Ipari robotok szervo vezérlő rendszere ÓCSAI L A J O S — K I S S L Á S Z L Ó — JÓZSA E D Ö M É R Mikroelektronikai Vállalat Gyöngyös
ÖSSZEFOGLALÁS A M E V Gyöngyösi telephelyén iparirobot-caaládot fejlesztettünk ki. A cikk a nagypontosságú iparirobotok szervo vezérlésének néhány megoldásáról tájékoztat. Megadjuk a szervo vezérlő rendszereknek egy olyan alkalmazási példáját, amelyet a MEV-ben fejlesztettünk ki. Bemutatjuk az analóg ós digitális vezérlő egységek működését. Bevezetés A z ipari robotok és azok végrehajtó mechanizmusai — elterjedt szóhasználat szerint robotkarok, vagy manipulátorok — merev testek sorozatából fel épülő kezelőszervek, amelyek segítségével egy tetszőleges teher (legyen az munkadarab, vagy szerszám) m o z g á s a egy adott munkatéren belül, adott program szerint vezérelhető. Ahhoz, hogy egy terhet a munkatérben pozícionálni tudjuk, három e g y m á s t ó l független szabadságfok (mozgásten gely) szükséges. H a a terhet egy t é r p o n t b a n tet s z é s szerinti irányba is kell állítani (orientálni), m é g t o v á b b i három kiegészítő mozgástengelyre van szükségünk. A mai modern ipari robotok ú n . a d a p t í v robo tok, melyeknél a megállási pontokat be kell programozni. A z ilyen berendezéseknél minden mozgástengelyen tetszőleges s z á m ú pozíciót írha tunk élő. E z e n pontoknak a s z á m a csak a vezérlő berendezés tárolójának kapacitásától függ. A vezérlést általában mini, vagy mikroszámító gépek biztosítják, amelyek képesek real-time m ó d o n elvégezni a szükséges koordináta konver z i ó t az előírt mozgáspálya (trajektória) képzéséhez. A k í v á n t mozgáspálya pontjait a központi vezérlő berendezés m u n k a v é g z é s közben generálja, a vele kapcsolatban álló lokális vezérlők a robot vezérlés re jellemző ciklusidőnkónt kapnak adatot a köz ponti vezérlőtől. A lokális vezérlők feladata a robot mozgástengelyeire szerelt m ű k ö d t e t ő egységek (pl. szervomotorok) előírt vezérlése. A real-time számítás eredményekónt a vezérlő berendezés kisméretű dinamikus memóriát igényel, amely csupán a m o z g á s p á l y a dedikált pontjait tartalmazza, valamint a koordináta számításhoz szükséges hátteret. A manipulátor megfogójának (robot kéznek) vezérlésére pozícióvezérlést alkalmaztunk. A mani pulátor kéz pozíciójából a m o z g a t ó tengelyek
ÓCSAI
LAJOS
1972-ben elektroműsze részként kezdtem dolgozni Budapesten, a Híradás technika Szövetkezetben. 1980-ban a Budapesti Műszaki Egyetem villa mosmérnöki karán dip lomát szereztem. 1981ben az Egyesült Izzó KISS
gyöngyösi gyárába kerül tem, fejlesztőmérnöknek. Jelenleg a MEV gyön gyösi gyárának elektroni kai főosztályát vezetem. A főosztály feladata: robotok és más mecha nikák vezérlőinek ter vezése, valamint az integrált áramkörgyártás „product engineering" feladatainak ellátása.
LÁSZLÓ
1984-ben szereztem dip lomát a BME Villamos mérnöki Karán. Áz egye tem elvégzése óta a MEV gyöngyösi gyárában dol gozom az Elektronikai Fő osztályon. Egy fejlesztés sel foglalkozó csoport tagjaként intelligens ve zérlőberendezések előállí tásával foglalkozom. Mun kánk lényeges része a fejlesztés, de az általunk fejlesztett berendezések
gyártását kísérjük.
