Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
18.36 Mб
Скачать

информация представляет собой некоторое количество прираще­ ний для обработки координат в течение этого времени. Такой способ передачи предварительно интерполированных данных уменьшает объем аппаратуры, минимизирует требования к опе­ ративной памяти и упрощает задачу передачи данных.

Следует отметить, что все обратные связи осуществляются аппаратурным путем с максимальной частотой передачи-1,4 кГц. Это дает возможность мини-ЭВМ находиться на большом расстоя­ нии от ЭВМ-супервизора.

ЭВМ-супервизор состоит из процессора IBM-1800 и оператив­ ной памяти с максимальным объемом 32К и временем обращения 2 мкс. Возможно также использование, процессора General Auto­ mation-1830. С этим процессором связаны стандартные перифе­ рийные устройства, позволяющие вводить, компилировать и пе­ чатать программы и данные.

Дисковая память хранит библиотеку программ обработки деталей во внутреннем языке рассматриваемой системы, в который переводятся программы, написанные на языке APT.

Адаптер ввода-вывода, состоящий из дуплексного канала передачи управляющей информации к каждому станку и одно­ направленного канала передачи данных движения, является устройством сопряжения для цепей передачи к станку.

Таким образом, информация для движения извлекается прямо из памяти ЭВМ под влиянием сигналов, приходящих прямо от станка. Процесс получения информации осуществляется без программного управления на основе цикла считывания из памяти. Эти данные передаются к станку, где они принимаются контрол­ лером.

Контроллер — это мини-ЭВМ SPC-12 с объемом памяти 4096 восьмиразрядных слов и временем обращения 2 мкс. Контроллер осуществляет следующие функции: принимает данные; управляет сервомоторами; вспомогательными устройствами; сбором и пере­ дачей данных; осуществляет связь с терминалом оператора и дисплеем; обнаруживает ошибки.

Типичная операция для системы группового числового упра­ вления делится на три стадии: программирование, отладка и выполнение. Программы, используемые рассматриваемой си­ стемой, способны управлять максимум 10 станками с точностью до 0,0025 см. Все программы, за исключением мультипроцессор­ ного исполнителя, всегда находящегося в оперативной памяти, вызываются с диска.

Диски также содержат программы обработки деталей. Для хра­ нения 1000 таких программ требуется объем памяти в 2,5 млн. слов.

Операционная система включает в себя следующие главные программы.

Мультипроцессорная исполнительная программа (ПК слов) — это операционная система, входящая в математическое обеспече­ ние IBM-1800.

231

Станок

А

Рис. 127. Структура системы С-20

Система управления квантами данных (11К слов) — программа, выполняющая функции управления движением в системе группо­ вого числового управления.

Программа для работы с дисками (2,5К слов) выполняет ввод информации обработки деталей и перевод ее во внутренний вид системы с записью в дисковую память.

Программа управления сбором данных (3,5К слов) выполняет функции хранения, сбора и вывода управляющей информации.

Система С-20 фирмы «Westinghouse’s new world». Аппара­ тура и функциональная организация этой системы отличаются от традиционных систем этого типа. В данной системе (рис. 127) все функциональные программы заменяются программным обе­ спечением мини-ЭВМ Prodac-2000. При этом обратная связь по скорости замыкается вне ЭВМ, а по положению — в ЭВМ.

В ЭВМ всегда находятся две программы: SYNC и МАШ. SYN C — это программа управления синхронным движением. Она выполняется очень часто, так что ее действие на движение резца такое же, как если бы она выполнялась непрерывно. Программа MAIN работает на основе информации, получаемой от подпрограммы SYNC. M AIN— циклическая программа; она управляет лентой, читающим устройством, производит предва­ рительные вычисления для данных движения, преобразует дан­ ные для дисплеев, хранит информацию о различных сбоях и т. п.

Мини-ЭВМ Prodac-2000 модифицируется для использования в управлении станочными резцами, поскольку структура вводавывода в этой ЭВМ нестандартна. Система внешних прерываний ограничена до 5 — количества, которое необходимо для обеспе­ чения работы системы.

Prodac-2000 — ЭВМ с разрядностью машинного слова 16 бит и циклом обращения 3 мкс. Объем оперативной памяти 4К с воз­ можностью расширения до 32К. Для управления по двум коорди­ натам необходима память 8К, а по пяти координатам — 12К. ЭВМ имеет аппаратно выполненные операции деления и умноже­ ния, систему прерывания. Система С-20 включает в себе печатаю­ щее устройство для ввода-вывода, цепи обратной связи, вспомо­ гательные буферы, устройство чтения с ленты и т. п. Кроме того, имеются устройства управления для пульта оператора, релейные устройства для вспомогательных функций,’’"'входные фильтры, а также гидравлические сервоусилители и усилители мощности.

