Формирователь собран на триодах Т±Тг по схеме ждущего мультивибратора и предназначен для увеличения длительности приходящих на его вход импульсов до заданной величины. Дли
тельность импульса |
определяется |
постоянной времени разря |
да конденсатора Сг |
по цепи: триод |
сопротивление /?6 с о |
противление источника питания Rs .Положительные импульсы, снимаемые с коллектора 7^,через разделительную емкость С3 подаются на базу эмиттерного повторителя Т3 /типа л - р - п / . Диод Л г служит для восстановления постоянной составляющей напряжения на емкости С3,позволяя ей быстро разряжаться по сле прохождения положительного импульса. Эмиттерные пов торители усиливают по мощности импульсы формирователя и согласуют выход ждущего мультивибратора со входом мощного выходного каскада.
Выходной каскад выполнен на двух триодах Т6 и Т,вклю ченных параллельно с целью получения большой выходной мощ ности. Коллекторы триодов питаются непосредственно напря жением 27 в от мощного источника питания. Нагрузка вклю чается в цепь эмиттеров триодов. В исходном состоянии для уменьшения начальных токов триоды Г и 7^ заперты положи тельным напряжением, снимаемым с делителя R{3 , Rtii, Отри цательные импульсы, поступающие на базы триодов, открыва ют их, ссздазая в цепи нагрузки мощные импульсы тока.
В рассматриваемой системе используются шаговые двига тели с двумя обмотками, которые, как указывалось, не тре буют специальных электронных схем управления; а направле ние вращения их зависит от того, на какую из двух обмоток будут подаваться импульсы.
При работе : режиме разовой отработки входной величи ны импульсная следящая система с синхронной передачей зна чительно упрощается. В такой системе /р и с .181/ шаговые дви гатели управляются импульсами, получаемыми от однополупериодных выпрямителей. Момент на валу ШД в этом случае прак тически такой же, как и при работе с прямоугольными импуль сами, при условии, что действующее значение синусоидально
го напряжения равно амплитуде прямоугольного импульса. Принцип действия системы состоит в следующем. Поворотом входного вала заводится контактное приспособление, через которое подается питание на обмотку электромагнитного ре ле постоянного тока. Импульсы от выпрямителей через замк нутые контакты реле поступают на ШДХ, включенный в цепь обратной связи и одновременно на шаговые двигатели синх ронной передачи. Двигатель ШД отрабатывает контактное при способление и тем самым обесточивает реле$ контакты раз мыкаются и подача импульсов на принимающие двигатели прекращается. За время отработки входной величины контак ты КП замыкаются и размыкаются только по одному разу, и поэтому возможна потеря двух импульсов. При соответствую щем выборе цены импульса ошибка отработки может быть весь ма малой по отношению ко всей отрабатываемой величине.
Таким образом, первая из рассмотренных схем обеспечи вает отработку входной величины с абсолютной погрешностью, не превышающей цену одного импульса, и может работать как в режиме слежения, так и в режиме согласования. Вторая схе ма обеспечивает отработку с погрешностью, которая не пре восходит величину, соответствующую двум импульсам, и мо жет работать только в режиме согласования. Преимуществом этой схемы является ее простота.
§ 40. Использование шаговых двигателей в |
системах |
цифрового |
программного управления |
объектами |
Наиболее широкое |
распространение шаговые |
двигатели |
нашли в разомкнутых системах цифрового программного управ ления в качестве преобразователей числа импульсов в угол поворота вала. Функциональная схема такого преобразовате ля показана на рис.182. На вход системы через определен ные промежутки времени поступают цифровые коды приращений входной величины преобразующиеся с помощью специ
ального преобразователя в число импульсов. Эти импульсы
21 321
усиливаются и воздействуют на шаговый двигатель» На схеме отдельно показан редуктор, который служит для преобразова ния шага двигателя в элементарный угол на выходе системы. Вследствие этого каждый импульс вызывает поворот выходно го вала на угол, соответствующий единице младшего разряда цифрового кода, причем направление движения определяется знаком приращения д в .В системе отсутствует контроль выходной величины с помощью обратной связи, поскольку пред полагается, что потеря импульсов исключена.
На рис.183 показана аналогичная система, где более подробно дана схема преобразователя цифрового кода в чис ло импульсов /блок ц / чи / . Параллельный цифровой код при ращения л Q поступает в триггерный счетчик СЧ. Цифро-
вой код с помощью преобразователя ц / н преобразуется в не прерывное напряжение, управляющее схемой совпадения С и частотой генератора импульсов ГИ. Эти импульсы поступают через схему С на ШД и одновременно идут на счетчик, где вычитаются из цифрового кода. Когда в счетчику оказывает ся нуль, то поступление импульсов через схему совпадения прекращается до момента появления в счетчике нового кода
^ ®8сс • ■
Таким образом, за каждый цикл вычислений, выполненных машиной, производится преобразование цифрового кода в чис ло импульсов, которые управляют шаговым двигателем. Нап равление вращения определяется с помощью специального реле знака в соответствии со знаком кода.
Рассмотрим основные принципы работы разомкнутых си стем цифрового программного управления /ЦПУ/, преимущество которых заключается в их простоте по сравнению с замкнуты ми системами цифрового автоматического управления. Блоксхема одной из таких систем, осуществляющая управление объектом по двум координатам, показана на рис.184.
Требуемая траектория движения управляемого объекта обычно разбивается на отдельные участки. Так, если траек-
тория |
задана уравнением y = f ( x ) ^ то задается ряд |
опорных |
точек |
на траектории с координатами х^ и ^ .Задача |
програм |
много управления состоит в том, чтобы по данным координа там воспроизвести точно или приближенно траекторию
т .е 0 выполнить интерполяцию между опорными |
точками и |
осу |
ществить движение управляемого объекта на |
основании |
выра |
ботанных |
сигналово |
|
|
Для |
решения этой задачи используют интерполяционные |
устройства /интерполяторы/, которые являются спе . !Л’-'’:,,,ро-
ванными вычислительными машинами, Для вне-"- |
иных в интер |
полятор применяют перфоленты или м, . . |
■ |
.унты. Выходные |
сигналы интерполятора представляют собой унитарный /число импульсный/ код, который либо непосредственно используется для управления объектом, либо предварительно записывается на промежуточный носитель /например, на магнитную ленту/,
который в дальнейшем используется для управления |
объектом, |
В последнем случае один интерполятор |
может использоваться |
для обслуживания нескольких объектов |
управления. |
Кроме то |
го, это е о многих случаях позволяет повысить надежность си стем ЦПУ,
Сигнал программы, записанный на магнитной ленте в ви де последовательности импульсов различной скважности и се рий различной полярности /перемена полярности обусловлива ет изменение направления вращения ШД/, считывается в блоке считывания, С обоих выходов блока считывания импульсы про граммы поступают на различные входы триггера знака и одно
временно на вход линии задержки. Триггер знака |
в |
зависимо |
сти от того, на |
какой вход поступают импульсы с |
выхода б ло -' |
ка считывания, |
подготавливают схему управления |
ШД для ра |
боты в том или |
другом направлении. Линия задержки |
сигнала |
программы необходима для задержки импульсов на время сраба тывания триггера знака. Дальнейшее поступление импульсов на шаговые двигатели и работа их осуществляется в известном порядке.
Таким образом, в результате согласованного движения
шаговых двигателей по двум координатам запрограммированной кривой осуществляется управление движением объекта в одной плоскости.
Линейный интерполятор
Задача линейного дискретного интерполятора состоит в том, чтобы на основании данных, записанных в программе, выдавать серии импульсов, частота которых пропорциональна величинам приращений координат д сс и Д ^ на данном участке интерполирования.
На рис.185 показан участок интерполирования функции заданной рядом дискретных точек. Величины 8Л и 8„ пред ставляют собой соответственно погрешность линейной непре рывной интерполяции и погрешность при линейной дискретной интерполяции. Если принять, что цена одного импульса равна а Е ,то число импульсов по выходным каналам интерполятора будет
|
|
д х |
* |
/3 1 5 / |
|
" х = - A t |
A t |
Отсюда можно найти среднюю частоту следования импуль |
сов: |
|
|
|
п„ |
|
|
|
|
|
L |
лЬ |
|
/3 1 6 / |
где д t - |
|
й Ь |
время отработки данного участка интерполирования. |
Серии импульсов с частотой, пропорциональной дискрет |
ным числам |
лх и л |
, могут |
быть получены различными спосо |
бами. В линейных дискретных интерполяторах, используемых в системах ЦПУ, наибольшее распространение получила схема с делителем частоты.
На рис.186,а дана схема основного узла интерполятора, состоящая из входного регистра Р,делителя частоты ДЧ, пред ставляющего собой несколько последовательно включенных триг геров, схем совпадения В0 . . . Ък и схемы "ИЛИ*.
На вход делителя частоты от генератора импульсов ГИ подаются импульсы с частотой J . С выходов триггеров на
схемы совпадения поступают импульсы с частотами
1±
г’ *<?е >••• г к •
Требуемое приращение в обычном двоичном коде записы вается так:
дсс = п х л 1 |
= а £ ( а к_{ £ к i + ok a £ k |
z+ ... + a i £ i+ a 0 £ ° ) , |
|
где |
о0 а± . . . |
являются двоичными цифрами. |
|
|
|
Если на делитель частоты подать 2 |
импульсов, |
то |
на |
выходе триггеров получим следующее число импульсов: |
|
|
k-i |
- |
|
|
|
к-2 |
- на 2-ом триггере |
и , |
на |
2 |
на 1-ом триггере, 2 |
|
конец, |
2° |
на |
к -ом триггере, |
т .е 0 |
последовательность |
чи- |
сел |
импульсов |
|
k-i |
, |
2 |
к-г |
|
п |
|
|
имеет вид 2 |
, . . . |
2 . |
|
|
|
Если установить схемы совпадения в |
положение, |
опреде |
ляемое |
коэффициентами |
ок_± , |
а к_г . . |
. ао , то общее |
число |
импульсов |
на |
выходе х |
схемы |
"ИЛИ" |
будет |
равно пх . Следова |
тельно, |
если |
в регистр |
ввести |
число |
пх |
в обычном двоичном |
коде, а управление схемами осуществить от соответствующих разрядов регистра, то на выходе схемы "ИЛИ" получим число
импульсов, равное п х . |
|
Для правильной работы схемы необходимо, чтобы импуль |
сы ДЧ |
не совпадали по времени. Если входную последователь |
ность |
импульсов от ГИ пронумеровать в порядке I , 2, 3 . . . , |
то для правильной работы схемы необходимо, чтобы последова
тельность |
импульсов на |
выходах соответствующих триггеров |
имела вид |
|
(£mk- i ), |
/317/ |
|
|
где Nk - |
порядковый |
номер импульса» |
|
к- порядковый номер триггера /счет ведется от вхо да ДЧ/»
in - |
целое число |
/ т. |
= |
I , |
2, 3 . . . / . |
|
к |
|
|
п |
что |
с |
выхода |
первого тригге |
Из формулы /3 0 3 / |
видно, |
ра должны пройти 1-й, |
3-й, 5-ый |
импульсы? |
с выхода |
второ |
го триггера |
- 2-й, б-й, |
10-й, . . . |
импульсы и т .д . |
Разде |
ление импульсов во времени для трех триггеров показано на
рис. 186,(3.
Рассмотренная схема делителя частоты характеризует ся тем существенным недостатком, что на выходе схемы "ИЛИ" последовательность импульсов во времени будет неравномер
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ной. Пусть, например, открыты схемы совпадения Bk_d |
и |
Вк_г . |
Тогда на выходе В к_( |
и Вк_2 |
получим такую |
последовательность |
импульсов |
Ni * I , |
3, |
5, |
7, 9 . . . |
и |
Ыг = 2, |
б, |
10 . . . , |
а на выходе схемы |
"ИЛИ" |
окажется |
по |
следовательность импульсов: |
N i |
2 = I , |
2, |
3, |
5, 6, 7, |
9, |
10 . . . , |
что |
нежелательно. |
|
|
|
|
|
|
Следует |
отметить, что |
при неравномерном |
распределе |
нии последовательности импульсов во времени увеличивает ся отклонение ступенчатого профиля от аппроксимирующей кривой, а также ухудшается динамика работы шаговых двига телей. В приведенном примере интервал между импульсами из меняется в два раза, что можно рассматривать как двукрат ное изменение частоты.
Этот недостаток в значительной степени устраняется, если к выходу схемы "ИЛИ" подключить усредняющие тригге
ры. |
Если применить только один усредняющий триггер, |
то по |
лучится такая последовательность импульсов: 2, 5 , |
7, |
10, |
13 |
. . . Неравномерность распределения уменьшилась. |
|
|
|
Неравномерность распределения импульсов во времени |
можно характеризовать следующей |
зависимостью: |
|
|
|
^ |
^ m i n |
|
/318/ |
|
^ ^тоэс |
|
|
|
|
где |
д i т1п - минимальный интервал между двумя |
соседни |
|
ми импульсами; |
|
|
|
д 6тах- максимальный интервал между двумя соседни ми импульсами.
Для схемы без усреднения
^^min = 4- ; S=5o°/o
Дt max
Если применен один усредняющий триггер, то
|
^ ^min |
- ; |
гО ■ |
|
|
4 |
8 = ъ з % |
|
Можно показать, |
что для п |
усредняющих триггеров: |
|
Д Ь. |
_ |
|
|
|
тьп |
; |
8 - ^ iooJo . |
|
& К а х |
£ ”+ i |
|
|
|
Уже при четырех усредняющих триггерах неравномерность достаточно мала.
