В проекте следует:
определить передаточное число приборного редуктора;
определить частоты заполнения фазы и сопоставить функциональную схему преобразования фаза-код, предложить алгоритм подсчета числа оборотов датчика, т.е. абсолютного перемещения;
обосновать принцип формирования питающего напряжения ДОС;
составить измерительную схему измерительной системы, определить коды констант, емкость цифровых устройств с учетом служебных кодов, время формирования кода абсолютного перемещения;
составить электрическую принципиальную схему измерительной системы, которая должна содержать схему дешифрации адреса, схемы преобразователя фаза-код (ПФК), записи ДОС и др., привести описание схемы.
Требуемая величина единицы дискреты (D) обуславливается ценой оборота ДОС (ОД) и числом делений фазы (q). В зависимости от шага ходового винта (hВ) ДОС сочленяется с ним непосредственно или через приборный редуктор с передаточным числом i.
; (3.12)
Рекомендуется принять шаг винта (hВ) из ряда 5, 8, 10, 15, 20 мм. Далее по заданию из справочной литературы определяются все основные характеристики ДОС. Преобразование фазовый сдвиг- код целесообразно осуществлять с помощью время импульсного ПФК. Принцип его основан на преобразовании фазного сдвига во временной интервал. Который заполняется импульсами частотой fr и организует их счет
fr = fДОС × q (3.13)
где fДОС – частота изменения питающего напряжения ДОС.
(Для БС 155 принять fДОС = 400¼1000 Гц).
Для питания ДОС необходимо реализовать трехфазное напряжение со сдвигом 1200.В качестве примера рассмотрим схемное решение измерительной системы с ДОС типа сельсин рис. 3.3.
Схема содержит формирователи трех синусоидальных напряжений сдвинутых относительно друг друга на 1200 (D5, D6, D7, OP1, D9, D10, D11, D13, D14, D15, OP13), подаваемых на обмотки питания сельсина. Каналы идентичны и отличаются лишь тем, что в элементах D5, D9, D13 (ПЗУ) записаны коды синусоид, сдвинутых на 1200. Для формирования значения синуса во всех четырех квадрантах используется устройство управления D8. Выходной сигнал с ДОС поступает через формирователь D21 на триггер D16. Время его открытого состояния соответствует фазовому сдвигу сигнала с ДОС относительно опорного сигнала. Этот интервал заполняется частотой fr с делителя частоты D1. Таким образом, код в счетчике D19 является кодом фазового сдвига. Далее этот код переписывается через оптронную развязку ОР4 в буферный регистр D20 и с него считывается процессором. Формирование абсолютного перемещения осуществляется программным способом.
Необходимо разработать принципиальную схему дешифрации адреса устройства ПФК и схему управления ей.
Алгоритм определения абсолютного отсчета основан на суммировании текущего кода фазы Кj , кода константы L, соответствующего одному обороту датчика. При n оборотах датчика код соответствующий абсолютному перемещению равен
Nj = Kj + n L (3.14)
Константа одного оборота L = log2q .
Для формирования сигнала поворота ротора ДОС на ОДИН оборот и направления движения используется последовательность измерений L1 <L2 < ¼ < Li <L. Причем Li < L.
На основании анализа очередности достижения кодом фазы Kj значений Li делается заключение о направлении перемещения и завершении одного оборота. Как правило, L1 = 0, Ln = L. При движении в прямом направлении происходит изменение кодов в очередности L1 , L2 , L3 ¼ Ln , L1 , L2¼ Причем переход LnL1 соответствует завершению оборота.
При движении в обратном направлении Ln , Ln-1 , ¼ L3 , L2 , L1 , Ln , Ln-1 то есть переход L1 Lnсоответствует завершению оборота в другом направлении.
Время формирования текущего значения измеряемых координат t
t = t0 + tАП + tР , (3.15)
где t0 - время получения кода фазы с датчика, с;
tАП– время задержки в аппаратной части измерительной системы;
tР – время расчета абсолютного перемещения.
