Сервопривод с цифровым управлением

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 01.02.80(2i) 2879845/18-24 (51) М. Кй.з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 06 F ll/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 300982. Бюллетень ¹ 36 153) УДК (088. 8) Дата опубликования описания 30.09.82 (72) Авторы изобретения

А.П.Стахов и В.A.Ñåâåðèëîâ (71) Заявитель

Винницкий политехнический институт (54) СЕРВОПРИВОД С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к следящим системам с непосредственным управлением от цифровой вычислительной ма3 шины (ЦВМ) и может быть использовано в системах управления летательйых ап паратов, промышленных роботов, стан,ков с цифровым программным управлением.и др.

Известен гидравлический сервопривод с цифровым управлением, содержащий различные модификации таких сервоприводов, в частности серволривод 1 со.средним положением, у которого количество управляющих устройств и поршней по меньшей мере в два раза превышает количество разрядов управляющего кода, причем одна половина из таких управляющих устройств и поршней служит для отработки поло>жительных перемещений относительно среднего положения, а другая - отрицательных. По сути, сервопривод со средним положением может рассматриваться как двукратно резервированный сервопривод без среднего положения (11.

Недостатками таких сервоприводов ., являются невозможность диагностики и контроля и потеря номинальных характеристик при отказе хотя бы одного управляющего устройства.

Одно из достоинств сервопривода с цифровым управлением — отсутствие, обратной связи по положению штока, но с точки зрения контроля это— недостаток.

Введение в сервопривод с цифровым управлением прецизионного датчика положения выходного штока для контроля и диагностики существенно снижает надежность и устойчивость сервопривода к условиям внешней среды.

Наиболее близким к предлагаемому является сервонривод с цифровым управлением без среднего положения, который состоит иэ заглушек, выходного штока, с которым связан один поршень, остальные поршни свободноплавающие. Все поршни, а также одна из заглушек имеют ограничители перемещения.

Рабочая площадь, образованная поперечной поверхностью поршн я, связанного со штоком, равна половине сечения цилиндра, а камера, образованная соответствующей заглушкой и этим поршнем, постоянно соединена

ЗО с источником высокого давления, 962952

0 при В <0

y(8) я 1 при С =0 (1)

Р,(Е-1)+ Pp((.-P-1) rxPa 87 0, - заданное натуральное числор — номер разряда двоичного р-кода Фибоначчир

fp(g) - вес разряда р-кода

Фибоначчи.

Под р-кодом Фибоначчи натурального числа N понимается его представление в виде

Ф (45 N =7 aesop (Е) (2)

8=о

Рекуррентная формула (2) порождает при различных р следующие ряды чисел:

35 где р

40 обеспечивая таким образом усилие для перемещения штока по направлению в цилиндр. Рабочие камеры, образованные смежными поршнями, соединяются через электроклапаны с источни ком высокого или низкого давления.

Длина ограничителей выбрана так, что величины относительного хода поршней образуют ряц

1,,4,,.„...,2, ° .. ° ° °,с где N — полное число управляющих устройств.. Кроме вышеописанных рабочих камер, сервопривод имеет две камеры, одна из которых постоянно соединена с источником высокого давления, другая низкого. Назначение этих камер — демп . фирование ударных нагрузок, возникающих в переходных процессах.

Необходимое количество рабочих камер определяется исходя из-требуемой точности. У прототипа восемь рабочих камер, что обеспечивает точ- ность позиционирования 1/2 = 1/256 рабочего диапазона.

Суммарная величина относительного смещения демпфирующих поршней прототипа — 25Ъ рабочего диапазона (2) .

Недостатками известных сервоприводов являются невозможность определить наличие и место таких неисправностей, как ошибка относительного перемещения смежных поршней вследствие износа, деформации и заклинивания, отказ электроклапана, невозможность контроля в процессе функционирования сервопривода, отклонение от рабочих характеристик при единичном отказе в сервоприводах, к которым предъявляются высокие требования по надежности.

Цель изобретения — улучшение диагностирования сервопривода с цифровым управлением.

Указанная цель достигается тем, что в сервопривод с цифровым управлением, содержащий блок электроклапанов, подключенный к силовой части привода, введены устройство развертки р-кода Фибоначчи и датчик смещения, подключенный к выходу при вода, причем выходы устройства развертки р-кода Фибоначчи подключены к соответствующим входам блока электроклапанов, а входы являются входами уутройства, выход датчика смещения яйляется контрольным выходом устройства. устройство развертки р-кода содержит 1 функциональных ячеек, состоящих иэ элементов ИЛИ, И и триггера, причем единичный выход триггера соединен с первым входом элемента И и является одним иэ выходов устройства развертки р-кода Фибоначчи, входами которого являются первые входы элементов ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с входом триггера, нулевой выход которого соединен с (р+3)-входом элемента И, вторые входы элементов И всех функциональных ячеек, начиная с (р+1)-й ячей5 ки, соединены между собой и являются контрольным входом устройства развертки р-кода Фибоначчи, входы от

