CS246941B1

CS246941B1 - Involvement for sensing and controlling the deformation of materials with numerical readings

Info

Publication number: CS246941B1
Application number: CS854876A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Janosek
Original assignee: Bohumil Janosek
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1986-11-13

Abstract

Účelem zapojení je dosažení co možná nejsnadnější přístupnosti k jednotlivým komponentům, dále pak výhodné provozní spolehlivosti a současně i stability regulace. Uvedeného účelu se dosáhne tak, že se napětový omezovač zapojí na první vstup rozdílového členu, který se připojí přes odchylkový usměrňovač a napěEově kmitočtový převodník na řídicí člen, jenž ovládá krokový motor. Na polohový vysílač je přitom zapojen napájecí generátor, přičemž druhý vstup rozdílového členu je připojen přes dolní propust a polohový· usměrňovač na polohový vysílač. Zapojení je možno využít všude tam, kde je nutno dosáhnout určité požadované deformace materiálu při současném sledování okamžité hodnoty.The purpose of the connection is to achieve the easiest possible accessibility to the individual components, further advantageous operational reliability and at the same time stability of the regulation. The stated purpose is achieved by connecting the voltage limiter to the first input of the differential element, which is connected via a deviation rectifier and a voltage-frequency converter to the control element that controls the stepper motor. A power generator is connected to the position transmitter, while the second input of the differential element is connected via a low-pass filter and a position rectifier to the position transmitter. The connection can be used wherever it is necessary to achieve a certain desired deformation of the material while simultaneously monitoring the instantaneous value.

Description

Vynález se týká zapojení pro snímání a regulaci velikosti deformací s numerickým čtením.The invention relates to a circuit for sensing and controlling the magnitude of deformations with numerical reading.

Snímání okamžité velikosti deformace tvářeného materiálu spolu s regulací na žádanou j hodnotu přetvoření je předpokladem bezpečného a přesného provozu všech zařízení, která se zabývají nejrůznějšími způsoby tváření materiálů. Pro tento účel se používají snímače mechanické, tenzometrické, optické a případně jejich kombinace.The sensing of the instantaneous deformation of the formed material together with the regulation to the set value of the deformation is a prerequisite for the safe and precise operation of all devices dealing with various types of material forming. Mechanical, strain-gauge, optical sensors and combinations thereof are used for this purpose.

V poslední době je nejvíce užívané tenzometrické snímání velikosti deformací materiálů, přičemž vývoj směřuje k čistě elektrickému snímání velikosti deformací materiálů s numerickým vyhodnocením okamžitého stavu, případně znázorněním zbývající hodnoty do konečného působení. Současná známá zapojení pro snímání velikosti deformací jsou vůbec velmi složitá a náročná na pečlivou údržbu s precizním nastavením. Je všeobecně známo, že čím jsou snímací a vyhodnocovací obvody přesnější, tím je i regulace účinnější. Na druhé straně je však samotná přesnost snímání omezena konstrukcí snímačů a použitými materiály. Vzájemná nevyváženost mezi snímáním a regulací může mít za následek i těžkou havárii.Recently, strain gauge sensing of material deformation has been used the most, while the development is aimed at purely electric sensing of material deformation with numerical evaluation of the instantaneous state, possibly by displaying the remaining value until the final effect. The current known strain-sensing circuitry is very complex and demanding for careful maintenance with precise adjustment. It is well known that the more accurate the sensing and evaluation circuits, the more efficient the control. On the other hand, the sensing accuracy itself is limited by the design of the sensors and the materials used. Mutual imbalance between sensing and regulation can result in a severe accident.

Z těchto důvodů musí být před regulační obvody vřazeny obvody snímání deformací, které sledují průběh deformace v předepsaném rozmezí. V praxi se od deformačních snímačů a regulátorů vyžaduje zejména vysoká spolehlivost a rychlost regulačních zásahů, linearita charakteristiky, vysoká přesnost, citlivost i dynamická stabilita.For these reasons, strain sensing circuits must be installed in front of the control circuits to monitor the deformation in the prescribed range. In practice, deformation sensors and controllers are required in particular for high reliability and speed of control interventions, linearity characteristics, high accuracy, sensitivity and dynamic stability.

