Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Структурный синтез аппаратной реализации алгоритмов работы цикловых систем. Учебное пособие
.pdf
4. Если зона действительных значений опорного сигнала для данного
z
z
z
z
выхода больше зоны действия самого выхода, то в уравнении к опорному
сигналу добавляется сомножитель из числа входных сигналов, зона действительных значений которого пересекается с зоной опорного сигнала
и пересечение не выходит за пределы зоны действия данного выхода.
5. Если в графе имеются
повторяющиеся опорные сигналы, то
в уравнения соответствующих им выходов вводятся дополнительные
сомножители из числа входных сигналов, образующих такие пересечения,
которые однозначно определяют зону действительных значений каждого
из этих опорных сигналов.
6. Если данный выход повторяется в графе, то его уравнение имеет
вид суммы уравнений составляющих.
Б. Для распределителей с односторонним управлением (без «па-
мяти»)
:
1. Уравнения составляются только для прямых выходных сигналов
(без знаков инверсии) и так, чтобы действительное значение выходного
сигнала поддерживалось в пределах всей зоны его действия.
2. Уравнение данного выходного сигнала всегда содержит опорный
сигнал для вершины графа, из которой он выходит, и инверсию опорного
сигнала для вершины, из которой выходит инверсный
по отношению
к нему выходной сигнал.
3. Указанные в п. 2 опорные сигналы в составе уравнения для данного выхода могут образовывать дизъюнкцию, конъюнкцию, сочетаться
с другими входными сигналами (пересекаться или дополняться) и так, чтобы определяемый ими выход имел непрерывное значение в пределах всей
его зоны действия и только в этих
пределах.
4. Если опорные сигналы повторяются в графе, то к ним добавляются
такие сомножители из числа входных сигналов, чтобы образовавшиеся пересечения однозначно определяли зоны действительных значений для
каждого из повторяющихся опорных сигналов.
5. Если прямой выходной сигнал повторяется в графе, то его уравнение представляются в виде дизъюнкции уравнений составляющих.
6. Полученные уравнения выходных сигналов следует при возможности упрощать, применяя законы алгебры логики.
Применение данных правил рассмотрим на примерах.
Пример 4.1. Пневматическая система имеет четыре ИУ – пневмати-
ческих цилиндра, управляемых от двухпозиционных золотниковых распределителей (с «памятью»), команды на которые поступают от элементов
системы управления (рис. 4.7). Команды, переключающие распределители
в положения
, z3, z4; инверсные команды
z
2
, при которых происходит выдвижение штоков, обозначены z
,
,
,
1
2
подаются при втягивании што-
3
4
1
ков ИУ. Крайние положения штоков контролируются с помощью конечных выключателей x
, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8.
1
,
41
Рис. 4.7. Схема системы из четырех ИУ
ZZZ
Z
с распределителями двухстороннего управления
Последовательность тактов цикла работы ИУ следующая: вначале
одновременно выдвигается штоки пневмоцилиндров Z1 и Z2; затем выдвигается шток пневмоцилиндра Z3; потом втягивается шток пневмоцилиндра
Z1 и одновременно выдвигается шток пневмоцилиндра Z4; затем втягивается шток пневмоцилиндра Z2; в конце цикла одновременно втягиваются
штоки пневмоцилиндров Z3 и Z4. Последовательность работы ИУ описы
-
вает первичный граф, показанный на рис. 4.3 в. Требуется составить уравнения выходных сигналов управления распределителями по вторичному
графу этого цикла (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Пример первичного нереализуемого графа (а)
1221
и вторичного реализуемого графа (
42
б) для цикла:
Решение. Применяя п.п. 1...3 правил А, находим:
ZZZ
Z
ZZZ
Z
Y
ZZZZZ
Z
RS
.;;;
xzxzxxzxz
1
2
6
3
81
Примечание. В уравнение для выхода
тель
x , ограничивающий зону действительных значений 4z , т.к. опорный сигнал
4
1
z существует и в вершине, из которой выходит инверсный сигнал
6
4
3
z по п. 4 правил А добавлен сомножи-
4
3
Пример 4.2. Составить уравнения выходных сигналов для цикла ра-
z .
4
;;;;
xxzxxzxxzxxz
464423752751
боты двух ИУ:
Решение. Первичный граф цикла
1221
.