szöghelyzet-idő függvényeit határozzuk meg. A módszer alapgondolata, hogy a csukló-szögsebessé geket a trajektória egy adott pontjában megkap juk, ha a esuklószög inkrementumot elosztjuk egy alkalmasan választott időtartammal. *(*)=/[ ahol q a csuklószögek halmaza. Elegendően ki csiny időtartamokra a fenti összefüggés lineárisnak tekinthető. A z előírt trajektória elegendően sok pontjára megoldjuk a
inverz összefüggést, ahol: i a trajektória pontok futóindexe, valamint az [i, i-f-1) szakaszon linearizáljuk. Mivel az inverz kifejezés kiértékelése és a t o v á b b i csuklószög koordináció i d ő t vesz igény be, s a számításokat menet közben végezzük, í g y az eredő mozgás sebessége é s pontossága fordítot tan arányos. Szabályozási lehetőségek
Beérkezett: 1987. X . 7. ( )
A robotalkalmazás gazdaságosságának egyik döntő meghatározója az egységnyi i d ő alatt végzett
342
Híradástechnika,
X X X I X . évfolyam,
1988, 8. szám
JÖZSA
EDökÉR
Ezeken k í v ü l számos m á s , a sebességet befolyásoló t é n y e z ő létezik, mint például a manipulátor szi lárdsága, a motor teljesítménye. E z e k azonban a fentiekhez képest számunkra kisebb jelentőséggel bírnak. A manipulátor-szabályozó feladata, hogy a k í v á n t kézpozíciók, a pillanatnyi csukló-pozí ciók és sebességek ismeretében létrehozza a pozíció hiba megszüntetéséhez szükséges csuklómotor n y o m a t é k o k a t . A szabályozási k ö r kialakítására többféle lehetőség kínálkozik. E z e k közül nézzünk k é t példát :
1985-ben szereztem dip lomát a BME Villamos mérnöki karán. Az egye tem elvégzése óta a MEV gyöngyösi gyárában dol gozom az Elektronikai Fő osztályon. Egy fejlesztés sel foglalkozó csoport tagjaként intelligens ve zérlőberendezések előállí tásávalfoglalkozom. műveletek száma, amit a manipulátor ciklusideje nek is szokás nevezni. A ciklusidő csökkenését a manipulátor pályasebességének növelésével érhet jük el. Manapság a gyakorlatban alkalmazott manipulátorok sebességét általában az alkalma zott szabályozók korlátozzák: a ma használatos ipari manipulátorokban minden egyes csuklót külön-külön rögzített paraméterű, analóg szabá lyozóval látnak el. A z ilyen szabályozók független, állandó tehetetlenségű é s csillapítású, másodrendű rendszerek szabályozására alkalmasak. E s e t ü n k ben azonban erősen nemlineáris, időben változó paraméterekkel jellemezhető a szabályozandó be rendezés, í g y az e m l í t e t t szabályozókkal csak akkor érhetünk el megfelelő e r e d m é n y t , ha á csuk lókat m ű k ö d t e t ő motorok erősen túlméretezettek és a szabályozandó berendezés paraméterei, a geometriai konfiguráció változása {a kar mozgása) során nem v á l t o z n a k túl hirtelen. E z utóbbi fel tétel csak a mozgástér bizonyos részein az ú n . szinguláris helyzetektől t á v o l t a r t h a t ó é s csupán kis pályasebességeknél. Nagyobb sebességeknél azonban az alábbi prob lémák lépnek fel: — változik a hatásos tehetetlenségi n y o m a t é k , — az egyes kar-tagok tehetetlenségi nyomatékai kölcsönhatásba kerülnek, — a Coriolis-féle erők h a t á s a nem lesz elhanya golható.
1. Tengelyenként független, visszacsatolt, fix para m é t e r ű szabályozási kör, amely egy állandó másodrendű mechanikai rendszert szabályoz (Lásd 1. ábra.) alapjel: q előírt csuklószög-pozíció sza bályozott, jellemző: ^ „ t é n y l e g e s csuklószög pozíció, visszacsatolás: qu, esetleg qu is (szaggatott vonal lal jelölt hurok), alkalmazás: analóg szabályozású ipari robotok. 2. Csuklószög-pozíciók ós sebességek on-line, viszszacsatolt szabályozása. A csuklószög pozíciókban ós sebességekben m u t a t k o z ó hibát kompenzáló visszacsatolással lehet csökkenteni, alapjel: q szabályozott jellemző: qu visszacsatolás: qk alkalmazás: Horn. 1977. (az inverz dinamikai modell számítása részben tábláza tos) m
a
A szabályozó algoritmusban a s z a b á l y o z o t t jel lemzők a q , 8 = 1, 2,. . .n csuklószögek, ül. a q csukló sebességek. A gyakorlatban sok esetben a kézre előírt pozíciókat és sebességeket előbb csukló pozíciókká és sebességekké számítják á t é s ez u t ó b b i a k a t szabályozzák. A csuklónkénti pozíció szabályozás egy m a már h a g y o m á n y o s n a k tekint h e t ő számítógépes, mintavételes szabályozás, ahol azonban a hurokerősítést, a gravitációtól függő s
t
Zavara' nyomaték
H344-1 1. ábra. Tengelyként független, visszacsatolt, fix paraméterű szabályozási kör Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8. szám
343
paramétereket é s a csuklókra h a t ó n y o m a t é k o k a t a kar konfigurációtól függően v á l t o z t a t h a t j á k az alábbi m ó d o n :
lyozása. P é l d a k é n t nézzük egy a gyakorlatban m e g v a l ó s í t o t t robot egyetlen csuklóját koordináló lokális szabályozó felépítését (lásd 3. ábra).
A leolvasott q^ é s a p á l y a s z á m í t ó programtól érke z ő q szögpozíciók különbsége adja a pozícióhibát, amit pozíeióvisszacsatolással lehet csökkenteni. A sebessógvisszacsatolással pedig megfelelő csilla p í t á s t lehet elérni. A z adott kar tagot 1 j(Mi • S )-tel jellemezhetjük, ahol „S" a Laplace transzformáció jele, Mi pedig az adott kar tag effektív tehetetlen ségi n y o m a t é k a ( i = 1, 2 , . . .n) -Q^s) a külső (zava ró) n y o m a t é k , ( i : kar tagok futóindexe.) A pozíció hiba ei(s) = qtí—q , a sebességhiba pedig s-euA pozíciónak és sebességének megfelelően k és k a k é t visszacsatolási t é n y e z ő .
Vizsgáljuk meg a 3. ábrán l á t h a t ó szabályozó fel építését. N é z z ü k az e g y e n á r a m ú motort leíró egyenleteket:
as
%
ai
e
v
A hurokegyenlet:
• 8 •f+f.-Íp N(ll) M =c r
2
-
C
•
X
= Mr — Mz
l
Cp = Br • Ír + Lr •
-i —
c c '.konstans
r
v
2
ahol 0 a motor tehetetlenségi n y o m a t é k a , / a viszkózus súrlódása, q> a szögelfordulása. A z „L" index a terhelésre (Load) utal, m í g ,,r" a rotort jelöli, „M" a n y o m a t é k . Áttétel:
-*
2
v
-Mi
ML=V-QÍ
Qi=Q*+Qt ós a kritikus csillapítás: k = 2(M .k«) l*. A szabályozásban a nehézséget az okozza, hogy a rendszer válasza függ a kar tag M tehetetlenségi nyomatékától. A lokális feladatok ellátását é s az interpolációt csuklókónt önálló processzorokra célszerű bízni, m í g a teljes adatbázist igénylő számításokat egy központi processzorral célszerű elvégeztetni. E z t a módszert, az elmúlt é v e k gyakorlata alapján egy hatásos probléma megoldási módszerként értelmezhetjük. T ö b b , napjainkban alkalmazott ipari robot esetében í g y oldották meg a tervezők a robot manipulátor vezérlését. A csuklók függet len szabályozását lokális számítógépek, pontosab ban lokális ú n . „slave" processzorok koordinálják. Feladatuk a központi számítógéptől — nevez zük „ m a s t e r " processzornak — kapott pozíció értékek alapján az egyes csuklók független szabá a* Inverz í
vt
t
t
ahol Qi az i-dik kar t a g t ó l származó n y o m a t é k átlagértékét rendeli az i-dik b e a v a t k o z ó szervhez. E z az érték a megfogó terhelésétől és a trajektóriát ó l függ. Q*. az átlagértéktől v a l ó eltérést é s a csatolást fejezi k i , a szabályozás szempontjából zavaró jelnek minősül. 8-v-q'+f-v-q N(u)
— C,
=
c -i —v-Qi 2
vb —Br -ir +
x
Űir _ _ dí
CyV ^
_
Lr
Br £ Lr
+
r
Lr-^— dt
_1 Lr
Dinamikai modell Zavaró nyomaték
Rozicío es s e b e s s é g kompenzáció
Manipulátor
H3A4-2.
