автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование и разработка комплекса средств программного управления намоточно-выкладочным оборудованием на основе интерполяции кубическими эрмитовыми сплайнами

,- а а $

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НИКУЛИН Олег Николаевич

уда 681.513.2

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА СРЕДСТВ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ НАШТОЧНО-ВШВДОЧНШ ОБОРУДОВАНИЕМ НА ОСНОВЕ ИНТЕРПОЛЯЦИИ КУБИЧЕШ5МИ ЭРШТОЕУМИ СПЛАЙШИ

Специальность 0.13.07 - Автоматизация технологических процессов. и производств (проышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петарйург 1892

Работа выполнена в Санкт-Петербургском техническом университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук.

с.н.с. Нурулин Ю.Р.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Мелехин Виктор Федорович

кандидат технических наук, доцент Гречшши Вячеслав Алексеевич

Ведущее предприятие - Савеловское производственное объединение "Прогресс"

Защита состоится "24." Олър&лЗ 1932 г. в часов

на заседании специализированного совета К 063.38.28 при Санкт-

Петербургской технической университете по адресу: 135251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, а. •4<3_6>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбТУ.

Автореферат разослан "/9 " /лс-ртп^ 1992 г.

Учеккй секратарь слецилжтараБанного совета К 083.38,28

К.МЛеекоков

• ':> ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. 1 Актуальность проблемы. В настоящее гремя шфокое рапростра-нение получили сравнительно "молода" технологии, характеризующиеся сложным и динамичны« законом управления. К таким технологиям откосится изготовление деталей из полимерно-композиционных материалов (ГШ) методом намотки и выкладки. Высокая прочность и малый вес конструкций из ПКМ, изготовленных методом намотки и выкладки, обусловливают широкое применение их в химической, автомобильной, авиационной и космической отраслях промышленности. Сфера приложения технологических процессов намотки и выкладки постоянно расширяется. В связи с этим автоиатизация данных про-цесов является важной народо-хозяйстаенной задачей.

Намоточко-выкладочное оборудование отличается большим числом управляемых координат Сдо 12), большой скоростью перемещения рабочих органов (до 100 м/ыин), а также широкими диапазонами перемещений, скоростей и ускорений по управляемым координатам. Высокая скорость сочетается со сложными криволинейными траекториями движения рабочих органов намоточных и выкладочньгх станков.

Решение задачи управления многолоординатным высокодинамичным намоточно-выкладочньм оборудованием представляет собой елозЕну» научно-техническую проблему. В настоящее время эта задача решается средствами универсальных систем ЧГТУ. Ориентация системы ЧПУ на управление намоточными и вьжладочными станками осуществляется на програшшом уровне. Траекторная задача решается преимущественно методами линейной интерполяции. Для ■ обеспечения заданной точности обработки исходная траектория аппроксимируется болышм числом коротких линейных участков, так управляющие программы (УШ для намоточных станков могут достигать нескольких тысяч кадров линейной интерполяции. Больпой объем УП вызывает слойнооту. организации хранения з ограниченной оперативкой памяти СЧПУ. Для того, чтобы обеспечить отработку коротких линейных кадров, приходятся снижать средня® скорость двивэкня рабочих ор-ганоз (производительность оборудован!«) 5!0-за недостаточной вычислительной модаости большинства совреиеншх СЧПУ. Очевидна неэффективность методов линейной интерполяции .да управления наыо-точно-выкладсчкым оборудованием. Шесте с тем, независимо от применяема методов интерполяции на основе только программной специализации СЧПУ невозможно достеть сноской производительности

I

намоточных я Быкладочных станков,

В связи с вышеизложенный актуальный является поиск эффективного метода интерполяции и разработка на его основе специализированных программных, шпфолрограшных и аппаратных средств ЧТУ намотсчно-выкладочным оборудованием, а также другим технологический оборудованием, характеризующимся высокой скорость» и сложной криволинейной траекторией движения рабочих органов.

Работа выполнена в рашах НИР, ведущихся в инженерном центре ГПС при СПбТУ в соотвествии с научно-технической программой пс комплексной автоматизации Государственного комитета СССР по народному образованию (приказ ГННО СССР й 365 от 25.04.89).

Цель работы. Целью диссертации является разработка и исследование комплекса программно-микропрограммно-аппаратных средств управления в реальном времени намоточными и выкладочныш станками, обеспечивавшего повышение производительности и удобства обслуживания указанного оборудования.

Методы исследования. В работе использовались: теория интерполирования к приближения функций, элементы теории сплайн-функций и теории точности, аппарат численного анализа. Теоретические исследования сочетались с экспериментальными исследованиями на стендах и реальном технологической оборудовании.

Научная новизна.

• 1. Прадлокена методика создания микропрограммного обеспечения ШТО) функционально-ориентированных иикроЗШ (ФОМ) в системах ЧПУ, позволяющая аффективно специализировать ФОМ на решение конкретней задачи.

2. Разработана новая методика коррекции скорости движения рабочих органов оборудования при интерполяции кубическими эрми-топьми сплайнами (КЭС), обеспечивающая оперативное изменение скорости движения при сохранении заданной траектории.

3. Предяоган способ, обеспечивающий енжение -перепадов координатных скоростей а узловых точках траектории. Способ позволяет умоньшть даамическув сшибку управления рабочими органами и узэ.-.кчить срок эксплуатации технологического оборудования.

4. Обоснована эффективность локально-распределенной системы упраэлеикя иймоточио-эыкладочныы оборудованием на основе КЭС.

Р.вакглчрскся ценность работы. Разработан комплекс програш-ко-м;'к?атрогрз.шю-алпараткшс сродств ЧПУ кашточко-вьвеладочкш 2

оборудование« на основе математического аппарата КЭС. Предложенные программные методы повышения эффективности управления, ието-дика оперативного изменения скорости движения рабочих органов вдоль заданной траектории позволили повысить производительность намоточных и Еыкладочных станков, удобство их обслуживания. Научные результаты, полученные в работе, доведены до конкретных технических решений, на которые имеется одно положительное решете о выдаче авторского свидетельства и 2 заявки на авторские свидетельства находятся в стадии рассмотрения.

Реализация и внедрение. Разработанные алгоритмы параметрической интерполяции, коррекции скорости движения рабочих органов оборудования, снижения скачков координатных скоростей при переходе от кадра к кадру управлявшей программы; метода повышения эффективности управления на основе интерполяции' КЭС использованы при создании гаммы систем ЧПУ 4С-02.0Й1 наыоточно-выкладочньм оборудованием. По результата» работы отраслевой комиссии СЧЛУ 4С-02.02П признана выдерзавгпей приемочные испытания и рекомендован выпуск опытной партии в количества 15-20 шт.(Акт приемки опытного образца СЧПУ 4С-02.О2П от 25.Сб.SO). Разработаны и внедрен« системы ЧПУ 4С-02.02П намоточным станком НКО.8-4, НК2.5-12 и выкладочным станком БЮИ-2,5 (Савеловского ПО "Прогресс"). Вылущена опытная партия систем ЧПУ 4С-02.02П.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следущих .научно-технических конференциях к семинарах:

- Всесоюзная научно-техническая конференция "Гибкие производственные системы в злектротехнологки (ГПС 3!/,0-ВЗ)", Уфа, 1988;

- научно-практический семинар "Управление в гибких производственных системах", Ленинград, 1988;

- республиканская научно-техническая конференция "Использование вычислительной техники и САПР о научно-исследовательских к опытно-конструкторских работах", Владимир, 1989;

- научно-техническая конференция "Автоматизация технологической подготовки механообработки деталей на станках с ЧПУ", Jfc-шмград, 1991;

- научно-техническая конферзнцкя "Интегркровалкыэ опытные • производства как средство развитая снстса комплексной автятл-эации", Ленинград, 1991.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 6 печатках работ, в той числе одно положительное решение о выдаче авторского свидетельства.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит 107 страниц основного текста, 40 рисунков и 11 :аблиц, 11 страниц списка литературы и 18 страниц приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, сформулированы цель и задачи исследования, основные положения, выносимые .на еащиту.

В первой главе исследованы особенности наыоточне-выкладоч-кого оборудования как объекта управления, проведен анализ методов решения траекторной задачи применительно к этому оборудованию, сформулированы требования к програшно-апараткын средствам ЧПУ, обеспечивавши эффективное управление высокодинамичньм технологический оборудованием.

Намоточные и выкладочные станки отличается больший числом утфааляемых координат (до 12). Высокая скорость движения рабочих органов станков (до 100 и/иин) сочетается с большими дипазонаш перемещений по координатам (до 50 ц).

Для достижения высокой прочности и малой массы изделий из ПКМ рабочие органы наиоточныу. и выкладочных станков должны двигаться по линиям равного напряжения (геодезический линиям поверхности оправки), которые представляют собой сложные пространственные кривые. Для осуществления движения по таким линиям исходная траектория аппроксимируете.! постпроцессором САП участками, еолтпетствуг/щими интерполирувщей функции, реализуемой в ыногоко-ердннатной системе ЧПУ. Длительность этих участков 1 зависит от айда интерполирующей функции Б, скорости движения V и кривизны тдазкюрки л : (Б,.

Наиболее кироксе распространение для намоточных станков получил способ управления от ведущей координаты, в качестве кото-используется координата оправки. Целевой функцией закона уп-р^зленил является максимум угловой скорости вращения оправки и сдедозательно ученьаекке времени намотки. Перемещения по другие коорд','.кдтм намоточного станка осуществляются методами линейно? н.чгерполяции. Такой подход приводит к потере производительности

на участках закокцовок, на изделиях «алой длины или сложной кон -фигурации, когда необходимо часто осуществлять реверс движения каретки при неизыенноы направлении вращэкия оправки. При линейной интерполяции справедливо:

wj-w-(xja), vj"- V-Cxj/L), j=i,2,... ,a (1),

где W - контурное ускорение, V - контурная скорость, L - контурный путь, Xj- приращение j-a координата в данной кадре УЛ. Из Л) видно, что при линейной интерполяции невозможно обеспечить разгон или торюаение по однии координатам и дзизекие с постоянной скоростьв по другкы з одном кадре. Поэтому в иоиенты реверса каретки осуществляется торшзгекиа по координате оправки, что приводит к потере производительности станка. Технология наштки часто требует разгон справки-с одноврйненнш торможением других координат и наоборот. Линейная интерполяция не позволяет обеспечить это, так как изменение координатных скоростей осуществляется с ускорениями однсго знака ep(Wj)« или Bgn(W^)-

sgn(Vj), j-l,2.....и Ст.а. разгон или тормозениз производится

одновременно по осей координатам}.

Рассмотренные вызе недостатки линейной интерполяции является частным проявление» общего недостатка еа - наличия з общей случае мгновенных перепадов координатных скоростей при сиена кадров УП. Для обеспечения требуемого качества управления мгновенные перепады координатных скоростей не -должны превышать некоторого допустимого значения Vc: ДУ^ < Vcj . Для того, чтобы данные условия выполнялись в системах ЧПУ с линейной интерполяцией приходится сникать контуркуа скорость, уиеньпал производительность оборудования, или увеличивать число кадроз УП, делая реальную траектории более гладкой. Теоретически для функции fix), имеющей на [а,Ь] непрерывную производную, применение ^сочно-линейной интерполяции при соответствуете:.! выборе узлов интерполяции а=ха<..,<Xj<...<xn=b позволяет обеспечить сколь угодно хорошее приближение функции и ее производной. Однако на практике такой подход п смстеиэх ЧПУ является неприемлемый. Анализ ыновеет-ва УП для намоточных станков при спиральной намотке го геодезически« линили показывает, что при л:шеДной интерполяции объем УП, оптимальных по производительности и разработанных с учетон требований к j иогот праоьтап, 20QQ кадров с шшг;?гшшн временем отработки кадра парядга 10 ие.

На основании. анализа особенностей кашточных и викладочик с танков как объектов управления-сдаязн еышд, что осношш требованием, выдвигаеуш к методу рэдзкия траекторией задачи является обеспечение непрерывного характера изаекенкя координатных скоростей на протяжении всего процесса отработки УП: ûVj » I - VjK>1 I < I WjM |.ût, >1,2,...Ш (2),

где VjH - координатные скорости в качала Сi+i5—го кадра, VjK j j - координатные скорости и ускорения в конце i-ro соответственно, M - период интерполяции.

В райках научной иколы профессора Б.Г,Колосова пройодклись работы по применении ыатецаткчессого аппарата КЗС .для програш-ного управления высокодшшшчкыы технологическим оборудованием В качестве средства реализации применялась универсальная СЧПУ, специализация которой осуществлялась ¡¿а програшнои уровне, Про-эеденные исследования показали, что для эффективного управления зысокоданамичныыи объектам: управления программной специализации средств ЧПУ недостаточно.

Поставлена задача разработать к исследовать комплекс аффективных нрограшно-цикропрограьг^го-алпзратгсз;: средств ЧПУ наыо-точно-выкладочныы оборудованием на оаксзз аппарата КЗС. Критерий, па которой/ ссудвствхлэтся поксх }irJî5c;::r.9 снясалыюго решшя траекторной-задачи R, еформулмрокш сдедукз-а образоа:

V i 6 I : Т,.Ш) < ТИСК±3, TnÎRi) < t.. (l-TjjiR^/ût ), TJ{<ût' (3),

где I - множество резений задачи интерполяции, Ти - время выполнения rrparpucJL! интерполяции, Е^ - конкретнее ресешга траекторной задачи, Гл - speiM шлоjœeicsï програ^ы подготовки ксходшк данных для отработки кздрл, ty - г^гзс^алько допустаюе вреыя кадра, ût - период жгеряодяцци.

Бо зтодай глапо проанализирован программ метод управления ' технологическим оборудованием на основа КЗС; показана зф$ектив-кссть применения в C4F фукхциокально-ориенифовадоых «икроЗЕМ, в' частности для решения траекторией задачи; разработана методика создания ШО SCSI, позвояяаздая настраивать (SOU ка эффективнее ре^зние поставленных задач; проанализированы програшкые ыетоды !!осйг;:2Ния эффективности управления технологический оборудованием; обоснована эффективность локадьна-распрадеденноЯ системы упраз-.-.Bu's ка осково аппарата КЭС. 5

s

Сущность программного уетода управления га оснояо КЭС заключается в аппроксимация исходной rpas:crop:rt кубичгсгаая seû^î-товыш сплайнами на уровне САП и пг^лизяцнн двкгяпл в соответствии с результатам аппроксзгмацш ira yposire системы ЧЬ/. На казда s-li участке аппроксимации токуем координаты опрэдзлязт-ся следующим образом:

3

XjCt) -J^jg-t" , J-ï^ (4), ■

гдо t - параметр (текуяеэ сре;и), а,ф - коэффициент^ поллкот на Б-и участка. Закон двоения п продели всей УП представляет совокупность кубичоезсях -зрштогмс епяаШюз, заданных на неравномерной сетка 0=tQ <...< ts <...< Для построения IOC в узло-кк точках задаются значен4,*л araipoKöüapyeuöR функции и ее первой производной с те:.», чтобы обеелечхЬ непрерывность сплайна и ого первой производной. Такич образе«, rat программой управло-И1П1 на основа 1СЗС выполняется условие (2). ^

Метод программного управления на основе ÎC3C помимо намоточных и зыкладочшга станков пожег быть нежизнен к болса пгроксму кругу оборудоЕшпш. Показано, что уотещ мозет использоваться для управления механосбрабатыващим:! станка).«. Для поддергазпщ постоянной контурной скорости s предела;: кадра УП организуется программный регулятор скорости, обэспечотгхщчй выполнение (для прямоугольно? системы координат): -

| v|3-.ljxj (t))2 i < с2 (5),

где V3S - заданная контурная скорость в s-u кадре, е - заданная точность сленокпя за уставкой контурной скорости.

В ракках метода программного управления на основа КЭС рза-лкзуемо бсэззсвндистантноз лрограшсфозанкз траектории дтсонкя рабочих органов оборудования при oöpafioTi.-o деталей d оснок-'л: плоскостях координатной ехетеш стажа.

Показана э*факишость пркяшгк: «ногоргзрэджх СОМ в е::с-тсмах 'ЧГГ/ для рзеокия сложных игаслитехькшг задач, что соответствует каиэтившэйся тендеирпг псстрог:см сгсга: упршяил. Отмочено, что дат пгбхой ваетро"ли ул рггяяэ -ймсфоткзй сзгд*"г EîpoKo кспользузтея дшпглгаскоз ксфозрэгр^пфгжг птг, •

Пр?дяогго5;2 мотодгсп спл^'я ''У; С Г 5, ïVTXrry-n "~гсГ[.:с:-

7

вать ФОМ на эффективное решение поставленных задач.

