Программное задающее устройство

Программное задающее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Сазетских

Социалистичвских

Реслублик

ОП ИСАНИЕ ()686014

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.02.77 (21) 2454516/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл г

G 05 В 19/02

Государственный комитет

СССР по делам нзоорвтенкй н открытнй (53) УДК 621.503..55 (088.8) Ф

Опубликовано 15.09.79. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.79

А, И. Копотилов, А. Т. Лукьянов и В. И. Щербак

Казахский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. С. М. Кирова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРОГРАММНОЕ ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к системам программного управления и может применяться в технологических процессах химической, металлургической и легкой промышленности, в особенности там, где требуется частая оперативная смена программной функции, а сама функция достаточно сложна; изобретение может использоваться также в качестве активного элемента аналоговых вычислительных машин.

Известны программные устройства с нецифровым резистивным выходом, причем сопротивление на выходе этих устройств создается за счет составляющего их фоторезистивного материала, который освещается зондом. Формирование зонда производится светонепроницаемыми шторками. Шторки, благодаря своей подвижности, могут образовать краями тот или иной профиль, совпадающий с графиком выбранной программной функции. Положение зонда относительно шторок определяется напряжением, значение которого соответствует какой-либо физической величине, выбранной в качестве аргумента. Функциональнс сформированный шторками световой зонд создает определен2 ной величины фотопроводимость фоторезистивного материала. Перемещением зонда относительно шторок осуществляется требуемое функциональное изменение величины сопротивления (1)и (2).

В таких устройствах профиль шторок грубо повторяет график функции, а сам профиль и процесс его выставления далеки от привычного вида графика функции и обычных способов его вычерчивания. Очевидна и зависимость величины фотопроводимости, а

10 следовательно, сопротивления, от оптических характеристик светового потока.

В другом известном программном задающем устройстве для управления циклическими процессами, содержащей последова15 тельно соединенные задатчик опорного напряжения, блок управления и фоточувствительную матрицу, связанную через согласующий элемент с блоком задания программы, вместо шторок применена прозрачная основа (калька), на которой обычными чер2О тежными методами наносится график программной функции, а пространство выше кривой графика дополнительно покрывается светонепроницаемой краской. Ввод програ м ми осу(цествляется путем ncf,c Ill(.IIHv, фоточувствительной матрицы через полученную таким ооразом маску. Матрица состо (т

Н3 вертикальных столбцов„которые составляют последовательно включенные фоторезисторы. В качестве аргумента программной функции выбрано время, прошедшее от начала цикла. Управление столбцами матрицы производится с помощью генератора импульсов,делителя частоты и десятичного счетчика. Сигналы с выходов счетчика подключают последовательно с резистором нагрузки соответству1ощий текущему моменту времени столбец, тем самыvl задавая на матрице значения аргумента. Значение функции формируется величиной фотопроводимости подключенного столбца. Ока определяется отношением количества фоторезисторов в столбце, попавших Ho!L светонепроницаемь1й участок маски и осве(неkfHblx, а также оптическими и оитоэлектрическими характеристиками светового потока и фоторезисторов.

Освещенный в определенной llpoilopLIHH столбец фоторезисторов и включенный последовательно с ними резисгор нагрузки образуют делитель напряжения, у которого фоторезистивное плечо меняет свое col lpoTH13ëåêèå в зависимости от программной функ:1ии.

Часть функционально изменяющегося иа.,ения напряжения с резистора нагрузки мож.— но снимать для программного управления каким-либо процессором (31.

В таком устройстве зависимость величины фотоироводимости от оптических;арактеристик светового потока, падающего через маску иа матрицу, в конечном итоге приводит к нестаоильпосзи выходного напряжения. Причина нестабильности при 13оспроизведении программ(гой функции заключается в самом способе формирования ее значения. Использование матриць: не ограничивается определением координаты фх икции (в данном случае координате соотв(тст— вует число освещенных фоторезисторок H столбце). Одновременно с этим на матри1г( формируется значение функции в форме olip(ДЕЛЕННОЙ ВЕЛИЧИНЫ фОтОПРОВОДИМОСтн COCтавляющих столбец фоторезисторов. Так как вели 1ина фотопроводимости всецело определяется световым потоком, зависимость оТ таких величин, как освещенность, созданная потоком, или его спектральный состав, неизбежна. При их случайном изменении меняется значение фотопроводи мости, что в свою очередь вызывает изменение на выходе устройства величины падения напряженияия, используемого для программного управления.

