Устройство для двухкоординатного управления рабочим органом

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности , к устройствам управления станками с программным управлением, машинами термической резки металла. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет стабилизации скорости перемещения рабочего органа для повышения качества и точности обрабатываемых деталей. Устройство для двухкоординатного управления рабочим органом, содержит блок коммутации, интерполятор, группа информационных входов которого подключена к первой группе информационных выходов задатчика кодов, регистр и в каждом канале управления привод, цифроаналоговый преобразователь, группа информационных входов которого соединена с соответствующей группой информационных выходов первого блока коммутации, первая группа входов блока сравнения подключена к соответствующей группе информационных выходов интерполятора. Новым в устройстве является то, что в каждый канал введен датчик обратной связи перемещения , блок останова, триггер, элемент И, элемент ИЛИ, сумматор и блоки памяти синусов и косинусов. 7 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ IF CKVIX

РЕСПУБЛИК (sI)s G 05 В 19/21

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4890238/24 (22) 13.12.90 (46) 15.05.93. Бюл. ¹ 18 (71) Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов (72) В.IO.Пинаев, А.В.Матюшев, Л.К,Шраго, П,П.Епишин, Е.Л,LUparo, О.О,Чередников, M,Е.Городецкий, В.М.Ситниченко и

В.Л.Ситниченко (56) Булаков А,A. Исследование квазинепрерывных систем. — М,: Наука, с.92.

Авторское свидетельство СССР

¹ 853610, G 05 В 19/21, 1970, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХКООРДИНАТНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устрбйствам управления станками с программным управлением, машинами термической резки металла. Цель изобретения— улучшение эксплуатационных характериИзобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам управления станками с программным управлением, машинами термической резки металла, Цель изобретения — устранение указанного недостатка.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 — функциональная схема первого блока коммутации; на фиг.3— функциональная схема второго блока коммутации; на фиг.4- функциональная схема третьего блока коммутации: на фиг.5 — функциональная схема блока сравнения; на

„„Я.3„„1815620 Al стик устройства за счет стабилизации скорости перемещения рабочего органа для повышения качества и точности обрабатываемых деталей. Устройство для двухкоардинатного управления рабочим органом, содержит блок коммутации, интерполятор, группа информационных входов которого подключена к первой группе информационных выходов задатчика кодов, регистр и в каждом канале управления привод, цифроаналоговый преобразователь, группа информационных входов которого соединена с соответствующей группой информационных выходов первого блока коммутации, первая группа входов блока сравнения подключена к соответствующей группе информационных выходов интерполятора, Новым в устройстве является то, что в каждый канал введен датчик обратной связи перемещения, блок останова, триггер, элемент И, элемент ИЛИ, сумматор и блоки памяти синусов и косинусов. 7 ил. фиг.б — структурная схема интерполятора с блоком останова; на фиг.7 — функциональная схема схемы совпадения.

Устройство (фиг.1) содержит в каждом из каналов Х и У привод 1, цифроаналоговый преобразователь 2, блок сравнения 3, цепь обратной связи 4, включающую датчик обратной связи перемещения 5 и реверсивный счетчик 6, исполнительный орган 7. В устройство входят также интерполятор 8, задатчик кодов 9, блок останова 10, блок коммутации 11„блок памяти синусов 12, блок памяти косинусов 13, второй блок коммутации 14. сумматор 15. регистр 16, третий

1815620 блок коммутации 17, элемент И 18, элемент

ИЛИ 19 и триггер 20.

Блоки памяти синусов 12 и косинусов 13 построены по стандартной схеме постоянного ЗУ и реализованы на микросхемах

556 РТ5.

Регистр 16 построен по стандартной схеме регистра отображения данных с тактируемыми триггерами, выходные буферные усилители которого имеют третье

Z-состояние, и реализован на микросхемах

К555И Р23.

Блок коммутации 11 (фиг.2) содержит инверторы 21, 22, 23 и группу элементов 24

2 — ЗИ вЂ” ИЛИ. Количество элементов в группе вдвое больше, чем разрядность устройства, на фиг.2 показано 6 элементов.

Второй блок коммутации 14 (фиг.3) содержит инверторы 25, 26, 27 и группу элементов 28 2 — ЗИ вЂ” ИЛИ, Количество элементов в группе совпадает с разрядностью устройства. На фиг,3 показано 3 элемента.

Третий блок коммутации 17 (фиг.4) содержит инверторы 29, 30, 31 и элемент 32

2 — ЗИ вЂ” ИЛИ, Блок сравнения 3 (фиг.5) содержит сумматор 33, разрядность которого совпадает с разрядностью устройства. и многовходовой элемент 34 НŠ— И, количество входов которого равно разрядности сумматора 33.

Интерполятор 8 (фиг,б) построен .по стандартной схеме линейного интерполятора по принципу цифровых дифференциальных анализаторов и содержит по каждой из координат входной регистр 35, разрядность которого совпадает с разрядностью устройства, сумматор 36, разрядность которого минимум на два разряда превышает разрядность устройства, выходной регистр 37, разрядность которого совпадает с разрядностью сумматора 36, На первую и вторую группы информационных выходов интерполятора 8 подается информация с выходов старших разрядов соответствующих выходных регистров 37. на третью и четвертую группы информационных выходов интерполятора 8 подается информация с выходов соответствующих входных регистров 35. Количество разрядов в .каждой группе информационных выходов интерполятора совпадает с разрядностью устройства.

Блок останова 10 (фиг.6) содержит две идентичные схемы совпадения 38 и 39, и коммутатор, в который входят инвертор 40 и элемент 41 2-2И-ИЛИ. Первая и третья группы информационных выходов интерполятора по координате Х соединены соответственно с третьей и первой группами информационных входов блока останова 10 и входами схемы совпадения 38. а вторая и четвертая группы информационных выходов интерполятора по координате Y соединены соответственно с четвертой и второй группами информационных входов блока останова 10 и входами схемы совпадения

39.

Схема совпадения 38 (фиг.7) содержит группуэлементов42 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и многовходовой элемент НŠ— И 43, Количество элементов 42 совпадает с разрядностью устройства, Количество входов элемента 43 совпадает с разрядностью уст15 ройства.

Перед установкой в устройство для двухкоординатного управления рабочим органом блоков памяти синусов 12 и косинусов 13, в ячейки этих блоков заносят коды

2О чисел, пропорциональных соответственно синусу и косинусу угла, тангенс которого определяет адрес этих ячеек.

Для этого выполняют следующие действия:

Вычисляют значения каждой из величин . в диапазоне от О до 1;

ТО Т1; " Т!-1, Ть ", Тп, где То = О, Тл = 1, Т = Т вЂ” 1 + 1/п, n — число ячеек памяти в ПЗУ (для микросхемы

30 556РТ5, имеющей организацию 512+8 бит, п = 512); вычисляют значения арктангенса (Т ) каждой из величин:

В = arctg {Ti);

35 находят значения синуса и косинуса для каждого В1;

St=sin Вь

ooCI = cos Bi; определяют коэффициент пропорциональности К, исходя из разрядности R цифро-аналоговых преобразователей устройства:

K=2R — 1; определяют для каждого Sl u Ci значения

45 5SiNUSI и COSINUSI:

SINUSI = K*SIN Bi, COSINUSI = K*COS В1; переводят значения I, SINUSi u.

COSINUSi, полученные в результате вычислений в двоичный код; для каждого 1, используя двоичные I в качестве адреса ПЗУ. заносят соответствующее этому i значение SINUSi в двоичном коде в блок памяти синусов, а значение

55 COSINUSI в двоичном коде — в блок памяти косинусов.

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии сигналом с выхода триггера 20 реверсивные счетчики 6 удерживаются в нулевом состоянии. первый

1815620

20

25 отрезка относительно оси Х А1 = tg а= Y/X.

Сигнал "Пуск" с задатчика кодов 9, поступая 30 блок коммутации 11 и второй блок коммутации 14 закрыты, в результате чего на первую группу входов сумматора 15 и на информационные входы цифро-аналоговых преобразователей 2 обоих каналов управления поступает нулевой код, что препятствует перемещению исполнительного органа 7. Сигнал с выхода триггера 20 также отключает выходы регистра 16 от адресных входов блоков.памяти синусов 12 и косинусов 13, при этом адресные входы блоков памяти 12 и 13, а также вторая группа информационных входов сумматора 15 оказываются подключенными к соответствующей группе выходов задатчика кодов 9.

