GOS for Iphone / mobile / Аппаратное и программное обеспечение

1. Структурная схема аппаратных средств контурной системы управления роботами. Состав задач, решаемых системой управления, алгоритмы их решения.

Контурные системы управления применяются в промышленных роботах, предназначенных для нанесения различных покрытий на корпуса деталей, дуговой сварки, газовой резки по контуру и других работ.

Контурные системы могут строиться на цифровом и аналоговом принципах управления. В первых зарубежных («Версатран-500 С») и отечественных образцах роботов использовались в основном контурные системы управления аналогового типа, ранее разработанные для станков с программным управлением. В качестве датчиков обратной связи в этих системах применены вращающиеся трансформаторы ВТ, в качестве программоносителя – магнитная лента.

Контурная система управления аналогового типа, построенная на принципе фазовой модуляции электрических сигналов, использована, например, в отечественном промышленном роботе модели УПК-1.

В фазовой системе управления скорость перемещения подвижных элементов робота задается разностью частот выходного сигнала датчика обратной связи и рабочего сигнала, записанного на магнитной ленте, направление перемещения – полярностью выходного сигнала фазового дискриминатора ФД, а величина перемещения – фазой рабочего сигнала относительно опорного, также записанного на магнитной ленте.

Блок-схема фазовой системы управления для одной координаты перемещения показана на рис. 151.

На выходе ВТ включена фазосдвигающая цепочка R-С так, что выходной сигнал е является суммой сдвинутых по фазе на +45° и -45° напряжений, амплитуды которых изменяются пропорционально sin а и cos а. В результате имеем влияния на работу системы. При отклонении частоты питания и нарушении условия RC = 1 в такой измерительной системе возникает погрешность.

Несмотря на отмеченные недостатки, фазовые системы управления находят широкое применение благодаря своей относительной простоте, возможности использования стандартных, хорошо отработанных схемных и конструктивных решений. Практически возможным оказывается осуществить в промышленном роботе, оснащенном фазовой системой управления, обычно необходимые скорости линейных перемещений (порядка 1 м/с) и угловых перемещений (порядка 90°/с).

Фазовый дискриминатор, используемый в системе управления, может иметь синусоидальную, треугольную или пилообразную статическую характеристику.

Дискриминатор с синусоидальной статической характеристикой обладает тем недостатком, что с изменением величины ошибки е изменяется и общий коэффициент усиления следящего привода. В результате рабочий диапазон фазового дискриминатора приходится ограничивать углами ±60°. В связи с этим преимущественное распространение получили дискриминаторы с треугольной и пилообразной характеристиками, позволяющие работать в рабочем диапазоне углов соответственно ±90 и +180°.

Пилообразная статическая характеристика может быть получена при использовании в качестве фазового дискриминатора обычного потенциального триггера с двумя входами. На входы триггера подаются сигналы от датчика обратной связи ВТ и от магнитной ленты MJ, предварительно оформленные для получения импульсов в моменты прохождения синусоидальных напряжений через нулевые значения. Вращающийся трансформатор в режиме фазовращателя обычно включается по схеме, приведенной на рис. 153.

Рис. 151. Блок-схема фазовой контурной системы управления робота УПК-1: MII – программоноситель; MF считывающая магнитная дорожка; УС – усилитель рабочего сигнала; УОС – усилитель опорного сигнала; ФД – фазовый дискриминатор; ВТ – датчик обратной связи (вращающийся трансформатор); УМ – усилитель мощности; Д – исполнительный двигатель

Рис. 153. Схема однофазного фазовращателя (включение вращающегося трансформатора ВТ

2. Классификация интерфейсов. Сравнительный анализ технических характеристик и областей применения интерфейсов, применяемых в системах управления роботами, построенных на базе многомашинных вычислительных комплексов.

Интерфейсы можно разделить на 2 класса:

1.Последовательные.

2.Параллельные.

Параллельные интерфейсы. Параллельная шина.

Шина – это некоторое количество проводником, его смысл в том, что мы подсоединяем одновременно несколько устройств.

УВВ УВВ УВВ

ЭВМ

PCI шина.

Она была разработана как следующий шаг в подключении устройств. На данный момент она почти вытиснута, и сама переместилась в сферу промышленных компьютеров. Она 32-ух разрядна, 32 разряда адреса. Эта шина мультиплексирована. Эта шина синхронная. Частота тактового сигнала 33 МГц, но позволяется работать с частотой 60 МГц, но это редкий случай. 132 Мб/с максимальная теоретическая пропускная способность. Практическая пропускная способность, конечно же, ниже. Она допускает пакетную передачу данных – это способ когда на одну адресную фазу приходится много данных

Последовательные интерфейсы в микропроцессорных системах.

Основная характеристика последовательного интерфейса является в том что для связи устройств необходим всего один провод. Они просты в реализации, и удобны в использовании.

Классификация:

1.Интерфейсы внутре-модульные. Для взаимодействия компонентов, расположенных на одной печатной плате.

2.Межмодульные интерфейсы.

Типы:

1.Точка-точка. Для подключения 2ух устройств.

2.Последовательная шина. Подключение большого количества устройств. Бывают:

1.Синхронные.

2.Асинхронные.

SPI интерфейс.

По существу он не является стандартом, но, тем не менее, подавляющее количество устройств поддерживает его. Его используют для связи микро-ЭВМ с периферийными устройствами. Пример: IEPRO. О быстродействии речь не идет. В принципе это устройства типа: точка-точка. Интерфейс синхронный. Он полно-комплексный (передача и прием может происходить одновременно). Этот интерфейс достаточно короткий. Он достаточно быстрый, т.е. он может работать на частоте такой же, как у микро-ЭВМ. В данном устройстве 2 типа устройств:

Ведущее – это устройство, которое задает частоту, т.е. управляет линией тактовой частоты.

Ведомое.

Сигналы линии: MISO, MOSI линии передачи сигнала; SCK; SS – slave select сигнал, с помощью которого можно управлять сигналом, его протокольное состояние система не поддерживает, т.е. нужно самому прописывать его значение.

Схема связи устройств SPI интерфейса.

Обычно в микро-ЭВМ есть еще буферный регистр, т.е. буфер:

Эта буферизация одинарная, т.е. она не будет записана до тех пор, пока в сдвиговом регистре будет информации.

http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/spi/index.htm

RS-232 (UART) интерфейс.

Этот интерфейс последовательный, асинхронный полно-дубильный, обладающий некоторым набором команд. Этот интерфейс типа: точка-точка. Кроме того он межмодульный.

ООД АПД АПД ООД

RS-232 касается этих частей

где ООД – это ни что иное, как ПК; АПД – аппаратная передача данных. Сигналы RS-232 интерфейса:

TD → передача данных. RD ← чтение данных.

DTR# → сигнал готовности к приему или передачи данных. Должен находиться в активном состоянии.

DSR# ← готовность АПД к передачи. Должен находиться в активном состоянии. RTS# → это сигнала говорящий о том что у него есть сигнал для передачи данных. CTS# ← готовность модема к приему данных.

SG – общий провод.

Сигналы что у приемника и передатчика, то у них одинаковые название входных сигналов. Для полной ноль модемного соединения выглядит следующим образом:

Упрощение нуль модемного соединения выглядит следующим образом:

TD TD

Электрические характеристики:

Логическая единица: от -3 до -12

Логический ноль: от +3 до +12

Неопределенное состояние: от -3 до +3.

Эти характеристики и делают этот интерфейс помехоустойчивым. Но при этом его не удобно использовать в микро-ЭВМ. Поэтому на сегодняшний день существует понятие 5- и вольтовый RS-232 интерфейсе – UART → «5В RS-232».

Специально для этого интерфейса выпускаю готовые приемо-передатчики:

CMOS

RS-232

TT П – П

RS-232

Процедурные характеристики:

Должны быть одинаковые частоту у приемника и передатчика.

Деление на целое число, кратное 2ум.

Согласование частоты должно быть аккуратным.

Формат передаваемых данных и способ их кодирования. Кодирование, используемое в RS-232 это NRZ – логические единицы и ноль кодируются перепадами, а не уровнями. Кроме способа кодирования, задается стартовый бить, после него идут: бит данных, бит четности (является источником надежности передачи пакета), стоповый бит.

Последовательный интерфейс I2C.

Является синхронным, внутремодульный (т.е. передача данных на небольшие расстояния). Его идеи в том, что он достаточно простой, поскольку использует 2 провода (один для передачи данный, другой для синхропередачи) и изначально разработан как интерфейс шинный. В нем стандартизированы многие, стандартны, в том числе пакеты передаваемых данных. Эти характеристики определяют способ обращения элементов на этом интерфейсе. До 1024 устройств можно подключить. Т.к. аппаратно этот интерфейс прост, то это позволяет реализовать протокол как аппаратный, так и программный. Интерфейс разработан фирмой Philips. За счет своей простоты получил большое распространение.

Быстродействие в версии 1.0 до 2.5 Мбит/с в версии 2.0 до 3 Мбит/с. Линии:

SDA – передаются данные.

SCL – передается синхронизирующая частота.

Данный интерфейс многомастерный, при этом получаем, что при отсутствии управляющих воздействие, многомастерность позволяет определять, между устройствами, кто будет иметь право на управление. На данных линиях устанавливается арбитраж, который разрешает или запрещает приоритеты одних устройств над другими. Арбитраж делиться на: приоритетный и равноправный.

В интерфейсе I2С реализован приоритетный арбитраж. Можно реализовать на открытых линиях коллектора:

Побеждает тот, кто оказался шустрее в передачи данных.

SCL

SDA

Приоритет устанавливается с помощью адреса. Чем больше нулей в устройстве, тем больше вероятность того, что у него будет управляющие возможности.

Поскольку линия передачи синхронизации отдельно, то отдельных поток данных встраивать не нужно, оно реализуется посредством NRS.

С помощью подтягивающих резисторов устанавливаются нули: