Позиционный электропривод
Патент 1778904
Авторы
Классы МПК
Позиционный электропривод
Иллюстрации
Реферат
Использование: е устройствах с точной фиксированной установкой механизма в за-. данной точке. Сущность: электропривод обеспечивает включение контуров торможения при любых взаимных положениях задающего устройства и реального положения привода, определяемого датчиком положения. В результате этого образуются две зоны для грубого и точного уменьшения скорости, при этом сохраняется высокая средняя скорость отработки перемешивания особенно при больших его значениях . 3 ил,
союз соВетских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„гФ)
3i (я)л Н 02 P 5/06
ГОСУДЛPСТВЕННЫИ КОМИТЕТ.
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ I KHT СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,","" е ;;, -.,„
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!
С0
1е
:,ф (> (21) 4862126/07 (22) 27.08,90 (46) 30.11.92. Бюл. ¹ 44 (71) .Ленинградское оптико-механическое обьединение им. В.И.Ленина (72) А.Б.Петрова, M.Ä.Ñòåðèí и В.В.Юмин (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1270857, кл. Н 02 Р 5/06, 1985.
{54) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Использование, в устройствах с точной фиксированной установкой механизма B за-.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах с точной фиксированной установкой механизма в заданной точке.
Известны позиционные электроприво- . да, например рассчитанные на позициони-рование в нескольких дискретных точках, фиксируемых контактными датчиками числом позиций до 15-20, и их нельзя применить для позиционирования с высокой точностью, например, до 0,001-0,002 мм, Этого недостатка лишены позиционные электропривода по а. с. ¹ 1246313, 1239821.
В этих устройствах в качестве датчика положения используются высокоточные кодовые датчики, что существенно повышает точность позиционирования, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является позиционный электропривод, который будет рассматриваться в качестве прототипа.
Этот электропривод содержит последовательно соединенные эадатчик положения, блок сравнения, цифроаналоговый
„„5U„„1778904 А1 данной точке. Сущность; электропривод обеспечивает включение контуров торможения при любых взаимных положениях задающего устройства и реального положения привода, определяемого датчиком положения. В результате этого образуются две зоны для грубого и точного уменьшения скорости, при этом сохраняется высокая средняя скорость отработки перемешивания особенно при больших его значениях. 3 ил, преобразователь, операционный усилитель, реле, разомкнутый контакт которого.включен между выходом операционного усилителя и контуром регулирования скорости электродвигателя, выход которого связан с датчиком положения. Замкнутый контакт реле подключен к входу контура регулирования выход блока анализа длительности импульсов, а его вход подключен к выходу датчика положения и к инверсному входу блока сравнения, Принцип работы устройства состоит в том, что в зоне больших рассогласований устройство работает как система подчиненного регулирования положения с цифровым контуром регулирования положения с параболическим законом управления. При малых рассогласованиях включается блок анализа длительности импульсов с датчика положения, в результате чего вырабатывается сигнал на торможение или разгон электродвигателя, Недостатком данного электропривода является недостаточное быстродействие, обусловленное параболической зависимо1778904 стью сигнала на входе контура управления от величины рассогласования по положению, что приводит к тому, что при уменьшении рассогласования по мере его отработки скорость электродвигателя уменьшается и, как следствие, уменьшается средняя скорость отработки, В то же время заложенный принцип анализа длительности импульса младшего разряда датчика положения или паузы ме>кду импульсами и сравнения его с эталонным позволяет выработать команду торможения после анализа нескольких импульсов младшего разряда датчика положения, что снижает точность системы.
Целью настоящего изобретения является повышение быстродействия при сохранении заданной точности.
Поставленная l!ель достигается тем, что в позиционный электропривод. содержаUl IA элекiðîälIèãàTåëü, подключенные к входам первого блока сравнения задатчик
l10ложения HB ll десятичных разрядов с преобразователем кода и датчик положения интерференционного типа с реверсивным счетчиком и выходным регистром, а также контур регулирования скорости, выход которого предназначен для подключения к электродвигателю, дополнительно введены первое и второе постоянные запоминающие устройства, первый и второй сумматор, второй и третий блоки сравнения, шесть схем совпадения, при этом контур регулирования скорости электродвигателя выполнен с двумя входами масштабирования, входам реверса и входом останова, блоки сравнения выполнены из и последовательно соединенных компараторов чисел и имеют выходы А = В, А > В, А < В, где А и В— сравниваемые коды задатчика и датчика поло>кения, причем выход А > В первого блока сравнения соединен с входом реверса контура регулирования скорости электродвигателя, вычитающими входами первого и второго сумматоров, вторыми входами второй и пятой схем совпадения, выход А < В соединен с суммирующими входами первого и второго сумматоров, а также с первыми входами первой и четвертой схем совпадения, а выход А = В соединен с входом останова контура регулирования скорости электродвигателя, информационные входы первого и второго сумматоров соединены с выходом преобразователя кода и выходами первого и второго постоянных запоминающих устройств соответственно, а выходы сумматоров — с первыми входами второго и третьего блоков сравнения, вторые входы которых подключены к выходу регистра, выходы А1 > В и А2 > В второго и третьего блоков сравнения соответственно соедине10 ны со вторыми входами первой и четвертой схем совпадения, а выходы А1 < В и А2 < В соединены с вторыми входами второй и пятой схем совпадения, выходы первой и второй схем совпадения через третью схему совпадения соединены с первым входом масштабирования контура регулирования скорости, а выходы четвертой и пятой схем совпадения аналогично соединены через шестую схему совпадения со вторым входом, масштабирования, при этом контур регулирования скорости содержит двухтактный широтно-импульсный преобразователь, мостовой реверсивный регулятор, тахогенератор постоянного тока, кинематически
55 связанный с электродвигателем, вычитающее устройство, два источника разнополярного напряжения, три ключа, седьмую и восьмую схемы совпадения, инвертор, делитель напряжения, включающий четыре последовательно включенных резистора, первый из которых одним выводом через контакты первого ключа подключен к выходам источников разнополярного напряжения, а другой вывод указанного резистора образует выход делителя напряжения и подключен к первому входу вычитающего устройства, второй вывод делителя напряжения подключен к общей шине источников разнополярных напряжений, при этом параллельно второму и третьему резисторам делителя напря>кения включены замыкающие контакты второго и третьего ключей соответственно, выход тахогенератора подключен ко второму входу вычитающего устройства, выход которого соединен с входом двухтактного широтно-импульсного преобразователя, оба выхода которого через первые входы седьмой и восьмой схем совпадения и их неинвертируемые выходы соединены с входами мостового реверсивного регулятора, выход которого и редназначен для подключения электродвигателя, при этом вторые входы седьмой и восьмой схем совпадения через инвертор соединены с входом останова, первый и второй входы масштабирования соединены с входами управления второго и третьего ключей соответственно, а вход управления первого ключа соединен с входом реверса, На фиг. 1 представлена блок-схема позиционного электропривода; на фиг. 2 представлена блок-схема контура регулирования скорости электродвигателя, на фиг, 3 изображены диаграммы взаимных положений задатчика положений и датчика положений для различных состояний, а также приведена таблица состояний логических элементов схемы, 1778904
Позиционный электропривод содержит датчик 1 положения на и разрядов десятичного кода, преобразователь кода 2, первый блок сравнения 3, интерферометрический датчик положения 4, реверсивный счетчик
5, регистр 6, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ1) 7, второе постоянное запоминающее устройство 8 (ПЗУ2), первый сумматор 9, второй сумматор 10, третий блок сравнения 11, второй блок сравнения 12, шесть схем совпадений 13, 14, 15, 16, 17, 18, контур регулирования скорости электродвигателя 19, который представлен на фиг. 2 и включает в себя двухтактный широтно-импульсный преобразователь 20, мостовой реверсивный регулятор 21, электродвигатель постоянного тока 22, тахогенератор 23, вычитающее устройство 24, инвертор 25, седьмую 26 и восьмую 27 схемы совпадения, источники разнополярного напряжения — поло>кительного 28, отрицательного 29, первый ключ 30, делитель напряжения, состоящий из резисторов 31, 32, 33, 34, второй ключ 35, третий кл оч 36.
На фиг. 3 обозначены следующие взаимные состояния задатчика положения 1 (А) и датчика положения 4 (В) с учетом вводимых поправок от ПЗУ1 (ЛА1) и ПЗУ2 (ЛА2).
I Состояние обозначено цифрой 37, II состояние — 38, I I I состояние — 39, I V состояние — 40, V состояние — 41;И состояние—
42.
Работа электропри вода состоит в следующем: если величина заданного перемещения с задатчика 1 больше, чем измеренное датчиком 4 положение привода, то при сравнении кодов с преобразователя кода 2 (число A) и регистра 6 (число B), который отражает состояние реверсивного счетчика
5, подключенного к выходу датчика 4, на выходе А > В первого блока сравнения 3 имеется сигнал с уровнем логической 1, а на выходе А < В сигнал равен логическому О, Это состояние соответствует диаграмме 97, На вход реверса контура управления скоростью электропривода 19 подается сигнал с уровнем 1, при этом ключ 30 переключает вход делителя напря>кения на резисторах
81, R2, R3, R4, (31, 32, 33, 34) к выходу источника отрицательной полярности 29, С выхода делителя (резисторы 32, 33, 34) входной сигнал поступает на один из входов вычитающего устройства 24, где сравнивается с сигналом обратной связи. поступающем с тахогенератора 23.
Разностный сигнал поступает на вход двухтактного широтно-импульсного преобразователя 20. В зависимости от знака входного напряжения выходные импульсы появляются лишь на одном из выходов пре50 образом, чтобы выходной сигнал с делителя уменьшить примерно в 10 раз. При этом в.10 раз уменьшается скорость электродвигателя 22, который продолжает перемещать исполнительный механизм в направлении значения А.
Когда привод переместится в положение, при котором В > А2 (диаграмма 41) т.е. привод входит в зону точного торможения изменится состояние третьего блока срав10
45 образователя, причем длительность их (коэффициент заполнения) пропорциональна величине входного сигнала. С выхода блока
20 импульсный сигнал через схемы 26 и 27 поступает на вход мостового реверсивного регулятора 21, к выходу которого подключен электродвигатель постоянного тока 23. В зависимости от величины и знака входного напряжения двигатель вращается с заданной скоростью в заданном направлении.
В данном случае электродвигатель перемещает исполнительный механизм в направлении уменьшения разницы между числами А и В, При этом перемещение осуществляется с максимальной выбранной для привода скоростью.
С выходов первого блока сравнения на вычитающие входы сумматоров 9 и 10 подается логический уровень 1, а на суммирующие — уровень О. При этом сумматоры 9 и 10 осуществляют вычитание из числа А чисел
F1 и ЛА2, На выходах сумматоров 9 и 10 будут соответственно числа А1 = А — ЛА1 и
А2 = А — ЛА2.
Число А1 определяет начало предвари-. тельного (грубого) торможения электропривода. Когда электропривод переместит исполнительный механизм в положение, при котором А1 < В (диаграмма 39), на выходах второго блока сравнения 12 будут следующие состояния: выход A1 >  — значение О выход А1 <  — значение 1 на входах схемы совпадения 16 будут при этом числа 0 и О, на выходе 1, на входах схемы совпадения 17 будут числа 1 и 1, на выходе О, таким Образом на выходе схемы совпадения 18 появится уровень 1.
До перехода схемы в состояние III (диаграмма 39), т.е, в предыдущем состоянии, отображенном на диаграмме 37 состояние выхода схемы 18 определялось уровнем О, что видно из таблицы состояний на фиг, 3
ДлЯ состОЯниЯ привода 1.
При подаче на второй вход масштабирования блока 19 уровня 1 происходит включение второго ключа 35, который шунтирует резистор 32 (R2), уменьшая тем самым коэффициент передачи делителя R1„,R4 таким
1778904 нения 11 таким образом, что его выходы будут характеризоваться следующими состояниями: выход А2 > В имеет уровень 0 выход А2 < В имеет уровень 1.
На выходах схемы совпадений 13 имеет числа 0 и О, нэ выходе 1.
На входах схемы совпадения 14 имеем числа 1 и 1, а выходе О.
Таким образом, выход схемы совпадения 15 меняет свое состояние с О на 1, в результате, чего на первом входе масштабирования появляется уровень 1, Как видно из таблицы состояний в двух предыдущих ситуациях (диаграммы 39 и 37) на выходе схемы совпадения 3 (15) был уровень О.
При пода ге на первый вход масштабирования контура регулирования 19 уровня 1 происходит включение третьего ключа 36, который шунтлрует резистор RÇ (33), при этом происходит дополнительное уменьшение коэффициента передачи делителя
R1...R4. Резисторы R1, R2, ВЗ, 84 г|одобраны таким образом, что при шунтиравании резисторов Я2 и 83 коэффициент передачи уменьшается примерно в 100 раз по сравнению с первоначальным, то есть скорость двигателя уменьшается также примерно в
100 раз.
При этом электродвигатель с очень маленькой скоростью приближает исполнительный механизм к точке останова, При равенстве члсел А и В на выходе А = В первого блока сраьнения 3 появится сигнал с уровнем 1, На вход останова контура управления 19 подается логическая 1, которая
- поступает ерез инвертор 25 на входы схем совпадения 26 и 27. Г1оскольку на эти входы при А = В поступает уровень 0 (за счет инвертирования схемой 25}, то схемы 26 и 27 не пропускают сигнал на вход блока 21, т.е. на входах блока 21 будут уровни О, чта приводит к остановке электропривода и его фиксации в этом состоянии чезависима от дрейфа усилительных элементов в тракте электрапривода, Мостовой реверсивный регулятор 21 выполнен таким образом, что при подаче на его входы сигналов с уровнем
"О" осуществляется динамическое торможение электродвигателя 22 за счет шунтирования ега открытыми переходами двух транзисторов мостового реверсивного регулятора 21. Этим самым снижается выбег электродвигателя, что позволяет обеспечить заданную точность отработки программы.
При состояниях привода II,IV, Ч!(диаграммы 38, 40, 42), когда первоначально В >
А работа привода аналогична вышеописанному. Отличия состоят в том, что на сумми50
55 тродвигателю, отличающийся тем, что, 5
40 рующем входе сумматоров 9 и 10 будет сигнал с уровнем 1, а на вычитающих входах сигнал будет равен О, при этом сумматоры будут осуществлять сложение числа А с поправками ЛА1 и ЛА2, снимаемых с выходов
ПЗУ1 и ПЗУ2, Нэ вход реверса контура 19 подается сигнал, равный О, ключ 30 возвращается в исходное состояние и вход делителя R1„,R4 подключается к выходу источника положительного напряжения 28. Электродвигатель 22 меняет направление вращения, Состояние элементов схемы в этих режимах последовательно определяются таблицей состояний для положений II, IV, Vl.
Позиционный электропривад содержит интегрирующий электропривод с широтноимпульсной модуляцией с исполнительным электродвигателем типа ДПР-52 и тахогенератором ТГП-З, обеспечивающим регулирование скорости в диапазоне да 1000.
Задатчик положения с преобразователем кода состоит из шести галет lblx переключателей на 10 положений; что обеспечивает набор чисел ат 0 до 600 мм с дискретностью
0,001 мм. В качестве датчика г.оложения используется линейный интерференционный датчик на 600 мм типа ПИЛП; блоки сравнения состоят из шести последовательно соединенных по выходам А > В, А =- В и А < B компараторов чисел типа 5ЗЗСП1, ПЗУ реализовано на микросхемах 133РУ1, а сумматор — на микросхеме 133 IM3. Управление электроприводом можно также осуществлять от ЭВМ путем подачи на вход первого блока сравнения про раммируемых значений положений привода, При максимальной скорости установки 10 мм/сек скорость в режиме торможения составляют 1 мм/сек и
0,1 мм/сек; при этом выигрыш по времени установки по сравнению с прототипом составляет в среднем 25%.
Формула изобретения
1. Позиционный электропривод, содержащий электродвигатель, подключенные к входам первого блока сравнения задатчик положения на и десятичных разрядов с преобразователем кода и датчик положения интерференционного типа с реверсивным счетчикам и выходным регистром, э также контур регулирования скорости, выход которого предназначен для подключения к элекс целью повышения быстродействия при сохранении заданной точности отработки перемещения, в него дополнительно введены первое и второе постоянные запоминающие устройства, первый и второй сумматор, 1778904 второй и третий блоки сравнения, шесть схем совпадения, при этом контур регулирования скорости электродвигателя выполнен с двумя входами масштабирования, входом реверса и входом останова, блоки сравне- 5 ния выполнены из и последовательно соединенных компараторов чисел и имеют выходы А = В, А > В, А < В, где А и В— сравниваемые коды задатчика и датчика положения, причем выход А > В первого блока 10 сравнения соединен с входом реверса контура регулирования скорости электродвигателя, вычитающими входами первого и второго сумматоров, в .орыми входами второй и пятой схем совпадения, выход А < В 15 соединен с суммирующими входами первого и второго сумматоров, а также с первыми входами первой и четвертой схем совпадения, а выход А = В соединен с входом останова контура регулирования скорости 20 электродвигателя, информационные входы первого и второго сумматоров соединены с выходом преобразователя кода и выходами первого и второго постоянных запоминающих устройств соответственно, а выходы 25 сумматоров — с первыми входами второго и третьего блоков сравнения, вторые входы которых подключены к выходу регистра, выходы А» В и Az > В второго и третьего блоков сравнения соответственно соедине- 30 ны с вторыми входами первой и четвертой схем совпадения, а выходы А < В и Az < В соединены с вторыми входами второй и пятой схем совпадения, выходы первой и второй схем совпадения через третью схему 35 совпадения соединены с первым входом машстабирования контура регулирования скорости, а выходы четвертой и пятой схем совпадения аналогично соединены через шестую схему совпадения с вторым входом 40 масштабирования.
2. Позиционный электропривод по п.1, отличающийся тем, что контур регулирования скорости содержит двухтактный широтно-импульсный преобразователь, мостовой реверсивный регулятор, тахогенератор постоянного тока, кинематически связанный с электродвигателем, вычитающее устройство, два источника разнополярного напряжения, три ключа, седьмую и восьмую схемы совпадения, инвертор, делитель напряжения, включающий четыре последовательно включенных резистора, первый из которых одним выводом через контакты первого ключа подключен к выходам источников разнополярного напряжения, а другой вывод указанного резистора образует выход делителя напряжения и подключен к первому входу вычитающего устройства, второй вывод делителя напряжения подключен к общей шине источников разнополярных напряжений, при этом параллельно второму и третьему резисторам делителя напряжения включены замыкающие контакты второго и третьего ключей соответственно, выход тахогенератора под-. ключен ко второму входу вычитающего устройства, выход которого соединен с входом двухтактного широтно-импульсного преобразователя, оба выхода которого через первые входы седьмой и восьмой схем совпадения и их неинвертируемые выходы соединены с входами мостового реверсивного регулятора, выход которого предназначен для подключения электродвигателя, при этом вторые входы седьмой и восьмой схем совпадения через инвертор соединены с входом останова, первый и второй входы масштабирования соединены с входами управления второго и третьего ключей соответственно, а вход управления первого ключа соединен с входом реверса.
1778904
7izrozeutp&10p
1778904
А>В
А,<В
AfВ, Ag А
А И АВА
A В А Аг
Таблицп состояний
Составитель M.Ñòåðèí
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско
Редактор
Заказ 4201 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Ю
A az . В Ar
A+8
А! <В
Ад>В
А<В
Ag>B
A >B
А>В
А <В
А<В
Аг>В
Az>8