344
Servc motor D/A converter
Jelfonnalo
Servo erősítő
o
"Master" felöl Encóderektol érke ző jelek.
"Slave"
Tachométer
H
Encoder jelfeldolgozó
ENC 1
Digitális számlái o'
ENC®
S. á&m. A szabályozó fölépítése
V
1 N /u/
i
q"
1
V
0.S
s
H 34 A ^ f l 4. ábra, Kompenzálatlan rendszer blokksémája E b b ő l adódóan a felnyitott kör W^s) f ü g g v é n y e c, 1 1 Rr + sLr f+0S VS 1 V2 1+C Br + sLr f + 08 c 1 C C^ + (Rr + sL )(f + 08) VS A kompenzálatlan rendszer a 2. ábrán l á t h a t ó . H a a rotpr i n d u k t i v i t á s elhanyagolható, akkor az állapot egyenlet:
+ T e g y ü k fel, hogy L
T
0 0 o, ci • 0 és vezessük be az
X
Am —
Rt
2
X
r
jelölést.
Végezzük a kompenzálást szervo erősítővel é s tachometrikus visszacsatolással. A szabályozási kör sémáját a 3. ábrán láthatjuk. Az alapjelet qia jelöli, a szervo erősítő á t v i t e l i tényezőjót A , a tachometrikus visszacsatolást A jelöli. A belső visszacsatolás W {s) a felnyitott kör W («) átviteli f ü g g v é n y ű . e
v
* c 0vq + fvq = -~-N(u)
9
át
.q + .
0
q
0
k
0
Híradástechnika,
2
- c vq - vQt x
0vR
2
1 fRr + Ctfz
0Rr XXXIX.
f+0s
W (s) = -
r
0
f + ÁvA + 0S f+0s AeAm k W (s) = (f+AvA + 0s)v s s(l+sT ) m
1 +
+ 9
N(u) + 0vRr
évf olyam, 1988. 8. szám
0
m
l
v
' 345
0.
H 34 4 - 5 5. cí&ra. Szabályozási kör tachometrikus visszacsatolással 1. axis I
Digital servo controller
•y
Analóg servo controller
Vegfok
C / DSC I
Mikroszámítógép
axis
®O0
Vegfok
V
I
r
ti—i
CPU
a £ cs
Soros intf.
Parhi
MEMÓRIA
!
( ~ J3
I
>S
DSC
-v
ASC
Vegfok
TI H 34 4 - $ 6. ábra. A vezérlőrendszer tömbvázlata AeAn (-) k-ViiJ+AvAm) ' f+AvAm A Am+Vi(f+ A zárt rendszer átviteli f ü g g v é n y e W(s) e
W(S):
AeAm (f + A Am + 0s)ViS
f
v
2
ahol
Vi&S
2
m
2
v
1+-
(f+A A e
346
A A, A A )8+ 1 1+ 2|T3+T S
AtAn + 08)viS
m
Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8. szám
A zárt rendszer csillapítatlan sajátfrekvenciája co :
Vi(f+A A ) A Ar,
0
1
v
AeÁ,
-V-
m
e
V10
A zárt rendszer csillapítása £:
AeAr,
i
Bemeneti jelformáid
BUFFER
Pulzus formáló
Integrátor
r 1 1
! |
Ö s s z e g z ő erosifo Összegző /Kivonó/
•
Előerősítő
i Teljesít mény
—1 S e b e s s é g - irány é r z é k e l ő Aluláte resztő szúró'
Analóg kapcs.
Analóg kapcsoló mátrix
Sávszűrő
BUFFER
Kompará torc it » log iKa
M0N0F10P
H 344-7 7. ábra. A teljes analóg blokkvázlat
Vo- 1{r)
Pír erteke'íol függően
K-Vo
H 344-8 8. ábra. Pulzus formáló áramkör Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8. szám
A gyakorlatban az ütközések elkerülése v é g e t t értókét válasszuk meg a k ö v e t k e z ő k é p p :
|
A szervoerősítő á t v i t e l i tényezője (A ) és a tacho metrikus visszacsatolás átviteli tényezője (A ) értékét közelítsük a manipulátor mechanika rezo nancia frekvenciájának mérésével, amely logikai lag belátható, hogy terhelés t ü g g ő . A káros lengé sek elkrülése v é g e t t legyen: e
v
<M=S 0,5 - Wstruct ahol wstruct a mechanika rezonancia frekvenciája. 0
( E z az érték a gyakorlatban néhány hercz co = 0
= 2n •/<,, a h o l / « ; 5 H z . ) 0
-/stmot •© Am 2 n -/struotö — /o Vili
2
A.*
H3U-9 9. ábra. Az integrátor kialaítása
A
|H34A-fQ 10. ábra. Sebesság-irány érzékelő modul
Analóg kapcsolók ve2erlo jelei.
11. ábra. Komparátorok és kapcsolólogika 348
Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8- szám
A megvalósított szabályozó rendszer
V ,v, 4
A robot egy szervo vezérelt rendszer, amelynek relatív pozíciója a kezdeti abszolút pozíció ismere tében meghatározható. A z egyes szervo-motorok tengelyeire szerelt potencióméterek szolgáltatják az illető kar abszolút pozíció adatait. Ezekre az adatokra csak a rendszer inicializálása e s e t é n van szükség. A z inkrementális enkóderek, melyek szintén az egyes motorok tengelyeire vannak szerelve, adják a szervo-rendszer pozíció ós sebes ség jeleit. A z enkóderektől érkezett jelek alapján, valamint a központi vezérlőből érkezett pozíció adatok alapján meghatározható a pozíció vagy sebesség eltérés. Ennek segítségével képezi a szervo-vezérlő a korrekciós jeleket. A szabályozókör minden motorhoz önállóan kiépített digitális és analóg részből áll (6. ábra). A digitális rész egy Z—80 bázisú mikroprocesszo ros egység. Az analóg fokozat kimenetére kap csolódik a végfokozat, a m e í y a kisszintű vezérlő jelet megfelelő áram- és feszültségszintre erősíti A végfokozat a meghajtó motor teljesítményétől függően lehet analóg vagy kapcsolóüzemű. A cikk t o v á b b i részében részletesen ismertetésre kerül a szabályozókör analóg ós digitális egysége.
! A>B ! A > B ! A>B | £ > B ! A>B i > B j IPÁ- ! *>s ! Í > B ! 3 > A | B > A 'l'A>B ! A
IBA
!B>A
KI
i
!
K2
1
K3
i
A>B 1
ON
i 1
A>i
ON . :
! B>A ! Í > A j i °N l
1
1
i ON
ON
; 1
ON
; ! !
-
i
!
!
0 N
A szabályozókör analóg egységének megvalósítása A z analóg egység feladata a digitális rész felől érkező, a sebesség nagyságára é s irányára vonat k o z ó információk összehasonlítása az enkóderből érkező tényleges értékekkel. A z összehasonlítás eredményeként keletkező korrekciós jel a v é g fokozat részére szükséges szintre való erősítése.
H 34 4 - 1 2 12. ábra. A Vkt jel keletkezése negatív forgásiránynál („A" siet „B"-hez képest) A szabályozó beállításakor A választható a rá vonatkozó egyenlőtlenség szerinti maximális érték re. A csillapított tranzienshez vagy terhelés függő en utánaállítjuk A értékét a rá v o n a t k o z ó egyen lőség szerint, vagy fix értékre állítjuk © - n a k megfelelően. E z maximális terhelés e s e t é n meg felelő, kisebb terhelések esetén azonban a tran ziens túlcsillapított é s lassúbb lesz.
Bemeneti jelformáié modul
e
A D A C a digitális egység felől kap jeleket indu láskor. A jelek információt tartalmaznak a sebes ség nagyságára és irányára. A z indítás mint egy ségugrás jel jelentkezik a D A C kimenetén, nagy sága a sebességgel arányos DC-feszültség, polari tása az irányra jellemző.
v
m a x
A Idb) 30 20 10 4 -+ 10
20
50
100
200 5 0 0 \ 1 K
H 2 K
1-—i S K
1 0 K
f2 0 K
I H z l
-10 -tOdb/D -20 -30
H 3.4 A-13 13. ábra. Az aluláteresztő Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
szűrő és átviteli karakterisztikája
1988. 8. szám
349
. A D A C kimenetéről a jel egy leválasztó fokoza ton keresztül a bemeneti jelformáló áramkörre kerül. A jelformáló az egységugrásra jelentékeny t ú l l ö v é s t biztosít. E z nagy n y o m a t é k o t ad a motornak é s gyors i n d í t á s t tesz lehetővé, ugyan akkor leálláskor pedig jelentős a fékezés. A jel formáló egy n e m i n v e r t á l ó m ű v e l e t i erősítővel lett megvalósítva.
előállított jelek (A, A , B, B) analóg kapcsolókra és egy komparátornégyes bemenetére kerülnek. A komparátorok bemenetére 90°-os fázisokban eltolt jelek érkeznek. A komparáit jelek a kapcsoló logikára kerülnek, amely vezérli az analóg kap csolómátrixot és indítja a monoflopot. A kapcsoló logika ú g y kapuzza össze a bemenetére érkező jeleket, hogy kimenetei sorrendben negyed perió dusonként vezéreljék az analóg kapcsolómátrixot. A VH jel keletkezése n e g a t í v forgásiránynál {„A" siet ,,i?"-hez képest). A kapcsolólogika felől érkező jeleket BC felül áteresztő szűrők megdifferenciálják. A z í g y kelet kező tüskeimpulzusok diódákból kialakított négy b e m e n e t ű V A G Y kapura kerülnek. Ezek az impulzusok indítják negyedperiódusonkónt a monoflapot. A monoflap k i m e n e t é n keletkező négyszögjel i d ő t a r t a m a alatt a sávszűrő u t á n lévő analóg kapcsoló tiltódik (lásd 8. ábra). A sáváteresztő e l ő t t egy neminvertáló erősítő helyezkedik el, amely az analóg kapcsolómátrix által kapcsolt jeleket ( Vu) erősíti kétszeresére. Az í g y felerősített jelek kerülnek a sávszűrőre. A sávszűrőn keresztül az i d ő t a r t o m á n y b a n a ne gyedperiódusonkónt h a s í t o t t szinuszos jelből fel futáskor a sávközi frekvenciához tartozó felharmónikusok jutnak t o v á b b , e g y é b k é n t a D C komponens. A DC-tartalom a sebességgel arányos információt hordozza. A sávszűrőt k ö v e t ő analóg kapcsolót a monoflop vezérli. Feladata a sávszűrő felől érkező sávközépi frekvenciákhoz tartozó felharmónikus összetevők kikapuzása. Áramkörileg egy BC felüláteresztő szűrő ellenállásával van sorba k ö t v e . A harmonikus összetevőktől mentes D C - jelet t o v á b b simítjuk egy aluláteresztő szűrővel. Á szűrő elemeinek értékei Butterworth közelítéssel lettek kiszámolva, í g y az a maximálisan lapos arrilitúdó karakterisztikát biztosítja. Áramköri kiala kítása egy többszörös negatív visszacsatolású másodfokú szűrő.
A z erősítő e g y e n á r a m ú erősítése konstans: ^ B52+B00+P1
'
Egységugrás bemenőjelnél a kondenzátor kisöntöli az i ? 5 és P ellenállások vele párhuzamos részét. így az erősítés a í = 0 időpillanatban maxi mális. A „kemény" túllövés megakadályozása miatt a műveleti erősítő bemenetén egy alulát eresztő BC-tag van. Ez az egységugrás jelnél ,,lágy" felfutást tesz lehetővé, s így a túllövés is lágy lesz. A túllövés nagyságát P osztásarányával le het beállítani. A sebességgel arányos jel a formáló áramkörből egy integrátor egységbe kerül. Ez a fokozat áram körileg úgy van kialakítva, hogy egy analóg kap csoló állásától függően vagy mint integrátor, vagy mint 10-szeres erősítésű invertáló erősítő működik. Az integrátor akkor működik, ha megállítási fázisra kerül sor. Ilyenkor a motor túllövés nélkül áll le. Ezért az integrátor töréspontja alacsonyra lett választva; amely jól illeszkedik a mechanikához. Ezen fokozat kimenete adja az összegző áramkör egyik bemenetét. A másik bemenet a sebesség-irány érzékelő modultól jön. 0
4
4
Sebesség-irány érzékelő modul
A beérkező fázisban eltolt jeleket az első fokozattal azonos szintre erősítjük, majd egy következő fokozattal fázisukat 180°-kal elforgatjuk. Az így
R71
R7
C17
R67
TELJESÍTMÉNY ERŐSÍTŐ. t lmot C19
.0R62
14. ábra. Erősítő fokozat 350
Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8. szám
DAC v e z é r l é s Mikroprocesszor modul
Analóg egyse'g v e z é r l é s e
Helyzet é r z é k e lő jelekel feldolgozó áramkor.
Idozito iramkor
ENC 0 ENC 1 INOEX 0
select átvitel keres adat t a r o l á s H byte átvitel n y u g t á z á s
adatok
parancsszó
H 5kh - Í5'
15, ábra. A teljes digitális blokkvázlat ö s s z e g z ő és előerősítő modul Az összegező erősítő a bemeneti jelformáló modul és a sebesség irányérzékelő modul k i m e n ő jeleit összegzi. E g y invertáló műveleti erősítővel lett megvalósítva. A z áramkör erősítése v á l t o z t a t h a t ó és offsetelhető. Az előerősítő fokozat az összegző erősítőből ér kező jeleket illeszti a teljesítményerősítő meghaj tásához szükséges szintre. A motor felől az elő erősítő egyenáramú áramvisszacsatolást és A C -feszültség visszacsatolás kap. A teljes analóg rendszer egy E U R O P A - k á r t y á n lett elhelyezve. Tervezéskor d ö n t ő szemporit volt, hogy a feladat a hazai félvezető é s alkatrész vá laszték felhasználásával legyen megoldva. A szabályozó áramkör digitális egységének meg valósítása " A digitális egység feladata a központi mikroszámí tógéptől kapott pozíció adatok alapján az egyes csuklók független szabályozása, a központi mikro számítógép pillanatnyi pozícióra v o n a t k o z ó ada tokkal történő ellátása. Egyetlen csukló mozgását koordináló lokális szabályozó elvi felépítése a 3 3. ábrán látható. A teljes digitális egység blokkvázlata a 15. ábrán látható. A működtető software rövid
leírása
Az egység m ű k ö d t e t ő software három részre bontható: 1. A bekapcsolási inicializálás : — a rendszerváltozók kezdeti értékkel való feltöltése, az analóg egység vezérlőjeleinek beállítása, Híradástechnika,
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8. szám
— az időzítő áramkör (CTC) felprogramozása, — a párhuzamos interface modul alaphelyzetbe állítása, —-megszakítás engedélyezés. 2. A k o m m u n i k á c i ó a központi mikroszámítógép^ pel: Minden k o m m u n i k á c i ó kérése megszakítást okoz aCPU-nák. — A parancsszó beolvasása, — a parancsnak megfelelő végrehajtó szubrutin meghívása, — ha a motor meghajtással kapcsolatos parancs érkezett a parancs á t a d á s a a meghajtást felügyelő programrésznek. 3. A motor felügyelete: A felügyelő programrész végrehajtását az idő zítő áramkör 1 msec-onként kórt megszakítása okozza. — beolvassa a motor pillanatnyi helyzetét, — összeveti a célpozíció értékével é s ha különb ség van kiadja á megfelelő irányú ós nagy ságú meghajtást, — megnézi, hogy kapott-e parancsot a kommu nikációs programrésztől, ha igen végre hajtja. A rendszer főbb moduljainak felépítése é s m ű k ö dése : — Mikroprocesszor modul Magában foglalja az e g y s é g működéséhez szük séges software-t, ami egy 2 kB-os E P R O M - b a n van b e é g e t v e , a rendszer RAM-ot, ami a különböző adatok eltárolására szolgál az E P R O M é s a R A M működéséhez szükséges címdekódert, é s természe tesen a C P U - t , ami Z80 típusú. A működéshez szükséges órajelet és bekapcsolási reset jelet a központi mikroszámítógéptől kapja 351
DM decóder
ENGEDÉLYEZÉS CIM CPU Z80
2kB EPROM
RESET
RAM
V V
V
RENDSZER VEZÉRLŐ JELEK
H ?>Uk -f 6 Í6. á&ra. Mikroprocesszor modul az egység. A t ö b b i modul a működéséhez szükséges vezérlőjeleket a C P U - t ó l kapja.