Stávající zapojení prvního provedení jsou v podstatě elektrohydraulická zařízení, obsahující elektrické měřicí a regulační obvody s výstupním elektrohydraulickým převodníkem, který je zapojen v hydraulické řídicí větvi otáčkového regulátoru tvářecího stroje. U těchto zapojení je na vstup snímacího orgánu umístěného v deformačním prostoru připojen hydraulický servomotor se sinově předřazeným elektrohydraulickým převodníkem s elektromagnetem, regulačním členem, měřicím zesilovačem a dále polohovým čidlem, které je umístěno na výstupu z tvářecího prostoru.The existing connections of the first embodiment are essentially electrohydraulic devices comprising electrical measuring and control circuits with an output electrohydraulic transducer that is connected in the hydraulic control branch of the speed controller of the forming machine. In these wiring, a hydraulic servomotor with a sine upstream electrohydraulic transducer with an electromagnet, a regulating element, a measuring amplifier and a position sensor, which is located at the exit of the forming space, is connected to the input of the sensing element located in the deformation space.

Snímaný elektrický signál z polohového čidla se zde zesiluje a srovnává s porovnávacím elektrickým signálem z napětového zdroje. Takto získaná napětová diference se v analogovém elektro-magneto-hydraulickém převodníku hydraulické řídicí větve mění v tlak impulsního oleje pro regulační orgán.The sensed electrical signal from the position sensor is amplified here and compared to a comparative electrical signal from a voltage source. The voltage difference obtained in this way in the analogue electro-magneto-hydraulic converter of the hydraulic control branch changes into a pulse oil pressure for the control element.

Nevýhodou zapojení prvního provedení je komplikovaná výroba elektro-magneto-hydraulických převodníků, která má za následek velký rozptyl provozních parametrů, jehož důsledkem je zhoršení dynamické stability regulačních systémů. Zároveň použití elektro-magneto-hydraulického převodníku Vyžaduje následné zesílení tlakového signálu v několikastupňovém hydraulickém zesilovači, jehož výroba je opět značně náročná a drahá.A disadvantage of the first embodiment is the complicated manufacture of electro-magneto-hydraulic converters, which results in a large dispersion of operating parameters, which results in a deterioration of the dynamic stability of the control systems. At the same time, the use of an electro-magneto-hydraulic transducer requires a subsequent amplification of the pressure signal in a multi-stage hydraulic amplifier, whose production is again very demanding and expensive.

Několikastupňový elektro-magneto-hydraulický zesilovač vnáší do regulačního systému další časové konstanty, které nepříznivě ovlivňují jeho stabilitu. Provozně jsou zapojení prvního provedení velmi náročná a často porušují i dynamickou stabilitu systému rychlostní regulace tváření.The multi-stage electro-magneto-hydraulic amplifier introduces additional time constants into the control system that adversely affect its stability. Operationally, the wiring of the first embodiment is very demanding and often violates the dynamic stability of the forming speed control system.

Stávající zapojeni druhého provedeni jsou v podstatě elektromechanická zařízení, která obsahují elektrické měřicí a řídicí obvody s výstupním nastavovacím elektromotorem žádaných otáček tvářecího stroje. U těchto zapojení je na vstup vlastního regulačního orgánu připojen měnič otáček tvářecího stroje s nastavovacím elektromotorem, přičemž na vstupu tohoto nastavovacího elektromotoru jsou sériově předřazeny výkonový spínač, řídicí počítač, analogo-numerický převodník, měřicí zesilovač a polohové čidlo, které je umístěno na výstupu z tvářecího prostoru.The present connections of the second embodiment are essentially electromechanical devices which comprise electrical measuring and control circuits with an output setting electric motor of the desired speed of the forming machine. In these circuits, the inverter of the forming machine with the adjusting electric motor is connected to the input of the regulating unit. The output of the adjusting electric motor is connected in series with a power switch, control computer, analog-numeric converter, measuring amplifier and position sensor. of the forming space.

Snímané elektrické impulsy se zesiluji a převádějí v normalizované analogové signály, které se z analogonumerického převodníku zavádějí do řídicího počítače. Porovnávací signál z řídicího počítače pak ovládá výkonový spínač nastavovacího elektromotoru a tím i tlak impulsního oleje v systému rychlostní regulace. Nevýhodou tohoto řešení je vysoká cena, další časové prodlevy, vznikající při přestavováni měniče otáček a tím i větší krátkodobé tlakové špičky, které nepříznivě ovlivňují životnost tvářecího stroje.The sensed electrical pulses are amplified and converted into standardized analog signals, which are fed from the analog-to-digital converter to the control computer. The comparison signal from the control computer then controls the power switch of the adjusting electric motor and thus the pulse oil pressure in the speed control system. The disadvantage of this solution is the high cost, additional time delays, which occur during the adjustment of the speed converter and thus also higher short-term pressure peaks, which adversely affect the life of the forming machine.

U zapojení třetího provedení je na výstupu hydraulického servomotoru upraven vlastní regulační orgán, který je umístěn v deformačním prostoru a na vstup tohoto hydraulického servomotoru jsou sériově předřazeny analogový elektrohydraulický převodník s elektromagnetem a dále výpočtový obvod, přičemž na první vstup výpočtového obvodu je připojen první měřicí zesilovač s předřazeným prvním polohovým čidlem, umístěným ve výstupu z tvářecího prostoru, kde na druhý vstup výpočtového obvodu je připojen druhý měřicí zesilovač s předřazeným čidlem tlakové diference, zapojeným do obvodu před a za deformačním prostorem a na třetí vstup výpočtového obvodu je připojen třetí měřicí zesilovač s předřazeným druhým tlakovým čidlem, umístěným v sacím potrubí hydrogenerátoru.In the third embodiment, the output of the hydraulic servomotor is provided with its own regulating element, which is located in the deformation space, and an analog electrohydraulic converter with an electromagnet is connected in series to the input of this hydraulic servomotor. with a first position sensor located at the exit of the forming space, where a second measuring amplifier with a pressure differential sensor connected to the circuit before and after the deformation space is connected to the second input of the computing circuit, and a third measuring amplifier with a second pressure sensor placed in the suction line of the pump.

V zapojení třetího provedení se hodnota deformace materiálů určuje nepřímo, a to výpočtem ze tří snímaných polohových a tlakových hodnot. První polohová hodnota se získává prvním polohovým čidlem, tlaková hodnota se získává čidlem tlakové diference a druhá polohová hodnota se získává druhým polohovým čidlem. Vlastni deformační regulátory třetího provedení jsou v podstatě stejné jako u prvního provedení. Oproti oběma uvedeným mají však tu výhodu, 'že jejich polohová čidla nejsou vystavena tak vysokému namáhání. Nevýhodou zapojení třetího provedení je nutnost použití většího množství čidel s náročnými měřicími zesilovači a dále ta skutečnost, že část těchto čidel je nutno dovážet.In the third embodiment, the deformation value of the materials is determined indirectly by calculating from three sensed position and pressure values. A first position value is obtained by a first position sensor, a pressure value is obtained by a pressure difference sensor, and a second position value is obtained by a second position sensor. The deformation regulators themselves of the third embodiment are substantially the same as those of the first embodiment. However, they have the advantage that both position sensors are not subjected to such high stresses. The disadvantage of connecting the third embodiment is the necessity to use a larger number of sensors with demanding measuring amplifiers and the fact that part of these sensors has to be imported.

Většinu uvedených nevýhod stávajících zapojení odstraňuje zapojení pro snímání a regulaci velikosti deformací materiálů s numerickým čtením podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že jeho převodníková část, upravená mezi regulační částí a výkonovou částí, sestává z ovládací větve, osazené sériově řazeným rozdílovým členem, jenž je svým prvním vstupem připojen na regulační část, odohylkovým usměrňovačem, napětově kmitočtovým převodníkem a řídicím členem, dále z kinematické skupiny, upravené na výstupu ovládací větve a obsahující krokový motor s kinematicky připojeným polohovým vysílačem a výkonovým členem a dále ze zpětnovazební větve, upravené mezi výstupem polohového vysílače s druhým vstupem rozdílového členu a osazené polohovým usměrňovačem a dolní propustí, přičemž druhý výstup odchylkového usměrňovače je propojen s druhým vstupem· řídicího členu.Most of these disadvantages of the existing circuitry are overcome by the circuitry for sensing and controlling the amount of deformation of the numerical reading materials of the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The converter part provided between the control part and the power part consists of a control branch fitted with a series-connected differential member, which is connected to the control part by its first input, a deflector, a voltage converter and a control member. a kinematic group provided at the output of the control branch and comprising a stepper motor with a kinematic position transmitter and power member, and a feedback branch provided between the position transmitter output with the second differential member input and fitted with a position rectifier and a low pass filter; the rectifier is coupled to the second input of the control member.

Rozdílový člen, na jehož vstup je zapojen napěEový omezovač přes odchylkový usměrňovač,' napětově kmitočtový převodník a řídicí člen je zapojen na krokový motor, který je současně zapojen hřídelem na výkonový člen a na polohový vysílač, na který je zapojen i napájecí generátor, přičemž výstup polohového vysilače přes polohový usměrňovač a dolní propust je zapojen na druhý vstup rozdílového členu, kdežto odchylkový usměrňovač svým druhým výstupem je zapojen na druhý vstup řídicího členu.The differential member, the input of which is connected to the voltage limiter via the deviation rectifier, the voltage converter and the control member, is connected to a stepper motor, which is simultaneously connected by a shaft to a power member and to a position transmitter to which the power generator is connected. the position transmitter via the position rectifier and the low pass filter is connected to the second input of the differential member, while the deflector rectifier with its second output is connected to the second input of the control member.

