Лекции - Управление системами и процессами
Подождите немного. Документ загружается.
прошивочными станками. В нейро-фаззи кроме компьютерной нейронной сети
входит также система фаззи-управления или управления по нечетким
множествам с использованием экспертной фаззи-логики.
Система обеспечивает полностью автоматизированное управление
электроэрозионной обработкой, обеспечивая оптимальные ее условия и
режимы. Программирование обработки ведется в диалоге оператор - УЧПУ,
при котором оператор лишь отвечает на графически иллюстрированные и
интуитивно понятные вопросы машины (рис. 1.2).
Для задания исходных данных не требуется таблиц режимов и
инструкций, оператор вводит минимум данных, и система сама автоматов чески
рассчитывает режимы и условия работы станка. При этом от позиционирования и
до конца обработки не нужны коды ЧПУ, а также особый опыт работы на
данном оборудовании.
Рис. 1.2. Блок-схема Нейро-фаззи ЧПУ-генератора W
Фаззи-контроль режимов и хода обработки с мгновенной реакцией на
любые отклонения оптимизирует процесс до максимума производительности и
21
эффективности. Система нейрообучения автоматически корректирует результаты и
добивается требуемого качества и производительности. Опыт самообучения
применяется системой в последующих обработках, поскольку система запоминает
то, что она делает. Система не требует длительного времени для освоения, на
станках с такими системами даже неопытный оператор работает быстрее и
эффективнее, чем квалифицированный на станке с обычными системами ЧПУ.
22
2. ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Геометрическая задача управления
Важнейшей из задач управления является геометрическая (motion
control). Она присутствует во всех системах ЧПУ типа PCNC.
Геометрическая задача состоит из трех крупных модулей: интерпретатор
управляющих программ; интерполятор; модуль управления следящими
приводами.
ИНТЕРПРЕТАТОР УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ
Интерпретатор транслирует кадры управляющей программы, представляя
их в формате, удобном для работы интерполятора. В фазе интерпретации кадра
система ЧПУ выполняет эквидистантные расчеты и расчеты, связанные со
стыковкой эквидистантных контуров; осуществляет преобразование
координатных систем (абсолютная, относительная), преобразование систем
измерения (мм, дюймы); вызывает стандартные циклы и подпрограммы;
разделяет потоки данных геометрической, логической и других задач.
Шаг 1: перевод кадра управляющей программы во внутренний формат.
Происходит сортировка информации по типу параметров: G-функции,
перемещения, адреса, комментарии.
Таблица 2.1
Пример разбора кадра на первом шаге интерпретации.
Пример кадра N20 G91 G01 X20,5 Y37,5 F2500 *Comment
G-функции G91 G01
Перемещения X20,5 Y37,5
Адреса N20 F2500
Комментарии *Comment
Шаг 2: Формирование активного G-вектора, число координат которого
соответствует числу групп G-функций. Всякая новая G-команда включается в
ту координату G-вектора, которая соответствует номеру группы G-функции и
будет существовать, пока ее не заменит другая G-функция из той же группы.
Шаг 3: интерпретация кадра групповыми интерпретаторами,
соответствующими группе G-функций.
23
Шаг 4: назначение геометрических перемещений.
Шаг 5: эквидистантная коррекция с учетом размеров инструмента.
Шаг 6: стыковка соседних эквидистантных контуров.
Шаг 7: генерация выходного сигнала в соответствии с текущими
значениями параметров.
На завершающей стадии данные поступают в кольцевой буфер,
позволяющий анализировать на совместимость группу соседних кадров с
эквидистантной коррекцией. Окончательный результат интерпретации
представлен в виде IPD - кода.
ИНТЕРПОЛЯТОР
Задание приращений по двум осям координат не определяет заданного
прямолинейного движения инструмента между точками. При постоянной
скорости подачи по осям вследствие неравенства координат заданной точки
время движения по оси X не будет равно времени движения по оси Y, и
заданная траектория будет искаженной (на рис. 2.1, а она показана штрихами).
Приблизить фактическую траекторию к заданной можно, введением
промежуточных опорных точек (точки 2—5 на рис. 2.1, б) и заданием
соответствующей последовательности перемещений инструмента между этими
точками, например: (Δх, Δу); (2Δх); (2Δх, 2Δу); (Δх); (Δх, Δу), т. е. траекторию
приходится разбивать на более мелкие участки. Величина δ определит ошибку
в отработке.
При программировании введение дополнительных опорных точек
приводит к резкому увеличению расчетов и объема программы. Поэтому в
практике детальное представление заданной траектории движения инструмента
между двумя опорными точками осуществляется с помощью специального
вычислительного устройства интерполятора.
Интерполятор непрерывно, т.е. в каждый данный момент, в процессе
перемещения инструмента от одной опорной точки к другой поддерживает
функциональную связь между координатами опорных точек. Если функция
выражает прямую линию, то отрабатываемая траектория будет линейной, а
24
интерполятор называется линейным. В процессе работы такой интерполятор при
исходных заданных приращениях Δх
1
и Δу
1
(см. рис. 2.1, а) непрерывно должен
поддерживать такое соотношение скоростей движения инструмента по осям, при
котором инструмент будет перемещаться по заданной линейной траектории.
Обеспечить точно функциональную связь между движениями по осям
координат в каждой данной точке траектории очень сложно. В большинстве
существующих станков перемещение инструмента по заданной траектории
осуществляется приближенно, путем включения подачи попеременно то вдоль
одной, то вдоль другой оси. При этом интерполятор системы управления
непрерывно оценивает отклонения от заданной траектории и стремится свести
эти отклонения к минимуму. Скачки ступенчатой траектории при формировании
заданной незначительны. Они равны или кратны цене одного управляющего
25
Рис. 2.1. Линейные траектории перемещения центра инструмента
импульса, поступающего из интерполятора, или импульса, формируемого
датчиком обратной связи. Например, прямая наклонная линия может
формироваться попеременной подачей на приводы импульсов в такой
последовательности: один импульс по оси Y и два импульса по оси X (рис. 2.1,
в). Поскольку в современных станках наиболее часто цена импульса
принимается равной 0,001 мм, то перемещение между двумя соседними
опорными точками практически можно рассматривать как плавное. Интерполяция
может быть также круговой, с помощью полиномов второй и высших степеней и
др.
Работа интерполятора основана на решении определенных задач. Известно
несколько методов интерполяции, среди которых наиболее распространен метод
оценочной функции, основанный на решении алгебраических уравнений.
Различают линейную интерполяцию и круговую, и соответствующие им
интерполяторы. Современные станки с ЧПУ, как правило, имеют линейно-
круговые интерполяторы, решающие задачи как линейной, так и круговой
интерполяции, а в ряде случаев и задачи интерполяции кривых второго порядка.
В последнее время к интерполятору предъявляют новые требования:
уменьшение цен дискреты в приводе до 0,5 микрона и меньше, прямой выход
на приводы, что необходимо при особо высоких скоростях подачи, разложение
сложных перемещений на линейные комбинации простых перемещений. Эти
требования определяют открытую структуру интерполятора, в которой четко
обозначены отдельные блоки. Открытый интерполятор допускает свободное
наращивание алгоритмов интерполяции и произвольную их комбинацию при
воспроизведении сложных траекторий в многокоординатном пространстве.
Режим работы определяется в зависимости от содержания кадра управляющей
программы. Например, при обработке винтовой линии будут включены блоки
линейного разгона-торможения, круговой интерполяции, линейной
интерполяции, управления приводами подач. При обработке деталей на пяти- и
более координатных станках возможна одновременная работа нескольких
круговых, линейных и сплайновых интерполяторов.
26
2.2. Логическая задача управления
Логическая задача – это задача управления цикловой
электроавтоматикой. Реализуется двумя способами:
программно в рамках системы ЧПУ;
с помощью программируемого контроллера.
Жизненный цикл логической задачи управления предполагает
программирование, интерпретацию программы и ее исполнение. Современная
тенденция состоит в упрощении первой фазы за счет визуального
программирования, включая инструментальную поддержку, и в объектно-
ориентированной реализации второй фазы.
Объектно-ориентированный подход использует понятия класса и объекта.
Класс описывает тип оборудования, а объект - конкретный экземпляр. Для
класса создаются шаблоны структур данных и методы работы с этими
данными. В объекте класса по шаблону выстраиваются конкретные данные и
приводится ссылка на обслуживающий их процесс. При появлении нового типа
оборудования новый класс не разрабатывают с нуля, а подбирают наиболее
близкий класс и вносят в него изменения. При этом повышается уровень
унификации разработки, появляется возможность повторного использования и
собственных функциональных модулей и готовых модулей других
разработчиков, уменьшается вероятность ошибок при разработке сложных
систем.