На первой ваге итерационного процесса за основу берется некий базовый список кошнд ФОЫ, составленный исходя из опыта проектирования вычислительных систем. На основе этого списка в соответствии с кругом поставленных задач разрабатывается ПО ФОН, затем производится его анализ по критерию (3). Если ограничения в (3) не выполняются, то в ПО выявляются часто повторяющиеся последовательности команд, процедуры реализации сложных расчетов для переноса их на микропрограммный уровень. С помощью программных средств производится статистический анализ использования команд в ПЭ, на основе которого в список команд ЗОМ вносятся новые команда, неиспользуемые команды - выводятся. Затем вновь проектируется ПО $ОМ на основе модифицированного списка команд и анализируется в соответствии с (3). Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока ограничения в (3) не будут соблюдены и не будет найдено наиболее эффективное решение задачи интерполяции. В том случае, если существующими средствами СЧПУ не удается обеспечить безусловное выполнение ограничений (3), то по результатам процесса решение части или большинства "длинных" операций следует перенести на аппаратный уровень.

На основе предложенной методики разработано МПО ®)М системы ЧПУ 4С-02, реализующей интерполяций КЗС. ЮМ системы 4С-02 представляет собой 48-ми разрядную шкроЗйГс адресацией (2+1), производительностью 200 тыс. простых операций в секунду и объемом памяти 4К слоз. Динамическое микропрограммирование ФОМ позволяет генерировать список из любых 63 команд. В соответствии с предложенной методикой в список кошгд £0!.! СЧПУ 4С-02 были введены команда: операций над массивами чисел, умножения на 16-ти разрядные целые и дробные числа, извлечение квадратного корня.

Проанализированы программные методы повышения эффективности управления: двухэтапная интерполяция и буферизация • подготовленных данных в "почтовом ялике".

Отыэчено, что одним из перспективных путей повышения эффективности управления технологическим оборудованием является переход, к локально-распределенным структурам управления.

Мэтсд программного управления, основанный на аппарате КЭС, позволяет легко осуществить декошозицшз задач' управления по

3

"интзллектуальнш" ячейкам локально-распределенной системы управления (ЛРСУ). Предложен вариант функциональной схемы ЛРСУ, зеализуодей юперполящт КЗС (рис.П.

В качзство пультопого процессора с внешний устройствами традлоязно использовать ПЭШ со степенью защиты 1Р54, что поз-юлит не только аффективно осуществлять интерфейс с оператором, ю и перенести решение часта задач САП в СЧПУ.

Задачами расчетного процессора (РП) являются: покадровое :читыэаюш УП через ЛВС из памяти пультового процессора, трансляция кадра, расчет исходных даюш для- отработки кадра и их бу-юризация.

Процессор-диспетчер (ПД) служит для управления и синхроки-ации работы координатных процессоров, процессоров логического правления и сенсорики. ПД считывает подготовленные данные из уфера кадров РП и распределяет эту информации между коорданат-ыш процессорами и процессором логического управления. ГЩ ревизует регугофовазсз скорости двжгешя рабочих срганоз вдоль за-анной трасктср:ш; определяет координаты точек, удаленных от ос-овной траектории на радиус инструмента.

3 задачи координатного процессора входит: расчет с периодом правления приводами значений полозэжш, сзтростн и ускорения по оордаатэ в соответствии с (4); контроль за разрешенной зоной вигекия; учот погрешностей датчика обратной связи я ыеханичес-их узлов оборудованзш по данной координате; анализ. рассогласо-1ния и формирование сигнала управления приводом.

Процессор логического управления осуществляет управление чектроавтеттикой отдельных узлов технологического оборудова-ш. Процессор сенсорики обеспечивает предварительное ттреобра-эвание информации от датчиков.

В качестве больпинства процессоров ЛРСУ предлоаеко ксполь-шать унифицированные ФОН, что облегчает разработку и отладку ) ЛРСУ, ремонт ЛРСУ. Функциональная ориентация процессоров а 1ксм случае осущестпляется путем создания специализированных шсков команд для каздой ФОМ на основе прэдлогеютй методики.

В третьей главе показано иасто програшных нодулей, обес-чивавдих интерполяций ГОС, в структура ПО СЧПУ; на основе ана-;за различных форматов кадра кубической интерполяции выбран ;шат,- сбесявчизаизй у.'аньгзкхе сбъзил пэргдавашйй икфориа-

9

Функциональная схеив локаяы1о-распраделе:н:оп c::cveia ЧПУг реализующей икгераоляци» кубическими эрмитовыми сплайкаки

РисЛ

цик от. САП о СЧГГ/; ггредлсген способ ц ялг-рнта оперативного регулировав скорости дпкеаня рабочих органов оборудования на сснопз исмашжя lacaraCa срокзни; проакагикроваш ряд ютодоа укеньвения игновонвш перепадов координата« скоростей , щи пароходе от :одра к кадру 'Л1.