Рассмотрим случай, когда отрезок интерполяции составляет с осью Х угол менее

45 градусов.

При команде на движение исполнительного органа 7 по отрезку интерполяции из задатчика кодов 9 в интерполятор 10 заносятся коды Х и У, где X u Y — координаты конца отрезка интерполяции. Через вторую группу информационных входов сумматора

15 в регистр 16 по сигналу с выхода элемента или 19, на первый вход которого поступает сигнал "Пуск" с выхода пуска задатчика кодов 9, записывается код тангенса наклона на S-вход триггера 20, переводит его в единичное состояние. При этом информационные выходы регистра 16 подключаются к адресным входам блоков памяти синусов

12 и косинусов 13. На информационных выходах блоков памяти 12 и 13 появляется информация, пропорциональная соответственно синусу и косинусу угла а, и, поступая через первый блок коммутации 11 на следящие системы Y и Хсоответственно,,вызывает перемещение исполнительного органа 7.

Перемещение исполнительных органов на

XO u YO дискрет соответственно приводит к появлению ХО и YO импульсов на выходах датчиков обратной связи перемещения 5.

Импульсы ХО и YO поступают на входы реверсивных счетчиков 6 соответствующих каналов. Причем, при перемещении исполнительного органа в положительном направлении импульсы поступают на тактовый вход счетчика 6 для счета на уменьшение, а при перемещении в отрицательном направлении — на тактовый вход счетчика 6 для счета на увеличение. При этом число, накапливающееся в реверсивном счетчике

6 и соответствующее положению исполнительного органа 7 получается в дополнительном коде. С выхода реверсивного счетчика 6 дополнительный код, соответст35

55 вуюший положению исполнительного органа 7 на данной оси, поступает на вторую группу информационных входов блока сравнения 3, на первую группу информационных входов которого поступает код с соответствующей группы информационных выходов интерполятора 8. При этом на группе информационных выходов блока сравнения появляется код числа, дающий величину положения исполнительного органа 7 от координаты очередной опорной точки. заданной интерполятором 8. В случае полного совпадения положения исполнительного органа 7 с координатой, заданной интерполятором 8, на сигнальном выходе блока сравнения 3 появляется единичный сигнал, сигнал нулевого отклонения, поступающий на вход третьего блока коммутации 17.

Код У величины отклонения по оси Y через второй блок коммутации 14 подается . на первую группу информационных входов сумматора 15, Запись в регистр 16 нового, откорректированного значения кода тангенса наклона tg ат = tg ат-> +д У, где

tg ат — тангенс нового угла наклона, tg ат-I— тангенс предыдущего угла наклона. производится в момент появления сигнала нулевого отклонения по оси Х. Этот сигнал через третий блок коммутации 17 и элемент 19 или поступает на вход записи регистра 16, а также на тактовый вход интерполятора 8, в результате чего на первой и второй группах информационных выходов интерполятора 8 появляются коды, соответствующие значениям координат Х и Y новой опорной точки интерполяции. Если координата X новой опорной точки совпадает с координатой конца отрезка интерполяции, то на выходе блока останова 10 появляется единичный сигнал, который разрешает сброс триггера

20 через элемент И 18. Триггер 20 сбрасывается по приходу с выхода третьего блока коммутации 17 сигнала нулевого отклонения по оси Х, После сброса триггера 20 устройство приходит в исходное состояние.

Если отрезок интерполяции ориентирован так. что относительно оси X составляет угол а более 45 градусов, то по сигналу

"Пуск" из задатчика кодов 9 в регистр 16 записывается код числа А2 = tg (лб2 — а), задатчик кодов 9 вырабатывает команду, по которой первый блок коммутации 11 направляет сигналы с информационных выходов блока синусов 12 на группу информационных входов цифроаналогового преобразователя канала Х, а сигналы с информационных выходов блока косинусов

13 на группу информационных входов цифроаналогового преобразователя канала Y.

1815620

55

По этой же команде второй блок коммутации 14 подключает к первой группе информационных входов сумматора 15 группу информационных выходов блока сравнения

3 канала Х, а третий блок коммутации 17 пропускает на вход записи в регистр 16 сигнал нулевого отклонения от блока сравнения 3 канала У, В остальном работа устройства не отличается от описанного случая для угла менее 45 градусов.