1221
нереализуем и приводится к реализуемому виду введением RS-триггера
(рис. 4.8, а). На основе вторичного графа для заданного цикла, показан-
ного на рис. 4.8, б., составляются уравнения для выходных сигналов системы управления. Если распределители с «памятью», то по п.п. 1...4
правил А находим:
.;;;;;
1
1221
3
2
xRyzyxzxSyxzyz
4
Если используются распределители с односторонним управлением, то:
xyz (п.п. 1...3 правил Б);
1
3
yxyxz
(п.п. 1...3, 6 правил Б);
222
xS
(правила А);
1
(правила А).
xR
4
При анализе вторичного графа необходимо учитывать, что выходные
сигналы RS-триггера
y и y инверсны и изменяют свои значения одновре-
менно. Наличие же тактов, отведенных для переключения триггера, чисто
формально, т.к. их продолжительность пренебрежимо мала по сравнению
с продолжительностью тактов, в которых срабатывают ИУ.
Пример 4.3. Необходимо составить уравнения выходных сигналов
для цикла
. Особенность данного цикла – дву-
122221
кратное срабатывание второго ИУ и повторяющиеся из-за этого комбинации входных сигналов. Первичный граф цикла нереализуем и требует для
развязки ввода
(рис. 4.9,
б) имеются повторяющиеся опорные
триггеров 1Y и 2Y (рис. 4.9, а). Во вторичном графе
и
x
3
и выходные
x
4
и
z
z
2
2
сигналы.
По правилам А для распределителей с памятью с «памятью» уравне-
ния выходных сигналов получаются следующими:
; yyxzyz (множитель
1
11
опорного сигнала
3
x от зоны действия такого же опорного сигнала в ниж-
3
12
ней части графа – п. 5 правил А);
'
2
yyxz ;
12
"
2
2
yyz и тогда
2
1
y отделяет зону действия
2
"
'
zzz (п. 6 правил А), где
2
22
"
yyyyxz ;
122
2
12
'
zzz ,
2
22
43
где
ZZZZZ
Z
'
2
yyz ;
"
2
12
yyz и ;
21
2
12
yyyyz
21
; yxRxS
23111
(п. 5 правил А);
yxS (п. 5 правил А);
142
yxR (п. 5 правил А).
42
1
Рис. 4.9. а) первичный, б) вторичный граф цикла: 122221
По правилам Б также можно составить уравнения выходных сигналов для случая, когда управление исполнительными устройствами осуществляется распределителями без «памяти»:
211
;3
122
212
12
Единая форма вторичного графа, позволяющая составлять уравнения
выходных сигналов в разных вариантах, открывает возможность за счет
рационального выбора распределителей минимизировать структуру многотактной дискретной СУ не только по количеству используемых логических элементов, но и по количеству линий связи, по которым передаются
выходные сигналы управления.
4.3. Порядок выполнения работы
1. По заданному условию выполнения последовательности действий
ИУ составить первичный граф и проверить его на реализуемость.
2. В случае необходимости привести граф к реализуемому виду.
Определить необходимое число ЭОС (триггеров) для перевода условий работы в реализуемые.
yyyyxyyyyxzxyxz .
2
12
44
3. Составить вторичный граф.
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
4. Записать условия (логические уравнения) выполнения выходных
функций и функций ЭОС по правилам А и Б.
5. Провести минимизацию функций (в случае необходимости) с помощью законов алгебры логики и записать структурные уравнения их выполнения в автоматическом режиме в виде дизъюнкции конъюнкций входных переменных или в
виде конъюнкции их дизъюнкций.
6. Дополнить полученные уравнения для выполнения режима наладки системы.
7. Построить по полученным уравнениям структурную схему системы управления ИУ, для ее аппаратной реализации.
8. Построить принципиальную схему аппаратной реализации системы управления на заданных элементах гидропневмоавтоматики.
9. Собрать полученную схему на лабораторном стенде.
10. Проверить работу собранной
системы по заданному циклу в ав-
томатическом режиме и в режиме наладки.
11. Составить отчет по работе.
Варианты задания на работу
1. Z 1 – Z 2 – Z2 – Z1 – Z 1 – Z 2 – Z2 – Z1
2.
3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z 1 – Z2 – Z 2 – Z1
3.
Z
1 – Z1 – Z3 – Z 3 – Z2 – Z 2 – Z 1 – Z1
4.
2 – Z 2 – Z1 – Z3 – Z 3 – Z 1 – Z2 – Z 2
5.
Z
2 – Z1 – Z3 – Z 1 – Z2 – Z 3 – Z 2 – Z2
6.
Z
2 – Z 1 – Z 3 – Z1 – Z2 – Z3 – Z 2 – Z2
7.
2 – Z1 – Z 3 – Z 1 – Z 2 – Z3 – Z2 – Z 2
8.
Z
3 – Z 1 – Z3 – Z 2 – Z2 – Z 3 – Z1 – Z3
9.
3 – Z1 – Z 3 – Z 2 – Z3 – Z2 – Z 1 – Z 3
10.