Для задания кадря ку&'ичссхоя кнтерполяция необходимо определить 3 или Л параметра по каждоЯ координата. Ограничения ira число разрвязишх пдрзсов при кодиросании информации s УП (код IS0-7bit) и Сольвое число координат наыоточно-Еыкладочкого оборудования требуат нестандартных рс-иеняЯ при разработка формата кадра кубической ингерполяцш. Из литературы известны форматы кадра кубической шгзрпсшадш,, когда параметры движения по раз-кым координатам задаются под одинаковыми адресам!., Для идентификации определенной координате используются элемент^ позиционного кодирования, когда параметрам га координате отводятся место аа за словом расузрясго паргмазенкя. На основе азаяяза таких форматов с точки яригая уианыкния объема перэдаваешй xnSopuair-ni от САП D/CW и рацггсиапькости распределись садачз подготовка Дакка для отработки кадра !гззду САП я СЧПУ еы5рзл накбЬиео подео-йср!:ат,

PsnsHJïa задаст спзратквкого регулирования скорости двигана« рабочих органов пдаль вадаикей траектории запишет особое lîscto в трзектсрноЯ задаче. Пспольвованио в качестве параметра текущего времена t при прсграьдскы управлении на основе ЕС позволяет корректировать скорость дзигсиия с сохранением заданной траектории путей кгуснажи ("растяжения" дли "сжатия") масштаба времени. Текущее время t з (4) гауекяатсд ira t• t. При тахо.Ч подстановке ездагош гра=:сгсрш сохрзлязтся, а скорость дшгонкя по ней изуежтатся а соответствии с к. Если оа з:сход::еа гяачениз езять к-=1, то при loi скорость дзигания увеличится, а при к<1 -

УМЕНЬШИТСЯ.

Прэдлсгено рзгртровать скорость двизенизг рабочие органов путей оперативного хоррзктнрованкя значащи параметра (вреизни) s отлзрий от метода, в которой корректировались коэффициенты подмена (4) з pet-r/va лриоетакога УП.

Переход от одного зяачвняя к до другого' обеспечиваются пра-грамутаи средства'.::! соогветстзузт разгону (тсриозеикз)' paffo-. чих органов. SascH ргзгока (терчо'лгетя) при отработке лкгзнзкй

11

скорости двкаения определяется требуемым качеством управления, спецификой-технологического оборудования. Критерий выбора оптимального решения задачи разгона (торможения) й можно записать следующим образов

уи е к : ТГ(Ю < тг(йК), тр + ти < м , й^ < Иды (6),

где К - мноаество возможных решений задачи разгона (тораоаения), Тг- время завершения разгона до заданной скорости (тормозения до скорости останова), конкретное решение задачи разгона (тормоаения), Тр+Ти - суммарное время выполнения программы разгона (тормозения) и интерполяции, - изменение координатной скорости га квант интерполяции, - допустимое "ускорение за квант интерполяции.

Одним из основных достоинств предлояекного метода коррекции скорости движения рабочих органов является независимость закона разгона (тормогения) от закона движения в кадре УП. Так при программном управлении на основе КЭС механообрасатывакцим оборудованием, когда требуется движение по участкам прямых, ыояко обеспечить экспоненциальный закон разгона (торыогзнкя), который, как известно из рядгГ научных трудов, обеспечивает высокое качество управления.

' Разработан алгоритм реализации оперативной коррекции скорости движения рабочих органов на основе простейшего закона разгона (торыоЕакия) - линейного закона. При переходе от одного значащи к к другому выполняется закон изменения крТ:

крГ - ку + 5-1 - (7), где 1'у - коэффициент регулирования скорости до ситуации, потребовавшей изменения этого коэффициента, Б - темп изменения коэффициента регулирования скорости движения.

Непрерывность координатных скоростей на стыках кадров кубической интерполяции обеспечивается САП при й-1. При этом время отработай любого кадра.долено быть кратно кванту интерполяции. Корректирование скорости движения рабочих органов нарушает это соотношение. Поэтому на последней шаге отработки кадра после операции присвоения координат на конец кадра приращение кода координаты, который выдастся ка цифро-аналоговый, преобразователь канала положения, ыозот.оказаться существенно больие (или меньше) значения, определяемого законом движения, В результате на стыке кадров возникает большой перепад скорости, приводящий к преаде-12

временному выходу из строя исполнительных механизмов объекта управления. Известен ряд методов, которые позволяют избегать или существенно снизать мгновенные перепада скорости на стыках кадров.

