ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧПУ

Увеличение производительности нечетко-логических операций

При использовании стандартных цифровых нечетких контроллеров операции нечеткой логики выполняются достаточно медленно. Это связано с использованием в структуре нечетких контроллеров ECFL-элементов (Emitter Coupled Fuzzy Logic gates - нечеткие логические вентили с эмиттерными связями), недостатком которых является невысокая скорость переключения (порядка 100 нс) при выполнении базовых нечетких логических операций MAX (MIN), что снижает эффективность управления точностью обработки деталей в режиме реального времени.

Для того чтобы АСУ могла формировать НЛВ, необходимо спроектировать нечеткие электрические схемы, которые позволяют оперировать с электрическими величинами, поступающими от различных датчиков в режиме реального времени. При этом необходимо значения истинности нечеткого слова из интервала [0... 1] поставить в соответствие значениям падений напряжений 0.. .5 В.

Стандартные нечеткие логические вентили

Для выполнения операций МАХ (нечеткое сложение) и/или MIN (нечеткое умножение) используют стандартные ECFL-элементы (рис. 2.23, а) [1]. В таких схемах значениям истинности [0, 1] соответствуют напряжения от 0 до 5 В. Схема ECFL-вентиля состоит из схемы сравнения (транзисторы VT1, VT2 и VT3) и схемы компенсации (транзистор VT4) падения напряжения (-0,7 В - для схемы МАХ и +0,7 В - для схемы MIN) на эмиттерных переходах транзисторов VT1-VT3. Падение напряжение 0,7 В компенсируется на эмиттерном повторителе (транзистор VT4). На практике источники постоянного тока II и 12 можно заменить двумя резисторами с номиналами 10 кОм. Резисторы 1 кОм в базовых цепях транзисторов VT1-VT3 используются для предотвращения колебаний и ударных возбуждений, возникающих вследствие действия емкостной нагрузки [94].

Стандартный ECFL-вентиль

Рис. 2.23. Стандартный ECFL-вентиль: а - схема взятия максимума; б — временная диаграмма

Недостаток стандартного ECFL-элемента заключается в том, что один элемент может нагрузить другой, а это приводит к тому, что время переключения из проводящего состояния в непроводящее по положительному и отрицательному фронту синхроимпульса составит более 116 нс (рис. 2.23, б), что неприемлемо в системах управления, работающих в режиме реального времени. То есть транзисторы имеют паразитные емкости (емкость база-коллектор и база-эммитер) и их заряд/разряд замедляет фронты, что можно наблюдать на рисунке 2.23, б. Чтобы фронты переключения уменьшить, нужно цепи заряда и разряда сделать низкоомными. Для этого в стандартных вентилях выходной каскад - эмиттерный повторитель - для положительного фронта имеет малое выходное сопротивление и крутой фронт, а для отрицательного - транзистор запирается и емкость разряжается медленно через источник тока. Чтобы найти время, необходимо амплитуду умножить на емкость и разделить на ток, либо через резистор в цепи эмиттера в зависимости от схемы.

Модифицированный ECFL-вентиль

Осциллограмма для точки 1 (см. рис. 2.23, а), приведенная на рисунке 2.23, б, показывает, что значительное время переключения более 116 нс формируется именно на выходах транзисторов VT1-VT3 (например, в точке 2 на рис. 2.23, а). Для уменьшения времени переключения и увеличения производительности работы нечетких контроллеров необходимо заменить каждый из транзисторов (VT1-VT3, точки 2 и 3 на рис. 2.23, а) компламентарной связкой из 4 транзисторов (VT5-VT8) п-р-п и р-п-р типов (точки 2 и 3 на рис. 2.24, а). То есть в предлагаемой схеме (рисунок 2.24, а) выходной каскад двухтактный, на комплементарной паре транзисторов (VT5-VT6). Он имеет мощный выход и для положительного, и для отрицательного перепада напряжения, поэтому время переключения должно значительно уменьшиться до 16 нс, что можно наблюдать на осциллограмме (рис. 2.24, б).

Модифицированный ECFL-вентиль

Рис. 2.24. Модифицированный ECFL-вентиль: а - схема взятия максимума; б - временная диаграмма

Из рисунка 2.24, б видно, что время переключения составляет порядка 16 нс, что в 7 раз быстрее по сравнению со стандартным ECFL- вентилем. При этом для достижения высокой производительности требуется использовать четыре биполярных транзистора. Так как транзисторы недороги, то решение включения в схему дополнительных компонентов, способных существенно увеличить производительность ECFL-вентеля, полностью оправдывает себя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >