Устройство задания скорости в системах числового программного управления

Устройство задания скорости в системах числового программного управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управления. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов , первый делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый 4, второй 14 и третий 16 блоки элементов И, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнения кодов , регистр 7 скорости., блок 8 управления , второй 9 и третий 15 делители , первый 10 и второй 11 элементы И, первый 12 и второй 13 счетчики, регистр 17 константы. Устройство позволяет изменять скорость в режимах разгона и торможения по экспоненциальному , квадратичному и линейному законам путем определения интервала дискретизации ускорения и скорости, соответствующего приращению ускорения: на постоянную величину. Принцип работы и схемотехническое решение обеспечивают возможность получения высокой выходной частоты устройства и малого времени разгона-торможения. при этом требований к быстродействию элементов не вьппе, чем в известных устройствах аналогичного назначения, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л со ю 00 со СА

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ К

РЕСПУБЛИК (l9) ()1) (5!) 4 G 05 В 19!18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

РОСУДАРСТаЕННый КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABT0PGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4031050/24-24, (22) 27.02,86 (46) 07.08.87. Вюл, № 29 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) О,Г.Простаков, Ю.А.Раисов, А,Г.Середкин, В.H.ÑIIàññêèé и В.С.Тройников (53) 621.503,55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 12 1!695, кл. G 05 В 19/ 18, 1984 .

Авторское свидетельство СССР № 1269099,- кл, G.05 В 19/18, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ЗАДАНИЯ СКОРОСТИ В

СИСТЕМАХ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управления. Цель изобретения — повышение быстродействия устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсон, первый делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый 4, второй 14 и третий 16 блоки элементов И, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнения кодов, регистр 7 скорости, блок 8 управления, второй 9 и третий 15 делители, первый 10 и второй ii элементы

И, первый 12 и второй 13 счетчики, регистр 17 константы. Устройство поз% воляет изменять скорость в режимах разгона и торможения IIo экспоненциальному, квадратичному и линейному законам путем определения интервала дискретизации ускорения и скорости, соответствующего приращению ускорения на постоянную величину. Принцип а ф работы и схемотехническое решение обеспечивают воэможность получения высокой выходной частоты устройства и малого времени разгона-торможения С

7 при этом требований к быстродействию элементов не выше, чем в известных 2 устроиствах аналогичного назначения ° з.п. ф-лы, 3 ил.

35

1 13287

Изобретение относится к программному управлению станками, в частности к системам числового программного управления. (Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема блока управления на фиг. 3 — гра- 10 фики разгона от скорости с кодом F

0 до скорости с кодом Р„ = 200 при использовании экспоненциального (а), квадратичного (б) и линейного (н) законов (время разгона для всех законов 15 взято одинаковым).

Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый делитель 2, сумматор-накопитель 3, первый блок элементов И 4, реверсивный счетчик 5, блок 6 сравнения кодов, регистр 7 скорости, блок 8 управления, второй делитель 9, элементы И 10 и 11, первый 12 и второй 13 счетчики, второй блок элементов И 14, третий делитель

15, третий блок элементов И 16, регистр 17 константы. Блок 8 управления содержит триггеры 18-?2, элементы ИЛИ 23 и 24, элементы И 25 и 26, Устройство также содержит выход

27 блока 6 сравнения коцов, на котором сигнал возникает при равенстве кодов счетчика 5 и регистра 7, вход

28 устройства установки режима "Разгон" устанавливает триггер 20 блока

8, вход 29 устройства установки режима Торможение" устанавливаег три=гер 21 блока 8, вход 30 установки режима "Эксп. — экспоненциальное изменение скорости устанавливает триггер 19 блока 8, вход 31 устройства установки режима "Квадрат" квадратичного изменения скорости устанавливает триггер 18 блока 8, выход 32 элемента И 10 "Счет на PC" для подачи сигналов унитарного кода текущего приращения кода скорости на реверсивный счетчик 5 через элементы И 25 и 26 блока 8, выход 33 переполнения счетчика 12. "Конец счеIt

50 та РС, фиксирующий окончание передачи унитарного коца приращения кода скорости на счетчик 5, ьыхоц 3 делителя 15 "Конец интервала i", фиксирующий окончание интервала дискрети55 зации скорости и ускорения, выход 35 элемента И 25 блока,8 "Разгон" для управления режимом "Разгон" и включения реверсивного счетчика 5 в режиме

93 2 сложения, выход 36 элемента И 26 блока 8 "Торможение" для управления режимом "Торможение" и включения реверсивного счетчика 5 -в режим вычитания, выход 37 триггера 22 блока 8

"Начало счета PC" открывает элемент

И 10, начало дополнения счетчика 12 и передачи унитарного кода приращения кода скорости на счетчик 5, выход 38 элемента ИЛИ 24, блока 8 "Разгон" Ч "Торможение", — управление элементами И 10 и 11 для передачи кода на счетчик 5 и изменения содержимого счетчика 13 соответственно, выход 39 элемента ИЛИ 23 блока 8

"Эксп. V Квадратн — управление элементом И 11 в режимах экспоненциального и квадратичного изменения скорости, выход 40 триггера 19 блока

8 — управление элементами И блока 14 по вторым входам в режиме экспоненциального изменения скорости,. выход

41 триггера 19 блока 8 "Квадрат" ч ч"Линейный" — управление элементами

И блока 16 по вторым входам в режиме квадратичного и линейного изменения скорости.

Реверсивный счетчик 5, первый блох элементов И 4 и сумматор-накопитель 3 включены по схеме параллельного интегратора. Содержимое счетчика 5 с каждым импульсом делителя 2 через первый блок элементов И 4 передается на сумматор-накопитель 3, где суммируется с его содержимым, Импульсы переполнения накопителя 3 образуют выходные сигналы устройства.

В блоке 6 сравнения кодов производится сравнение кода текущей скорости, содержащегося в счетчике 5, с кодом скорости, задаваемым от программы в регистр 7..

Делитель 2 определяет интервал интегрирования ас и,следовательно, максимальную скорость подачи„ а делитель 9 — минимальный интервал дискретизации скорости и ускорения в режимах изменения скорости, Элементы И 10 и 11 предназначены для управления счетчиками 12 и 13 соответственно. Счетчик 12 служит для временного хранения гекущего значения приращения кода скорости и передачи его на счетчик 5, Делитель 15, второй и третий блоки элементов И 14 и 16, счетчик 13 и регистр 17 образуют делитель с переменным коэффициентом деления, В режиме экспоненциального з 1328 изменения скорости управление коэффициентов деления производится от счетчика 13 через второй блок элементов И 14, В режимах изменения скорос5 ти по квадратичному и линейному законам коэффициент деления задается от регистра 17 через третий блок элементов И 16. В обоих случаях импульс переполнения делителя 15 через элементы 1О

И соответствующего блока (14 или 16) вводит в делитель 15 обратный код содержимого счетчика 13 или регистра

17, устанавливая коэффициент деления делителя в очередном цикле дискретизации

Элементы блока 8 управления служат для обеспечения работы устройства в режимах постоянной скорости и изменения скорости по заданным в программе 2р или оператором законам, Устройство работает в режимах постоянной скорости и изменения скорости по экспоненциальному, квадратичному или линейному законам, Управление ско-25 ростью Осуществляется в соответствии со следующими соотношениями: при экспоненциальном законе

Ч(с) = V„- (V — V,) ° e- ; при квадратичном законе

793 дЧ = const дЧ

7 = †- = constУ а Q дЧ = const;

Г(с; + т) = F(t.+ q); q = const.

Таким образом, при экспоненциальном законе интервал дискретизации изменяется обратно пропорционально текущему ускорению, в двух других случаях он остается постоянным.

Устройство работает следующим образом.

В режиме постоянной скорости соЗ5 держимое реверсивного счетчика 5 и регистра 7 скорости одинаково. С каждым выходным импульсом делителя 2 содержимое счетчика 5 передается на сумматор-накопитель 3, где суммируется с его содержимым. Переполнение сумматора-накопителя 3 порождает вы.ходные сигналы устройства, частота которых пропорциональна коду скорости Fî содержаще уся в счетчике 59 и

45 равна: а tz

Ч(с) = V + а с

4(ч - v,) при линейном законе

V(t) = V, + +at, где Ч, V„ — начальное и конечное значение скорости соответственно; а, — величина начального ускорения, Ы вЂ” величина, обратная постоянной времени разгона (торможения).

В устройстве при изменении скорости код скорости, содержащийся в ре версивном счетчике 5, изменяется в соответствии с установленным оператором или по программе законом управления. Вычисление кода скорости осуществляется в следующей последовательности: в соответствии с кодом .текущего ускорения определяется интервал дискретизации Т, отвечающий постоянной величине приращения кбда ускорения, вычисляется код ускорения в очередном цикле дискретизации, эта величина, отнесенная к значению 7, используется как приращение кода скорости sa s eMs ".; определяется код скорости в очередном цикле дискретизации. Вычисления производятся по следующим соотношениям: при экспоненциальном законе

А дц

7= — — —; А = — - = const

q(t,.),1

Ч(с; + 7) = q(t.) ДЧ4 дЧ

= const;

F(t . + 7) = Г(с,-) + Ч(с + 7); где q — код ускорения; дЧ вЂ” приращение кода ускорения, F — код скорости, при квадратичном законе

= const Са = — — — — —; а, Ч(с; + 7 ) = Ч(т;) — ДЧ3

F(t; + ) = F(t ) + q(t; +"), при линейном законе

f = KF

О

Вых q 2t оэ где f, — выходная частота делителя 2, n — число разрядов сумматоранакопителя 3.

Через делитель 9 выходные делители 2 поступают также на делитель 15.

Однако, так как элементы И 10 и 11 закрыты, то выходной .импульс делителя на счетчики 12 и 13 не поступает.

В зависимости от установленного оператором или ранее в программе закона изменения скорости выходной импульс

93 6

5 13287 делителя 15 передает через элементы

И блока 14 или 16 обратный код содержимого счетчика 13 или регистра t7 в делитель 15, устанавливая коэффициент деления делителя 15, что определяет длительность интервала

В режиме экспоненциального изменения скорости от программы поступают команды "Разгон" (" Торможение" ), в счетчик 13 вводится код начального 10 ускорения q, в регистр 7 вводится код конечной скорости F подается команда "Эксп.". Устанавливается триггер 19 блока 8 управления, на второй вход элемента И 11 с выхода 39 блока t5

8 управления подается сигнал логичес кой " 1", по линии 40 подается сигнал логической "-1 1 на вторые входы элементов И блока 14, Сигналом с выходов

35 (или 36) блока 8 управления ре- 20 версивный счетчик 5 включается в режим сложения (или вычитания), С выхода 38 на третий вход элемента И 11 и .первый вход элемента И 10 подается сигнал логической "t" . 25

Так как делитель 15 работает в лю— бом режиме функционирования устройства, то первый импульс переполнения делителя с выхода 34, поступает на третьи входы элементов И блока 14 и 30 передает через них обратный код содержимого счетчика 13 (q,) в делитель 15, устанавливая величину 7 .

Этот же импульс подается на вход разрешения записи счетчика t2 на входы данных которого подключены инверсные выходы разрядов счетчика 13,что приводит к занесению в счетчик 12 дополнительного кода q,. Далее через элемент И 11 этот же импульс поступает 40 на счетчик 13, уменьшая его содержимое на величину щ (например, на 1).

Кроме того, сигналом с выхода 34 делителя 15 в блоке 8 управпения устанавливается триггер 22 и с выхода 37 45 подается сигнал логической " 1" на второй вход элемента И 10, Импульсы генератора 1 проходят через открывшийся элемент Я 10, поступают на счетчик 12 и по линии 32 на входы 50 элементов И 25 и 26 блока 8 управления. В зависимости от режима "Разгон" или "Торможение" они подаются, на вход сложения или вычитания счетчика 5 с выходов 35 или 36 до момен- 55 та переполнения счетчика 12. Сигнал .переполнения счетчика 12 с выхода 33

"Конец счета PC" сбрасывает триггер

22 блока 8, элемент И 10 закрывается, счет сигналов генератора прекращается, К этому моменту в счетчике

5 устанавливается значение кода скорости F, + q,. .Соответственно выходная частота устройства составляет. р К(ф +Чь,) °

В следующем цикле дискретизации с появлением выходного сигнала делителя 15 через элементы И блока 14 в делитель 15 вводится обратный код величины (q, — дЧ), в счетчик 12 дополнительный код этой величины, содержимое счетчика 13 уменьшается на величину gq в реверсивный счетчик 5.передается величина (q — дЧ), Длительность очередного цикла определяется коэффициентом деления делителя 15, который возрастает с уменьшением кода ускорения.

Указанная работа устройства продолжается до наступления равенства кодов счетчика 5 и регистра 7, причем заполнение счетчика 5 .сигналами унитарного кода гарантирует достижение этого равенства без переколебаний, Момент равенства регистрируется блоком 6 сравнения кодов, который сигналом с выхода 27 сбрасывает триггеры

20-и 21 блока 8, закрываются элементы И 25 и 26 блока 8, отключаются входы реверсивного счетчика 5, закрываются элементы И 10 и 11, прекращаются изменения содержимого счетчика

13.. Делитель 15 переходит в режим работы с пос.тоянным коэффициентом деления, а все устройство — в режим постоянной скорости.

B режиме изменения скорости по квадратичному закону подаются команды "Разгон" (или "Торможение", "Квадрат", в счетчик 13 вводится код начального ускорения Ч, в регистр 7 код конечной скорости F в регистр

17 — код константы Са. Управление коэффициентом деления делителя 15 осуществляется от регистра 17, обрат- ный код содержимого которого передается в делитель 15 с каждым выходным импульсом делителя 15. Коэффициент деления делителя 15 и, следовательно, интервал дискретизации Т остаются постоянным в течение всего промежутка разгона (торможения). В остальном работа устройства аналогична предыдущему режиму.

В режиме линейного изменения ско-. рости триггеры 18 и 19 блока 8 сброшены, элемент И 11 закрыт сигналом с выхода 39 блока 8 управления, элемен7 1 ты И блока 16 открыты по вторым входам сигналом с выхода 41 блока 8, в регистр 17 вводится код величины Т, в счетчик 13 — q в регистр 7 — Г„.

Делитель 15 управляется от регистра

17, коэффициент деления делителя 15 и содержимое счетчика 13 не меняются.

Достоинство устройства — возможность получения высокой выходной частоты и малого времени разгона-торможения. В наиболее неблагоприятном случае — при изменении скорости по экспоненциальному закону для правильной работы устройства необходимо выполнить условие Т ((7 /2 F»«, где

Т, — период импульсов генератора 1, — постоянная времени разгона-торP. можения, Р „ максимальное значение кода скорости. Если Тг = 0,1 мкс (f — 10 мГц), F — 2 10 (что мо жет дать диапазон регулирования скорости подачи 1:20000), то Ф = 4 мс, а весь процесс разгона (торможения) может быть выполнен за 16 мс (4с ).

Минимальный интервал дискретизации при этом составляет i„„, = 2F««=

= 20 мкс, что достаточно для переписки максимального кода приращения скорости в реверсивный счетчик. Если про цессы заполнения реверсивного счетчика 5 и передачи его содержимого в сумматор-накопитель 3 синхронизированы; то возможно получение выходной частоты устройства 10 мГц. Даже при диапазоне регулирования скорости

1: 100000 разгон до максимальной скорости от нулевой (и торможение от максимальной скорости до нулевой) с использованием экспоненциального закона с убывающим ускорением, который гарантирует минимальные динамические ошибки, может быть осуществлен за

0,08 с, т,е. в 2,5 раза быстрее, чем в современных приводах с меньшим диапазоном регулирования (1:10000).

328793

15

25

Формула изобретения

1, Устройство задания скорости в системах числового программного управления, содержащее генератор импульсов, первый делитель; два блока элементов И, реверсивный счетчик, регистр скорости, блок сравнения кодов, первый счетчик, два элемента И и блок управления, соединенный первым входом с выходом блока сравнения кодов,.а первым и вторым выхо30

55 дом — с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, первые разрядные выходы которого подключены к первым входам блока сравнения кодов, вторые входы которого соединены с разрядными выходами регистра скорости, выход генератора импульсов подключен к входу первого делителя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устрой-,, ства, введены второй..и третий делители, сумматор-накопитель, второй счетчик, третий блок элементов И, регистр констант, первый блок элеменI тов И первыми входами соединен с вторыми разрядными выходами реверсивного счетчика, а вторыми входамис выходом первого делителя и через второи делитель — с первым входом третьего делителя, выходы первого блока элементов И соединены с разрядными входами сумматора-накопителя, выход которого подключен к выходу устройства, счетные входы первого и второго счетчиков соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые разрядные выходы второго счетчика подключены к разрядным входам записи первого счетчика, разрядные входы третьего делителя соединены с выходами второго и третьего блоков элементов И, первые входы которых подключены к вторым разрядным выходам соответственно второго счетчика и к выходам регистра констант, входы первого элемента И соединены соответственно с выходом генератора импульсов, третьим и четвертым выходами блока управления, входы второго элемента И подключены к четвертому и пятому выходам блока управления и к выходу третьего делителя соответственно, который соединен также с вторым входом блока управления, вторыми входами второго и тертьего блока-элементов И и входом разрешения записи первого счетчика, выход которого подключен к третьему входу блока управления, к четвертому входу которого под- ключен выход первого элемента И,шестой и седьмой выходы блока управления соединены с третьими входами соответственно второго и третьего бло-. ков элементов И, входы регистра скорости, регистра константы, второго счетчика и пятый, шестой, седьмой и восьмой входы и сбросовый вход блока! о

1328793

Л /Оад шт"

Я8 Ралон"

9 управления являются входами устройства.

2. Устройство по п, 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управле,ния содержит пять триггеров, два элемента ИЛИ и два элемента И; первые входы которых соединены с четвертым входом: блока, второй пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которого подключены к входам установки соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого триггеров, вход сброса первого триггера соединен с третьим входом блока, первый вход которого подключен к входам сброса второго и третьего триггеров, входы сброса четвертого и пятого триггеров соединены со сбросовым входом блока, третий выход которого подключен к прямому выходу первого триггера, прямые выходы второго и третьего триггеров соединены с входами первого элемента ИЛИ, вторые входы элементов И подключены к прямым выходам второго и третьего триггеров, выходы первого и второго элементов И являются первым и вторым выходами блока, выход первого элемента ИЛИ является четвертым выходом блока, прямые выходы четвертого и пятого триггеров соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого является пятым выходом блока, шестой и седьмой выходы которого являются прямым и инверсным вЫходами четвертого триггера.

Яксл." Фд

„Mad am* Y „Линий ный Ф1

1328793

220

2М

180 га

100

8(cf

g gg рд уц g,$ 06 07 ОВ 09 10 11 12 13

<Риг. 3

Составитель А.Исправникова

Техред М. Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор И,Шулла

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3488/50

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4