Ф{тх отмбмне актемы автоматитроваяяого алектропривода Разд. 10

10.3.4. Цифровые соедящне эаекгропряводы

В цифровых следящих электроприводах используются цифровые устройства, обеспечивающие кваитоваине сигналов управления по уровню и времени я превращения нх в непрерывный сигнал управлеиия двигателем. Такие системы обеспечивают задание, контроль отработки перемещения и выработку сигнала управлении в цифровом коде и преобразование его в непрерывные сигналы управления двигателем. Структурная схема цифрового следящего электропривода приведена иа рис. 10.26. Управление движением, осуществляемым двигателем, обеспечивает цифроваявычислительиаямашина/. Она задает алгоритнавнжеиия и контролирует отработ-

пр наеденную иа рис. 10.27. В нее входит аналоговая часть электропривода с контурами регулирования тока и скорости аналогичная электроиривояу непрерывного действия (см. рис. 10.11). Контур регулирования переме-щеияя выполнен в цифровом виде 110.5] В нем цифровым способом обеспечиваются задание перемещения, контроль его действительного значения и выделение погрешности рассогласования. Заданное перемещение обеспечивается устройством ввода задания SZ в виде числа N3. Контроль действительного перемещения осуществляетси цифровым датчиком BQ, сигнал которого преобразователем кода UZ преобразуется в число N(b том же коде, что N), соответствующее дей-. ствительиому перемещению. Устройстео А W, сравнивая числа и Ле. обеспечивает число

Аналоговая часть

Рнс. 10.26. Структурная схеиа цифрового следящего электропрввода.

ку этого движения. Задание осуществляется в цифровом коде. Сигнал обратной связи обеспечивается и в цифровом коде, получаемом с помощью преобразователя иапряжеиие - цифра Uy2- Этот преобразователь осуществляет квантование непрерывной величины по уровню и по времени и обеспечивает кодирование, т. е. преобразование выходных сигналов в цифры. Сравнивающее устройство ЭВМ осуществляет сравнение сигналов за-даиия и обратвой связи в 11ш)ровом виде (в коде) и вырабатывает сигнал управлеиия ткже в виде цифры Ny. Далее этот цифровой сигнал декодируется преобразователем Uv С превращается в непрерывную величину Uy, п - напряжете управлеиия преобразователем UM., питающим двигатель М.

Основные достояиспа цифровых следящих электроприводов определяются возможностями используемой цифровой техники. Это высокая точность, высокая помехозаиб!-щеииость, возможность реализации сложных алгоритмов управлеиия с помощью ЭВМ и простая возможность оргаинзацви цифровой индикации работы электропривода.

В цифровых следящих электроприводах силовой преобразователь напряжеиия и электродвигатель являются устройствами непрерывного действия - аналоговыми, как в следящих электроприводах иетшерывного действия. Онн представляют собой электропривод стабилизации скорости с формированием требуемых статических н динамических характеристик. Такие системы получили наз-ааи1ю цифро-аналоговых. При использовании принципа подчиненного регулирования параметров цифро-аналопюая следящая система электропривода имеетфункдиоиальную схему,

AS *-

>i/A

Pbc. 10.27. Функциональная схема авфр -ава-логового следящего электропрявсща.

ЛА, соответствующее рассогласованию пе-ремещеиня. Это число с помощью преобразователя код - иапряжеиие Uy преобразуется в аналоговый сигнал А {/9, который подаетси иа регулятор положения аналоговой части системы.

Цифро-аналоговые системы следищнх электроприводов позволяют обеспечить высокую статическую точность регулирования положения или перемещения, порядка 0,01- 0,001%, присущую цифровым устройствам, и обеспечиваемые аналоговой частью системы, хорошие динамические показатели, т. е. высокое быстродействие с хорошим качеством переходного процесса.

Статическая точность цифровых систем определяется шагом квантования повремени, минимальная величина которого ограничена точностью измерения параметра регулирования и точностью преобразования его значений в цифровую форму.

Цафровая информация обеспечивается в параллельном или последовательном потенциальных кодах (даоичиый, двоично-десятичный и др.) вли в специальных кодах (Грей, Баркера и др.). В условнях значительных промышленных помех и при повышенных требованиях к надежности обычно используютсн устройства, работающие в параллельном потеиаиальиом Koiie [10.6].

Используемые в цифровой части устройства могут выполняться в виде отдельных устройств [10.5] или могут быть заменены ЭВМ (см. контур, выделенный штрихпунктир-иой линией).