Метод "бархатного пути", разработанный для линейной -интерполяции, может быть распространен на случай кубической интерполяции. Оставшееся время отработки кадра сравнивают с некоторой величиной которую по аналогии с линейной интерполяцией можно назвать временен "бархатного пути". Как только оставшееся зреыя отработки кадра станет меньше или равным ^ , рассчитывают новое значение СЛ. так, чтобы обеспечить кратность оставшегося времени отработки кадра этому значении. К достоинствам метода "бархатного" пути следует отнести строгое следование заданной траектории и универсальность, к недостаткам - ограничение на минимальную длительность кадра.

Предложен метод, снижающий мгновенные перепады координатных скоростей на стыках кадров УП, пригодный для "нежестких" требований по точности воспроизведения заданной траектории. По этому методу скорости по координатам на последней шаге участка аппроксимации не изменятся, присвоение координат на конец кадра не производится, отклонения действительных от заданных координат на конец кадра запоминаются и в следующих кадрах выбираются с некоторой дискретностью на каждом шаге интерполяции. Достоинствами предложенного метода является отсутствие ограничений на минимальную длительность кадра и универсальность, недостаток - отклонение от заданной траектории, которое тем больше по абсолютному значении, чем выше скорость перемещения рабочих органов и больше период интерполяции.

В четгертой главе представлены результаты разработки и эксплуатации опытной партии систем- ЧПУ 4С-02.С2П намоточными станками гати НК и выкладочными станками гаммы ЕСЛ; яредлояены алгоритмы окружных намоток, коррекции на толщину слоя и иирину ■ленты, обеспечения непрерывности управления по координате справки; представлен комплекс программно-аппаратных отладочных средств СЧПУ 4С-02.

На основе анализа намоточных и выклздочных станков как объектов управления и проведенной декоштозщии задач управления предлсяегш состав и структура двухмашинного комплекса 4С-02.02П

13

для управления этими станками. Приведены основные технически данные и характеристики системы ЧПУ 4С-02.02П,

Для облегчения программирования траектории движения работ органов,сокращения объема УП и повышения удобства эксплуатацу часто используемые стандартные операции оформляются фиксировав кыш! технологические циклами с задаваемыми параметрами. В каыс точных станках такими циклами являются окружные намотки. При он ружшх намотках лента укладывается на поверхность оправки коль цами, за каздый оборот оправки лента смещается вдоль оси на се личину шага намотки. Окружные намотки реализованы совокупность подпрограмм, хранящихся в ПЗУ. При -проектировании подпрограь широко приценялись элементы специализированного языка технологе Для реализации окружных намоток были разработаны подготовитель ные функции G33 и G34, с помощью которьк задается окружная на мотка одного слоя. Параметрами окружных намоток являются скс рость вращения оправки, длина участка намотки, шаг намотки, чис ло слоев и величины промоток у законцовок оправки.

Предложен алгоритм коррекции траектории движения расклад чика относительно, оправки. Такая коррекция необходима при наыот ке толстостенных изделий, когда в результате укладки болыгаг числа слоев существенно изменяются размеры к форма оправки, также для получения сплошного рисунка при изменении ширины лен ты. Строгое решение этой задачи заключается в построении эхви дистантной траектории движения раскладочного ролика относитель но оправки, при этом лента в точке касания должна быть нормаль на к поверхности-оправки. Возможен упрощенный метод коррекци траектории. Предложен алгоритм реализации этого метода, нотори позволяет осуществлять растяжение (сжатие) траектории относи теяьно произвольной точки без обращения к САП, что существен« сокращает время подготовки наштхи изделия.

. При изготовлении изделий из ПКМ по координате оправки осу ществллется непрерывное вращательное движение в одну сторону Существующие иногокоординатные системы ЧПУ имеют ограничения н величины перемещений по координатам. Предложены алгоритмы, кото рьт с одной стороны исключают переполнение ячеек с текущим голо жениец ло координате справки, а с другой стороны обеспечивав наглядность индицируемой информации по этой координате.