Методика описания цикла электроавтоматики включает следующие
этапы:
разработка первичного автомата (верхнего уровня иерархии
управления), который по своей сути является диспетчером основных
режимов работы управляемого объекта;
разработка режима нерегулярных ситуаций (внутренний режим),
который сохраняет корректность состояния объекта управления при
любых переключениях основных режимов, а также гарантирует
неизменное состояние объекта, если цикл пассивен;
27
выделение параллельно работающих автоматов;
разработка автоматов нижнего уровня иерархии управления.
Рассмотрим решение логической задачи на примере управления
револьверной головкой токарного станка. Возможна работа в двух режимах:
автоматический, при котором обеспечивается вызов любой позиции
револьверной головки;
ручной, например поворот на очередную грань.
Первичный автомат инициируется клавишей начального пуска. После
этого происходит переключение в заданный режим управления (ручной или
автоматический), при этом активизируются соответствующие режимные
управляющие элементы панели оператора.
Далее система переходит в режим нерегулярных ситуаций. При этом
идентифицируется текущее состояние револьверной головки, для этого
определяется угол фактического поворота револьверной головки. Далее
возбуждается команда разжима головки, затем команда вращения. При
вращении головки вызывается алгоритм определения совпадения по углу с
заданным положением грани РГ. В заданном положении формируется команда
торможения. После остановки подается команда зажима РГ.
Выделим параллельные процессы (по принципу наличия собственного
двигателя):
зажим-разжим РГ;
вращение-останов.
Сочетание этих параллельных процессов дает следующие возможные
состояния:
зажим-разжим
корректный разжим (разжим в заданном положении РГ), инициирует
процесс зажима;
корректный зажим (зажим в заданном положении РГ) инициирует
процесс перехода в статическое состояние зажима;
28
некорректный разжим (разжим в неправильном положении РГ)
инициирует процесс перехода в статическое состояние разжима;
некорректный зажим (зажим в неправильном положении РГ) инициирует
процесс разжима головки;
вращение-останов
корректное вращение (нормальное вращение РГ в разжатом состоянии)
инициирует процесс перехода в статическое состояние вращения;
некорректное вращение (включена команда вращения в зажатом
состоянии РГ) инициирует процесс торможения РГ;
корректный останов (остановка РГ в правильном положении) инициирует
процесс перехода в статическое состояние покоя;
некорректный останов (остановка РГ в неправильном положении)
инициирует процесс пуска вращения.
Совместное рассмотрение этих двух процессов показывает, что система
управления обеспечивает автоматический выход из любых некорректных
ситуаций. Управляя условиями выхода из статических состояний, можно
построить любой цикл автоматического или ручного управления.
2.3. Терминальная задача управления
Терминальная задача имеет особое значение, так как определяет
функциональные возможности управления. Наиболее важными разделами
терминальной задачи управления служат интерпретатор диалога оператора в
Windows-интерфейсе, редактор управляющих программ, редактор-отладчик
УП.
Современные системы управления используют архитектуру
персонального компьютера и располагают широкими возможностями
организации человеко-машинного интерфейса в операционной среде Windows.
Наиболее сложной является подсистема интерпретации диалога. Функциями
диалога являются:
получение текущей информации о процессе управления;
тестирование системы и объекта;
29
редактирование и моделирование УП;
ручной ввод и управление отработкой данных;
ввод программы и автоматическое управление;
управление наладочными операциями.
Оператор системы управления задает переходы между состояниями с
помощью аппаратной и функциональной клавиатуры. Нажатие на клавиши
переводит систему в новый режим работы или открывает диалоговое окно.
Клавиши могут быть в трех состояниях:
готовности (доступны оператору);
работы (нажатое состояние);
блокировки (недоступны для воздействия).
Кроме этого интерпретатор диалога выполняет контроль действий оператора.
В рамках инструментальной системы визуального проектирования
задание вводят непосредственно в виде иерархического графа.
2.4. Диагностическая задача управления
Как правило системы ЧПУ располагают отдельным режимом
диагностики, который реализован в виде программно-аппаратного комплекса и
ориентирован на тестирование и глубокое исследование логической и
геометрической задач управления. Наиболее совершенные системы
диагностики считывают измеряемые сигналы, определяют их конфигурацию,
запоминают результаты измерений, выполняют операции над измеренными
сигналами.
В первую очередь следует диагностировать логическую и
геометрическую задачи управления. Для диагностики логической задачи
управления служит логический анализатор, а для диагностики геометрической
задачи предназначен осциллограф. Для доступа оператора к результатам
измерений предназначен виртуальный прибор диагностики, который
предлагает средства интерактивного конфигурирования и визуализации
измерений. Концепция виртуальных приборов позволяет использовать
разработанные средства диагностики в различных приложениях. Такие
30