Выходное напряжение образуется как часть напряжения, снятого с делителя, состоящего из трех резисторов: резистора нагр3>.:ки, участка фоторезисторов, иоиави:их под с 3(тонепроницаемую часть маски, и участки освещенных фоторезисторов. 1ля того, и г(3(3ы добиться нужно о значения сопротивления у фоторезистивного плеча делителя приходится учитывать не просто величину сопротивления освещенного участка цеи . фоторезисторов, но и темновое сопротивление участка, закрытого маской, суммируя их. Предварительный расчет для графического вычерчивания программной функции в этом случае значительно усложняется. график программной функции при«o;fHT«kI;Ln1ioлнительио наносить светонепрони ((3ему1о краску иа участок площади, лежа1цей выше кривой, что искажает привычный и ооычно принятый вид графического изображения функциональной зависимости; кроме того, такая маска повторяет в своем назначении механические шторки.

К снижению точности воспроизведения программной функции приводят изменяющиеся в широких пределах оптоэлектронные характерисгики фоторезисторов, составляющих матрицу. В таком устройстве защита

ol разрывов значения функции достигается

>и тем формирования сопротивления оиреде,а(kIIIoH величины непосредственно матрицей с использованием только вертикальных столбцов H проекций программной функции через специальную маску, т. е. в ущерб точности и стабильности аналогового сигнала и простоте вычерчивания кривой графика.

Целью изобретения является повышен(е точно("ги устройства за счет обеспечения независимости величины выходного сопроT,If3!IcfIHv от условий освещенности матрицы, а также избавления от дополнительных построений ири вычер1ивании графика программш3й функции и устранения разрывов значений программной функции при ее трансляции.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит вентильные элементы, функ(и(опальный преобразователь и логический блок, входы которого подключены к выходам фоточувствительной матрицы, а выxoä: l через всктильиые элементы — — к соответствуюи(им входам функционального преоб р азо в а тел я.

В предлагаемом устройстве поставленная це1ь достигается путем разделения рабочих функций между матрицей, которая определяет лишь координату программной функции в соответствии с проектируемым на нее графиком, и заданной величиной аргумента, а физическую величину сопротивления создает последовательная це(1ь резисторов функционального иреобразоват(л(1, опрецеленная часть которой шуитируется и соответствии с этой координатой.

Су1цность изобретения ио::сняется чертежом.

Устройство содержит б н1к за,(ания программы !. согласующий элемеflT (объектив)

2, фоточувствительную матрицу 3, блок управления 4, включающий элементы сравнения 5, элементы И 6, 13cklTHльные элементы 7 и элементы НЕ 8, логический блок 9, сос686014 тоящей из элементов HE 10, триггеров 11 и элементов И- НЕ 12, вентильные элементы 13, функциональный преобразователь 14 и задатчик опорного напряжения 15.

Каждому адресному входу матрицы 3 присваивается определенныи интервал напряжения. Для опроса того или иного входа матрицы 3 в соответствии с величиной напряжения на входе устройства составлены однотипные взаимосвязанные цепочки а (а— номер входа матрицы). Каждая цепочка подключена к задатчику опорного напряжения

15. Цепочка состоит из элемента сравнения

5, у которого один вход подключен к соответствующей части задатчика 15, а на общий второй вход поступает входное напряжение, из элемента И 6, на один вход которого поступает сигнал от эле..ента 5, из элемента 7, который своим управляющим входом подключен к выходу элемента И 6 и коммутирует соответствующий вход матрицы 3 с источником адресного напряжения.

Каждая цепочка имеет связь со следующей 20 цепочкой через элемент НЕ 8.

На выходах матрицы 3 также сформированы однородные по составу элементов, взаимосвязанные k цепочек (k — количество выходов матрицы) . Каждая цепочка составлена из триггера ll, у которого единичный вход соединен с соответствующим выходом матрицы 3, из элемента 13, шунтирующего определенную часть последовательно включенных резисторов преобразователя 14, которые создают выходное сопротивление уст- ур ройства. Каждая цепочка 5 (f,-- номер выхода матрицы и цепочки, соответствующей ему) через отнесенный цепочке логический (К11) кодовой элемент И вЂ” НЕ 12 связана с остальными выходами матрицы 3 с номерами 0,1,... (11), (t —,1), ... (К вЂ” 1), сигналы с которых предварительно инвертируются элементами HE 10. Применяемые логические элементы реализуют функции, которые принято представлять в виде таблиц истинности. 4Q

Устройство работает следующим образом, На вход устройства и соответственно на общий вход каждого элемента 5 подается напряжение, равное нулю, а на другой вход подается с задатчика 15 постоянное напряжение, возрастающее с номером цепочки а на дискретную величину и равную масштабу напряжения, принятому на оси абсцисс в системе координат, где вычерчивается график функции. В цепочке с а = О компаратор отсутствует, но на вход элемента И 6 этой р цепочки постоянно подается напряжение, равное логической «единице». Все элементы > ... указанных услоп !ях находятся в с",:.. -:..ип с . ",гическим «ну. ем» на выходах. ло пческого «нуля» следует от элем ., - и °;:>÷ êè с а = 1 через элемент

НЕ 8 на в .,; эле :сита И 6 цепочки с а = О.

Другой вход это::... -мента И 6 находится под постоянным напряжением логической

«единицы». Две «единицы» BB входах элемента И 6 соответствуют «единице» на его выходе. Напряжением логическoll «единицы» открыт элемент 7 и адресное напряжеш е поступает на вход матрицы с а = 0 (в соответствии с напряжением на входе устройства, равным нулю).

Одновременно логический «нуль» элемента 5 из цепочки с а = 1 подан на элемент И 6 этой же цепочки. Инвертированный сигнал логического «нуля» соседнего элемента 5 (а = 2) подан на второй вход элемента И 6. Элемент И 6 цепочки с а = 1 при сочетании на его входах «единицы» и

«нуля» вырабатывает сигнал логический

@нуль» на выходе. Как следствие. элемент

7 этой цепочки закрыт и соответствующий вход матрицы 3 не опрашивается. По той же причине закрыты вентильные элементы всех оставшихся цепочек.

Проецируемое на фоточувствительные элементы изображение графика функции блока 1 располагается так, что ос-и координат совпадают с соответствующими строкой и столбцом матрицы 3: ось ординат —— со столбцом с а = О, ось абсцисс — со строкой с Ь=О.

Адресное напряжение на входе матрицы 3 а = О формирует на строке, определенной пересечением проецируемой кривой графика и столбца а = О, напряжение, которое несет информацию о координате функции f в точке со значением аргумента (входного напряжения), равным нулю. Координате функции соответствует номер выхода матрицы на котором появляется упомянутый сигнал напряжения. Для конкретного рассмотрения предположим, что сигнал о координате функции поступил с выхода

В= О (например график функции представляет собой прямхю, проходящхю через начало координат). B цепочке с тем же номером В= О этот сигнал определяет «единичное» состояние триггера 11 на входе. Напряжение логической «единицы«с выхода триггера 11 поддерживает элем нт 13 в открытом состоянии. Элемент 13 шунтирует сразу всю цепь последовательно включенных резисторов преобразователя 14, выходное сопротивление при этом становится равным нулю.

На остальных (k — 1) выходах матрицы 3 сигналов о координатах нет, так как опроса входов с номерами а, B данном случае большими нуля, не происходит. Напряжения этих сигналов, соответствующих логическим

«нулям», поступают каждое на «единичный» вход триггеров 11 с номерами 5= 1,2... (К вЂ” 1

В то же время на «нулеBhlx» вхозах триггеров 11 присутствуют сигналы lо: ических

«единиц» с выходов элементов И вЂ” HF 12 .

