Синтез систем управления по циклограммам работы механизмов. Часть 3

Для контроля положений штоков цилиндров служат путевые переключатели  А1,  А2  и  В1, В2 . Сигналы с этих переключателей (а1, а2  и  b1, b2) являются переменными дискретного автомата (рис. 5.3).

К выходу дискретного автомата подключены выходные элементы памяти (триггеры), с которых поступают выходные сигналы (переменные)  х  и у. Они через усилители (на схеме не показано) управляют электрогидравлическими кранами цилиндров  Х  и  Y.

Значения логических функций 

  на включение и на выключение выходных элементов памяти зависят от состояний дискретного автомата.

Рассмотрим последовательность включений и выключений входных и выходных переменных в каждом такте.

Рис. 5.3.  Схема внешних связей дискретного автомата

Синтез систем управления по циклограммам работы механизмов. Часть 2

Каждое последующее действие начинается только после окончания предыдущего. Сначала включается цилиндр  Х  и его шток, связанный с устройством, которое зажимает обрабатываемую деталь на рабочей позиции, идет вперед. После окончания его хода включается цилиндр  Y, шток которого соединен со сверлильной головкой. После завершения обработки отверстий сверлильная головка возвращается в исходное положение, а затем возвращается и шток цилиндра  Х , освобождая деталь.

Рис. 5.2. Схема управления двумя гидроцилиндрами

Синтез систем управления по циклограммам работы механизмов. Часть 1

Циклограмма показывает последовательность включения рабочих органов машины.

Состояния рабочих органов в установившемся режиме изображают на циклограмме горизонтальными линиями. Для каждого рабочего органа, а также для каждого элемента памяти проводится своя линия [5, 7].

Переход от одного состояния к другому происходит почти мгновенно, поэтому он на циклограмме изображается вертикальной линией.

Таким образом, вертикальные линии соответствуют моментам изменения входных сигналов. Расстояние между соседними вертикальными линиями на циклограмме  есть такт работы дискретного автомата.

По циклограмме легко определить суммарные веса входных переменных в каждом такте. С этой целью входным переменным (каналам) в порядке сверху вниз приписывают веса  20,  21,  22,… 2n  и в каждом такте вес канала умножают на значение сигнала в нем, т.е. на  0  или на 
1 , а полученные величины суммируют.

Построение циклограммы рассмотрим на примере относительно простой схемы, которая управляет двумя гидравлическими цилиндрами  Х  и  Y, обслуживающими участок автоматической линии (рис. 5.2).

Цилиндры работают в следующей последовательности:

.

Основные сведения по общей теории дискретных автоматов. Часть 2

К входу логического преобразователя подключены входные элементы  А,
В, С, …, которые контролируют работу объекта управления и, соответственно, вырабатывают входные переменные  а, b, с,…, являющиеся независимыми аргументами, а к выходу логического преобразователя присоединены выходные элементы  X,Y,Z,  включение которых определяется функциями  FX,  FY, FZ,  являющимися выходными переменными.

Переменные  m1 , m2 , m3 , определяемые состояниями элементов памяти 
М1 , М2 , М3 , называются внутренними переменными. Они действуют на вход логического преобразователя совместно с входными переменными и влияют на работу выходных элементов и элементов памяти.

Совокупность состояний элементов памяти называют внутренним состоянием дискретного автомата. Совокупность состояний входа {а , b , с ,…}  и внутренних состояний  {m1, m2 , m3 ,…}  называется
полным состоянием или просто состоянием дискретного автомата. Автомат с  n  входами и  S элементами памяти может находиться в  2n+S состояниях.

Период, в течение которого состояние автомата не меняется, называется тактом. Длительность всех тактов принимается одинаковой, хотя реальное время работы элементов, связанных с рабочими органами машины, естественно, может быть различным. Такт – условная единица времени работы дискретного автомата. Каждому такту приписывается порядковый номер.

Переход от одного такта к следующему обусловлен переключением одного из входных элементов или элементов памяти и сопровождается изменением состояния дискретного автомата. Переходы считаются мгновенными.

Основные сведения по общей теории дискретных автоматов. Часть 1

Для изучения релейных устройств с единой точки зрения их непосредственное изучение заменяют анализом абстрактной модели, называемой дискретным автоматом [2, 3] (рис. 5.1).

Часть дискретного автомата, в которой сосредоточены логические элементы (элементы, реализующие операции алгебры логики  И,  ИЛИ,  НЕ), образующие однотактную комбинационную схему, называют логическим преобразователем (ЛП).

Рис. 5.1.  Структурная схема дискретного автомата

СИНТЕЗ ОДНОТАКТНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Многотактная система отличается от однотактной тем, что при одинаковых воздействиях на входе на её выходе могут быть разные сигналы. Чтобы реализовать такое свойство, многотактная система управления должна обладать памятью – способностью запоминать происшедшие ранее события.

В дискретных автоматах запоминание осуществляется с помощью элементов памяти.

При переходе из одного устойчивого состояния в другое элемент памяти должен сохранять это состояние до тех пор, пока новый сигнал не выведет его из этого состояния.  В качестве элементов памяти широко применяются различные триггеры.