—
— Párhuzamos Porta Modul E z a modul egy 24-bites P I O , amely 3 db 8-bites portából áll. (i 8255) E z e n modulon keresztül vezérli a rendszer a digitál-analóg á t a l a k í t ó t é s az analóg egységet. Mivel a digitál-analóg átalakító 12-bites, í g y a három 8-bites portából k e t t ő t lefoglal. A harmadi kon keresztül a digitális modul engedélyező jele ket k ü l d az analóg fokozathoz. Ezeknek a jeleknek a segítségével, F E T kapcsolókon keresztül, az induláshoz ós a leálláshoz szükséges n y o m a t é k o t tudjuk befolyásolni. — I d ő z í t ő áramkör E z egy Z80 C T C ( M K 3883) aminek 4 csatornája van. A z egyes csatornákkal lehet előre programo zott időnként ínterruptot ( I T ) generáltatni, ez a C P U órajeléhez van szinkronizálva. E g y másik ü z e m m ó d b a n interrupt controllerkónt is m ű k ö d tethető. A rendszerben e k é t tulajdonsága alapján k é t feladatot lát el:
í
UfVDOVN bináris számlá lóra
halozaf
(
E fl lites
Szinkronizáló
INDEX J«I_ —• ÍZ idöiíto aramkor
c
—^ —
a bitPS taroló
CL.0CK
* Mc
|~H344- 17 17. ábra. Helyzetérzékelő modul — a motor inkrementális érzékelőjétől érkező jeleinek a rendszerórajelhez v a l ó szinkronozása, —- í g y kapott jelek segítségével a motor-elmozdu lás nagyságának a mérése bináris számlánc segítségével, — a motor egyszeri körbefordulásakor az előbbi lánc értékének az eltárolása. — Párhuzamos Interface Modul: E modulon keresztül csatlakozik a rendszer a központi mikroszámítógép felé.
1. Meghatározott i d ő n k é n t Ínterruptot kór a C P U t ó l é s az interrupt kiszolgáló rutin vezérli a motort é s dolgozza fel a központi mikroszámító géptől kapott adatokat. 2. A második feladata annak jelzése a szervo rendszer felé, hogy a motor m á r egyszer körbe fordult. — Helyzetérzékelő jeleket feldolgozó áramkör: E z egy alap logikai áramkörökből felépített hálózat, aminek a feladatai a k ö v e t k e z ő k :
— a központi mikroszámítógép parancsainak a t o v á b b í t á s a a C P U felé, — az a d a t k o m m u n i k á c i ó lebonyolítása a C P U és a központi egység k ö z ö t t , — ez a kommunikációhoz tartozó vezérlő jelek generálása é s fogadása. A teljes digitális rendszer az analóg rendszerhez hasonlóan egy E U R Ó P A k á r t y á n lett elhelyezve.
352
Híradástechnika,
Feladatai:
XXXIX.
évfolyam,
1988. 8. szám