В первом приближении для оценки можно считать t0 = 1/ fДОС
Однако с целью разделения интервалов измерения и считывания информации целесообразно
(3.16)Задержка аппаратной части определяется на основании принципиальной схемы измерительной системы и временем необходимым процессору на обслуживание прерывания (tАП » 25 мкс). Время расчета tР – определяется сложностью алгоритма расчета и необходимой разрядностью. В расчетах можно принять tР = 0,5¼2 мс. Необходимо обеспечить, чтобы при максимальной скорости перемещения за t не происходило полного оборота ДОС, т.е.
(3.17)В противном случае происходит потеря информации в цепи ДОС и ее разрыв.
Для фотоимпульсного датчика необходимо определить передаточное число приборного редуктора
I = OД / hB (3.18)
Разрядность первичного счетчика импульсов необходимо определить из такой характеристики ДОС, как число импульсов на оборот (%). Разрядность счетчика определяется из зависимости
(3.19)Принципиальная схема интерфейса должна содержать кроме реверсивного счетчика схему определения направления перемещения, дешифратор адреса, буферный регистр и канал запроса на прерывание от нуль метки датчика. Схема интерфейса показана на рис. 3.4., в ней для упрощения схемного решения не предусмотрено увеличение разрешающей способности ДОС путем Удвоения или учетверения числа импульсов с датчика.
Следует отметить, что в микропроцессорном комплекте серии К1801 имеется специальная БИС К1801ВП1-015, предназначенная для связи процессора с фотоимпульсными датчиками, решающая все перечисленные выше задачи.
3.3.4. Узел связи с электроавтоматикой станка
На основании результатов, полученных в 3.1., проектируется интерфейс на соответствующее число входов и выходов. При разработке принципиальной схемы для упрощения задачи необходимо указать на ней дешифратор адреса, два буферных регистра по 8 разрядов на входные и выходные сигналы, оптронные развязки на входах и выходах. Будем предполагать, что на выходах реализуется М – функция, на входах подключаются конечные выключатели.
Схема интерфейса показана на рис. 3.5. Расчет выходной оптронной развязки производить на напряжение 24 В и ток не менее 200 mA, расчет входной оптронной развязки производить на напряжение 24 В и ток не более 15 mA.
3.5. Алгоритмы интерполяции.
Алгоритм интерполяции координирует движения приводов по осям станка.
Существует ряд алгоритмов, решающих эту задачу. Для обеспечения управления приводами подач с высокой скоростью применяют метод покодовой интерполяции, при котором выдаваемая на управление информация содержит приращение по координатам за некоторое время t. На высоких скоростях эти приращения существенно больше величины дискреты, однако информация поступает с частотой, намного превышающей пропускную способность привода.
Можно выделить два способа реализации алгоритмов покодовой интерполяции: непосредственный с расчетом приращений по исходным формулам и косвенный, согласно которому приращения получаются в результате приведения исходных формул к определенному виду.
Примером косвенного способа является реализация алгоритмов' покодовой интерполяции с использованием метода оценочной функции с переменным шагом и представлением данных в разрядности слова процессора. Эти алгоритмы могут быть использованы не только в процессе интерполяции, но и при расчете эквидистанты, скорости перемещения по координатам и при других расчетах, требуемых для получения геометрической информации.
Алгоритмы реализуют следующую функцию для линейной интерполяции:
, где хК и уК - координаты конечной точки интерполируемого отрезка прямой; 
и 
- приращения координат за время t (рис. 2.1, а). Для круговой интерполяции по часовой стрелке 
и 
- соответственно в первой и второй половинах первого квадранта; здесь х0 и у0 - координаты точки дуги окружности, от которой рассчитываются очередные приращения по координатам (рис. 2.1, б). Следует отметить, что до обращения к алгоритму определяется перемещение по ведущей оси ( или 
) в зависимости от заданной скорости и времени t, а окончание отработки перемещений в заданном кадре контролируется вне алгоритма.