Общие положения

По условиям работы дискретно-логические системы управления разделяются на однотактные и многотактные. К однотактным относятся системы, у которых комбинация сигналов на выходе однозначно определяется комбинацией сигналов, поступивших на вход в течение заданного промежутка времени (такта), и не зависит от комбинаций сигналов, поступивших на вход в предыдущие промежутки времени.

К многотактным
системам относятся системы, у которых комбинация выходных сигналов определяется не только состояниями входов в заданный момент времени, но и значениями входных сигналов в предыдущих тактах.

Однотактную систему можно рассматривать как комбинационную схему (логическое устройство), реализующую логическое соотношение между входами и выходами. Поэтому процесс построения такой системы принято называть логическим синтезом.

Расчет настройки цифрового привода

Цифровой привод обычно имеет две зоны регулирования скорости: рабочую и ускоренных ходов.

В I-ой зоне рассчитывается допустимое рассогласование

,

где uраб.макс – максимальная рабочая подача

Кu – добротность по скорости

d – дискретность

e1x и e1z заносятся в память МУЧПУ под номерами N0F_ и N1F_ соответственно и после адреса F записывается рассогласование.

Для расчета параметров во II-ой зоне задается время торможения tТ=0.2…0.4 сек

Следовательно

e2x и e2z заносятся в память МУЧПУ под номерами N2F_ и N3F_

Торможение обеспечивается за счет интенсивности изменения сигнала управления

, где 0,5 В/с – изменение напряжения управления за такт расчета.

Wx и Wz заносятся в память под номерами N4F_ и N5F_.

Для обеспечения обработки за время торможения tт пути Sт определяется коэффициент передачи контроллера привода во II-ой зоне

Кп2x и Кп2z заносятся в память под номерами N15M_ и N16M_.

Импульсным фотоэлектрическим датчиком положения. Часть 2

Дешифратор ДШ, стробируемый тактовыми импульсами Ти2, анализирует состояние разрядов в сдвиговых регистрах и формирует сигналы «счет».

Код СР21	Код СР22	Сигнал «счет»	Выходы ДШ
Н	С	Н	С
0	0	0	0	Без.Изм.	01
0	0	0	1	+1	02
0	0	1	0	-1	03
0	0	1	1	Без.Изм.	04
0	1	0	0	-1	05
0	1	0	1	Ошибка	06
0	1	1	0	Ошибка	07
0	1	1	1	+1	08
1	0	0	0	+1	09
1	0	0	1	Ошибка	10
1	0	1	0	Ошибка	11
1	0	1	1	-1	12
1	1	0	0	Без.Изм.	13
1	1	0	1	-1	14
1	1	1	0	+1	15
1	1	1	1	Без.Изм.	16

Сигналы «счет» Без.Изм. не используются.

Выходные сигналы ДШ, объединенные  в группы «+1» и «-1» схемами «ИЛИ» подаются соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика РС.  РС накапливает импульсы и формирует код

 углового (линейного перемещения). Коэффициенты умножения частоты сигнала фотоэлектрического ДП в этом ППК равен 4. Схема не чувствительна к фазовым сдвигам сигналов фотоэлектрического ДП и может обнаружить ложные импульсы, возникающие в такте передачи входных сигналов.

Кроме рабочих штрихов на диске (линейке) фотоэлектрического ДП имеется один дополнительный штрих, который вырабатывает сигнал «метка» при каждом полном обороте диска ДП. Сигнал «метка» необходим для выхода рабочих органов станка в фиксированную точку. Кроме того, по сигналу «метка» можно организовать подсчет общего числа импульсов, наступивших в ППК за 1 оборот диска. Если это число не соответствует заданному значению – значит в ППК произошел сбой.

Структура и характеристики цифрового привода

Цифровой привод – следящий привод, информация в котором обрабатывается программным путем с использованием микропроцессора.

В МУЧПУ геометрическая технологическая и терминальная информация обрабатывается МП(микропроцессором), который содержит ПИД-регулятор положения, по определенным алгоритмам которые могут изменяться. Информация о перемещениях обрабатывается контроллером привода и преобразуется в аналоговый сигнал управления Uу, который поступает на регулируемый привод.

ДПТ преобразует угловую скорость w в линейной перемещение стола или суппорта.

ТГ – обратная связь по скорости.

Обратная связь по перемещению осуществляется импульсным преобразователем перемещения (ИИП).

ИИП преобразует угол поворота двигателя в унитарный код. Эта информация преобразуется в контроллере импульсных преобразователей (КИП) в двоичный код.

Основной характеристикой цифрового привода является

,

где Кu – добротность по скорости.

 - коэффициент передачи КП

 - коэффициент передачи регулируемого привода

i – передаточное отношение u/w

Как и в следящем приводе необходимо стремиться компенсировать e.

Наибольшие погрешности возможны при изменении направления движения, например, при обработке прямого угла.

Xз, Zз – заданные перемещения

Xд, Zд – действительные перемещения

ex, ez  - рассогласования

Dн – наружная погрешность обработки

Dв – внутренняя погрешность обработки

Чтобы исключить такие погрешности необходимо исключить перерегулирование и одновременно движение по 2-м координатам. Это можно осуществить аналоговым и цифровым путем.

В 70-80-е годы использовался аналоговый способ. Путь торможения до изменения направления вращения рассчитывался предварительно технологом и задавался в программе. В МУЧПУ это реализуется программным путем за счет расчета настройки привода.