Конкретные рекомендации по применению той или иной си­ стемы группового управления зависят от особенностей исполь­ зуемого вычислительного и станочного оборудования. В связи с тенденцией перехода к адаптивному управлению система со специализированной ЭВМ у каждого станка будет иметь преиму­ щества.

ГЛАВА VI

Адаптивные

системы

управления

Программное управление оборудова­ нием предполагает наличие вычислитель­ ного устройства, которое вырабатывает управляющие сигналы для приводов ис­ полнительных органов рабочих машин. Вычислительное устройство, с одной сто­ роны, получает управляющие сигналы и программы с более высоких уровней си­ стемы управления, а с другой стороны — сигналы о протекании технологического процесса, о работе приводов, исполни­ тельных органов, о деформациях системы станок—инструмент—деталь. Эти сигналы обратной связи могут быть использованы для перестройки работы управляющего вычислительного устройства, для адапта­ ции всего комплекса программного управ­ ления.

Следует подчеркнуть отличие адаптив­ ных систем программного управления обо­ рудованием от адаптивных систем регули­ рования. В системах регулирования адап­ тация осуществляется путем перестройки внутреннего контура системы регулиро­ вания, например изменяется коэффициент усиления. В системах программного управ­ ления оборудованием возможности адап­ тации расширены. В них могут изменяться сами управляющие сигналы, поступаю­ щие на приводы. Чем больше самостоя­ тельность системы программного управле­ ния оборудованием, тем больше возможно-

стей имеется у нее для адаптации. Если поведение системы задано с точностью до одномерного многообразия, то имеется возможность менять лишь темп движения. Если же ее поведение задано с точ­ ностью до двумерного многообразия, то имеется возможность изменять и траекторию движения таким образом, чтобы опти­ мально выполнить заданную работу на заданном многообразии.

Многокоординатные интерполяторы являются неотъемлемым элементом систем программного управления. Это промежуточное звено между центральной вычислительной машиной и оборудо­ ванием. Во многих случаях они строятся на основе цифровых дифференциальных анализаторов, методы синтеза которых бази­ руются на использовании способа неопределенных коэффициентов

[19].

В однородных воспроизводящих структурах аргумент выход­ ных интеграторов может быть любой функцией. Управление аргу­ ментом может быть использовано для придания тех или иных ди­ намических характеристик выходным сигналам программирую­ щего устройства. Подстройка аргумента может осуществляться либо внутри программирующего устройства, на основании априор­ ных сведений о требуемых динамических характеристиках сигна­ лов, либо на основании сигналов обратной связи, поступающих с объекта, управляемого от программирующего устройства [58—60].

Рассмотрению адаптивных систем программного управления

иалгоритмов их функционирования посвящена настоящая глава.

26.АЛГОРИТМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, ГЕНЕРИРУЮЩИХ ФУНКЦИИ С ЗАДАННОЙ

СКОРОСТЬЮ И УСКОРЕНИЕМ

Для программирования движения с заданной скоростью по заданной кривой должна быть решена система уравнений:

F i ( * i , * 2, • • • , х „ ) = 0 ;

Р х |, *2, ■• • , х„) = 0;

 

(VI. 1а)

 

 

 

 

 

 

F n - i (х ъ х 2,

. . .

, х п) = 0 ;

 

 

2 1

* 2 I

i * 2

т /2

(VI. 16)

Х\ - | -

Х 2 " Ь

■ • • - [ -

х п —

V

Программирование кривой, заданной уравнениями (VI.1а), может осуществляться с помощью схем, синтезированных в [19]. В этом случае:

(VI.2)

235

Если с/ср — со dt, где t — время, то, определяя

= со/,- (.Vj, До, . . ., х„) п подставляя их в уравнение (VI.16),

получим

со2 = ---------------------------

^ ------------------------------

.

(VI.3)

I Г (Л'|, л2,

• • • , Vi) + /2 (л'1, *2,

■ • • , х п) + " •

 

+*2, • ■• , хп)

Иными словами, если положить, что аргумент выходных ин­ теграторов схемы, решающей уравнения (VI.2), определяется вы­ ражением (V1-3), то будет осуществляться программирование заданной кривой с заданной скоростью V. Знак со определяет направление движения по этой кривой. Величина V может быть

как постоянной, так и переменной.

В качестве примера синтезируем схемы для моделирования движения под действием сил, обратно пропорциональных ква­

драту расстояния.