Výhodou zapojení podle vynálezu je snadná dostupnost jeho jednotlivých komponent a z toho částečně vyplývající jednoduchost výroby i výhodné provozní vlastnosti, zejména vhodné dynamické parametry a z nich plynoucí stabilita regulace.The advantages of the circuitry according to the invention are the easy availability of its individual components and the resulting simplicity of manufacture and advantageous operating characteristics, in particular suitable dynamic parameters and the resulting control stability.

Příklad provedeni vynálezu je Znázorněn na připojeném výkrese, na němž je blokové schéma zapojení. V nakresleném a popisovaném provedení sestává zapojení z regulační části a z převpdnřkové části. Regulační část tvoří napěEový omezovač 5, na jehož první vstup je připojen napěEový zdroj 2 ^{a na} jehož druhý vstup je připojen regulační člen 2 ^se sériově předřazeným měřicím zesilovačem 2 a polohovým čidlem 2< které je umístěno v neznázorněném prostoru,'kde je připojen výstup napěEového omezovače 2 ^se druhým vstupem ovládací větve, kde jsou za sebou zařazeny rozdílový člen 6, na jehož první vstup 18 je připojen napěEový omezovač 2» dále odchylkový usměrňovač T_, napěEový kmitočtový převodník 2 ^a řídicí člen 9, na jehož výstup je elektricky připojen krokový motor 10 kinematické skupiny, přičemž druhý výstup 21, odchylkoi váho usměrňovače ]_ je elektricky spojen s druhým vstupem 20 řídícího členu 9_. 'An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawing, in which a block diagram is shown. In the illustrated and described embodiment, the circuitry consists of a control part and a transducer part. The control part consists of a voltage limiter 5, the first input of which is connected to a voltage source 2 ^{and to} the second input of which a control member 2 ^{with a} series measuring amplifier 2 and a position sensor 2 is connected. a second limiter 2 ^{with a} differential member 6, the first of which 18 is connected to the voltage limiter 2, the deviation rectifier T, the voltage converter 2 ^{and the} control member 9, to whose output a stepper motor is electrically connected 10 of the kinematic group, the second output 21 of the deflection rectifier 10 being electrically connected to the second input 20 of the control member 9. '

Kinematickou skupinu zde tvoří krokový motor 10, který je hřídelem 16 kinematicky spojen s polohovým vysilačem 11, ^na který je elektricky zapojen napájecí generátor 12.' hřídel 17 je spojen s hydraulickým výkonovým členem _1J5, zapojeným na průtokový orgán, umístěný v ňeznázorněné regulační skříni. Zpětnovazební větev mezi polohovým vysílačem 11 a druhým vstupem 19 rozdílového členu 6 je osazena sériově řazeným polohovým usměrňovačem .13 a dolní propusti 14.The kinematic group here consists of a stepper motor 10, which is connected by a shaft 16 to a position transmitter 11, ^to which the power generator 12 is electrically connected. the shaft 17 is connected to a hydraulic power member 15 connected to a flow member located in a control box (not shown). The feedback branch between the position transmitter 11 and the second inlet 19 of the differential member 6 is fitted with a series actuated position rectifier 13 and a low pass filter 14.

Zapojení pracuje takto: deformačním efektem v polohovém čidle 2 vytvářené snímané napětí úměrné skutečné hodnotě deformace, je v měřicím zesilovači 2 zesíleno a přivedeno do regulačního členu 2' ^v němž se odečítá od konstantní hodnoty srovnávacího napětí předem nastaveného podle požadované hodnoty deformace. Výsledné rozdílové napětí se v regulačním členu 2 dále zesiluje a dynamicky zpracovává, načež se přivádí na druhý vstup napětového omezovače 5.The circuit works as follows: The sensed voltage generated by the deformation effect in position sensor 2 proportional to the actual deformation value is amplified in the measuring amplifier 2 and fed to a control member 2 ' ⁱⁿ which it is subtracted from a constant comparative stress value preset according to the desired deformation value. The resulting differential voltage is further amplified and dynamically processed in the control member 2, and then applied to the second input of the voltage limiter 5.

