Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Средства гидропневмоавтоматики

дополнительных логических элементов в БУ.

Этапы структурного синтеза многотактной системы управления отличаются от эта­ пов синтеза однотактной системы и могут быть представлены в виде:

1)На основе технического задания на систему строится тактограмма, если она не задана,и составляется таблица состояний (включений). При использовании графоанали­ тического метода синтеза составляется граф последовательности тактов (первичный граф) и граф включений (вторичный граф).

2)Проверяется реализуемость тактограммы (таблицы, графа) и определяется необ­ ходимое число элементов памяти - триггеров.Устанавливается последовательность пе­ реключения триггеров.

3)Составляются уравнения выходных сигналов и производится их минимизация.

4)Строится структурная и принципиальная схема системы управления, в которую

входят исполнительные органы с распределителями и конечными выключателями, БУ

собратными связями —триггерами.

5)В соответствии с техническим заданием уточняются сигналы и алгоритм воздей­ ствия оператора на систему в наладочном режиме и при нерегулярных ситуациях.

Проследим этапы синтеза на простых примерах. Пусть требуете^ построить систему управления двумя цилиндрами, работающими по циклу 1 - 2 - 2 - 1 (черточка над ци­ фрой означает возвратное перемещение соответствующего поршня); в схеме использо­ вать пневмораспределители двустороннего действия; исходным положением поршней являются положения, когда штоки втянуты; для контроля исполнения команд исполь­ зовать конечные путевые выключатели.Обозначения цилиндров,распределителей, вход­ ных сигналов,поступающих от конечных выключателей в БУ,выходных сигналов прини­ маем согласно рис.8 . 1 (для двух первых цилиндров).

Составляем по заданному циклу таблицу состояний (см.таблицу 8.9).В таблице про­ ставлены граничные выходные сигналы, поступающие от конечных выключателей в на­ чале каждого такта (в конце каждого предьщущего), и в скобках - те промежуточные

и убеждаемся,что совпадающие такты развязаны. Кроме того комбинации промежуточ­ ных входных сигналов не совпадают с комбинациями граничных входных сигналов.

Теперь нужно организовать выходные сигналы для включения триггера в 6 -ом такте и выключения его в одном из тактов 2 - 4. Для отключения триггера можно использо­ вать основной выходной сигнал У2, появляющийся во 2-ом такте и исчезающий в 4-ом такте.Для включения триггера в 6 -ом такте нет основного сигнала,следовательно, необ­ ходимо создать на выходе БУ дополнительный сигнал j»/-,равный единице в 6 -ом такте.

Согласно таблице 8.11 записываем уравнения выходных сигналов (с учетом проме­ жуточных комбинаций) в виде ДСНФ:

в уравнениях (8 .8 ) в скобках написаны комбинации промежуточных входных сигналов.Эти комбинации необходимо учитывать в уравнениях,поскольку в рассматриваемой системе уравнения применяются односторонние распределители,и необходимо поддер­ живать обязательное состояние выходных сигналов в указанных в таблице 8 . 1 1 тактах как при фаничныхтак и при промежуточных комбинациях входных сигналов.

Выражения (8.7) и (8 .8 ) содержат избыточность и нуждаются в упрощении. Если по этим уравнениям построить структурную схему системы управления,то получится нео­ правданно громоздкая и дорогая схема.Чтобы реализовать указанные зависимости наи­ более рациональным образом,нужно провести минимизацию уравнений (8.7) и (8 .8 ).

8.7. Способы минимизации многотактиых систем

Под минимизацией, как известно, понимается сведение к минимуму числа членов логической функции,числа переменных в каждом члене и числа знаков логических опе­ раций. Вконечном итоге, минимизация проводится с целью максимального упрощения структуры проектируемой системы и построение ее с минимальным количеством логи­ ческих элементов.

При синтезе многотактныхсистем могут использоваться те же методы минимизации, что и при синтезе однотактных систем. Некоторые методы применимы только к многотактным системам, например, методы определения минимального числа триггеров для обеспечения реализуемости таблиц состояний.Широко известны и используются следу­ ющие методы минимизации:

- методы синтеза по таблицам состояний с последующей минимизацией структуры табличным способом (раздел 8.4) или при помощи матриц Карно;

-графоаналитический метод,базирующийся на представлении условий работы многотактной системы в виде графа;

-метод Хафмена определения минимально необходимого числа триггеров;

-метод, разработанный во ВНИИ гидропривода с применением языка режимов,ус­ ловий и ситуаций (ЯРУС).

