микропроцессорное устройство управления приводом

Формула изобретения

МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ, содержащее блок формирования управляющего воздействия, группа входов данных которого является группой информационных входов устройства, а управляющий и информационные выходы соединены с соответствующими входами блока питания электродвигателя, ось вращения которого жестко соединена с осью вращения оптоэлектронного датчика перемещения, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами блока защиты двигателя от дребезга, отличающееся тем, что в него введены реверсивный счетчик импульсов и буферный регистр, группа информационных выходов которого соединена с группой входов данных блока формирования управляющего воздействия, выход сигнала перезаписи которого подключен к входу управления записью буферного регистра и реверсивного счетчика импульсов, вход сложения и вход вычитания которого подключены к соответствующим выходам блока защиты двигателя от дребезга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к регистрирующей технике и может быть использовано в двухкоординатных самопишущих приборах, графопостроителях, системах отработки перемещения по цифровым управляющим воздействиям.

Известно двухкоординатное регистрирующее устройство, содержащее две астатические следящие системы, преобразующие входные напряжения в пропорциональное перемещение пишущего пера, последовательно соединенные схему ИЛИ, на выходы которой поступают сигналы рассогласования следящих систем, пороговое устройство, длительность выходного импульса которого равна времени перемещения пера в следующую точку, и схему выделений заднего фронта импульса, поступающего с порогового устройства, импульса, вырабатывающего в момент равновесия следящих систем электрический сигнал, используемый для вызова входных напряжений, соответствующих следящей точке графика [1]

Недостатком известного устройства является повышенное потребление мощности, поскольку вблизи точки равновесия система работает в линейном режиме.

Известно также широтно-импульсное управление приводом регистрирующего устройства, содержащее микропроцессор, на вход которого поступает информация о заданной точке перемещений, а также управляющие сигналы со схемы выделения направляющих вращения исполнительного двигателя, со схемы формирования сигнала прерывания и со схемы защиты от реверса, на входы которых поступают сигналы от оптоэлектрического датчика перемещения. Выходной сигнал микропроцессора воздействует на таймер, формирующий импульс заданной деятельности, который вместе с сигналом микропроцессора, задающем направление исполнительному электродвигателю, поступает на схему управления двигателем. Ось двигателя жестко связана с осью оптоэлектрического датчика, на выходе которого формируется две последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые по отношению друг к другу на 90^о [2]

Недостатком известного устройства является невысокое быстродействие, поскольку выдача управляющего воздействия производится микропроцессором по мере поступления сигналов прерывания. Для формирования управляющего воздействия должна быть выполнена программа обработки входной информации микропроцессора, которая требует определенных временных затрат. Таким образом, сигналы прерывания должны поступать не чаще минимально заданного интервала времени, т.е. скорость вращения вала двигателя и связанного с ним датчика обратной связи должна быть ограничена. На практике такая схема управления приводом обеспечивает максимальную скорость перемещения регистрирующего устройства самопишущего прибора на уровне 100-150 мм/с.

Технический результат, который обеспечивает изобретение, повышение быстродействия микропроцессорной управляющей системы по крайней мере до 400-500 мм/с за счет применения интегрального показателя перемещения регистрирующего устройства путем подсчета количества импульсов с датчика обратной связи за заданный интервал времени.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 алгоритм работы предлагаемого устройства; на фиг. 4 принципиальная электрическая схема защиты от реверсов, возникающих при неустойчивом положении регистрирующего устройства вблизи точки равновесия; на фиг. 5 диаграммы, поясняющие работу схемы защиты от реверсов.

Устройство содержит (фиг. 1) блок 1 формирования управляющего воздействия, блок питания 2 электродвигателя, электродвигатель 3 постоянного тока, оптоэлектронный датчик перемещения 4, блок защиты от дребезга 5, выходы 6, 7 и 8 блока 1, задающие последовательности импульсов 41, 42 и направление вращения электродвигателя, шину 9 данных блока 1, выход 10, определяющий скважность подачи на электродвигатель, таймер 11, блок выделения направления вращения 12 оси электродвигателя, блок формирования сигналов прерывания 13, выход 14 сигнала переписи информации, реверсивный счетчик импульсов 15, буферный регистр 16, вход 17 сигнала готовности входной информации.

На фиг. 2, 3 даны следующие обозначения: RD сигнал "чтение"; RZZ регистр заданного значения; RTZ регистр текущего значения; I разность между содержимым RZZ и RTZ; DI изменение разности за один период широтно-импульсного преобразования; I_п разность между содержимым RZZ и PTZ в предыдущем цикле; К₁, К₂ коэффициенты, подбираемые экспериментально; SL1, SL2 слагаемые формулы, описывающие динамику движения следящей системы; Т интервал времени, в течение которого на электродвигатель поступает питающее напряжение; T_o период широтно-импульсного преобразования; TF1, TF2 сигналы переполнения соответственно первого и второго таймеров-счетчиков; Р1.0 линия микропроцессора, формирующая сигнал 10, показанный на фиг. 2, 3; Р1.2 линия микропроцессора, формирующая сигнал на выходе 8.

