ГИБРИДНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Гибридная электромеханическая система прямого цифрового управления
Полезная модель относиться к электромеханическим системам и может быть использована в качестве управляемого привода в различных манипуляторах.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемой системы, является позиционная система программного управления 1, стр. 96-97, рис. 36, содержащая усилитель (У), двигатель (ИД), редуктор (Р) и датчик обратной связи (ДОС). Датчик обратной связи измеряет положение вала редуктора, сигнал от датчика сравнивается с заданием и через усилитель подается на двигатель. К недостаткам прототипа следует отнести возникновение трудностей при реализации сложных законов управления (нелинейных, нечетких и т.п.), а также невозможность учета информации о скорости вращения вала двигателя.
Задачей полезной модели является создание электромеханической системы с возможностью простой реализации любых алгоритмов управления и обеспечение возможности использования при вычислении управляющего воздействия информацию не только о положении вала редуктора, но и информации о скорости его вращения.
Сущность полезной модели заключается в том, что гибридная электромеханическая система прямого цифрового управления, содержащая усилитель 1, двигатель 2, редуктор 3 и датчик 4 обратной связи дополнительно содержит цифровую вычислительную мащину (ЦВМ) 5, устройство 6 цифрового ввода-вывода и устройство 7 онределения направления. При этом, к выходу усилителя 1 нодключен двигатель 2, вал которого сопряжен с первичным валом редуктора 3, вторичный вал которого сопряжен с датчиG 05 в 15/00
ком 4 обратной связи. Первый выход датчика 4 обратной связи соединен с входом запроса прерьюания (ЗП) ЦВМ 5, на магистрали информационного обмена которой находится устройство 6 цифрового ввода-вывода. Первый и второй выходы датчика 4 соединены, соответственно, с первым и вторым входами устройства 7 определения направления, выход которого соединен с входом устройства 6 цифрового ввода-вывода. Первый выход устройства 6 цифрового ввода-вьшода соединен с входом выбора направления (Напр) усилителя 1, второй выход устройства 6 цифрового ввода-вывода соединен с сигнальным входом (С) усилителя 1.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором обозначены:
1- усилитель;
2- двигатель;
3- редуктор;
4- датчик обратной связи;
5- цифровая вычислительная машина (ЦВМ);
6- устройство цифрового ввода-вывода;
7- устройство определения направления.
Усилитель 1 яв.11яется усилителем сигналов с широтно-импульсной моду.1яцией (ШИМ-сигналов). Полярность сигнала на выходе усилителя 1 зависит от состояния сигнала, подаваемого на вход выбора направления (Папр) усилителя 1.
Датчик 4 обратной связи является унитарно-кодовым датчиком углового перемещения. На первом и втором выходах датчика 4 обратной связи формируются две последовательности импульсов. Количество импульсов пропорционально углу поворота вала датчика 1 обратной связи. В зависимости от направления вращения последовательность, формируемая на первом выходе датчика 1 обратной связи, либо опережает по фазе последовательность, формируемую на втором выходе датчика 1 обратной связи, либо отстает от нее по фазе на 90.
Устройство 6 цифрового ввода-вывода содержит порт цифрового ввода, порт цифрового вывода, задающий генератор, счетчик и формирователь ШИМ-сигнала. Порт цифрового ввода, порт цифрового вывода, счетчик и формирователь ШИМсигнала связаны с магистралью информационного обмена ЦВМ 5. Выход опорной частоты задающего генератора соединен с входом онорной частоты формирователя ШИМсигнала и счетным входом счетчика. Выход порта цифрового вьшода является нервым выходом устройства 6 цифрового ввода-вывода, выход формирователя ШИМ-сигнала является вторым выходом устройства 6 цифрового ввода-вывода, вход порта цифрового ввода является входом устройства 6 цифрового ввода-вьшода.
Устройство 7 определения направления может бьггь выполнено, например, в виде D-триггера, вход данных (D-вход) которого является первым входом устройства 7 определения направления, а вход синхронизации (С-вход) является вторым входом устройства 7 определения направления. Выход триггера является выходом устройства 7 определения направления.
Гибридная электромеханическая система прямого цифрового управления работает следующим образом. Импульсы с первого выхода датчика 4 обратной связи поступают на вход запроса прерьгеания (ЗП) ЦВМ 5. При поступлении очередного импульса в ЦВМ 5 происходит прерывание вьшолнения основной программы и осуществляется вызов программы обработки прерывания, которая осуществляет чтение данных из порта цифрового ввода устройства 6 цифрового ввода-вывода, то есть чтение информации о состоянии сигнала направления вращения, вырабатываемого устройством 7 определения направления. Далее программа обработки прерьшания осуществляет чтение значения из счетчика устройства 6 цифрового ввода-вывода. Программа обработки прерывания производит счет импульсов датчика с учетом информации о состоянии сигнала направления вращения: при вращении вперед осуществляется увеличение программного счетчика импульсов на единицу, а при вращении назад осуществляется уменьщение программного счетчика импульсов на единицу. Далее на основании данных, прочитанных из счетчика устройства 6 цифрового ввода-вывода и значения программного счетчика импульсов датчика, рассчитьгоается текущий угол поворота вала двигателя и скорость его вращения по следующим формулам.
Угол поворота вала двигателя:
где Л - значение нрограммного счетчика имиульсов, А:дду - коэффициент датчика 4 обратной связи;
скорость вращения вала двигателя:
(0
(Жсч - СЧО )  РЕД  ДАТ
где F - частота следования импульсов от задающего генератора устройства 6 цифрового ввода-вывода,   текущее значение счетчика устройства 6 цифрового ввода-вьгеода,   значение счетчика устройства 6 цифрового ввода-вывода в момент предыдущего вызова программы обработки прерывания,  - коэффициент редуктора.
Вычисленные значения угла поворота и скорости вращения двигателя передаются программе, реализующей алгоритм управления. Эта программа осуществляет вычисление нового значения управляющего воздействия, на основании которого вычисляется новое значение рабочего периода широтно-импульсной модуляции, которое по магистрали информационного обмена ЦВМ 5 передается в формирователь ШИМ-сигнала устройства 6 цифрового ввода-вьшода, а также в зависимости от знака рассчитанного управляющего воздействия, новое значение записывается в порт цифрового вьшода устройства 6 цифрового ввода-вывода.
Таким образом, предлагаемая гибридная электромеханическая система прямого цифрового управления позволяет реализовать любой алгоритм управления, причем использующий не только информацию об угле поворота вала двигателя, но и информацию о скорости его вращения.
Представленные чертеж и описание системы позволяют изготовить ее из известных элементов, что характеризует полезную модель как промыщленно применимую.
Источники информации
1 А.А. Вавилов, А.Д. Вальчихин, И.А. Карасин, Ф.Ф. Котченко, Н.В. Соловьев. Синтез позиционных систем программного управления. Л.: Мапганостроение. Ленингр. отд-ние, 1977.