При создании ПО систем ЧПУ МС-02.02П широко применяли

ледующие инструментальные средства: кросг-ассвиблер ФОМ, систе-а микропрограммирования ФОМ БУМОМ, отладчик ФОМ СНОЗЗД, систем-ый отладчик СШ, упрощенный имитатор объекта управления,

В заключении изложены основные результаты работы. В прило-ении представлены модули программного обеспечения 50М системы ПУ 4С-02.02П намоточным станком НК1,в-8, акты внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ка основании проведенных теоретических и экспериментальных сследоааяий получены следующие основные результаты:

1. Разработан комплекс программно-микропрограшно-аппарат-ых средств ЧПУ, решающий задачу управления в реальном времени :амоточно-выкладочныы оборудованием и обеспечивающий существенное повышение производительности указанного оборудования.

2. Предложена методика создания МПО ЗОМ в системах ЧПУ, юзволявщая эффективно специализировать ФОМ на решение постав-¡енньк задач. На основе методики создано ШО 20М системы ЧПУ 1С-02.02П, реализувдзй ин-ерполяцию КХ.

3. Разработана новая методика коррекции скорости двизэния ибочих органов оборудования при интерполяции кубическими зрми-:овыми сплайнами (КЗС), обеспечивающая оперативное изменение псорости движения при сохранении заданной траектории.

4. Предложен универсальный способ, обеспечивающий снижение (гновенных перепадов координатных скоростей в узловых точках •раектории, позволяющий уменьшить динамическую ошибку управления рабочими органа2ш и увеличить срок эксплуатации технологического )борудсвалкя.

5. Обоснована эффективность локально-распределенной системы гпразления яаиоточно-выкладочнны оборудованием ка основе КХ.

6. Создано семейство систем ЧПУ 4С-02.02П намоточными стансами гаммы НК, а такге Еыкладочньш станками гаммы ВКЛ. Отрасле-зой комиссией признано, что СЧПУ 4С-02.02П за счет применения Х)М и кубической интерполяции обеспечивает многократное (а 2-5 заз) увеличение скорости сматывания лент при спиральной намотке ю сравнению с другими СЧПУ как отечественными, так л зарубэяны-.<и. По сравнению с другие? СЧПУ производительность процэсеа палетки при ллкеЛной интерполяция увеличена на 20-30% за счет тозмсзиоста ушкьвання длительности кадров да 50 у.с,

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Особенности программного обеспечения терминальных систем управления ГПС / И.В.Алексеева, В.С.Королев, О.Н.Никулин //Тр. ЛГИ / Ленингр. политехи, ин-т.- 1988.- № 423.- С.17-20.

2. Программные методы повышения надежности систем управления злектрообработкой / И.Б.Алексеева, О.Н.Никулин, А.Н.Сапрыкин . // Гибкие производственше системы в электротехнологии (ГШ ЗМО-88) Тез. докл. научн.-техн. конфер.- УфаД988.- С.114-115.

3. Организация программного обеспечения сопроцессора терминальной системы управления 4С-02 / О.Н.Никулин, А.Н.Сапрыкин, В.А.Третьяков // Использование вычислительной техники и САПР в . научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. Тез. докл. научн.-техн. конфер.- Владимир, 1989.- С.57-61.

4. Кубическая интерполяция в системах управления высокодинаыич-ньши технологическими объектами / О.Н.Никулин, Ю.Р.Нурулкн, Л.Л.Часовников // Интегрированные опытные производства сред' ство развития систем комплексной автоматизации. Тез. докл.

научн.-техн. конфер.- Л.: ДЦНТП, 1891.- С,74-76.

5. Никулин О.Н., Нурулик Ю.Р. Применение аппроксимации полиномами третьей степени в системах управления механообработкой // Автоматизация технологической подготовки механообработки деталей на станках с ЧПУ. Тез. докл. научн.-техн. конфер.- Л.: ДЦНТП, 1891.- С.74-78.

6. Устройство для программного управления намоточным станках /

' В.Г.Колосов. Е.А.Мошков, О.Н.Никулин, О.Р.Нурулин, А.И.Тихонов, Л.Л.Часавнжов.- Положительное реяенйе" на выдачу авторского свидетельства (заявка й 4871077/24).

Подписано к печати Л'Г о у/. —

'Заказ /¡¡Р. Тираж 100 Бесплатно

Отпечатано на ротапринте Санкт-Петербургского технического университета, 185251, Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д.29. 16