Применение цифровых систем быстро, увеличивается в связи с развитием ЭВМ и созданием микро-ЭВМ и микропроцессоров (см. разд. 3).

Благодаря наличию в цифровых системах квантования по уровню и времеии процессы, происходящие в таких системах, свойственны релейным и импульсным системам. В иих возможны присущие релейным системам, автоколебания, амплитуда которых определяется зоной нечувствительности, равной шагу квантования по уровню. И дискретность управляющих сигаалов, связанная с квантованием по времени, присущая импульсным системам. В таких системах содержатся нелинейные звенья - квантователи, описываемые многоступенчатой релейной статической характеристикой, и импульсные характеристики. Поэтому синтез и анализ цифровых систем производится нелинейными методами, присущими релейным и импульсным системам {10.11, 10.12]. Однако при уменьшении шага квантования по уровню амплитуда колебаний сиижается и цифровая система по своим свойствам приближается к импульсным системам. В этом случае исследования таких систем упрощаются ПО. 11].

Для коррекции цифровых систем применяются корректирующие устройства непрерывного действия и цифровые. Непрерывные корректирующие устройства используются те же, что в следящих электроприводах непрерывного действия. Они изменяют параметры иепрерывиой (аналоговой) части системы, обеспечивая в ией требуемое качество и характер процессов. Цифровые корректирующие устройства реализуются в программе ЭВМ или с помощью моделей, обеспечивающих требуемые законы коррекции и выполняемых на специальных блоках ЭВМ. Цифровые корректирующие устройства выполняются в виде последовательиых и параллельных, линейных и нелинейных устройств Е10.5}.

10.4. СИбтЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Системами программного управлеиия (СПУ) являются осуществляющие управление в соответстави с заданной управляющей программой системы автоматического управления рабочей машиной нли ее отдельным исполиительиьш органом, что в общем виде называют объектом управлеиия.

Обобщенная структуриая Схема СПУ приведена иа рис. 10.28. Оиа содержит программное (НУ), управляющее (УУ) и исполнительное {ИУ) устройства, объект управлении ОУ и обратную связь ОС. Программное устройство содержит программоноситель, вводное и считывающее устройства. Программоноситель, в качестве которого используются перфо- и магнитные ленты.

штекерные и другие матрицы или память ЭВМ. хранит информацию задания или чертежа в виде управляющей программы, введенной в него программистом или ЭВМ. Вводное устройство вводит в управляющее устройство с помощью считывающего устройства управляющую программу с программоносителя или непосредственно от ЭВМ. Управляющее устройство корректирует потоки информации управляющей программы в соответствии с информацией ОС или других источников информации, например интерполяторов, производит требуемые математические операции и вырабатывает управляющие воздействия для ИУ, в качестве которого используется привод. В качестве электроприводов в СПУ применяются быстродействующие регулируемые и следящие электроприводы пос-

6) т

Рис. 10.28. Структуриая схема системы программного управления: разомкнутая (а) и аамяяутая (б).

тоянного и переменного тока, которые приводят в движение исполнительный орган ИО рабочей машвиы (объект управлеиия ОУ) в соответствии с информацией управляющей программы. Обратную свизь осуществляют датчики ОС, вырабатывающие поток информации о фактическом положении ИО, котораи может определиться непосредственно при установке датчика иа ИО или косвенно при установке датчика, например, на валу электродвигателя элек1фопрнвода.

Программное управление особеиио широкое распространение получило в металлообрабатывающей промышлеииости, где оно позволяет изготовлять изделия сложной формы с высокими точностью и производительностью без иепосредствеииого участия человека.

СПУ классифицируются по следующим признакам: 1) по принципу задания программы; 2) по принципу управлеиия; 3) по назначению; 4) по принципу действия.

По принципу задания управляющей программы СПУ разделяются иа аналоговые и числовые.

В аналоговых СПУ задание управляющей программы производится аналоговым сигналом в виде задания уровня постоянного напряжения или фазы переменного напряжения. Для задания управляющей программы используются механические программируемые профильные кулачки, копиры, матряцы, магнитные леиты и др.

Числовые СПУ получили распространение в стаикостроеиии, поэтому термины и определения для иих приводятся согласно ГОСТ 20523-80 Устройства числового программного управлеиия металлообрабатываю-щегооборудрваиня , по которому программное управление с запвсью прогр>аммы числовым кодом называется числовым программным

управлением (ЧПУ) и определяется как у прав -леиие обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные записаны в цифровой форме. Управляющая программа определяется как совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

Наибольшее применение в числовых СПУ получили двоичный и двоично-десятичный коды [10.16].

в качестве основного кода для систем ЧПУ в последнее время принят международный двоично-десятичный код ISO - 7 бит. Для обозначения различного уровня команд и числовой ииформации в ием используются прописные буквы латинского алфавита, цифры от О до 9 и ряд служебных символов: % - начало программы, <+* или - - направление перемещения (ГОСТ 20999-78). Управляющее устройство в ЧПУ называется устройством ЧПУ (УЧПУ), а система, опре-деляемаи как совокупность функционально нзаимосвяэанных и взаимодействующих технологических и программных средств, обеспечивающих ЧПУ, называется системой ЧПУ (СЧПУ).

По принципу управлеиия СПУ выполняются разомкнутыми и замкнутыми. Разомкнутые СПУ имеют одни поток ииформации от управляющей программы и выполняются по структурной схеме рис. 10.28, о. Они обеспечивают невысокую, ио достаточную точность отработки программы. Замкнутые СПУ имеют два потока информации от программы и по цепи обратной связи и выполняются по структурной схеме рис. 10.28, б. Они обеспечивают высокую точность отработки за счет непрерывного коитроляи наличия ииформации о Состоянии ИО рабочей машины в процессе движения.

По назначению СПУ делятся на цикловые, позиционные и контурные.

Цикловые СПУ, или системы с цикловым программным управлением ЦПУ [10.16], осуществляют управление одним или несколькими ИО, обеспечивающими требуемый технологический цикл, т. столько определенную повторяющуюся последовательность действия отдельных ИО рабочей машины или группы машии. Последовательность действия определяется управляющей программой, задаваемой обычно в виде простых дискретных команд ва включение и отключение электроприводов, приводящих в движение ИО рабочих машнн. Системы ЦПУ выполняются в основном разомкнутыми, а наличие датчиков положения, фиксирующих положения ИО и дающих команды на включение и отключение электроприводов, рассматривается как квазиобратные связи.

Управляющие программы в системах ЦПУ выполняются в виде неизменяемой и изменяемой программ [10.3]. Неизменяемая управляющаи программа задается в виде определенной схемы электроавтоматики, включение и отключение управляющих элементов которой производится по времени

или по технологической готовности ЯО.Управление по времени используется в рабочих машинах, обеспечивающих технологический процесс, проходящий за определенное время по участкам. Такая управляющая программа обеспечивается с помощью реле времени. Управление с контролем технологической готовности на каждом участке цикла используется в рабочих машинах с перемещением ИО или их зажимов и разжимов и т. п. (контроль положения) или при достижении заданного уровня того или иного технологического параметра (контроль размеров и количества деталей или давления при зажиме и разжиме изделий и т. п.). Контроль технологической готовности обеспечивается различными датчиками, например положения, давления, счета и др.

Изменяемые управляющие программы в системах ЦПУ строятся обычно по схеме матрицы с заданием программы в виде наборов переключателей, коммутаторов, командо-аппаратов с переставными кулачками и с помощью программируемых контроллеров (см. § 6.4), представляющих собой вычислительные устройства, реализующие логические функции релейных схем.

Управляющие программы в сложных системах ЦПУ задаются также в числовом виде (ЧПУ) и в виде памяти ЭВМ [10.16]. Однако такие программы содержат только информацию о цикле и технологических режимах, а перемещения задаются установкой упоров, воздействующих на путевые переключатели [10. 17].

В ЦПУ обычно используются резисторные электроприводы постояииого или переменного тока (см. § 7.1 и 8.1).

Наиболее совершенными СПУ являются позиционные и контурные, используемые в ЧПУ металлорежущими станками. Где согласно ГОСТ 20523-80 позиционное ЧПУ определяется как ЧПУ станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются. Позиционное ЧПУ используется не только для управлеиия движением в металлорежущих станках, но и в любых рабочих машинах, ИО которых требует перемещения с позиционированием. В таких системах важнаточность установки заданного конечного положения исполнительного органа, а не траектории его перемещения.

Позиционные системы обычно осуществляют управление положением ЯО в нескольких координатах на плоскости, где обеспечивается его точное позиционирование. В этом случае движение ИО от одной коорди иаты к другой обеспечивается по любой траектории, но с минимальным временем перемещения.

В позиционных ЧПУ применяются быстродействующие электроприводы в основном постоянного тока, удовлетворяющие требованиям позиционных электроприводов (см. § 6.31.

Под контурным ЧПУ понимается ЧПУ станком (любой рабочей машиной), при котором перемещение его рабочих (исполнительных) органов происходит по заданной траек-