первые — код

N максимального ускорения разгона-тор40 можения.

Значения кодов вычисляются следующим образом:

Блок 25 умножения предназначен для получения кода йд, расчетной скорости, которая может быть набрана двигателем, если в данный текущий момент времени поступит сигнал об окончании разгона-торможения и диаграмма ускорения разгонаторможения будет иметь треугольный вид.

Сумматор 30 предназначен для получения кода, значение которого равно сумме кодов рывков на начальном Np»è конечном

Nð участках разгона-торможения.

Р» где Кя К6 и Кр коэффициенты пропорци50 ональйости.

Для удобства изложения положим, что

К„=К = К - 1.

При подаче сигнала логической единицы на вход "Пуск разгона-торможения" от55 крывается элемент И 4 и на вход сложения реверсивного счетчика 6 от преобразователя 9 код-частота начинают поступать импульсы, частота f следования которых пропорциональна коду Йе ускорения.

1725183

Код N< ускорения формируется на выходах блока 8 и изменяется по трапецеидальному или треугольному закону . (в

-зависимости от соотношения кодов Q N, (н

N Р„и N<) и формируется следующим образом.

Генератор 1 импульсов при подаче на него сигнала логической единицы с входа

"Пуск разгона-торможения" (не показан) подает импульсы с частотой Фо на делители 2 и

3 частоты, на выходах которых формируются имульсы с частотами f и f соответственР» но, прямо пропорциональными величинами рывков на начальном рн и конечном р» участках разгона-торможения: то . то „â€” — — орй ° = — = тор».(")

Р " Р»

Импульсы с частотой 1у„поступают на счетчик 16 импульсов блока 12 через элементы И 14 и 15 при наличии на их вторых входах разрешающих сигналов U(ti)=1 и (Ж

Логический сигнал 0(т1) поступает с инвертора 18 и является инверсией логического сигнала U(t1); который формируется на выходе блока 17 сравнения кодов и принимает значение логической единицы при совпадении кода и максимального ускорения с кодом и „ускорения на начальном участке разгона. Поскольку до момента времени ti (фиг,5) коды N и N«He совпадают, то на входе инвертора 18 (фиг.2) имеется сигнал логического нуля: U(ti)=0, а на его выходе— логической единицы; U(ti) =1, т.е. элемент И

14 пропускает импульсы с частотой fp„на вход элемента И 15 до момента времени ti.

Логический сигнал U(t2) поступает через инвертор 19 на второй вход элемента И 15 с блока 13, в котором он возникает в момент времени t2, когда код йу„расчетной скорости достигает величины кода Nöмаксимальной скорости.

Поскольку до момента t2 коды йцри йд„не совпадают, с инвертора 19 на второй вход элемента И 15 подается сигнал логической единицы: U(t2)=1, и, следовательно, импульсы с частотой 1рН поступают на вход счетчика 16.

Счетчик 16 импульсов формирует код и „ускорения на начальном участке разгона-торможения, который до момента времени ti или сг линейно нарастает, а затем сохраняет постоянное значение, пропорциональное количеству импульсов, поступивших на счетчик 16 от делителя 2 к моменту а1 ИЛИ аг:

f,ð,t

foggy tmln t tmin, гДЕ tmin-min (Ц; t2).

Код и „подается на первый выход блока 12, а также на второй вход блока 17 сравнения кодов.

10 Определение момента времени t2 производится в блоке 13 следующим образом.

Код йд выбирается прямо пропорциональным величине расчетной скорости вр.

:йд = K(Np) Np, которая может быть набра15 на двигателем, если в данный текущий момент времени с начать сброс ускорения, т,е. начать конечный участок разгона-торможения.

При трапецеидальной диаграмме уско20 рения е (t) расчетная скорость вр1 может быть определена по формуле

Вр1 =с -" — +em(t2-ti)+

/Ъ.