Z
3 – Z 2 – Z2 – Z3 – Z1 – Z 1 – Z1 – Z 1
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
3 – Z 2 – Z1 – Z 3 – Z2 – Z 1 – Z3 – Z 3
Z
1 – Z2 – Z1 – Z 1 – Z3 – Z 3 – Z1 – Z 2
1 – Z2 – Z3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z 3 – Z 1
1 – Z2 – Z3 – Z 1 – Z 2 – Z1 – Z 3 – Z 1
1 – Z2 – Z 3 – Z3 – Z 1 – Z 2 – Z1 – Z 1
1 – Z2 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z 1 – Z3
1 – Z2 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z 2 – Z3 – Z 1
18.
19.
20.
21.
1 – Z 2 – Z3 – Z 1 – Z1 – Z2 – Z 3 – Z 1
1 – Z 2 – Z 3 – Z3 – Z 1 – Z2 – Z1 – Z 1
1 – Z 2 – Z 3 – Z 1 – Z1 – Z2 – Z3 – Z 1
Z
1 – Z2 – Z 3 – Z1 – Z 1 – Z 2 – Z3 – Z1
45
22. Z 1 – Z2 – Z3 – Z 2 – Z1 – Z 3 – Z 1 – Z1
Z
23.
Z
1 – Z2 – Z 3 – Z1 – Z 1 – Z 2 – Z1 – Z3
24.
Z
1 – Z2 – Z 3 – Z 2 – Z1 – Z2 – Z 2 – Z3
25.
Z
1 – Z3 – Z 2 – Z 3 –
1 – Z2 – Z 2 – Z2
46
р
Структурный синтез
многотактных систем управления
методом разложения графов на цепочки
Цель работы: изучить методику синтеза мно-
готактных пневматических и гидравлических систем
№5
абота
Практическая
управления с помощью графоаналитического метода
разложения графа на типовые цепочки; спроектировать многотактную систему управления по заданным
начальным условиям, составить принципиальную
схему системы управления и реализовать ее на гидравлических и пневматических элементах.
5.1. Основные понятия
Граф цикла
боты системы во времени. В графе время не оценивается количественно,
поэтому он выполняется без масштаба. Отмечается лишь факт срабатывания ИУ или элемента. Весь цикл работы системы разбивается на такты.
Тактами называются периоды, в течение которых в системе не изменяется
состояние ни одного из входных,
Каждое изменение состояния системы является началом нового такта. Основной особенностью цикла является последовательное выполнение тактов: движение в очередном такте начинается лишь после того, как закончится движение в предыдущем такте. Завершение предыдущего такта контролируется с помощью конечных переключателей. Такты характеризуются определенными неизменными значениями
тарных приводов. Изменение этих сигналов означает переход к следующему такту и определяет границу такта. За границы тактов принимаются
моменты, в которых происходят какие-либо изменения в состоянии приводов: начало движения выходных звеньев, переключение с одной скорости
на другую в процессе движения и т.п.
работы нескольких элементарных приводов условно считают, что начало
их движения синхронизировано. Однако таких положений следует всемерно избегать и подбирать такты так, чтобы в конце такта изменялась только
одна величина (переменная).
Недостаток большинства методов структурного синтеза состоит
в том, что даже при сравнительно небольшом усложнении задач
ние числа тактов, увеличение числа ИУ, увеличение количества входных
сигналов) исчезает простота решения, появляются огромные таблицы,
матрицы, теряется наглядность, резко возрастают затраты времени, увеличивается вероятность ошибок при выполнении несложных, но многочис-
– это графическое изображение последовательности ра-
промежуточных или выходных сигналов.
сигналов на входах элемен-
При этом в случае одновременной
(увеличе-
47
ленных формальных действий. Эти недостатки в основном устранены
x
x
в упрощенном графоаналитическом методе структурного синтеза многотактных систем управления дискретными гидравлическими и пневматическими приводами, который позволяет решать эти задачи простейшим путем. Метод базируется на графическом представлении условий работы
многотактной системы и использовании цикличности для определения минимальной структуры системы управления
. Структурный синтез этим ме-
тодом проводится в следующей последовательности:
1) по заданным условиям строится исходный граф цикла, и прово-
дится его анализ на реализуемость;
2) выполняется приведение исходного графа в случае необходимости
к реализуемому виду, позволяющему непосредственно записать уравнения
выходов системы в минимальной форме;
3) производится составление уравнений выходных сигналов;
4) выполняется
построение структурной схемы;
5) осуществляется разработка принципиальной схемы на заданных
элементах автоматики.
