SU1267360A1 - Устройство дл программного управлени позиционированием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  получени  и контрол  прецизионных перемещеннй. в частности в манипул торах, роботах , координационных столах, автоматических гониометрических устройствах и т.п. Пель изобретени -упрощение устройства и повьшение его быстродействи  , Устройство содержит блок ввода, преобразователь код-частота, блок выделени  разностного сигнала, блок коррекции положени , два запоминающих устройства, блок электрического дроблени  шага, фазные усилители мощности, шаговый двигатель, исполнительный механизм, реверсивный счетчик, датчик нулевого положени  и триггер. Блок вьщелени  и преобразовани  ЭДС вращени  содержит усилители , коэффициент усилени  которых (Л равен коэффициенту усилени  фазных усилителей мощности, дифференциальные усилители, фильтры нижних частот, узел выделени  минимального сигнала, S компаратор и источник опорного напр жени . 1 3.п, ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и може быть использовано дл  получени  и контрол  прецизионных перемещений, в частности в манипул торах, роботах координатных столах, автоматических гониометрических устройствах и т.п. Цель устройства - упрощение устройства и повьпаение его быстродейстВИЯ . На фиг. I представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 структурна  схема варианта реализаци блока выделени  и преобразовани  ЭДС вращени . Устройство содержит блок ввода 1, программоноситель 2, блок вьщелени  разностного сигнала 3, преобразователь код-частота 4, триггер 5, блок электрического дроблени  шага 6, уси лители мощности 7, блок выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  8, шаговый двигатель 9, исполнительный меха низм 10, реверсивный счетчик 11, дат чик нулевого положени  12, запоминаю щие устройства 13 и 14, блок коррекции положени  15, в который входит сумматор 16 и перемножитель цифровых сигналов 17, выход 18 устройства. Усилитель мощности 7 содержит фазные усилители 19-22. Блок выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  8 содержит усилите,гш 23 26, дифференциальные усилители 27-30 фильтры нижних частот 31-34, узел вы делени  минимального сигнала 35, ком паратор 36 и источник опорного напр  жени  37. Шаговый двигатель 9 имеет фазные обмотки 38-41. Изобретение основано на использовании дискретного электрического привода. Шаг дискретного перемещени  исполнительного механизма можнозаписать следующим образом: 0 т -±Чп 0о±у«. С) где 96 основной иаг щагового двигател  ; Лоб- погрешность отработки основного шага; |„- передаточное отношение кинематической цепи; 8 - значение абсолютной погреш tti„ ности кинематической цепи; QO номинально значение шага дискретного перемещени ; у„ - погрешность шага дискретного перемещени . 4,. .|.S.,,(3, . i -ЧИСЛО зубьев ведующих зубZ чатых колес или число заходов черв ка.; -число зубьев ведомых зубчатых (черв чных) колес; п - число передаточных звеньев. и . 1 п / п i() j -i:i 88ip,, - максимальное значение кинематической погрещности передач. Введем в формулу {1 ) коэффициент укции nZ; /nz i j k - число передаточных звеньев с учетом редукции. при kin. Тогда формулу (1) можно переписать в ts. .i: ,j.(Pi/щ-)Scf. (7) четом формул (2), (3) и (6) можно исать номинальное значение шага кретного перемещени  и погрешность а дискретного перемещени  , ,(8) if, ±4 /b JK±Scfj.,. (9) емеще1ше на некотором участке можзаписать Nsty,.o6/b.,±4oi/bfj,± q)j-Ms(0) Ng - значение номера шага; Укд - значение погрешности на S-м шаге с учетом введени  электрической редукции; m - предельное число шагов, обу(1повливающее диапазон перемещений. Значение а не умножаетс  на N , как шаговый двигатель не накаплит погрешность отработки шагов. Дл  большого круга задач составщей погрешности 4oi/b jn можно небречь ввиду малости. Таким обом , заданна  дискретность переме31 щени  достигаетс  при меньшем в п/к раз числе передаточных звеньев кинематической цепи и меньшей погрешности перемещени  , так как у - )f « . Погрешность кинематической цепи имеет случайную и систематическую составл ющие. Последн   может быть записана в запоминающем устройстве и учтена при корректировании положени  исполнительного механизма. Блок электрического дроблени  шага используетс  дл  улучшени  качества движени  исполнительного меха низма и повышени  быстродействи  двигател , а также еще и как элемент способствующий понижению общего коэф фициента редукции кинематических цепей устройства, а следовательно, и упрощению этих цепей. Функцию детектора положени  может вьшолнить электронный блок вьщелени  и преобразовани  ЭДС вращени , который вырабатывает импульсный сигнал при каждом перемещении ротора двигател . Причем обычньш датчик шагов не может справитьс  с этой задачей , так как дискретность перемещени вала двигател  после дроблени  шага настолько мала, что требует дл  измерени  применени  высокоточного пре образовател  угол-код. ЭДС вращени  представл ет собой затухающий колебательный процесс, возникающий при каждом перемещении ротора двигател , модулирующий ступенчатую функцию тока, формируемую при дроблении щага. Максимальна  амплитуда ЭДС вращени  пропорциональна величине шага и при большом коэф фициенте электрической редукции тре- до

бует усилени  и обработки.

В устройстве блок выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  используетс  дл  получени  сигналов обратной св зи о положении вала двигател  в режиме дроблени  шага. Блок выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  используетс  не только как положени  исполнительного механизма, но совместно с триггером как датчик обратной св зи, включенный в контур локально-замкнутого шагового привода высокого разрешени , что значительно повышает быстродействие устройства. Причем при высоком разрешении неконтролируемые пропуски шагов благодар  такому датчику отсутствуют.

Claims (2)

1. версивный счетчик 11, соответствующий начальному положению кинематической цепи исполнительного механизма 10. При отсутствии программы позиционировани  на входе устройства на выходе всех блоков присутствует нулева  информаци . Отработка программы начинаетс  с ввода программы перемещени  в заданную координату бд с заданной скоростью от программо-носител  2 в блок ввода 1. Преобразователь код-частота 4 преобразует входной код, поступающий от блока ввода 1, в заданную частоту импуль- сов. Первый же импульс устанавливает триггер 5 в единичное состо ние. Поскольку на второй вход блока выделени  разностного сигнала 3 поступает 0 Устройство работает следующимсбразом . Предварительно с заданной дискретностью снимают передаточную характеристику кинематической цепи исполнительного механизма 10 и аагового двигател  9. Погрешность 8Cf кинематических звеньев исполнительного механизма 10 в виде набора дискретных значений, а также погрешность uo( отработки шага двигател  9 записывают в запоминающее устройство 13 с учетом знака погрешности. Далее программируют запоминающее устройст14 , куда занос т величину номиво нального значени  щага дискретного . J перемещени  б„ При наличии о ъе. энергозависимой пам ти состо ни  реверсивного счетчика 11 операцию вывода исполнительного механизма 10 в исходное состо ние производ т вначале при наладке устройства и в дальнейшем датчик нулевого положени  12 в работе не участвуют. В исходное состо ние , при котором срабатывает датчик нулевого положени  12, устройство может быть выведено либо вручную, либо автоматически. В последнем случае сигнал сброс (на фиг. 1 не показан ), также как и сигнал старт и др, определ ет направление перемещени  исполнительного механизма 10 независимо от значени  сигнала на выходе блока вьщелени  разностного сигнала 3 до тех пор, пока не срабатывает датчик нулевого положени  12. В исходной положении от датчика нулевого положени  12 поступает сигнал установки нулевой информации в ренулева  информаци  от блока коррекции положени  15, то на его первом выходе формируетс  сигнал направлени  перемещени , определ емого входной информацией на первом входе, а на втором выходе по вл етс  сигнал разрешени  работы блоки электрического дроблени  шага 6. Единичньпа сиг нал с триггера 5 поступает в блок электрического дроблени  шага 6, где формируетс  перва  ступень тока пита ни  фаз шагового двигател  9, усилен на  усилителем мощности 7. Шаговый двигатель 9 отрабатывает единичное перемещение, после чего на его обмот ках (фазах) наводитс  ЭДС вращени  Ejp котора  после обработки в блоке выделени  и преобразовани  ЭДС враще ни  8 вьщел етс  на его выходе в вид импульсного сигнала. Работа блока вьщелени  и преобразовани  ЭДС вращени  происходит следующим образом. Усилители 23, 24, 25 26 имеют коэффициент усилени , равны коэффициенту усилени  усилителей 19 J 20, 21, 22. Выходы тех и других усилителей подключены на входы дифферен циальных усилителей 27, 28, 29, 30, На выходе последних вьщел етс  усиленный разностный сигнал, представл ющий собой колебательный процесс, присутствующий на обмотках шагового двигател . Составл ющими этого сигна ла  вл ютс  высокочастотный сигнал самоиндукции и взаимоиндукции, возни кающий при переключени х обмоток (фаз) двигател , ЭДС вращени  - за- тухающий низкочастотньй сигнал, декремент затухани  которого зависит от параметров двигател  и нагрузки. Паразитные сигналы самоиндукции и взаимоиндукции, а также колебани  комбинационных частот подавл ютс  далее фильтром низких частот 31i 32, 33, ЗА, т.е. реализуетс  частотна  селекци  сигналов. Така  селекци  возможна ввиду того, что период колебаний ЭДС вращени  не зависит от периода входной частоты : т.е. частоты формировани  ступеней тока при электрическом дроблении шага, а определ етс  параметрами двигател  и нагрузки. На выходе фильтров нижних частот 31, 32, 33, 34 по вл ютс  сиг налы ЭДС вращени , один из которых имеет большую амплитуду по абсолют ной величине, ч чем другие, что св за но с направлением коммутации обмоток ( фаз) шагового двигател  и положением его ротора относительно- фаз статора . Узел выделени  минимального сигнала 35.выдел ет один основной сигнал,  вл ющийс  реакцией на перемещение ротора. Далее этот сигнал формируетс  с помощью компаратора 36, порог срабатывани  которого задает источник опорного напр жени  37. Поскольку декремент затухани , ЭДС вращени  возрастает с увеличением нагрузки, то порог срабатывани  компаратора 36 выбираетс  в зависимости от допустимого диапазона колебаний нагрузки шагового двигател  9 при работе исполнительного механизма 10, следовательно, предлагаема  реализаци  блока вьщелени .и преобразовани  ЭДС вращени  позвол ет работать без искажени  исходного сигнала, поступающего с обмотки (фазы) шагового двигател , что повьшает достоверность получени  сигнала обратной св зи. Кроме того, получение этого сигнала с учетом нагрузки шагового двигател  позвол ет исключить аварийные ситуации , св занные с перегрузками шагового двигател  при работе исполни-тельного механизма 10. Сформированный сигнал ЭДС вращении в блоке 8 поступает на второй установочный вход триггера 5 и устанавливай ет его в исходное состо ние, заверша  формирование тактирующего импульса. Параллельно импульс с блока выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  8 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 11. Последний накапливает информацию о шагах перемещени . С выхода его снимаетс  код числа Ng, т.е. числа шагов в направлении заданной координаты. Этхзт код поступает на вход адреса запоминающего устройства 13, определ   значение величины коррекции на данном шаге перемещени , а также на второй вход церемножител  17 блока коррекции положени  15, который производит вычислени  . Значение погрешности ± J , выбранное из запоминающего устройства 13 по адресу, полученному из счетчика 11, поступает на вход сумматора 16. Код числа на выходе сумматора 16 равен величине -0о«в Укв- , Значение функции т выводитс  на выход 18 и  вл етс  истинным, откорректированным с учетом погрешностей кинематических цепей текущим значени ем координаты перемещени  при позиционировании . Эта величина функции Y поступает на блок вьщелени  разностного сигнала 3, где производитс  оценка разницы Z 6 Nq-Y заданного программой значени  координаты б и текущего значени  Y . Знак Z определ ет направление счета реверсивного счетчика 11. Отработка программы позиционировани  завершаетс  при , что свидетельствует о достижении требуемой позиции (координаты перемещени  При этом с второго выхода блока выделени  разностного сигнала 3 на бло ;электрического дроблени  шага 6 поступает сигнал Стоп, запреща  даль нейшую работу привода. Конкретна  реализаци  устройства может быть осуществлена, например, следующим образом. Блок ввода 1 - больша  интегральна  схема (БИС) К580ИК55 - программируемый параллельный интерфейс. Программоноситель 2 - накопитель на магнитном диске (НМД) или пере ,программируемое посто нное запоминаю щее устройство. Блок выделени  разностного сигнала 3 выполн ет функцшо цифрового ком паратора и реализуетс  на микросхемах типа 56АНП2, при этом первый выход блока 3  вл етс  выходом , а второй выход -выходом компаратора . Преобразователь код-частота 4 ре лизуетс  при соединении генератора импульсов и счетчика типа 564ИЕ15 или КР580ВИ53. Блок электрического дроблени  йа га 6 реализуетс  известным образом с(1). В этом случае первый выход блока выделени  разностного сигнала 3 подключают на вход у установки направлени  блока электрическсгго дроблени  шага 6, второй выход - на вход сброса у , а выход триггера 5 на информационный вход Т1, а выхода блока 6  вл ютс  выходы элементов И Реверсивный счетчик 11 (микросхе мы), например, типа 564ИЕ11. Запоминающие устройства 13 и 14 например, микросхемы типа К573РФ1. В качестве перемножител  17 цифр вых сигналов могут быть использован микросхемы 564ИПЗ, а в качестве су матора 16 - 564lIMl , Датчик, нулевого положени  представл ет собой простейшее устройство, например, оптопара и сектор с прорезью , котор ое служит дл  установки начального положени  редуктора исполнительного механизма 10, с которого начинаетс  его тарировка и контроль при возврате в исходное положение после отработки заданной программы. Устройство позвол ет с :высокой точностью, котора  определ етс  точностью измерени  погрешностей . и Aoi и объемом пам ти запоминающего устройства, в которое записаны эти погрешности, производить позиционирование исполнительного механизма. Введение электрического дроблени  шага позвол ет уменьшить число передаточных звеньев кинематической цепи исполнительного механизма и увеличить точность и воспроизводимость позиционировани  при одинаковом объеме пам ти запоминающего устройства. Уменьшение числа передаточных звеньев кинематической цепи повышает быстродействие устройства, что соответствует поставленной цели изобретени . Кроме того, за счет введени  блока 6 электрического дроблени  шага значительно улучшаетс  воспроизводимость перемещени , а введение блока выделе- ни  и преобразовани  ЭДС вращени  8 и триггера 5 позвол ет образовать локально-замкнутый шаговьй электропривод повышенной устойчивости при колебани х входных задающих частот и нагрузки. Блок выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  обеспечивает надежность получени  информации обратной св зи и исключить аварийные ситуации, св занные с перегрузками шагового двигател  при работе исполнительного механизма. Устройство снйлсает затраты на его изготовление за счет упрощени  устройства, а также повышает производительность оборудовани , в котором оно примен етс  за счет повышени  быстродействи  устройства . Формула изобретени  1. Устройство дл  программного управлени  позиционированием, содержащее программоноситель, подключенный к входу блока ввода, один выход которого соединен с входом преобразовател  код-частота, другой выход - с 9 первым входом блока выделени  разностного сигнала, к второму входу кото рого подключен выход блока коррекции положени , соединенного первым и вто рым входами с первым и вторым запоми нающими устройствами, усилитель мощности , подключенный к фазам шагового двигател , вал которого соединен с исполнительным механизмом, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  устройства и повышени  его быстродействи , в него дополнительно введены блок электрического дроблени  шага, триггер, блок вьщелени  и преобразовани  ЭДС вращени , реверсивный счетчик и датчик нулевого положени , при этом блок электрического дроблени  шага подключен первым и вторым входами к первому и второму выходам блока выделени  разностного сигнала, а выходами - к входам усили тел  мощности, первый установочный вход триггера соединен с выходом преобразовател  код-частота, а выход - с третьим входом блока электри ческого дроблени  шага, первые входы блока выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  подключены к входам уси лител  мощности, а входы - к фазам щагового двигател , вход направлени  реверсивного счетчика соединен с первым выходом блока выделени  разностного сигнала, а счетный вход - с вторым установочным входом

   ) 60К) триггера и с выходом блока выделени  и преобразовани  ЭДС вращени , выход датчика нулевого положени  подключен к установочному входу реверсивного счетчика, соединенного выходом с адресным входом первого запоминающего устройства и с третьим входом блока коррекции положени .
2. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес  тем, что блок выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  содержит усилители, коэффициент усилени  которых равен коэффициенту усилени  файных усилителей мощности, дифференциальные, усилители, фильтры нижних частот, узел выделени  минимального сигнала,компаратор и нсточ- ник опорного налр жени ,причем входы усилителей  вл ютс  первыми входами блока, неинвертирующие входы Дифференциальных усилителей  вл ютс  вторыми входами блока, инвертирующие входы дифференциальных усилителей соединены с выходами соответствую1щ х усилителей, а выходы - через соответствующие фильтры нижних частот с входами узла вьщелени  минимального сигнала, выход которого подключен к первому входу компаратора, с вторым входом которого соединен источник опорного напр жени , при этом выход компаратора  вл етс  выходом блока выделени  и преобразовани  ЭДС вращени  ,

   Фиг.2