Работает устройство следующим образом.

Для реализации управления движением следящей системы с обратной связью по производной от угла рассогласования, длительность времени Т, в течение которого на электродвигатель подается питание, может быть задана в виде

K₁I+ K₂

(1) К₁, К₂ коэффициенты пропорциональности;

I рассогласование (разность между содержимым RTZ и RZZ).

При этом период широтно-импульсной модуляции Т_о должен быть постоянным.

Алгоритм работы устройства выполнен таким образом, что цикл его работы всегда один и тот же и равен Т_о, что задается с помощью блока 1 микропроцессора. Тогда второй член первой части уравнения 1 может быть рассчитан путем вычисления разности между величинами рассогласования 1 в смежных циклах, поскольку величина dt для них постоянна (dt T_o).

По окончании цикла блок 1 микропроцессора опрашивает, готова ли новая информация, и если готова, то принимает ее в регистр заданного значения RZZ, иначе переходит на опрос содержимого реверсивного счетчика (чтение ). После чтения производится расчет нового значения регистра текущего значения RTZ и затем вычисление разности между регистрами RTZ и RZZ.

Далее рассчитывается изменение разности D 1 путем вычитания из 1 величины I_п, полученной в предыдущем цикле, после чего I_п принимает новое значение 1, тем самым подготавливая величины I_п для последующего цикла.

Если D 1 больше нуля, то второе слагаемое в уравнении (1) определяется умножением D 1 на К2. Если же D 1 отрицательно, то кроме операции умножения производится предварительное преобразование D 1 в дополнительный код, а затем после вычисления SL2 обратное преобразование.

Аналогично находится первое слагаемое формулы 1 и затем рассчитывается интервал Т. В зависимости от знака Т устанавливается либо сбрасывается флаг S, который управляет направлением вращения электродвигателя путем установки порта Р1.2 блока 1 (микропроцессора) непосредственно перед подачей питания в течение Т. Установка порта Р1.2 до окончания цикла Т_о может привести к сбою, поскольку в этом случае может произойти изменение направления вращения до окончания предшествующего периода Т.

Если рассчитанная величина Т по абсолютной величине превышает Т_о, то по окончании текущего цикла Т_о, которое определяется по признаку переполнения ТГ1, устанавливается состояние порта Р1.2 в соответствии с флагом S (знаком Т) и затем порт Р1.0 устанавливается в состояние низкого потенциала, что приводит к подаче питания на электродвигатель. При этом питание подается по крайней мере в течение одного полного цикла Т_о.

Если Т < Т_о, то по окончании текущего цикла и сброса ТР1 разрешается прерывание по переполнению ТР2, устанавливается порт Р1.2 и затем подается питание на электродвигатель установкой в ноль порта Р1.0.

На этом цикл работы завершается и происходит переход на опрос готовности новой информации.

Блок 1, отработав интервал Т, устанавливает признак переполнения ТР2, по которому произойдет прерывание блока 1 (микропроцессора). В подпрограмме прерывания порт Р1.0 возвращается в состояние высокого уровня, что снимает питание с электродвигателя, а также запрещается дальнейшее прерывание по признаку ТР2.

Таким образом за период Т_о, определяемый циклом, на двигатель подается питание в течение Т. Для устранения сбоев, обусловленных дребезгом, применяется специальная схема (фиг. 3). Формирование импульсов, поступающих на суммирующий вход счетчика "+" или на вычитающий вход "-", производится только при высоком уровне фазовой последовательности 1 (фиг. 4). В зависимости от направления вращения датчика обратной связи фазовая последовательность 2 может опережать 1 на 90^о, либо отставать от нее на 90^о (что отражено диаграммами 2 и 2"). Для фазовой последовательности 2 импульсы, длительность которых зависит от R_c-цепочки, формируется на выходе D-триггера "1", а для фазовой последовательности 2" на выходе другого D-триггера "+1". Если произойдет многократное изменение направления вращения вблизи фронта импульса 2 (при высоком уровне 1), то импульсы "+1" и "-1" будут формироваться поочередно, не изменяя содержимого реверсивного счетчика. Таким образом, блок защиты от дребезга практически исключает ошибку в определении текущего положения регистрирующего устройства.

Применение реверсивного счетчика и буферного регистра допускает в данном устройстве поступление нескольких импульсов за один цикл обработки информации блоком 1 (микропроцессором), что не приводит к потере информации о текущем положении регистрирующего устройства. При этом длительность цикла выбирается с одной стороны из условия обеспечения необходимой обработки с учетом системы команд блока 1 управляющего микропроцессора, а с другой из заданной длительности выполнения одного шага перемещения на максимальной скорости. Таким образом, цикл обработки информации в данном устройстве фиксирован и равен периоду поступления импульсов от датчика обратной связи при максимальной скорости перемещения. Это снижает требования по допустимому периоду между очередными шагами обработки по сравнению с прототипом, что позволяет повысить производительность устройства в 3-4 раза.