CS243791B1

CS243791B1 - Involvement of a digital numeric member of the position servosystem

Info

Publication number: CS243791B1
Application number: CS845354A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Jurisica; Frantisek Kovac
Original assignee: Ladislav Jurisica; Frantisek Kovac
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1986-06-12
Also published as: CS535484A1

Abstract

Číslicový diferenčný člen pozostává z frekvenčného modulačného obvodu so vstupom signálu želanej polohy, ďalej so vstupom logického signálu směru a so vstupom hodinové) frekvencie. Výstup frekvenčného modulačného obvodu a vstup incializačného signálu je spojený s čííačom, ktorého výstupy sú spojené so vstupom počítacieho obvodu a so vstupom vzorkovacieho obvodu. Vstup spatnovazobného signálu je spojený s tvarovacím obvodom, ktorého výstup je spojený s počítacím obvodom. Vstup hodinovej frekvencie a vstup inicializačného signálu sú připojené na vstupy počítacieho obvodu, ktorého výstup spolu s výstupom vzorkovacieho obvodu tvoria číslicovú hodnotu regulačnej odchýlky polohy. Zapojenie jednoducho rieši meranie fázového rozladenia spatnovazobného signálu voči zadávanému v širokom rozsahu s vysokou rozlíšitelnosťou a svysokou rýchlosťou. Zapojenie možno využit v polohových servosystémoch s cyklicky-absolútnym odmeriavaníra polohy, u ktorých sa vyžaduje vysoká dynamika, přesnost, široký regulačný rozsah a taktiež v meracej technikeThe digital differential element consists of a frequency modulation circuit with a desired position signal input, a direction logic signal input and a clock frequency input. The output of the frequency modulation circuit and the initialization signal input are connected to a counter, the outputs of which are connected to the input of the counting circuit and to the input of the sampling circuit. The feedback signal input is connected to a shaping circuit, the output of which is connected to the counting circuit. The clock frequency input and the initialization signal input are connected to the inputs of the counting circuit, the output of which together with the output of the sampling circuit form a digital value of the position control deviation. The connection simply solves the measurement of the phase detuning of the feedback signal relative to the input in a wide range with high resolution and high speed. The connection can be used in position servo systems with cyclic-absolute position measurement, which require high dynamics, accuracy, and a wide control range, as well as in measuring technology.

Description

Vynález sa týká zapojenia číslicového diferenčného člena polohového servosystému s cyklicky absolútnym odmeriavaním polohy.The invention relates to the connection of a digital differential member of a position servo system with cyclically absolute position measurement.

V technickej praxi sa pre vysoko přesné polohové servosystémy so širokým regulačným rozsahom používajú zapojenia s fázovou synchronizáciou, kde diferenčný člen vyhodnocuje fázovú odchýlku želaného a spatnovazobného signálu. Ako fázové diskriminátory sa využívajú obvody logického súčinu a obvody logického súčtu modulu dva.In technical practice, phase-synchronous wiring is used for highly accurate positioning servo systems with a wide control range, where the differential member evaluates the phase deviation of the desired and feedback signal. Phase discriminators are logic product circuits and module two logic sum circuits.

Signál z logických obvodov sa ďalej spracúva v dolnopriepustnom filtri a výstupom je analogové napatie úměrně fázovému rozladeniu porovnávaných signálov. Takéto zapojenie má nedostatky v tom, že takto riešený převodník fáza — napatie vnáša do regulačného obvodu oneskorenie, mění fázové poměry, vnáša nelinearítu a teplotnú nestabilitu. Pri číslicovom meraní regulačnej odchýlku polohy sa vyhodnocuje rozdiel medzi fázou zadávacieho signálu a fázou spatnovázohného signálu pomocou ďalšieho meracieho obvodu, čím sa diferenčný člen stává obvodovo náročnější, pričom třeba navýše brat do úvahy prekročenie fázového rozladenia o viac ako 2 rad.The signal from the logic circuits is further processed in the low pass filter and the output is an analog voltage proportional to the phase tuning of the compared signals. Such a circuit has drawbacks in that the phase-voltage converter thus implemented introduces a delay into the control circuit, changes the phase conditions, introduces non-linearity and temperature instability. In digital measurement of the position deviation, the difference between the input signal phase and the low-phase signal phase is evaluated by means of an additional measuring circuit, thereby making the differential member more circumferentially demanding, taking into account, for example, a phase tuning exceeding 2 rows.

