SU321342A1 - - Google Patents

Description

Известен способ управлени  шаговыми приводами копировальных станков, при котором сигналы с фотозадающего устройства разлагают на координатные составл ющие и подают на обмотки  корей двигателей привода, перемещающих инструмент относительно издели  и фотозадающее устройство относительно копира .

Предлагаемый способ отличаетс  от известного тем, что;

а)числа шагов по каждой координате за период между двум  измерени ми сигналов, определ ющие средние частоты шагов, получают путем пропорционального преобразовани  мгновенных значений опорных напр жений , моделирующих на периоде измерени  величины и знаки скоростей но каледой координате в длительность импульсов опорных интервалов времени, в течение которых на входы шаговых приводов подают импульсы;

б)преобразование мгновенных значений моделирующих опорных напр жений в длительность импульсов интервалов времени производ т чаще одного раза за период задающего напр жени ;

в)коэффициент пропорциональности преобразовани  мгновенных значений опорных напр жений в длительность опорных интервалов времени устанавливают из расчета полного

включени  задающего генератора при фазовом сдвиге напр жени  сигнала относительно опорных напр жений, меньшем четверти периода, после чего по тому же закону управл ют частотой задающего генератора, причем управл ющее напр жение получают выделением огибающей по мгновенным значени м опорного напр жени  в моменты времени по влени  фронтов импульсов сформированного напр жени  сигнала;

г) минимально-е значение частоты задающих генераторов устанавливают большим частоты приемистости приводов, а ее получают из частоты генератора делением чисел импульсов.

Сущность предложени  дл  случа  равномерной скорости копировани  плоской кривой по сн етс  приведенными чертежами.

На фиг. 1 изобралсены эпюры задающего напр л ени , опорных и нолученных в результате преобразовани  напр жений,

где: и с - задающее напр жение с периодом Г;

t/on( + ), f/on (), t/on(-X), оп(-i)онорные напр жени , но которым определ ютс  направлени  и скорости перемещени  по ко ординатам;

(.hX), С/с(-ЬУ), Uc.(-X, t/e(-y) -нанр лсени  на хронирующих конденсаторах;

мым числам шагов координатных перемещений;

1, tz ... -моменты времени, в которые измер ютс  мгновенные значени  онорных ыанр жений .

На фиг. 2 показана идеализированна  траектори  2 движени  точки копировани  относительно заданного направлени  Si, согласно вектору скорости V, где точками Л, и В обозначены положени  точки копировани  при измерении , а точкой Г - ее положение при максимальной ошибке.

На фиг. 3 представлены аналогичные фиг. 1 эпюры напр жений при двухразовом за период измерени  преобразовании мгновенных напр жений в длительность импульсов, где дополнительно к уже введенным обозначени м /пер - врем  перерыва между отдельными «пачками импульсоВ; а f/c - напр жени  на других хронируюш ,их конденсаторах при повторном (за период) преобразовании.

На фиг. 4 изображена идеализированна  траектори  точки копировани  при двухразовом преобразовании, где точками Л , Б обозначено положение точки копировани  после первого преобразовани .

На фиг. 5 показаны зависимости числа шагов л за период между двум  измерени ми, частоты /ген задаюш,его генератора и опорные интервалы времени /оп, определ емые временем разр да хронирующих конденсаторов, при комбинированном управлении.

На фиг. 6 представлены эпюры напр лсений, аналогичные эпюрам фиг. 3, дл  случа 

при ( +ф1).-(й+1) -ф, где

i

k - Q, 1, 2, 3, ..., а ф1 - начальна  фаза.

На фиг. 7 изображены кривые, иллюстрирующие способ получени  управл ющего напр жени  дл  регулировки частоты задающего генератора, где f/ynp - управл ющее напр жение , а t/on - опорное напр жение, моделирующее в течение периода требуемую зависимость управл ющего напр жени  от угла сдвига фаз.

На фиг. 8 дана одна из возможных схем управл емого генератора, а на фиг. 9 - функциональна  схема системы, реализующей предлагаемый способ, котора  пр,именена дл  управлени  портальной газорежущей машиной . В качестве задающего напр жени  используетс  напр лсение на выходе фотосчитывающего устройства, перемещаемого по координатам чертежа синхронно с перемещением резаков. Здесь / - копируемый контур, 2 - объектив, 5- развертывающа  диафрагма, 4- фотодатчик, 5 - электродвигатель, 6 - формирователь сигнала, 7-источник опорных напр ж .ений, 8 - преобразователи мгновенных напр жений в длительность импульсов, 9-14 - логические  чейки «ИЛИ 15, 16 - логические  чейки «ПАМЯТЬ, 17, 18 - координатные задающие генераторы, 19, 20 - ключи, 21, 22- распределители, 23, 24 - преобразователи управл ющих напр жений, 25, 26 - шаговые

двигатели координатных приводов считывающего устройства, 27, 28 - редукторы передач, 29, 30--задающие шаговые двигатели координатных приводов резаков, 31, 32 - усилители вращающих моментов.

На фиг. 10 по сн етс  выбор минимальной частоты задающих генераторов.

На фиг. 11 представлена схема преобразовател  мгновенных значений напр жени  в длительность импульсов.

Новый способ по сн етс  на примере копировани  с посто нной скоростью плоской кривой , наклон которой в точке копировани  относительно опорных координат характеризуетс  фазой напр жени , полученного путем круговой развертки кра  копируемого контура.

Так как при копировании плоской кривой с посто нной скоростью (случай, характерный дл  газовой резки) скорости перемещени  исполнительного органа по двум взаимно перпендикул рным координатам соответственно равны:

V I/O sin а,

у - й COS  ,

где Ко - скорость перемещени  по контуру, а - угол наклона касательной в точке копировани  к оси X, то координатные скорости перемещени  могут быть моделированы синусоидальными , (синус-косинусными) напр жени ми;

,:УоЗтср,

Уу- Уу ;У(,со8 f,

где /7о-амплитуда напр жени , ф--фаза опорного напр лсени  (оси X) в момент измерени , определ емый фазой синхронного напр жени  сигнала. Предлагаемый способ управлени  шаговыми координатными приводами задающего и исполнительного устройства копировальных станков путем безынерционного определени  чисел щагов координатных перемещений за период между двум  измерени ми фазы напр жени  сигнала заключаетс  в следующем.

Из опорного синус-косинусного напр жени , синхронного напр жению развертки, путем однополупериодного выпр млени  создают четыре серии однопол рных импульсов (кривые

t/on(+), Uo( + Y), U,(-X), Uon(-Y) по фиг. 1), моделирующие скорости перемещени  во взаимопротивоположных направлени х обеих координат. Пол рность опорных импульсов принципиального значени  не имеет. Она

определ етс  лишь соображени ми удобства схемной реализации.

Дл  определени  координатных скоростей при каждом измерении (на периоде развертки) в моменты времени, определ емые

переходом развертывающего элемента через границу контура впереди по ходу копировани  (например ti, tz и т. д.) производитс  измерение мгновенных значений ианр л :ени  каждой из четырех серий. Эти напр жени  сразу же ности импульсов, например, путем оыстрого зар да конденсаторов до мгновенных з)1аченнй опорных напр жений с последующим их разр дом по линейному закону (кривые ис(тУ}, и,(-Х). В течение полученных таким образом опорных интервалов времени на входы шаговых приводов от задающего генератора имнульсы с посто нной частотой следовани . Под их действием щаговые приводы перемещают считыБающее устройство и резаки по обеим координатам на определенное число шагов. При этом направлени  неремещени  но обеим координатам определ ютс  но факту наличи  (в момент измерени ) напр жени  имнульсов серий, каж.. дан из которых моделирует скорость в одном направлении. Числа шагов, осуществл емые приводами по обеим координатам, наход тс  между собой в синус-косинусной зависимости. Поэтому точка копировани  за период развертки будет перемещатьс  на равные рассто ни . Этим обеспечиваетс  посто нство средней скорости копировани . Однако скорость неремещени  точки копировани  в течение периода развертки неравномерна вследствие посто нства скорости отработки (частоты) шагов по обеим координатам . Траектори  движени  точки копировани  но той же причине так же отличаетс  от идеальной траектории. После измерени  мгновенных значений моделирующих напр жений оба координатных нривода работают с равной скоростью (за исключением частных случаев перемещени  только по одной оси) и поэтому точка копировани  перемещаетс  по биссектрисе одного из квадратных углов опорных координат, а затем по одной из осей до точки пересечени  с пр мой, касательной к копируемому контуру, направление которой определено в момент последнего измерени  (фиг. 2). Птак, идеальна  траектори  в течение периода развертки совпадает с отрезком АБ, БВ и т. д., а точка копировани  перемещаетс  по сторонам косоугольного треугольника , тупой угол которого всегда остаетс  неизменным и равным 135°. Так как траектори  движени  S2 точки конировапи  представл ет собой ломаную линию, расположенную по одну сторону от заданной траектории Sl, возпикает ошибка копировани , среднее значение которой равно половипе высоты треугольника АГБ. При изменении угла наклона пр молинейного участка траектории S к ос м координат ошибка копировани  измен етс  по величине. При посто нстве угла АГБ и отрезка АБ ошибка будет максимальпой в случае равенства сторон АГ и ГБ треугольника ЛГБ, т. е. когда вектор направлени  перемещени  с биссектрисой квадратных углов составл ет угол 22°30. Обозначим среднее значение максимальной ошибки через б и выразим ее через шаг привода Д/. Поскольку величина АБ не зависит от направлени  перемещени , она может быть выражеиа через чнсло шагов п за период раз вертки, если движение производитс  только по одной координате и коэффициент пропорциональности преобразовани  выбран таким, что при этом достигаетс  полное включение задающего генератора следующим образом: Л гаА/ В свою очередь , где / - частота шагов привода, F - частота развертки. Таким обра .0,1- А/. зом б; Дл  уменьшени  ошибки копировани  по указанной причипе предлагаетс  мгновенные значени  опорных напр жений преобразовывать в длительность импульсов чаще одного раза за период развертки. В основе такой возможности лежит свойство сдвинутых но фазе синхронных, идентичных по форме и амплитуде напр жепнй, заключающеес  в том, что равные мгновенные зпаченн  этих напр жений возникают через интервалы времени, определ емые фазовым сдвигом. Рассмотрим это предложение на примере двухразового за период развертки преобразовани  (см. фиг. 3). Моменты времени tl, tz дл  повторного из .мерени  определ ютс  срезами имнульсов напр жени  Uc. В эти моменты времени мгновенное напр жение серий t/oii(-j--) и i/on(--У) равны мгновенным напр жени м серий оп(-А) и Uon.(+y) в моменты времени ti и 12 соответственно. Пмпульсы разр да конденсаторов, полученные после второго измерени , объедин ютс  логической операцией «ИЛП с одноименными имиульсами, полученными после первого измерени  и аналогично предыдущему используютс  нрн управлении координатными приводами. В св зи с тем, что общее число импульсов, поступающее на входы шаговых приводов за период развертки, делитс  при двухразовом преобразовании на две равные части, то и ошибка копировани  также уменьшаетс  в два раза (см. фиг. 4), так как положение точки копировани  за период развертки дважды совпадает с определ емым направлением ( точки А, А , Б, Б и т. д.). При подаче па входы шаговых приводов управл ющих имиульсов отдельными «пачками с некоторым временем нерерыва между ними /пер (см. фиг. 3) частота приемистости приводов снижаетс . Снижение частотного предела шаговых приводов при сохранении той же скорости копировани  приводит к увеличению шага А/, что несколько снижает точность копировани . С целью использовани  полных частотных возможностей шаговых приводов в способе безинерционного определени  чисел шагов за