Первый блок коммутации 11 (фиг.2) работает следующим образом, Если на вход инвертора 23 подано напряжение высокого уровня, то элементы 24 закрыты и на их выходах, а значит на информационных выходах блока коммутации 11 присутствует напряжение низкого уровня независимо от состояния остальных входов. Напряжение низкого уровня на входах инверторов 23 и

24 разрешает прохо>кдение данных от группы информационных выхбдов блока памяти синусов 12 на выходы элементов 24, соединенные с группой информационных входов цифроаналогового преобразователя канала

У, а данные от группы информационных выходов блока памяти косинусов 13 на выходы элементов 24, соединенные с группой информационных входов цифроаналогового преобразователя канала Х. Напряжение низкого уровня на входе инвертора 23 и высокого уровня на входе инвертора 24 разрешает прохо>кдение данных от группы информационных выходов блока памяти синусов 12 на выходы элементов 24, соединенные с группой информационных входов цифроаналогового преобразователя канала

Х, а данные от группы информационных выходов блока памяти косинусов 13 на выходы элементов 24, соединенные с группой информационных входов цифроаналогового преобразователя канала Y.

Второй блок коммутации 14 (фиг.3) работает следующим образом. Если на вход инвертора 27 подано напря>кение высокого уровня, то элементы 28 закрыты и на их выходах присутствует напря>кение низкого уровня независимо от состояния остальных входов. Напря>кение низкого уровня íà входах инверторов 27 и 25 разрешает прохо>кдение данных от информационных выходов блока сравнения 3 канала Y на выходы элементов 28, т.е. первая группа информационных входов второго блока коммутации оказывается подключенной к его группе информационных выходов. Напряжение низкого уровня на входе инвертора 27 и высокого уровня на входе инвертора 25 разрешает прохождение данных от информационных выходов блока сравнения 3 канала

Х на выходы элементов 28, т,е. вторая группа информационных входов второго блока коммутации оказывается подклк>ченной к его группе информационных выходов.

Третий блок коммутации 17 (фиг,4) работает следующим образом. Если на вход инвертора 31 подано напряжение высокого уровня, то элемент 32 закрыт и на его выходе присутствует напря>кение низкого уровня независимо от состояния остальных входов. Напряжение низкого уровня на входах инверторов 31 и 29 разрешает прохождение сигнала от сигнального выхода блока сравнения 3 канала Х на выход элемента 32, Напряжение низкого уровня на входе инвертора 31 и высокого уровня на входе инвертора 29 разрешает прохождение сигнала от сигнального выхода блока сравнения 3 канала Y на выход элемента 32.

Блок сравнения 3 (фиг,5) работает следующим образом, На вход переноса сумматора 33 всегда подается напряжение низкого уровня. На вторую группу информационных входов АО, А1, ..., AN сумматора с группы выходов реверсивного счетчика 6 поступают данные в дополнительном коде об истинном поло>кении исполнительного органа 7. На первую группу информационных входов ВО, В1, „., BN сумматора 6 с соответствующей группы информационных выходов интерполятора 8 подается координата очередной опорной точки в прямом коде. На выходе сумматора появляется код, соответствующий разности заданной интерполятором 8 координаты и истинной координаты исполнительного органа 7, который поступает на информационные выходы блока сравнения 3 и на входы элемента

34, При совпадении заданной и истинной координат на всех выходах сумматора 33 появляется напряжение низкого уровня и на выходе элемента 34 вырабатывается сигнал высокого уровня, который свидетельствует о нулевом отклонении истинной координаты от заданной и подается на сигнальный выход блока сравнения 3.

По приходу импульса с выхода элемента или 19 на тактовый вход интерполятора 8 (фиг.6) на выходах его выходных регистров

37 появляются коды, соответствующие координатам очередной опорной точки интерполяции, Во входных регистрах 35 интерполятора 8 хранятся коды, соответствующие координатам конца отрезка интерполя ции, При совпадении кодов на выходах регистров 35 и 37, которые соответствующим образом попарно подключены к схемам совпадения 38 и 39 (фиг.7), на выходах всех элементов 42 ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ появляется напря>кение низкого уровня. в ре1815620 зультате чего на выходе многовходового элемента НЕ-И 43 появляется высокий уровень.

Напря>кение низкого уровня на входе инвертора 40 разрешает прохо>кдение сигнала с выхода схемы совпадения 38 на выход элемента 2 — 2И вЂ” 2ИЛИ 41 блока останова, Напрл>кение высокого уровня на входе инвертора 40 разрешает прохождение сигнала с выхода схемы совпадения 39 на выход элемента 41.

Таким образом, поскольку пары управляющих воздействий, вводимые на входы следящих систем обеих координат пропорциональны соответственно синусам и косину<.ам одного и того >ке угла наклона, заданного величиной текущего тангенса tg, то результирующая скорость перемещения рабочего органа в любой момент времени постоянна и равна:

К1 К2 sin e+ cos a = К1 К2=const,, г г где К, Кг — коэффициенты пропорциональности.

Ux =- К)х0х, Uy = К)хну, Uy = K2xsin г2, Ux = Кгхсоз г2

В свою очередь, стабилизация скорости перемещения рабочего органа повышает точность обработки и качество получаемых деталей, что позволяет использовать их при сборке узлов без дополнительной обработки.

Формула изобретения

Устройство длл двухкоординатного управления рабочим органом, содержащее блок коммутации, интерполятор, группа информационных входов которого подключена к первой группе информационных выходов задатчика кодов, регистр и в каждом канале управления — привод, цифроаналоговый преобразователь, группа информационных входов которого соединена с соответствующей группой информационных выходов первого блока коммутации, первая группа входов блока сравнения подключена к соответствующей группе информационных выходов интерполятора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что. с целью улучшения эк плуатационных характеристик за c .åò стабилизации скорости перемещения рабочего органа длл повышения качества и точности обрабатываемых деталей, в каждый

40 канал введен датчик обратной связи перемещения. первый и второй выходы которого подключены к соответствующим входам реверсивного счетчика канала, разрядные выходы которого соединены с второй группои информационных входов блока сравнения, а также второй и третий блоки коммутации, блок останова, триггер, элемент И, элемент

ИЛИ, сумматор и блоки памяти синусов и косинусов, группы информационных выходов которых подключены к соответствующим группам информационных входов первого блока коммутации. первый управляющих вход которого соединен с управляющим входом второго и третьего блоков коммутации, блока остановки и выходом управления задатчика кодов, выход пуска которого подключен к первому входу элемента

ИЛ И и к установочному входу триггера. вход сброса которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу третьего блока коммутации и к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом записи регистра и с тактовым входом интерполятора, третья и четвертая группы информационных выходов интерполятора подключены соответственно к первой и второй группам информационных входов блока останова, третья и четвертая группы информационных входов которого соединены соответственно с первой и второй группами информационных выходов интерполятора, а выход — с вторым входом элемента И, первая и вторая группы информационных входов второго коммутатора подключены к группам выходов блока сравнения соответствующего канала, а группа выходов — к первой группе входов сумматора, вторая группа входов которого соединена с соответствующей группой выходов задатчика кодов, адресными входами блоков памяти синуса и косинуса и с соответствующими выходами регистра, инверсный выход триггера подключен к управляющему входу разрешения второго и третьего блоков коммутации, к входам сброса регерсивных счетчиков каналов, к входу разрешения регистра и к управляющему входу разрешения первого блока коммута50 . ции, выход каждого цифроаналогового преобразователя подключен к приводу соответствующего канала. соединенному с датчиком обратной coëçè, а первый и второй информационные входы третье о блока коммутации связаны с сигнальными выходами блоков сравнения соответствующих каналов.

1815620 сии ного

С>й7

mum с трегиьи2о 6ь ходо

РАЗ атрсВереибного

rv8mv мка 6 с

A юи

1815б20

С тр аьеао А хадг

1815620

/(Йпскц сра3неиия ачрдМать, ff блоку сра3нения каорйаа м У

C бытда 6 тРетьего С бихсда илгкенва й/хааа, оычаииляля 3 щу щ Ьычцслищепя3

Фиг.Ф

k яюмгю / // с Рб/ АУмОГО

Жир 7 р88цсгт оа Я7 г

Составитель В.Пинаев

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор М.Максимишинец

Редактор

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

Заказ 1635 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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