Построение графа, последующие его преобразования и составление
уравнений производится по определенным правилам, которые вытекают из
цикличности и последовательности всех изменений в системе в рамках рабочего цикла. Исходный граф строится для проверки цикла на реализуемость и определения (в
случае необходимости) нужного количества триггеров и последовательности их включения по циклу для обеспечения реализуемости. Приведение графа к реализуемому виду, как и при других методах синтеза, сводится к образованию однотактного эквивалента многотактной системы. Отличие состоит в том, что на искомый эквивалент
накладывается дополнительное условие в виде строгой последовательно
-
сти возможных комбинаций входных сигналов.
Рассмотрим применение метода на примерах многотактных гидравлических и пневматических систем, построенных на базе золотниковых
распределителей с двухсторонним управлением.
Пример 5.1. Гидравлическая система имеет два ИУ – гидравлических
цилиндра, управляемых от двухпозиционных золотниковых распределителей (с «памятью»), команды на которые поступают от элементов системы
управления (рис. 5.1). Выходные сигналы – команды, переключающие
распределители в положения, при которых происходит выдвижение што-
ков, обозначены
z
, z2; инверсные команды z1, z2 подаются при втягивании
1
штоков ИУ. Крайние положения штоков контролируются с помощью конечных выключателей
1
и
, x2 и
1
, подающих в систему управления
2
x
соответствующие входные сигналы. Применение гидрораспределителей
с двухсторонним управлением, являющихся триггерами и запоминающих
переключенные положения, позволяет условно рассматривать сигналы от
48
каждой пары датчиков состояния как один сигнал, инверсируемый в край-
ZZZ
Z
x
ZZZZ
них положениях ИУ.
Каждому ИУ присвоен порядковый номер, и при записи условий работы последовательность срабатываний будем представлять как чередование порядковых номеров. При этом прямому ходу ИУ будет соответствовать его порядковый номер, а обратному – тот же номер со значком
инвер-
сии. Например, запись
обозначает, что два ИУ работают
2121
по циклу: первый вперед – второй вперед – первый назад – второй назад.
Для осуществления такого цикла последовательность выходных сигналов
системы управления должна быть аналогичной:
Рис. 5.1. Схема системы из двух ИУ
с распределителями двухстороннего управления
21
zzzz .
21
Граф цикла показан на рис. 5.2. Граф строится в виде окружности, символизирующей замкнутый цикл. Окружность делится на равные дуговые
участки по числу тактов в цикле. На дугах указаны выходные сигналы в тре-
буемой по циклу последовательности
21
zzzz . Точки деления обра-
21
зуют вершины графа. В равномерно расположенных по окружности вершинах, изображенных кружками, они записаны простой дробью, в числителе
которой – комбинации входных сигналов
x и 2x , представляющие собой их
1
устойчивое состояние в начале каждого такта в виде чисел 00, 10, 11 и 01,
а в знаменателе – опорные сигналы
Рис. 5.2. Граф цикла
2
,, xxx и
21
для каждого состояния.
1
2121
49
Опорные сигналы являются основными для соответствующих выхо-
Z
ZZZZ
дов и всегда входят в их уравнения. В качестве опорных выступают те
входные сигналы, которые получают действительные значения, т.е. становятся равными единице, в результате выполнения движений в непосредственно предшествующем данному состоянию такте. Так, например, для
исходного состояния 00 опорным является сигнал
значение
ИУ –
2
2
возвращается в исходное положение.
01
xx в конце предшествующего такта, когда второе
2
x , который принимает
2
Если одно и то же состояние встречается в цикле многократно, то
в графе все состояния располагаются в строгом соответствии с циклом
и могут повторяться (рис. 5.3). Такая форма записи позволяет определить
реализуемость графа и дает дополнительные возможности для его анализа.
Рис. 5.3. Граф цикла
1221
Анализ графа начинается с определения возможности его простейшей реализации. Признаком простейшей реализации является расположение полярных одноименных выходов на диаметрально противоположных
дуговых участках исходного графа, что соответствует одной и той же последовательности в цикле прямых и обратных ходов ИУ. В этом случае
(рис. 5.2) в уравнение каждого выхода входит
ему опорный сигнал:
2
1
1
12
только соответствующий
,,, xzxzxzxz . Структурная схема
2
2
1
данной системы управления не содержит логических операторов и элементов памяти – триггеров, кроме самих гидрораспределителей, а ее принципиальная схема строится прямым соединением датчиков состояния с соответствующими входами полостей управления гидрораспределителей.
Если одно и то же состояние встречается в цикле многократно, то
в графе все состояния располагаются
в строгом соответствии с циклом
и могут повторяться (рис. 5.3). Такая форма записи позволяет определить
реализуемость графа и дает дополнительные возможности для его анализа.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]