V napětovém omezovači 2 ^se vzhledem ke dvěma omezovacím napětím, přiváděným na jeho první vstup z napětového zdroje 4, vytvářejí tři regulační pásma. Pokud se regulační napětí, přiváděné na druhý vstup napětového omezovače 5, nalézá ve středním regulačním pásmu mezi uvedenými dvěma omezovacími napětími, není napětovým omezovačem 2 nijak ovlivňováno. Pokud regulační napětí přesáhne střední regulační pásmo, je sníženo na hodnotu horního omezovacího napětí. Pokud regulační napětí nedosahuje do středního regulačního pásma, je zvýšeno na hodnotu dolního omezovacího napětí. Z napětového omezovače 2 se takto upravené modifikované napětí zavádí na první vstup rozdílového členu 2' ^na jehož druhý vstup se současně zpětnovazební větví přivádí polohové napětí, odpovídající úhlovému natočení hřídele 16 krokového motoru 10:In the voltage limiter 2, three control bands are formed ^with respect to the two limiting voltages applied to its first input from the voltage source 4. If the control voltage applied to the second input of the voltage limiter 5 is located in the central control band between the two limiting voltages, the voltage limiter 2 is not affected in any way. If the control voltage exceeds the middle control range, it is reduced to the upper limit voltage. If the control voltage does not reach the middle control range, it is increased to the value of the lower limiting voltage. From the voltage limiter 2, the thus modified modified voltage is applied to the first input of the differential member 2 ' ^, the second input of which simultaneously receives a position voltage corresponding to the angular rotation of the shaft 16 of the stepper motor 10 via the feedback branch:

V rozdílovém členu 2 se polohové napětí odečítá od modifikovaného napětí a takto vzniklá napětová diference se dále zpracovává v odchylkovém usměrňovači 7_, přičemž se na jeho prvníift výstupu objevuje ovládací napětí, úměrné absolutní hodnotě napětové diference a na jeho druhém výstupu se objevuje polaritní signál, odpovídající polaritě napětové diference.In the differential member 2, the position voltage is subtracted from the modified voltage, and the resulting voltage difference is further processed in the deflection rectifier 7, with its first output shifted to a control voltage proportional to the absolute value of the voltage difference. polarity of voltage difference.

Z odchylkového usměrňovače T_ přiváděné ovládací napětí vytváří na výstupu z napětové kmitočtového převodníku 2 sled napětových impulsů, jehož frekvence je tomuto ovládacímu napětí úměrná. V řídicím členu 2 ^{se z} napětových impulsů, přiváděných na jeho první vstup, a z polaritního signálu, přiváděného na jeho druhý vstup, vytvářejí časově proměnné řídicí signály pro ovládání krokového motoru 10.The control voltage supplied from the deviation rectifier T forms, at the output of the voltage converter 2, a sequence of voltage pulses, the frequency of which is proportional to this control voltage. In the control member 2, time-varying control signals for controlling the stepper motor 10 are generated ^{from the} voltage pulses applied to its first input and the polarity signal applied to its second input.

Hřídel 16 krokového motoru 10, ovládaný řídicími signály, otáčí rotorem polohového vysílače 22, buzeného napájecím generátorem 12 a zároveň otáčí hřídelem 17 výkonového členu 15. Ve výkonovém členu 15 upravený neznázorněný průtokový orgán pak podle úhlu natočení hřídele 17 ovládá průtokové množství tlakového média přiváděného do tvářecího prostoru.The shaft 16 of the stepper motor 10 controlled by the control signals rotates the rotor of the position transducer 22 driven by the power generator 12 and at the same time rotates the shaft 17 of the power member 15. In the power member 15 of the forming space.

Z výstupu polohového vysílače 11 vycházející střídavé polohové napětí se po průchodu polohovým usměrňovačem 13 a dolní propustí 14 usměrní, vyfiltruje a jako stejnosměrné polohové napětí se přivede na druhý vstup 19 rozdílového členu 2·The alternating position voltage coming from the position transmitter 11, after passing through the position rectifier 13 and the low-pass filter 14, is rectified, filtered and applied as a direct position voltage to the second input 19 of the differential member 2.

Claims

object of the invention

Circuit for sensing and controlling the magnitude of deformations of numerical reading materials, characterized in that the voltage limiter (5) is connected to the first input 1 (8) of the differential member (6), which is connected via a deviation rectifier (7) and voltage converter (9) ) to a control member (9) controlling the stepper motor (10) with the hydraulic power member (15) connected, and a position transmitter (11) to which the power generator (12) is connected, the second input (19) of the differential member (6). ) is connected via the filter (14) and the position rectifier (13) to the position transmitter (11), while the second output (21) of the offset rectifier (7) is connected to the second input (20) of the control member (9).