3 до (р+3)-го элемента И функциональной ячейки начиная с (р+1)-й ячейки

10 подключены соответственно к нулевым выходам триггеров ячеек от (8-1) до (б-р-1), вторые и третьи входы элемента ИЛИ подключены к выходам элементов И (0+1) и (С+р+1)-й ячеек °

Входом датчика смещения является смещение штока относительно цилиндра, выход датчика смещения является контрольно-диагностическим, устройство развертки имеет, кроме входов

20 для управляющего кода, контрольный вход для осуществления процедур развертки кода, длины ограничителей хода поршней выбираются так, чтобы отйосйтельные перемещения смежных

25 поршней были пропорциональны весам известного двоичного р-кода

Фибоначчи, а управляющий код, подаваемый на устройство развертки

;крда, является двоичным р-кодом Фи30 боначчи, веса разрядов которого задаются следующей рекуррентной формулой:

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 где а — двоичная цифра — значение кода в 6 -м разряде;

n, — число двоичных разрядов р-кода Фибоначчи;

60 ф(8) - вес 8-го разряда р-кода Фибоначчи.

На чертеже показана функциональная схема устройства. г

На схеме обозначены силовая часть

1 сервопривода, блок 2 электроклапа962952 нов, устройство 3 развертки управляюшего кода, пороговый датчик 4 смещения, элемент ИЛИ 5, триггер 6, элемент И 7, входы 8 устройства 3 развертки для управляющего кода, число которых равно числу разрядов управляющего кода, выходы 9 устройства 3 развертки, являющиеся входами 2 электроклапанов, число выходов равно числу разрядов управляющего кода, контрольный вход 10 устройства 3 развертки, контрольный выход 11 сервоприэода, единичный выход 12 триггера, нулевой выход 13 триггера, единичный вход 14 триггера, Для удобства описания на чертеже представлена блок-схема устройства 3 развертки, соответствующая значению параметра кода Фибоначчи р=1 и числу разрядов управляющего кода L=8.

В общем случае (для любых значений р и L) устройство 3 развертки содержит Ь однотипных ячеек, 1-я из которых предназначена для развертки единицы в 6-м разряде в единицы (8 — 1)-го и (Я-р-1)-го разрядов, согласно отношению (1) и процедуре (3).

Каждая ячейка содержит триггер

6, единичный выход 12 которого является Г -м выходом устройства развертки, подклю .енным к входу 6-ro 30 электроклапана. Ячейка содержит также элемент ИЛИ 5, первый вход 8 которого является Г -м управляющим входом устройства 3 развертки, а выход подключен к единичному входу 14 триг- 35 гера б. В состав ячейки входит также элемент И 7, содержащий р+3 (на чертеже 1+3=4 входа) входа, выход которогс подключен к нулевому входу триггера 6, а первый вход подключен к единичному выходу 12 триггера 6.Вторые входы элементов И 7 всех ячеек, начиная с ячейки 4, соответствующей (р+1) -му (второму на чертеже) разряду управляющего кода, соединены вместе и являются кон45 трольным входом 10 устройства 3 развертки.

Между ячейками устройства 3 развертки выполняются следующие связи.

Входы от третьего до (р+3)-го входа элемента И 7 Г -й функциональной ячейки начиная с ячейки, соответствующей (р+1) -му разряду (т.е.

6 =р+1) управляющего кода, подключены соответственно к нулевым вы55 ходам 13 триггеров б ячеек от (5-1) -й до (5-р;1)-A. Кроме тогр, вторые и третьи входы элементов ИЛИ 5 — к

С-м выходам элементов И ((-1)-й и ((-р-1)-й ячеек. Причем элементы И 7 60 ячеек от нулевой до р-й ячеек не используются (на чертеже показаны штриховой линией).

Устройство развертки может быть реализовано э виде интегральной 6S схемы, размещенной на приводе, для упрощения и повышения надежности линии связи (шин) система управлениясервопривод. Датчик смещения — любое устройство, выдающее сигнал при смещении штока сервопривода на величину, большую некоторого порога (порядка хода поршней нулевого и первого разрядов) после окончания перехсдного процесса, вызванного изменением кода на блоке электроклапа» ов.

Датчик смещения может быть магнитным, оттическим, электрическим в зависимости от конкретного назначе-! ,ния, условий работы и характеристик сервопривсда.

Работу привода рассмотрим в трех режимах:

1. Режим номинального функционирования.

Управляющий код, подлежащий отработке сервопривсда, подается с некоторой тактовой частотой на входы 8 устройства 3 развертки. При этом элементы ИЛИ 5 и единичные входы 14 триггера б, соответствующие ячейкам, на которые подана 1 двоичного кода, переводятся в единичное состояние, и с выходов 13 триггеров 6 управляющий код подается на входы блока 2 электроклапаноэ, при этом электроклапаны, на которые подан сигнал соответствующей 1, соединяют соответствующие камеры силовой части 1 сервопривода с высоким давлением, а электроклапаны, на которые подан сигнал, соединяют соответствующие им камеры с низким давлением.

Величина перемещения выходного штока будет определяться (как и у прототипа) суммой относительных перемещений смежных поршней, образующих рабочие камеры.

Если управляющий код приведен к нормальной форме, то в отличие от прототига, все 1 кода будут раз делены;че менее чем р нулями. Это свойство позволяет легко выполнить контроль всех элементов цепи от управляющей ЦВМ до блока электроклапанов °

2. Режим контроля и диагностики.

На сервопривод подается код, соответствующий значению веса одного из старших разрядов. Пусть, например, на вход 8 схемы подан код, соответствующий 21-й единице перемещения, т.е.

7 6 5 4 3 2 1 0 N разряды

10000000код

В режиме контроля и диагностики на контрольный вход 10 подается сигнал развертки кода, представляющий собой короткий импульс, длительность которого равна длительности

9б2952 переходного процесса в элементах

И 7. Этот импульс приводит к появлению единичного сигнала на выходе элемента И 7.ячейки старшего седьмого разряда, в котором записана 1 кода 1.000.0000, что приводит к перебросу триггера б ячейки старшего разряда в нулевое состояние,,а через элемент ИЛИ 5 ячеек двух предыдущих разрядов это приводит к перебросу триггеров б ячеек двух предыдущих разрядов в единичное со стояние, т.е ° 7 б 5 4 3 2 1 О разряд

1Я 0 0 0 0 0 код

О 1 1 0 О О О О

Если привод исправен, т.е. длины .ограничителей хода находятся в пределах допусков, а электроклапаны срабатывают должным образом, тогда после окончания переходных процессов смещение выходного штока в результате развертки кода не должно превосходить установпенный допуск, поскольку

1 0 О О 0 О О О 21

О 1 1 0 0 0 0 Ow 13+8=21

Величина смещения штока фиксируется пороговым датчиком 4 смещения, с выхода 11 которого снимается сигнал о состоянии (исправленности илн неисправности) сервопривода. Поскольку в первом такте операции контроля и диагностики учасквуют только три электроклапана и рабочие камеры, соответствующие седьмым, шестым и пятым разрядам, то возможная неисправность блока 2 электроклапанов и силовой части 1 может быть локализована с точностью до трех разрядов.

После первого импульса операции контроля и диагностики на первом, третьем и четвертом входах элемента И 7 пятого разряда устройства 3 развертки появятся разрешающие потенциалы. После подачи на вход 10 устройства 3 развертки второго импульса с выхода устройства 3 разверт-. ки на вход блока 2 электроклапанов будет подан код.

7 б 5 4 3 2 1 N разряда

О 1 Я Д О О код

О 1 О 1 1 О 013+5+3=21

Аналогично, после подачи третьего импульса на вход 10 на вход блока 2 элфктроклапанов будет подан код

7 б 5 4 3 2 1 О N разряда

О 1 О 1 ). Ц Д О код

О 1 О 1 ()11 0 134-5+2+1=, 21

При этом после каждого импульса контроля с выхода датчика 4 снимаются сигналы состояния (Исправен, Неисправен ) сервопривода.

В процессе развертки кода, соответствующего самому старшему разряду, последовательно изменяют состояние О на 1, затем 1 на О электроклапаны и рабочие камеры всех разрядов. Отсутствие сиг,налов датчика смещения Неисправен на всех тактах операции контроля-признак исправности сервопривода. В режимах контроля и диагностики могут быть выявлены такие неисправности сервопривода, как полный или частичный (потеря быстродействия и т.д.), недоступный износ, дефор1О мация, заклинивание, разрушение ограничителей хода поршней. Место неисправности локализуется с точностью до трех разрядов.

3. Режим аварийного функциониро15 вания.

При обнаружении .неисправного разряда существует принципиальная возможность в режиме отработки требуемых кодов производить их разверт20 ку так, чтобы эквивалентный код в неисправном разряде имел требуемое значение (, О или 1 ) °

Дополнительные преймущества пред25 лагаемого сервопривода.

Если длительность переходного процесса в приводе значительно меньше периода подачи управляющих кодов, то может выполняться развертывание те30 кущего значения управляющего кода в эквивалентные до момента подачи следующего значения управляющего кода; таким образом, существует возможность выполнения контроля и диаг35 ности непосредственно в процессе работы сервопривода.

При замене порогового датчика смещения (если это допустимо условиями эксплуатации) на достаточно

40 прецизионный пропоРциональный датчик смещения может выполняться калибровка сервопривода, аттестация и тренд — анализ для диагностики отказов.

Предлагаемый сервопривод имеет большие, чем у прототипа, длину и вес (для р = 1 длина сервопривода в 1,4 раза больше, чем у прототипа).

Однако этот недостаток носит формальный характер, поскольку для получения хотя бы части полезных свойств предлагаемого сервопривода (надежности, контролепригодности) прототип должен быть дублирован.

Таким образом, при сравнении в рав ных условиях предлагаемый привод не хуже прототипа и по весогабаритным характеристикам.

Следует отметить, что предлагаемый привод легко стыкуется с

60 ЦВМ, работающим в обычных кодах, требуя при этом только введения дополнительно устройства преобразования обычного двоичного кода в р-код

Фибоначчи. Названное устройство по

65 сложности сопоставимо с устройством

962952 развертки и может быть реализовано в виде интегральной схемы.

Предлагаемый сервопривод требует минимума дополнительного оборудования и времени для контроля и диагностики и обеспечивает прогрессивный способ эксплуатации по техническому состоянию и поэтому может найти широкое применение в сложных, ответственных и прецизионных системах с цифровым управлением.

Формула изобретения

1. Сервопривод с цифровым управлением, содержащий блок электроклапанов, подключенный к силовой части привода, отличающийся тем, что, с целью улучшения диагностирования сервопривода, в него введены устройство резвертки р-кода

Фибоначчи и датчик смещения, подключенный к выходу привода, причем выходы устройства развертки р-кода Фибоначчи подключены к соответствующим входам блока электроклапанов, а выходы являются входами устройства, выход датчика смещения является контрольным выходом устройства.

2. Сервопривод по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что устройство развертки р-кода содержит функциональных ячеек, состоящих из элементов ИЛИ, И и триггера, причем единичный выход. триггера соединен с первым входом элемента И и является одним из выходов устройства развертки р-кода Фибоначчи, входами которого являются первые входы элементов

1О ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с входом триггера, нулевой выход которого соединен с (р+3)-входом эле- мента И, вторые входы элементов И всех функциональных ячеек, начиная с

15 (р+1)-й ячейки, соединены между собой и являются контрольным входом устройства развертки р-кода Фибоначчи, входы от 3 до (р+3)-ro элемента

И функциональной ячейки, начиная с ур (р+1)-й ячейки, подключены соответственно к нулевым выходам триггеров ячеек от (О-1) до (C-р-1), вторые и третьи входы элемента ИЛИ подключены к выходам элементов И (С+1) и

25 (+р+1)-й ячеек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1."Вопросы ракетной техники", 1965, Р 2, с.72-79. ур 2."Hydraulics and Pneumatics"

1964, 16,р. 77-78 (прототип).

962952

Составитель В.Грибова

Техред Т.Фанта

Редактор С.Тараненко

Корректор Н.Король

Подписное

Филиал ППП Патент, r. УжгОрод, ул. Проектная, 4

Заказ 7514/б9 Тираж 731

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Сервопривод с цифровым управлением Сервопривод с цифровым управлением Сервопривод с цифровым управлением Сервопривод с цифровым управлением Сервопривод с цифровым управлением Сервопривод с цифровым управлением 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматизированным системам и системам автоматического управления и может быть использовано при управлении сложными объектами преимущественно с дискретным характером технологического цикла, а также для решения задач распознавания и анализа данных объектов, ситуаций, процессов или явлений произвольной природы, описываемых конечными наборами признаков (симптомов, факторов)

Изобретение относится к автоматизированным системам и системам автоматического управления и может быть использовано при управлении сложными объектами преимущественно с дискретным характером технологического цикла, а также для решения задач распознавания и анализа данных объектов, ситуаций, процессов или явлений произвольной природы, описываемых конечными наборами признаков (симптомов, факторов)

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при построении распределенных систем программного управления технологическими процессами

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике

Изобретение относится к станкостроению, к области автоматического управления цикловыми программными системами и может быть использовано для управления технологическим оборудованием, в частности, автоматическими линиями, агрегатными станками и автоматами для механической обработки

Изобретение относится к устройствам управления и может применяться в системах автоматизации управления технологическими линиями и оборудованием

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении распределенных систем программного управления, а также подсистем логического управления многоуровневых АСУ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении управляющих и вычислительных систем высокой производительности, а также АСУТП

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении управляющих и вычислительных систем высокой производительности, АСУТП, а также других систем, к которым предъявляются жесткие требования по надежности

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока
Наверх