 

 

 

 

 

Известно

[3], что интеграл живой силы в задаче двух тел имеет

вид

 

 

 

 

 

 

 

где х, у, z

— декартовы координаты

движущегося

тела

(начало

координат

в

фокусе

соответствующего

конического

сечения);

г — расстояние между

телами; гъ =

х2 +

у 2 + г2;

k —• постоян­

ная Гаусса; К2 = &2 (т0 + т)\ т0, т — массы тел; h — постоян­

ная интегрирования.

Левая часть выражения (VI.4) является квадратом скорости тела V, с которой оно движется по той или иной кривой. С другой

стороны, известно, что траектория движения в задаче двух тел в общем случае является плоским сечением поверхности второго порядка. Структура дифференциального анализатора для воспро­ изведения кривых на поверхности второго порядка будет опре­ деляться уравнениями с неопределенными коэффициентами [19], где в нашем случае щ будут пропорциональны направляющим

косинусам плоскости, проходящей через центр притяжения си­

стемы.

Положив dcp =

dta и подставив

в уравнение

(VI.4),

получим

2К2

 

 

 

 

+ А

 

 

со- -

V X1 + У2 +

(VI.5)

 

22

 

К( х . У. z) + f \ (х, у, z) + /3 (х, у. Z)

 

Устройство, в котором аргумент

управляется

в соответствии

с уравнением (VI.5), позволяет воспроизводить любое движение в задаче перемещения двух тел, т. е. движение как по эллипсам, так и по гиперболам и параболам.

236

Если

принять за координатную плоскость X Y плоскость ор­

биты, то

интеграл живых сил будет иметь вид

где а — большая полуось орбиты.

Знак минус имеет место в случае движения по эллипсу, знак плюс — в случае движения по гиперболе. При движении по па­ раболе отношение Ма равно нулю.

Например, если имеет место движение по эллипсу (начало координат в фокусе этого эллипса):

.V- 4 - 2 сх + с- , у2 .

------ й*--------г - р = 1 ,

где а, Ь — полуоси эллипса;с2 = а2 + Ьг, то структура модели­

рующей схемы описывается уравнениями:

 

dx

= со

У

dy_

= — СО X + с .

 

dt

 

ь2

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

_______ i_

 

со

 

 

 

]/~х* +

у*

а

 

 

 

 

а4 ! / 2 + 6 4 + с) 2

 

 

 

 

 

Если

происходит

движение

по гиперболе

(начало координат

в фокусе

гиперболы):

 

 

 

 

 

 

 

(х 4- с)2___ у^_

1

 

 

 

 

а2

 

Ь2 ~

 

 

где а, b — полуоси гиперболы; с2 = а2 + Ъ2, то структура схемы,

моделирующей движение по гиперболе под действием закона все­ мирного тяготения, будет описываться уравнениями:

dx

j / _

dy

X 4

 

~dt

= CO

ьг

dt

со

 

со = ±

K a r b 2

 

У х 2-\-у2

а

 

а*у2+ Ь4 (х + с) 3

 

 

 

Если имеет место движение по параболе (начало координат в фо­ кусе параболы)

У' = 2р [х + -% -},

237

где р — фокальный параметр,

то структура схемы, моделирую­

щей такое движение, будет описываться уравнениями:

dx

dji

(.op­

It =

dt

 

to —

 

2

 

 

(У2 + P2) V x - + y-

Для программирования движения с заданным полным уско­ рением по заданной кривой должна быть решена система уравне­ ний:

 

 

 

F , (a-„

a-j , . .

 

 

T о

 

 

 

 

 

 

F„ (,Vj,

a'2,

. .

 

,

x n) =

 

0;

 

 

(VI.ба)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^/1-1 (X t>

 

X2,

 

,

x „)

—• 0;

 

 

 

 

 

 

2

I

• • 2 ,

 

 

+

А',

 

 

W

 

 

(VI.бб)

 

 

Л' 1

4 “

А 2 -f-

 

 

 

 

 

 

При программировании кривой, заданной уравнениями (VI.6а),

^ - определяется системой

уравнений

 

(VI.2)

 

 

 

Если

 

dx,

 

г

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

х 2

 

 

■•

,

 

-v„),

 

 

 

 

 

-jp

“ /i

(-V,

 

 

 

 

 

 

 

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d-x,

d a с ,

 

 

 

 

 

 

 

, , ,

 

„ о

Щ\ р

(VI.7)

 

dtг-- ~ ~7Г

 

(А'ь Л'2> • • ■> хп) +

 

к=1

 

fk-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

случая двух

координат:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

У)'<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d(J

=

/ г ( А:,

y)\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V dx

 

 

dy

,2 /

 

(VI.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2y

__ da

 

 

 

 

 

 

2

 

/ df2

h

dfi

p ' .