Tieto nedostatky v prevážnej miere odstraňuje zapojenie číslicového diferenčného člena podfa vynálezu, pozostávajúce z frekvenčného modulačného obvodu, čítača, tvarovacieho obvodu, počítacieho obvodu, vzorkovacieho obvodu, ktorého podstata spočívá v tom, že vstup signálu želanej polohy je připojený na modulačný vstup frekvenčného modulačného obvodu, ktorého riadiaci vstup je připojený na vstup logického signálu směru. Referenčný vstup frekvenčného modulačného obvodu je připojený na vstup hodinovej írekvencie, tak aj na synchronizačný vstup počítacieho obvodu, ktorého nastavovací vstup je spojený so vstupom inicializačného signálu ako aj s nastavovacím vstupom čítača, ktorého vstup je spojený s výstupom frekvenčného modulačného obvodu. Přenosový vstup čítače je spojený s načítavacím vstupom počítacieho obvodu, ktorého odčítavací vstup je připojený tak na taktovací vstup vzorkovacieho obvodu, ako aj na přerušovací vstup mikropočítača a súčasne aj na výstup tvarovacieho obvodu, ktorého vstup je spojený so svorkou spatnovazobného signálu. Paralelný číslicový výstup čítača je připojený na vstup vzorkovacieho obvodu, ktorého paralelný číslicový výstup je připojený na prvý číslicový vstup mikropočítača, ktorého druhý číslicový vstup je připojený na paralelný číslicový výstup počítacieho obvodu.These drawbacks are largely eliminated by the wiring of a digital differential member according to the invention, consisting of a frequency modulation circuit, a counter, a shaping circuit, a counting circuit, a sampling circuit, characterized in that the desired position signal input is connected to the modulation input of the frequency modulation circuit. whose control input is connected to the logic direction signal input. The reference input of the frequency modulation circuit is connected to the clock frequency input as well as to the counting circuit synchronization input whose setting input is connected to the initialization signal input as well as to the counter setting input whose input is connected to the frequency modulation circuit output. The counter input of the counter is connected to a counting input of a counting circuit whose readout input is connected both to the clock input of the sampling circuit as well as to the interrupt input of the microcomputer and also to the output of the forming circuit whose input is connected to the feedback signal terminal. The parallel digital output of the counter is connected to the input of the sampling circuit, whose parallel digital output is connected to the first digital input of the microcomputer, whose second digital input is connected to the parallel digital output of the counting circuit.

Hlavně výhody takéhoto zapojenia sú, že diferenčný člen dosahuje vysokú presnosť a rýchlosť vzorkovania, dovoluje používat lačný cyklicky-absolútny snímač, efektívnejšie využívá funkčně bloky doteraz používaných zapojení diferenčných členov. Výstupom diferenčného člena je číslicový údaj s velmi vysokým rozlišením o okamžitom fázovom rozladění systému, ktorý sa ďalej spracúva v číslicových regulátoroch realizovaných mikropočítačmi. Číslicový údaj zachytává regulačnú odchýlku vo velmi širokom rozsahu a je k dispozícii bez oneskorenia, ihned po zavzorkovani od spátnovazobného signálu. Tieto výhody dovolujú realizovat regulátory polohového servosystému pomocou mikropočítačov a umožňují realizovat štruktúry servosystémov bez snímača rýchlosti.In particular, the advantages of such a circuitry are that the differential member achieves high accuracy and sampling rate, allows the use of a fasting cyclic-absolute sensor, more efficiently utilizes functionally blocks of previously used differential member circuits. The output of the differential element is a very high resolution digital data of the instantaneous phase tuning of the system, which is further processed in digital controllers implemented by microcomputers. The digital reading captures the control deviation over a very wide range and is available without delay, immediately after sampling from the feedback signal. These advantages make it possible to implement position servo controllers using microcomputers and enable servo system structures to be realized without a speed sensor.