Блок-схема линейного дискретного интерполятора совме
стно с узлом ввода программы и считывания приведена |
на |
рис.187. |
|
Интерполятор состоит из следующих основных узлов: УВ - устройство ввода программы} СУ - считывающее устрой
ство} ЗУ1 и ЗУ2 - промежуточные запоминающие устройства; ДЧ - делитель частоты} ПУЗ - узел переключения запоминаю
щих устройств. Знак - узел |
переключения знака чисел |
пх |
и |
л ; ТЦ - триггер цикла; В1 |
, Ва - схемы совпадения. |
|
Программа записывается на стандартной пятидорожечной |
перфоленте. В программе указываются величины пх и |
, |
а |
также вспомогательные команды. Перфолента состоит из несколь
|
|
|
|
|
|
ких участков. |
Каждый участок состоит |
из 12 тактов. |
Один |
из |
таких участков программы приведен на рис.188. Числа лх |
и |
записываются |
на первой и второй дорожках. Максималь |
ное |
значение чисел |
лх и незаписанное |
в данном случае |
на |
одном участке, |
равно 511 элементарным |
дискретным прираще |
ниям. В третьем такте на первой и второй дорожках указывает
ся |
знак чисел |
пх и п . |
Второй |
такт |
отведен под |
команды |
"Переключение |
ЗУ" /отверстие |
на I -й дорожке/. В |
первом так |
те |
указывается |
команда |
"Сброс |
ЗУ". |
В двенадцатом |
такте на |
четвертой дорожке обозначается команда "Стоп". По этой ко манде останавливается лентопротяжный механизм устройства ввода. Команды, записанные на перфоленте, считываются щу
пами СУ, количество которых соответствует числу дорожек |
|
перфоленты. |
|
|
|
|
Для координат х |
и ^ |
применен один |
общий делитель |
ча |
стоты, состоящий из девяти |
триггеров по |
числу разрядов л х |
и п„ . В соответствии |
с рис.187 регистром являются ЗУ, |
и |
ЗУг .
Программа с перфоленты записывается в промежуточное ЗУ в число-импульсном коде. В рассматриваемой системе ЦПУ предусмотрено управление объектом как от интерполятора, так и от промежуточной памяти. Для этого к выходу интерполято ра подключаются либо схемы управления, распределяющие по следовательность импульсов по фазам ШД, либо узел записи программы на магнитную ленту.
§ 41. Цифровая следящая система с измерением
приращений выходной |
величины |
Из всех возможных разновидностей |
преобразователей |
"код-аналог" с обратной связью, отличающихся видом анало говой величины на выходе с преобразователя, получили рас пространение только преобразователи кода в угол поворота выходного вала. Использование преобразователей такого типа для преобразования кодов в напряжение затруднено тем, что не существует устройств, позволяющих на длительное время запомнить амплитуду полученного напряжения.
Преобразователи кода в перемещение, имеющие цепь об ратной связи, обычно называемые цифровыми следящими систе мами /ЦСС/, являются частным случаем импульсных систем ав томатического управления. Изложение вопросов теории этих
систем и, в частности, вопросов устойчивости, передаточных и переходных функций и других характеристик выходят за рам ки данного учебного пособия. В этой главе будут рассмотрены структурные схемы ЦСС, принципы их работы и основные элемен
ты, из которых они состоят. На рис.189 представлена упрощен ная классификация цифровых следящих систем. Из нее видно, что ЦСС можно построить с использованием метода измерения единичных приращений или метода измерения полных значений выходной величины.
На рис.190 дана блок-схема ЦСС с измерением прираще ний углов. Измерительное устройство этой системы представ ляет собой датчик импульсов /Н/ЧЦ/, каждый из которых по является при повороте выходного вала на элементарный угол, соответствующий единице младшего разряда.
Таким образом, приращение д 0gb(3C преобразуется в чис
ло-импульсный код, причем импульсы появляются не периодиче ски, а по мере изменения %ЫХ.В качестве импульсных датчи
ков могут быть использованы контактные, индуктивные, тран сформаторные, фотоэлектрические, которые рассматривались в гл.У1. На вход системы в дискретные моменты времени поступа ют цифровые коды приращений входной величины д 0 £ х , кото
рые с помощью преобразователя цифрового кода в число импуль
сов Ц/ЧИ |
|
также выражаются числом импульсов. Цифровое |
сравнивающее |
устройство /СУ/, на входы которого поступают |
импульсы |
от |
преобразователей |
Ц/ЧИ и |
Н/ЧИ, а также информа |
ция о заданном и измеренном направлениях |
вращениях /" зн а к " /, |
определяет |
разность приращений |
д0£ х |
и |
дб) gbl3C.B качестве |
сравнивающего устройства обычно используется реверсивный счетчик импульсов, разность на выходе которого получается в виде цифрового кода. Цифровой код разности преобразуется в
непрерывную величину /напряжение, |
ток, |
магнитный поток |
и |
д р ./, которая усиливается и используется для управления |
|
исполнительным двигателем. |
|
|
|
Для уменьшения динамического |
угла |
рассогласования |
в |