Такое сочетание сигналов на обоих входах каждого триггера 11 отвечает их состоянию с «логическим нулем» на выходах. Соответ6860!4 ственно, элементы 13 цепочек с перечисленными номерами закрыты.

Одновременно логические «нули» с выходов матрицы 3 = 1,2,...(К вЂ” 1), инвертированные предварительно элементами НЕ 10 в логические «единицы», присутствуют на (К- 1) входах элемента И вЂ” НЕ 12 в цепочке с В= О, поддерживая его в состоянии с логическим «нулем» на выходе. Таким образом, в цепочке 3 = 0 триггер 11 с сигналом логической «единицы» на «единичном» входе имеет на «нулевом» входе сигнал «нуль», что устойчиво сохраняет его состояние с логической «единицей» на выходе.

На (k-1) входов у элементов И вЂ” НЕ 12 с номерами ь = 1,2... (К вЂ” 1), кроме логических «единиц» подан сигнал логический

«нуль» (инвертированная «единица» с выхода матрицы 3 = О) . Такое положение отвечает состоянию указанных элементов И вЂ” НЕ

12 с логической «единицей» на выходе. В этом случае триггеры 11 с E= 1,2...(К вЂ” 1) также неизменно сохраняют прежнее состояние с логическим «нулем» на выходе.

Итак, при поданном напряжении, равном нулю, устройство находится в соответствии с видом выбранной функции, в состоянии с выходным сопротивлением, равным нулю.

Напряжение на входе устройства начинает возрастать и достигает по величине той части опорного напряжения, которая постоянно подается для сравнения на элемент 5 в цепочке номер а = 1. В этот момент элемент 5 переходит в состояние с логической «единицей» на выходе. Появление этой «единицы» изменяет состояние некоторых логических элементов схемы. Элемент И 6 цепочки а = 0 переходит в состояние с логическим «нулем» на выходе, а соответствующий элемент 7 закрывается и адресное напряжение перестает подаваться на вход матрицы а = О. Одновременно на входах элемента И 6 в цепочке а = 1 создается положение, существовавшее до этого момента на входах элемента И 6 в цепочке а = 0 (элемент 5 в цепочке а = 2 по-прежнему находится в состоянии с логическим «нулем» на выхоже) . Это значит что элемент И 6 в цепочке а = 1 вырабатывает на своем выходе логическую «единицу» и соответствующим ей напряжением открывает элемент 7 этой цепочки. Адресное напряжение теперь подается на вход матрицы а = 1, как этого требует масштаб, в котором вычерчен график функции и величина напряжения на входе устройства. Элементы 7 в цепочках с номерами а = О, 2, 3,.... (и — 1) будут закрыты. Открывается лишь цепочка, у которой интервал напряжения заключает в данный момент значение изменяющегося напряжения. Таким образом, при дальнейшем изменении входного напряжения будут ойрашиваться соответствующие новые входы матрицы 3. При отсутствии адресного напряжения на входе матрицы а = 0 на ее выходе В= 0 также исчезает сигнал о координате. Если принять коэффициент наклона прямой графика функции, равным единице, то новый сигнал о

S координате (при существующем опросе входа а = 1) появится на выходе ь = 1, Появление на выходе 1 = 1 напряжения, соответствующего логической «единице», и его исчезновение на выходе В = 0 изменяет состояние некоторых логических элементов в выходных цепочках. Триггер 11 в цепочке с = 0 теперь имеет на «единичном» входе сигнал «нуль», а на «нулевом» входе — «единицу», что соответствует его состоянию с логическим «нулем» на выходе.

Элемент 13 цепочки 1 = 0 закрывается и

1S более не шунтирует всю цепь резисторов преобразователя 14. В свою очередь триггер !1 в цепочке E = 1 займет состояние с логической «единицей» на выходе в связи с тем, что на его «единичный« вход теперь поступает логическая «единица» с выхода матрицы = 1, а на «нулевой» вход— логический «нуль» с элемента И†HE 12 той же цепочки. Элемент !3 в цепочке 5= откроется напряжением логической «единицы» и устройство приобретет новое значение сопротивления.