Na pripojenom výkres je příklad zapojenia číslicového diferenčného člena polohového servosystému s cyklicky absolútnym odmeriavaním.The attached drawing shows an example of the connection of a digital differential member of a position servo system with cyclically absolute metering.

Zapojenie číslicového diferenčného člena polohového servosystému je tvořené frekvenčným modulačným obvodom 1, na ktorého vstupy je připojený vstup 9 signálu želanej polohy, ďalej vstup 10 logického signálu směru ako aj vstup 6 hodinovej frekvencie. Výstup frekvenčného modulačného obvodu 1 je spojený so vstupom čítača 2, ktorého přenosový výstup je připojený na vstup počítacieho obvodu 4 a paralelný číslicový výstup je připojený na vstup vzorkovacieho obvodu 5. Vstup 8 spatnovazobného signálu je připojený na vstup tvarovacieho obvodu 3, ktorého výstup je připojený tak na vstup počítacieho obvodu 4, ako aj na vstup vzorkovacieo obvodu 5 a súčasne aj na přerušovací vstup 13 mikropočítača. Vstup 7 inicializačného signálu je připojený na nastavovací vstup čítača ,2, ako aj na nastaovovací vstup počítacieho obvodu 4. Výstup vzorkovacieho obvodu 5 je připojený na prvý číslicový vstup 11 mikropočítača, ktorého druhý číslicový vstup 12 je připojený na výstup počítacieho obvodu 4.Connection of the digital differential member of the positional servo system is formed by the frequency modulation circuit 1, to which inputs are connected the input 9 of the desired position signal, the input 10 of the logical directional signal and the input 6 clock frequency. The output of the frequency modulation circuit 1 is connected to the input of the counter 2, whose transmission output is connected to the input of the counting circuit 4 and the parallel digital output is connected to the input of the sampling circuit 5. The input 8 of the feedback signal is connected to the input of the forming circuit 3 both at the input of the counting circuit 4 and at the input of the sampling circuit 5 and at the same time to the interrupt input 13 of the microcomputer. The initialization signal input 7 is connected to the setting input of the counter 2, as well as to the setting input of the counting circuit 4. The output of the sampling circuit 5 is connected to the first digital input 11 of the microcomputer whose second digital input 12 is connected to the output of the counting circuit 4.

Činnost zapojenia číslicového diferenčného člena polohového servosystému podlá vynálezu znázorněného na výkrese je nasledujúca:The operation of engaging the digital differential member of the position servo system of the invention shown in the drawing is as follows:

V počiatočnom kludovom stave pri nulovej frekvencii signálu želanej polohy, sú na výstupe frekvenčného modulačného obvodu 1 impulzy konštantnej írekvencie, ktoré načítáva čítač 2. Na přenosovém výstupe čítača 2 je obdížnikový signál s frekvenciou zhodnou s frekvenciou napájecieho napStia cyklicky-absolutného snímača polohy, so vzájomným nulovým fázovým posunutím, Ak je súčasne frekvencia na vstupe 8 spatnovazobného signálu zhodná s frekvenciou napájacieho napatia cyklicky-absolutného snímača polohy potom paralelný číslicový výstup počítacieho obvodu 4 medzi zvorkovaniami udává hodnotu prislúchajúcu nulovej regulačnej odchýlke v počte celých otáčok, ktorej vhodný kód bol nastavený príchodom impulzu na vstup 7 inicializačného signálu. Okamihy vzorkovania sú určené impuzami na výstupe tvarovacieho obvodu 3. Tým je určená aj žiadosf o prerušenie na přerušovací vstup 13 mikropočítača. Postupné cyklicky narastajúca hodnota paraleleného číslicového výstupu čitača 2 sa využívá ako odmerovacia hodnota, ktorá sa v okamihu zavzorkovania odpamátá pomocou vzorkovaného obvodu 5 na prvý číslicový vstup 11 mikropočítača. Tým je určená hodnota fázového rozladenia v rámci jednej periody medzi signálom želanej polohy na prenosovom výstupe čitača 2 a signálom skutočnej polohy na výstupe tvarovača 3, ktorý tvaruje harmonické napatie na vstupe 8 spátnovazobného signálu na impulzný signál. Želaná poloha sa zadáva v unitárnom kóde na vstup 9 signálu želanej polohy, ktorý je spojený s modulačným vstupom frekvenčného modulačného obvodu 1. Impulzy na vstupe frekvenčného modulačného obvodu 1 sa pódia úrovně na vstupe 10 logického signálu směru buď synchronně pripočítavajú alebo odpočítavajú od impulzov na vstupe S hodinovej frekvencie. Po vydělení výslednej frekvencie z výstupu frekvenčného modulačného obvodu 1 v čítači 2 je na načítavacom vstupe počítacieho obvodu 4 signál, ktorého fáza sa mění priamo úměrně počtu impulzov na vstupe 9 signálu želanej hodnoty. Počítací obvod 4 pracuje ako synchronizovaný fázový diskriminátor s parna íou prekročenia odchýlky fázy o 2, ktorého paralelný číslicový výstup je vzorkovaný príchodom impulzu z výstupu tvarovača 3. Rozsah meranej regulačnej odchýlky v počte celých period s uvažováním směru je daný rozsahom vratného čitača počítacieho obvodu 4, ktorého paralelný číslicový výstup tvoří horné bity číslicového údaja o regulačnej odchýlke polohy na druhom vstupe 12 mikropočítača. Rozlišitelnost merania odchýlky fázy v rémci jednej periody je daná rozsahom čitača 2. Paralelný číslicový výstup vzorkovacieho obvodu 5, tvoří dolné bity číslicového údaja o regulačnej odchýlke polohy na prvom číslicovom vstupe 11 mikropočítača. Najvyšší významový bit výstupu počítacieho obvodu 4 sa při inicializácii nastavuje na logickú úroveň ,,H“ a představuje znamienkový bit. Údaj na číslicovom vstupe 11 mikropočítača spolu s číslicovým vstupom 12 mikropočítača potom představuje informáciu o polohovej odchýlke v dvojkovo doplnkovom kóde s invertovaným znamienkovým bitom.In the initial quiescent state at the zero frequency of the desired position signal, the output of the frequency modulation circuit 1 is a constant frequency pulse read by the counter 2. On the transmit output of the counter 2, a rectangular signal with a frequency equal to the supply voltage If at the same time the frequency at the input 8 of the feedback signal coincides with the frequency of the supply voltage of the cyclic-absolute position encoder, then the parallel digital output of the counting circuit 4 between the terminals indicates the value corresponding to zero control deviation. to input 7 of the initialization signal. The sampling moments are determined by the pulses at the output of the forming circuit 3. This also determines the interruption request for the interrupt input 13 of the microcomputer. The progressive cyclically increasing value of the parallel digital output of the counter 2 is used as a metering value, which at the moment of sampling is detected by the sampled circuit 5 to the first digital input 11 of the microcomputer. This determines the phase tuning value within one period between the desired position signal at the output of the counter 2 and the actual position signal at the output of the former 3, which shapes the harmonic voltage at the input 8 of the feedback signal into a pulse signal. The desired position is entered in unitary code at the desired position signal input 9, which is coupled to the modulation input of the frequency modulation circuit 1. The pulses at the input of the frequency modulation circuit 1 are either synchronously added to or subtracted from the input pulses. With clock frequency. After dividing the resulting frequency from the output of the frequency modulation circuit 1 in the counter 2, the readout input of the counting circuit 4 has a signal whose phase changes in proportion to the number of pulses at the input 9 of the desired value signal. The counting circuit 4 functions as a synchronized phase discriminator with a phase deviation of 2, whose parallel digital output is sampled by the pulse output of the former 3, and the extent of the measured control deviation over the whole period considering the direction is given by the counting counter counter 4. whose parallel digital output is the upper bits of the digital position deviation digital input at the second input 12 of the microcomputer. The resolution of the phase deviation measurement within one period is given by the range of the counter 2. The parallel digital output of the sampling circuit 5 forms the lower bits of the digital position deviation data at the first digital input 11 of the microcomputer. At the initialization, the highest significant bit of the counter 4 output is set to a logical level "H" and represents the sign bit. The indication at the digital input 11 of the microcomputer together with the digital input 12 of the microcomputer then represents position deviation information in a binary complement code with an inverted sign bit.

Uvedené zapojenie podfa vynálezu možno využit v číslicových regulačných strukturách, v ktorých sa vyžaduje vysoká dynamika, přesnost, široký regulačný rozsah, ako sú servosystémy robotov, manipulátorov a posuvovo obrábacích strojov.Said circuit according to the invention can be used in digital control structures which require high dynamics, accuracy, wide control range, such as servo systems of robots, manipulators and feed machines.

Dalej možno uvedené zapojenie podfa vynálezu využit v meracej technike pri meraní fázového rozladenia meraného signálu voči referenčnému signálu tam, kde sa vyžaduje široký rozsah merania pri vysokej rozlišovacej schopnosti.Furthermore, the present invention may be utilized in a measurement technique to measure the phase tuning of a measured signal against a reference signal where a wide range of measurement is required at a high resolution.

Claims

243791 at the output of the shaping circuit 3. This also requires a break for the microcomputer interruption input 13. The sequential cyclically increasing value of the parallel numeric output of the counter 2 is used as a metering value which is momentarily sampled by the sampling circuit 5 on the first digital input 11 of the computer. This determines the phase separation value within one period between the signal of the desired position at the transmitter output of the counter 2 and the signal of the actual position at the output of the former 3, which forms the harmonic voltage at the input 8 of the signal to the pulse signal. The desired position is entered in the unitary code at the input 9 of the signal of the desired position, which is connected to the modulation input of the frequency modulation circuit 1. The pulses at the input of the frequency modulation circuit 1 are added to or subtracted from the pulses at the logic signal input 10 input S clock frequency. After dividing the resultant frequency of the frequency modulation circuit output 1 in the counter 2, the readout input of the computer circuit 4 has a signal, the phase of which is directly proportional to the number of pulses per input 9 of the signal of the desired value. The counting circuit 4 operates as a synchronized phase disintegrator with a parity overlap of the phase deviation of 2, whose parallel digital output is sampled by the arrival of a pulse from the output of the former 3. The range of the measured control deviation in the number of whole periods considering the direction is given by the range of the return counter of the counting circuit 4 whose the parallel numeric output forms the upper bits of the digit of the position deviation control at the second input 12 of the microcomputer. The resolution of the deviation of the phase deviation in the rhythm of one phase is determined by the range of the counter

2. The parallel digital output of the sampling circuit 5 constitutes the lower bits of the digital position control deviation data at the first digital input 11 of the microcomputer. The highest significant bit of the output of the counter circuit 4 is set to the logical level "H" at initialization and represents the sign bit. The data of the digital input 11 of the microcomputer, together with the digital input 12 of the microcomputer, then represents the position deviation information in the two-complement code with the inverted sign bit. This connection of the invention can be used in digital control structures requiring high dynamics, precision, wide control range, as well as robot servo systems, manipulators, and machine tools. Furthermore, the present invention can be used in the measurement technique to measure the phase resolution of a measured signal in a reference signal where a wide range of measurement is required with a high resolution. e RE LI Μ ET Connection of a digital differential member to a position servosystem with a cyclically absolute position measurement, consisting of a frequency modulation circuit, a counter, a shaping circuit, a counting circuit, a sampling circuit, characterized in that the desired position signal input (9) is connected a frequency modulation input of a frequency modulator (1), the control input of which is connected to the input (10) of the directional signal, wherein the reference input of the frequency modulation circuit (1) is connected to the input (6) of the clock frequency, such as also for a counting circuit synchronization input (4), the setting input of which is connected to the input signal (7) of the initialization signal as well as the input input of the INVENTION counter (2j, the input of which is connected to the output of the frequency modulation circuit (1), the transmission output being the counter (2) is connected to the reading input of the counting circuit (4), which it reads The input is connected to the clock input of the sampling circuit (5) as well as to the microcomputer interrupt input (13) and simultaneously to the output of the circuit (3) whose input is connected to the input (8) of the feedback signal. wherein the parallel digital output of the counter (2) is coupled to a sample circuit input (5) whose parallel digital output is connected to a first digital input (a computer whose second digital input (12) is connected to a parallel digital output) a counting circuit (4). 1 sheet of drawings