8.6.1. Минимизация логических функций с использованием матриц Карно представля­ ет собой разновидность табличного метода минимизации. Матрица Карно - это табли­ ца, содержащая 2 " клеток, где п — число переменных входных сигналов. Матрица состав­ ляется для каждого выходного сигнала отдельно, по сторонам матрицы располагаются значения входных сигналов так,чтобы рядом расположенные клетки (по горизонтали и по вертикали) были соседними,т.е.отличались друг от друга значением только одной пе-

сводится к следующему. Первоначально объединяются две рядом расположенные рабо­ чая и условная клетки и тем самым исключается одна переменная. В результате полу­ чается зона из двух клеток. Эту зону можно склеивать с рядом расположенной другой зоной, состоящей из двух условных клеток, в результате чего исключается другая пере­ менная и получается новая квадратная зона, состоящая из четырех клеток. Затем эту но­ вую зону можно склеивать с другой рядом расположенной зоной из 4-х условных кле­ ток и объединять в этих зонах рабочую клетку с соседней с ней условной клеткой, что приводит к исключению еще одной переменной. При таком объединении клеток в скле­ иваемых зонах рабочая клетка объединяется только с соседней условной клеткой каж­ дой зоны. Получившаяся вследствие склеивания зона обводится штриховой линией, а объединенные в ней клетки - штриховыми кружочками (см.рис.8 . 1 0 ).

Рабочая клетка,а также полученная в результате объединения рядом расположенных клеток зона могут объединяться с условными клетками и соответствующими зонами, симметрично расположенными, относительно главной или половинной осей матрицы. При этом должно соблюдаться условие - все клетки склеиваемой зоны должны быть условными.

Покажем на примере рис. 8.10 порядок объединения клеток. Рабочую клетку у,=1 объединяем с рядом расположенной нижней клеткой (рис.8 .1 0 ,а) и тем самым исклю­ чаем переменную дсг,так как ее значения в этих клетках разные. Полученную зону из двух клеток склеиваем с симметричной ей относительно четверенной оси зоной, состоящей из двух условных клеток и,следовательно,исключаем переменную Х2 .Далее образовавша­ яся зона из 4-х клеток может быть склеена с симметричной ей относительно вертикаль­ ной половинной оси зоной, состоящей из 4-х условных клеток. Отыскиваем в этой но­ вой зоне соседнюю к рабочей клетку и объединяя их исключаем переменную х'| .Таким образом образовалась зона 1 ,в которой произведено тройное объединение рабочей клет­ ки с соседними к ней условными клетками,в результате чего из уравнения исключены три переменные.

Анализируя далее матрицу Карно (рис.8 .10,а) видим,что в ней имеется зона 2,сим­ метричная зоне 1 , относительно горизонтальной главной оси и состоящая из условных клеток. Следовательно, можно в этих зонах объединить рабочую и условную соседние клетки и исключить еще одну переменную дс'г-Рабочую клетку зоны 1 нельзя объединять с соседней условной клеткой, симметрично расположенной относительно вертикальной

матрицы, имеются запрещенные состояния. В результате проведения описанной проце­ дуры объединения клеток матрицы получим окончательное выражение yi=Xj.

Проделав аналогичную процедуру с матрицей (рис.8 .10,б), получаем j'';=X2JCy. Здесь первоначально объединив рабочую клетку с условной клеткой 0 1 1 1 1 , а затем с услов­ ной клеткой 00101,исключили переменные х '2 и дс'/. Затем,объединив расположенную в зоне 1 рабочую клетку с клеткой И 1 0 1 ,расположенной в симметричной зоне 2 ,исклю­ чили Ху.Других возможностей объединения клеток в данной матрице нет.

В матрице на рис. 8 .10, в объединение клеток сначала осуществлялось в зоне 1,а затем объединялась рабочая клетка с соседними клетками в симметричных относительно глав­ ных осей зонах 2 и З.Врезультате исключены переменные х„ Х2, х '2 и получено У2=х'рст.

И,наконец,в матрице рис. 8 . 10,г) рабочая клетка объединяется с клетками 01010 и 01111,что приводит к исключению Хт-и .Дальше объединяется рабочая клетка с клет­ кой 0 0 0 1 1 , расположенной симметрично относительно вертикальной половинной оси, и исключается еще одна переменная х',.Так как в образовавшейся зоне, расположен­ ной слева от главной вертикальной оси, и в симметричной ей зоне, расположенной

справа от указанной оси,нет запрещенных состояний,можно объединять рабочую клет­ ку с соседней клеткой 11011. Врезультате исключается переменная дс, и в итоге всей процедуры получаем Итак,на основании проведенной минимизации с помощью матриц Карно уравнения (8.7) принимают вид:

Ух = .• У г = ;у '2 = ^ 2 / У , =

Методика минимизации с помощью матриц Карно оказывается удобной при не­ большом количестве тактов, входных и выходных сигналов, а также при приобретении

8.6.2. Графоаналитический метод синтеза (минимизации). Этот метод разработан уче­ ными Киевского политехнического института и отличается простотой, наглядностью и сравнительно небольшой затратой времени на его исполнение.Структурный синтез си­ стемы управления по этому методу проводится в следующем порядке;

-строится первичный граф (граф последовательности тактов) и проводится его ана­ лиз на реализуемость;

-первичный граф приводится к реализуемому в случае необходимости;

-строится вторичный фаф (фаф включений);

-на основе вторичного графа составляются минимизированные уравнения выход­

ных сигналов и при необходимости производится их корректировка; - по полученным уравнениям производится построение структурной схемы.

Рассмотрим указанные этапы синтеза системы управления с использованием рас­ пределителей разных типов.

\.Построение первичного графа.См^лъю проверки цикла на реализуемость и установ­ ления нужного количества триггеров (элементов памяти) строится первичный граф в виде окружности,разделенной на равные дуговые участки (рис. 8 .1 2 ).Число дуговых уча­ стков соответствует числу тактов в цикле,точки деления окружности образуют верши­ ны графа. Одну вершину графа принимают за исходную (начало цикла) и, начиная от нее по часовой стрелке нумеруют по порядку все вершины в соответствии с последо­ вательностью работы исполнительных органов. Например, первичный граф (рис. 8 .12,а) соответствует очередности работы исполнительных органов 1-2-3-1-2-3; рис. 8 .12,6 - 1- 2-3-2-1-3; рис. 8 .12, в - 1-2-1-2^-З-З.Все циклы приведенных первичных графов начина­ ются с работы первого исполнительного органа,хотя могут быть циклы,начинающиеся с работы второго или другого исполнительного органа. Инверсные друг к другу верши­ ны графа,например,вершины 2 и 2 ,называемые сопряженными вершинами,соединяют-

Рис. 8.12. Первичные графы реализуемых (а,б), нереализуемых (в,г) и приведенных к реализуемым циклам (д,е).

ся между собой сплошными линиями связи.Линии связи образуют внутри первичного графа зоны (см.рис.8 .1 2 ,а,б).

О реализуемости цикла можно судить по наличию в первичном графе одной или не­ скольких неопределенных зон, которые характеризуются наличием в них линий неопре­ деленности. Линией неопределенности называется линия,соединяющая две любые вер­ шины графа и разделяющая имеющиеся внутри графа линии связи,не пересекая ни од­ ну из них.Вграфах рис.8 .1 2 ,а,б невозможно провести ни одну линию неопределеннос­ ти.Значит в этих графах отсутствуют зоны неопределенности и,следовательно, циклы ре­ ализуемы - не требуется вводить дополнительно элементы памяти. Графы (рис. 8 .12, в,г) имеют по одной зоне неопределенности, в которых проведены линии неопределеннос­ ти (штриховые линии). Значит эти графы требуется привести к реализуемым.

\\.Ддя приведения нереализуемого графа к реализуемому необходимо провести через весь фаф одну или несколько дополнительных прямыхлиний обратной связи таким об­ разом, чтобы эти линии пересекли максимально возможное число основных линий свя­ зи и линий неопределенности, а также пересекались между собой (если несколько ли­ ний обратной связи).Пересечения дополнительной линии обратной связи (линии АБ на рис.8 .1 2 ) с окружностью графа образуют дополнительные вершины —новые состояния в обратной связи БУ, получающиеся при вводе триггера. Каждая дополнительная линия обратной связи означает ввод в БУ новой и обратной связи для развязки цикла. Для преобразования циклов согласно рис. 8 .1 2 , д,е из нереализуемых в реализуемые доста­ точно провести по одной дополнительной линии АБ, поскольку эти линии обратной связи пересекают все основные линии связи и линии неопределенности (штриховые).

Положение дополнительныхлиний обратной связи и,следовательно,дополнительных