Таким образом, координата функции вначале определяется матрицей 3, а затем с ее помощью формируется соответствующее зо ей сопротивление на цепи резисторов преобразователя 14. Предположим, что на проекции прямая графика функции f не покрывает фоточувствительного элемента в столбце а = 2. Напряжение на входе продолжает возрастать и достигает уровня сравнения для цепочки а = 2. Элемент 7 в цепочке а = 1 при этом закрывается для адресного напряжения, а в цепочке а2открывается. Соответственно, на выходе t, = 1 матрицы 3 сигнал о координате исчезает, но на выходе

В = 2 не появится. На всех k выходах матрицы 3 будут присутствовать только сигналы логических «нулей». Если бы элементы 13 управлялись непосредственно напряжениями с выходов матрицы 3, все они оказались бы закрыТыми. На выходе устройства при этом скачкообразно образовалось бы сопротивление, равное суммарному сопротивлению всех последовательно включенных резисторов цепи преобразователя 14.

Триггер 11 в цепочке = 1 после исчезновения логической «единицы» с его «единичного» входа сохранит состояние с логической «единицей» на выходе. Элемент lS этой цепочки будет по-прежнему шунтировать соответствующую часть цепи преобразователя 14 и разрыва значения функции не произ ойдет. Все К логи чес ки х эл ем енто в И вЂ” Н Е д 12 будут вырабатывать на своих выходах сигналы логических «нулей», в том числе и элемент цепочки 1 = 1, способствуя этим сохранению существующих состояний у триг686014 геров 11: с номером = 1 — «единичного» состояния, у остальных с номерами 1 = О, 2, 3, ..., (К вЂ” 1) — «нулевого».

С дальнейшим ростом входного напряжения начинает опрашиваться очередной вход матрицы 3 а = 3. На выходе E= 3 появляется сигнал логической «единицы», который переводит триггер 11 цепочки В = 3 в «единичное» состояние, а триггер 11 в цепочке

E = — в «нулевое». Все элементы И вЂ” НЕ

12 начинают вырабатывать логические «единицы», за исключением элемента И вЂ” НЕ 12 в цепочке ь= 3, вырабатывающего логический «нуль». Таким образом, цепь резисторов, шунтированная первоначально элементом 13 в цепочке г.= 1, по поступлении нового сигнала о координате с выхода E= 3, будет шунтироваться в новом месте элементом !3 цепочки = 23, а элемент 13 в цепочке 1 = 1 закрывается. Резкого скачка выходного сопротивления (разрыва значения функции) не происходит, несмотря на то, что сигнал на выходе 1= 2 отсутствует.

Независимость значения сопротивления от условий освещенности матрицы позволяет обеспечить более стабильное воспроизве1 ение выбранной программной функции, а значит и осуществить точное управление какимлибо процессом с помощью программного устройства. Точность номинальной величины каждого резистора из цепи преобразователя 14, создающей выходное сопротивление, может бь|ть очень высокой благодаря индивидуальному подбору каждого резистора.

Кроме того, на выход устройства могут подключаться сменные цепи резисторов различных номиналов, что обеспечит более широкий диапазон возможностей программного устройства.

Применение любой из известных матриц в данном устройстве в качестве определителей координат требует зашиты от разрывов функции. Защита с помощью однотипных цепочек логическиx элементов отличается унифицированностью и не наносит ущерба основным характеристикам программного устройства. ю

Формула изобрегенач

Программное задающее устройство, содержащее последовательно соединенные задатчик опорного напряжения, блок управления и фоточувствительную матрицу, связанную через согласующий элемеHT с блоком задания программы, отличающееся тем. что, с целью повышения точности хстройства, оно содержит вентильные элементы. функциональный преобразователь и логический блок, входы которого подключены к выходам фоточувствительной матрицы, а выходы через вентильные элементы — к соответствуюншм

25 входам функционального преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 326601, кл. G 05 G 9t00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 458841, кл. G 06 G 9, 00, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 189927, кл. G 05 В 19Ю8. 1960.

686014

Составитель Н. Белинкова

Редактор Н. Каменская Техред О. Луговая Корректор М. Пожо

Заказ 545S/47 Тираж l015 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4