надежной приемистостью приводов, предлагаетс  по достижении некоторого угла сдвига фаз. между опорным напр жением (по каждой координате) и напр жением сигнала ( и после полного включени  генератора регулировать по синусоидальному закону его частоту. lIpH этом максимальна  частота работы генератора должна соответствовать максимальной частоте привода. Это но сн етс  фиг. 5 и 6.

Пусть начальна  фаза импульсов напр жени  сигнала Uc (см. фиг. 3) и опорного напр жени  Uou(+) совпадают. Тогда число шагов п за период развертки Т по координате X равно нулю (движение осуществл етс  только по координате У).

С по влением сдвига фаз между напр жением сигнала и опорным напр жением при час., тоте генератора /ген /тг7г число шагов за период развертки определ етс  пропорциональным нреобразованием мгновенных значений опорного напр жени , а длительность импульсов , в течение которых вых:од генератора подключаетс  ко входу привода, в пределах углов ф(А;л + /1)-(+1) -tpi, где , 1, 2, ... (см. фиг. 5), при которых выполн етс  условие полного включени  генератора; по тому же закону регулируетс  частота генератора.

Способ получени  управл ющего сигнала (Уупр дл  этой цели по сн етс  фиг. 7, если в качестве задающего генератора применен симметричный мультивибратор (см. фиг. 8), облада ощий пр мопропорциональной зависимостью периода колебаний от напр жени  зар да хронирующих конденсаторов С, в качестве

которого служит t/ynp.

Дл  изменени  частоты генератора по синусоидальному закону в пределах углов его полного включени  управл ющее напр жение должно быть пропорциональным обратному значению функции частоты, т. е.

упв - -

упр

/геи

где А - коэффициент пропорциональности.

Управл ющее напр жение, мен ющеес  в пределах углов полного включени  генератора по требуемому закону, получают путем выделени  огибающей по мгновенным значени м опорного напр жени , моделирующего закон изменени  f/ynp (см. фиг. 7). При этом моменть1 времени дл  измерени  мгновенных значений .моделирующего напр жени  определ ютcfi фазами фронтов сформированного вапр же.. ни . сигнала f/c (см. фиг. 3).

Амплитуда предыдущего всплеска пульсирующего напр жени  запоминаетс  в виде напр жени  зар да конденсатора посто нной емкости , которое на новом всплеске приводитс  в соответствие с новым амплитудным значением . Так как напр жение f/ynp при таком способе выделени  огибающей в течение периода развертки остаетс  посто нным, частота следовани  управл ющих импульсов в течение этого времени также не измен етс .

ровани , соизмеримой с дискретностью привода , необходимо, чтобы при смещении точки копировани  на один шаг ,от кра  контура (Д/, см. фиг. 10) начиналась подача импульсов на вход шагового привода. Выполнение этого услови  зависит от соотношени  частот задающего генератора и развертки.

В случае движени  по одной координате смещению точки копировани  на один шаг (из О в О) соответствует сдвиг фазы сигнала фош, который, как следует из фиг. 10, равен;

- arssin-- ,

где А/ - шаг привода, R - радиус орбиты развертывающего элемента.

Коррекци  возникшей ошибки станет возможной , если за врем  /, определ емое периодом развертки Т и углом сдвига фаз фош

Г )на вход шагового привода посту 360 /

пит хот  бы один импульс. Отсюда частота генератора /ген может быть выражена через частоту развертки F следующим образом:

,, J 360°- F

/ген - Т -

А I R

arc sinВ случае регулировани  частоты задающего

генератора, как было рассмотрено выше (см. фиг. 5), это значение частоты доллшо соответствовать минимальной частоте генератора fmi-n. Так как минимальное значение частоты генератора , определенное из услови  обеспечени 

необходимой статической точности копировани , обычно значительно превышает частоту приемистости шаговых приводов, то последн   должна быть получена из частоты генератора путем делени .

Функциональна  схема системы управлени  шаговыми приводами изображена на фиг. 9. Задающее напр жение вырабатываетс  фотодатчиком 4 под действием светового потока, отраженного от копируемого контура 1 и сформированного объективом 2, а также диафрагмой 5, вращаемой синхронным электродвигателем 5. Напр жение фотодатчика 4 преобразуетс  в серию пр моугольных импульсов (Не, см. фиг. 1 и фиг. 3).

Выходное напр жение формировател  6 и опорные напр жени  (см. фиг. 3) от источника 7 опорных напр жений подведены ко входал преобразователей 8. Каждый из этих преобразователей преобразует мгновенное значение

подведенного опорного напр жени  в момент фронта или среза импульсов /i, tl, tz, tz и так далее в длительность импульсов опорных интервалов времени.

Скорости перемещени  по двум координатам (в четырех направлени х) определ ютс  по мгновенным значени м четырех серий опорных импульсов Uo-n.(+X), Uoa( + y), Uon(-X) ,

UOH(-Y (CM. фиг. 3). Дл  преобразовани 

разовател  +Х, --У, -X, -У, на входы которых подведены по одному из опорных напр жений и напр женне сигнала Г/с, положительный перепад которого по вл етс  в моменты времени /ь ty и т. д. Дл  повторного преобразовани  равных мгновенных значений напр жений на второй половине периода также необходимы четыре аналогичных преобразовател  + Х, -L У, -X, -у, на входы Которых, кроме опорных напр жений, подведено инвертированное напр жение сигнала Uc с положительными перепадами в моменты времени t, и т. д. Наличие импульсов на выходах преобразователей с одинаковым знаком  вл етс  признаком направлени  перемещени . Так как эти импульсы супдествуют во времени дискретно , то направление.перемещени  запоминаетс   чейками «ПАМЯТЬ 15 и 16, на входы которых импульсы с одноименных преобразователей с одинаковым знаком поступают через логические  чейки «ИЛИ 9, 10 и /, 14. Длительность импульсов на выходах одноименных преобразователей независимо от знака определ ет скорость перемещени  но координате. Поэтому выходы всех одноименных преобразователей объединены  чейками «ИЛИ // и 12.

Координатные задающие генераторы 17 и 18 подключены ко входам распределителей 21 и 22 через ключи 19 и 20, управл емые выходными импульсами преобразователей 5. Поэтому числа импульсоп, поступающие на входы распределителей, пропорпиональны частотам задающих генераторов и скважности пропускного состо ни  ключей.

Синхронность перемещени  резаков и считывающего устройства обеспечиваетс  параллельным включением шаговых двигателей 25, 29 и 26, 30. Необходимый масштаб скоростей перемещени  задающего устройства и резаков задаетс  выбранными передаточными числами редукторов 27, 28 и усилителей 5/ и 32 вращающего момента.

Пусть фаза напо жени  сигнала такова, что фронт и срез импульсов Uc совпадают с началом и концом ОПОРНОГО импульса Um( (см. фиг. 3). При этом на выходах всех преобразователей , относ щихс  к координате X. импульсы опорных интервалов времени отсутствуют , а на выходах преобразователей, относ щихс  к координате У, длительность илшульсов равна по.ловине пепиода или ппевьппает ее. Следовательно, движение осуществл етс  только по координате У со скоростью, определ емой максимальной частотой fmnv генератора 18, управл емого преобразователем 24 (см. фиг. 5). Так как фронт импульсов Uc (моменты времени /i, /  и т. д.) совпадает во времени с опорными импульсами сепии 7рп(-4-У), перемещение по координате У совпадает с ее по.пожительным направлением.

При сЬазовоА сдвиге импульсов U,. напримеп вправо, по вл ютс  ИМПУЛЬСЫ на выходах преобразователей -X и -X, опреде.л ющие числа щагов перемещени  по этой координате в направлении -X. По мере дальнейшего фазового сдвига сигнала наступает условие полного включени  генератора, и с этого момента начинаетс  увеличение частоты генератора 17 под действием управл ющего напр жени  (Уупр, поступающего от преобразовател  23. При противоположном сдвиге фаз сигнала импульсы опорных интервалов времени возникают на выходах -- и +Х. Ячейка «ПАМЯТЬ 15 переводитс  в «противоположное состо ние, вследствие чего измен етс  пор док коммутации распределителем 21 фазовых обмоток двигателей 25 -к 29 VI движение производитс  в противоположном направлении и т. д.

На фиг. 11 приведена одна из возможных

схем преобразовател  мгновенных значений напр жени  в длительность импульсов. Возможность реализации остальных узлов системы общеизвестна. Рассмотрим принцип действи  преобразовател .

Ко входу Вх подведено напр жение сигнала , а к Вх --опорное напр жение.

В течение времени существовани  плоской верщины импульса напр жени  f/c или в паузе триод Т открыт базовым током, протекающим через резистор R. Напр жение на коллекторе триода Г) неизменно и близко к нулю. Аналогичным образом открыт триод Т, поддерживающий выходное напр жение близким

к НУЛЮ независимо от периодически открывающегос  и закрывающегос  выхо.вдого триода Гз задающего генератора.

В момент положительного скачка импульса напр жени  Uc триод Г на некоторое врем ,

определ емое разр дом конденсатора С, закрываетс . В течение этого времени хронирующий конденсатор Сх зар жаетс  до напр жени , существующего на Вх. При последующем открывании триода Т

хронирующий конденсатор через хронирующий оезистор разр жаетс , запира  триод Т. В течение этого времени на выход поступают импульсы с посто нной частотой задающего генератора , вследствие чего их число пропорционально мгновенному значению опорного напр жени , определенному в момент фронта импульса сформированного задающего напр  сени .

Коэффициент пропорциональности преобразовани  определ етс  посто нной времени хронирующей цепи RyiC и устанавливаетс  из услови  полного включени  генератора.

Предмет изобретени 

55

Claims (3)

1. Способ управлени  шаговыми приводами копировальных станков, при котором сигналы с фотозадающего устройства разлагают на координатные составл ющие и подают на обмотки  корей двигателей привода, перемещающих инструмент относительно издели  и фотозадаюнтее устройство относительно копира, отличающийс  тем, что, с целью повышени  скорости копировальных станков и точности копиза период между двум  измерени ми сигналов, определ ющие средние частоты шагов, получают путем пропорционального преобразовани  мгновенных значений опорных напр жений, моделирующих на периоде измерени  величины и знаки скоростей по каждой координате в длительность импульсов опорных интервалов времени, в течение которых на входы шаговых приводов подают импульсы.

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что преобразование мгновенных значений моделирующих опорных напр жений в длительность импульсов интервалов времени производ т чаще одного раза за пернод задающего напр жени .

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, ч го коэффициент пропорциональности мгновенных значений опорных напр жений в длительность опорных интервалов временн устанавливают из расчета полного включени  задающего генератора при фазовом сдвиге напр жени  сигнала относительно опорных напр жений, меньшем четверти периода, после чего по тому же закону управл ют частотой задающего геператора , причем управл ющее напр жение дл  этой цели получают пудем выделени  огибающей по мгновенным значени м опорного напр жени  в моменты времени по влени  фронтов импульсов сформированного напр жени  сигнала.

иг.2

Ю J rrd.™J

QD

J 0&г

Фиг. 11