 

 

f = ^ М * . y) + co2

 

dy

dx

' 1 /

 

 

di2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

,2

^ \dt2

 

)" =

^2-

 

 

 

 

 

 

V Ш 2

)

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d a

гл2

, dfx

f2

 

|

dfx

 

 

«f.

dfn

 

( ^ ; « + ® + 2 ^ i t л + 1dy- № + 1 № + 1dy ) +

+

[[ Ъ h

d h

h У +

df..

 

 

 

dh

 

h ) J -

■^ =-0 -

(VI.9)

+ 1

{^

 

/, + f

 

 

238

Рис. 128. Обрабатываемый профиль с участками уско­ рения и постоянной скорости

Из уравнения (VI.9) с учетом начальных условий по скорости

может быть

определена

величина

со.

хп) и величина со может

В общем случае da =

f (xlt х 2,

. . .,

вычисляться

с помощью специального

вычислительного устрой­

ства.

Если мх — величина аргумента в режиме ускорения, со0 —

величина аргумента, которая была в момент начала режима уско­ рения (она определяется значением скорости в начальный мо­ мент времени), то

Wj = со0 ± Jf(xj, хг,

,

хпа>) dt.

Знак плюс имеет место в случае разгона,

а знак минус — в слу­

чае торможения.

 

 

Если положить, что аргументом выходных интеграторов схемы, решающей уравнение (VI.2), является величина сох, то будет осу­ ществляться программирование заданной кривой с заданным пол­ ным ускорением W.

27. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ КРИВЫХ ВТОРОГО ПОРЯДКА

Рассмотрим вопрос о синтезе программирующего устройства для станка с программным управлением. По технологическим требованиям максимальная производительность станка обеспе­ чивается, если заданный профиль обрабатывается с максимальной скоростью подачи Vn и ускорением по­

дачи Wn. Наибольшие их допустимые

величины ограничиваются либо свой­ ствами режущего инструмента и обра­ батываемого материала, жесткостью станка и т. д., либо свойствами следя­ щих систем координат станка: макси­ мально допустимыми динамическими токами двигателей, наибольшими ско­ ростями, развиваемыми приводами, и т. д.

Программирующее устройство стан­ ка должно работать таким образом, чтобы обеспечить оптимальное програм­ мирование стайка, т. е. чтобы сигналы,

подаваемые на исполнительные системы привода координат стан­ ка, обеспечивали обработку заданного профиля за минимум вре­ мени с определенной точностью.

Для осуществления оптимального программирования в этом смысле может быть использовано управление аргументом.

Если наибольшие величины скоростей и ускорений ограничены свойствами механической части станка, то обрабатываемый про­ филь разбивается на участки движения с ускорением и постоян­

239

ной скоростью подачи Vn (рис. 128). Для программирования ре­

жима постоянной скорости должна быть решена система уравне­ ний (VI.1), а режима ускорения— система уравнений (VI.6).

Отметим, что минимизация потерь энергии в двигателях для станков на данном этапе их автоматизации не представляет ин­ тереса, так как стоимость электроэнергии, потребляемой стан­ ком, составляет очень незначительную долю от эксплуатационных расходов на обслуживание станка.

В случае, когда профиль описывается кривыми второго по­ рядка, структура устройства, программирующего режим постоян­ ной скорости, будет определяться уравнениями [19]:

% = Ax + BU + D;

£ =

- ( &

+ &, +

£);

 

dtp =

CDd t \

(VI. 10)

 

 

 

 

V2

 

 

 

vП

 

[Ax +

By + D)2+ (Bx +

Су -I- £ )-'

Структура устройства, программирующего режим ускорения, может определяться уравнениями (VI.6), но в этом случае устрой-

ство будет очень сложным. Например, в случае эллипса —г +

i_ j r 1 ь°-

dx

= со

у

.

 

dy

 

-

X

 

 

СО— 2

ч г

 

b2

 

dt ~

 

 

а2

 

d-x

 

dm

 

У

■>

X

 

dt2

~

1 Г

------СО"

а№ ;

 

 

Ь°~

 

 

dry __

dm

х

 

2

У

 

dF ~

~

~dF ~а*~~

 

 

aW

величина со в движении с заданным полным ускорением Wn бу­

дет определяться из уравнения

{ — ) (xW + fa*) - 2со2 ^ ху (а2 - £>2) + со'1(х2 + if) = « W 2.

В случае окружности х2 + у 2 = R 2 величина со будет определяться

из уравнения

 

dm

— со4

U

 

Возможен иной подход к программированию движения с по­ стоянным по модулю полным ускорением [19].

240

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