25 атхв2

2 а учитывая, что 1 = —, 13 вг = — (3) а в рн р»

35 определение вллр 1 ВОЗМОЖНО по формуле

C0pg =(" + ) 2 8f+fm(t2 t1) (4) 40 где ti — момент завершения начального участка разгона-торможения;

t2 —. момент начала конечного участка разгона-торможения; тз — момент завершения разгона-тормо45

При треугольной диаграмме ускорения е (t) расчетная скорость врг может быть определена по формуле

50 в л а Пх-ю, 2 а учитывая, что для Л закона

t1 =t2, тз — ti =+ti (5) р» по формуле

1725183

О,t

ffÅ 32

1 (t1) tt

Ен (9) код N достиг вели н счетчика 22 изменятак како1< t2, если

10 чины кода N .

Kop N@ на выходе ется по закону (фиг.5) (1+ ), 1 <Ц;

Рк 2 оМ,г (t)= (1++) +Em (t t1), t Ц

Я р, г

15 (7) 2t

Nt =f f dt, р (10) Иэ формулы (7) следует, что момент времени t, для которого значение расчетной скорости вр достигнет заданного макси- 20 мального значения скорости Nmax, будет являться моментом t2 начала конечного участка разгона-торможения, Фактическая скорость аф() в данный текущий момент времени меньше ор(с) и мо- 25 жет быть определена по формуле. г ,т <о1

30 — +е (t — t1), т т н жф (т) =

С учетом изложенного момент времени

t2 в предлагаемом устройстве определяется 35 следующим образом.

Код и ускорения на начальном участке и разгона-торможения с блока 12 подается на вход преобразователя 32 код-частота, входящего в состав блока 13. На выходе преоб- 40 разователя 32 формируются импульсы, частота f которых пропорциональна И .

Еи И за „= K32 N< (t ) =

K32 fo + t, t < tmin (8) K32 foPn tmin t lmin где K32 — коэффициент пропорциональности 50 преобразователя 32, 32

Импульсы с частотой f«èç преобразователя 32 поступают на счетчики 22 и 24 импульсов через элементы И 21 и 23 соответственно, 55

Элемент И 21 пропускает импульсы от преобразователя 32 на счетчик 22, начиная с момента t1, когда на его второй вход поступает сигнал логической единицы 0(т1)=1 с блока 12. Ян Як / +

Np„(ps

+ — 1 =1+ °

px/ Кp р< (13) М = (1+ ) 2 (6) а

Из формул {3) — (6) следует, что для любого текущего момента времени на участке разгона-торможения величину расчетной скорости сир можно рассчитать по выражению

Таким образом, частота f<„èìïóëücoâ

g.t на выходе элемента И 21 изменяется следующим образом (фиг.5).: а с учетом формул (1), (2), (8)-(10) О,т

N =

K32 fo ЕГп (т — t t ), t tl . (11)

Элемент И 23 пропускает импульсы от преобразователя 32 на счетчик 24 до момента t1, после которого на второй вход элемента И 23 поступает сигнал логического нуля

0(т1)=0.

Поскольку на вход счетчика 24 поступают импульсы, частота которых линейно возрастает до момента tl, а затем их поступление прекращается, на выходе счетчика 24 формируется код N<<, который нарастает по квадратичному закону до момента t1, а затем сохраняет достигнутое к моменту т1 значение (фиг.5):

Кзг 1о Рн 1, l < t1 г

N() = (12) !

Кзг fo p t), t t1 Р

Код N>,ïîñòónàåò на вход блока 25 умножения, где умножается на коэффициент k, Формирование величины коэффициента k обеспечивается сумматором 30 и блоком 31 деления. В сумматоре 30 производится суммирование кодов и „и

Npxðûâêoâ на начальном и конечном участках разгона-торможения, В блоке 31 деления производится деление на код М „суммы

Np + Np, в результате чего на выходе блока

31 формируется величина коэффициента k:

18

1725183

Код Ng поступает на второй вход вычитателя 8 кодов и, начиная с момента време- 4 ни tz, вычитается из кода N „который поступает на первый вход вычитателя 8 кодов с блока 12. В результате этой операции на выходе вычитателя 8 кодов формируется код N ускорения, который, начиная с мо- 4 мента времени tz, уменьшается по линейному закону, Код N поступает на преобразователь

9 код-частота и преобразуется в последовательность импульсов, частота 1 следования 5 которых пропорциональна N<, т.е. частота

1 импульсов будет изменяться по такому же закону, что и N .

Импульсы с блока 9 поступают через элемент И 4 на суммирующий вход ревер- 5 сивного счетчика 6, на выходе которого формируется код йо текущей скорости, поступающий на вход преобразователя 10 код-частота и на второй вход блока 11 сравнения кодов.

Таким образом, на выходе блока 25 формируется код й@,, величина которого определяется по формуле

N> = N>, (1 + ). (14) Коды й„„,и N,„ñóììèðóþòñÿ в сумматоре 20 и образуют код

К32 Ь ((1Ф- ) Р Я+оп (т-Ц )), М1 (15)

Анализ выражения (15) показывает, что оно идентично выражению (7), и, следовательно, код йу соответствует значению расчетной скорости вр.

Код и сравнивается с кодом йя в блоке 26 сравнения кодов, и в момент с2, когда йц достигнет величины йд, на выходе блока 26 формируется сигнал логической единицы U(tz)=1.

Сигнал U(tz)=1 поступает на вход элемента И 27 разрешая прохождение импульсов с частотой 1 „, поступающих с делителя

3 частоты, на вход элемента И 28, и при наличии разрешающего сигнала U(ta) = 1 на его втором входе далее импульсы поступают на счетчик 29 импульсов, который формирует на своем выходе код ускорения на конечном участке разгона-торможения

N g = f /Рк (t-tz)=fo pg (t-tz). (16)

Ек

В момент времени тэ, когда код Nu Аостигает значения кода N на выходе блока

11 возникает сигнал U(Q)=1, который поступает в блок 13 и, инвертируясь в инверторе

5 33, запрещает прохождение импульсов с частотой 1 р„через элемент И 28 на счетчик 29.

В результате этого код и „прекращает нарастать и принимает постоянное значение. пропорциональное числу импульсов, посту10 пающих на него к моменту сз.

Кроме того, сигнал 0(сз)=1 используется для обнуления счетчиков 16, 22, 24 и 29 и останова генератора 1 импульсов.

Таким образом, диаграммы кода N и

15 частоты t, пропорциональной текущему ускорению, имеют трапецеидальный. или треугольный вид на участке, разгона.

Соответственно, диаграммы кода йу и частоты Фг текущей скорости будут иметь

20 вид, при котором на начальном участке разгона до заданной скорости движение осуществляется с постоянным рывком рн, на конечном участке — с постоянным рывком р», а на среднем участке (для трапецеидаль25 ной диаграммы ускорения) — с постоянным ускорением em.

Для реализации режима "Торможение" на вход "Пуск разгона-торможения" подается сигнал логического нуля, При этом эле30 мент И 4 закрывается, а на выходе инвертора 7 возникает сигнал логической единицы, который запускает генератор 1 импульсов и разрешает прохождение импульсов от преобразователя 9 через эле35 мент И 5 на вычитающий вход реверсивного счетчика 6. Далее все блоки устройства ра- . ботают аналогично описанному алгоритму с той разницей, что код й, и частота гдуменьшаются, обеспечивая плавное снижение

0 скорости в до нуля.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от устройства-прототипа позволяет с учетом ряда входных параметров аппаратно формировать ускорение на на5 чальном и конечном участках разгона и торможения без обращения к внешней памяти и, в результате, получать любые оптимальные характеристики изменения скорости, например такие, которые показаны на фиг.4

0 и которые могут быть использованы, в частности, для электроприводов поворотных столов робототехнических комплексов.

Реализуемые предлагаемым. устройством функции зависимости скорости от вре5 мени при разгоне и торможении позволяют, кроме того, увеличить быстродействие систем в динамических режимах работы, так как сокращаются или же полностью исключаются затраты времени на затухание коле19

1725183

20 баний после останова электропривода. При этом значительно уменьшаются ударные нагрузки в подвижных частях исполнительного механизма, что, в свою очередь, позволяет увеличить срок их службы, а также уменьшить нежелательный шум, возникающий в механизмах при больших ускорениях.

Формула изобретения

1. Устройство для разгона и торможения электропривода, содержащее генератор опорной частоты, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, первый и второй элементы lfl, выходы которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, при этом первый вход второго элементайлодключен к выходу первого инвертора, вход которого соединен с первым входом первого элемента И и является пусковым входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет автоматического формирования оптимальных характеристик изменения скорости на участках разгона и торможения, имеющих различную форму, включая асимметричную, в него введены вычитатель кодов, первый и второй преобразователи код-частота, блок сравнения кодов, блок формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения и блок формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, группа выходов которого соединена с первой группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения и первой группой входов вычитателя кодов, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, группа выходов вычитателя кодов через первый преобразователь код-частота соединена с вторыми входами первого и второго элементов И, первый и второй разрешающие выходы блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, третий информационный вход которого соединен с выходом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а его четвертый информационный вход соединен с выходом первого блока сравнения кодов, информационный выход блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения соединен с первым информационным входом блока формирования ускорения на началь5

55 ном участке разгона и торможения, второй информационный вход которого соединен с выходом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а группа задания кода блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения является первой группой входов устройства, группа входов первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления и вторая группа входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения объединены и являются второй группой входов устройства, группа входов второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и третья группа входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения объединены и являются третьей группой устройства, четвертая группа входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения и первая группа входов первого блока сравнения кодов объединены и являются четвертой группой входов устройства, вторая группа входов первого блока сравнения кодов соединена с выходами реверсивного счетчика и с группой входов второго преобразователя код-частота, выход которого является выходом устройства.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю ще ес я тем, что блок формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения содержит первый и второй элементы И, первый и второй инверторы, счетчик импульсов и блок сравнения кодов, первая группа входов которого является первой группой входов блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, вторая группа входов блока сравнения кодов соединена с выходами счетчика импульсов и является группой выходов блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, выход блока сравнения кодов соединен с входом первого инвертора и является первым информационным выходом блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, вторым информационным выходом которого являются объединенные выход первого инвертора и первый вход первого элемента И, второй вход которого является вторым информационным входом блока формирования ускорения на начальном участке разгона и торможения, первый информационный вход которого соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход второго

1725183

21 титель 8 на аоеНро

Ç2 (on аелители

2 частоты) ни блок 13 и (й йкий элемента 21)

1 (на блок 13и 1-и

6ий рлемепта 23) Фиг. 2 элемента И соединен с входом счетчика импульсов.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения содержит преобразователь код-частота, четыре элемента И, три счетчика импульсов, два сумматора кодов, блок умножения, блок деления и блок сравнения кодов, вход преобразователя код-частота является первой группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, первым и вторым информационными входами которого являются соответственно первые вхдоды первого и второго элементов И, вторые входы которых обьединены и соединены с выходом преобразователя код-частота, выход первого элемента И соединен с входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом первого сумматора кодов, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, первый вход блока деления соединен с первым входом второго сумматора кодов и является второй группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, третья группа входов которого является второй группой входов второго сумматора ко5 дов, выход второго сумматора кодов соединен с вторым входом блока деления, выход первого сумматора кодов соединен с первой группой входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого являет10 ся четвертой группой входов блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, выход блока сравнения кодов соединен с первым входом третьего элемента И и является информаци15 онным выходом блока формирования ускорения на конечном участке разгона и торможения, второй вход третьего элемента

И является третьим информационным входом блока формирования ускорения на ко20 нечном участке разгона и торможения, четвертым информационным входом которого является вход инвертора, выход инвертора соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен

25 с выходом третьего элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом третьего счетчика импульсов, разрядные выходы когорого являются группой выходов блока формирования ускорения на конеч30 ном участке разгона и торможения.

1725183

20 (am и

kpmo о) у(Ц

Я Янз (anт cV rmчика /6 Г иыпул сс4 (отйло

ПсодноЬни

3.я грузно 2.я грув- 4 я (ото гели- Инт dna 1

Exalt no zpynna мелЯ3 со лп ения)

5чЫ ЬоЫ чо""о ты) 1725183

21

22 иФ

14

fpH

fpe

ЕН

Lt(e)

32

AH

21

AH

iVg)g

23

Й

Cvf иг.

1725183

М (8г)

27

Я э к

28

fp<

Ng

g (837 й(ФЗ)

Составитель И,Швец

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Заказ 1175 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101