РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПРИВОДА ШВЕЙНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК D05B69/14 H02P15/02 

Изобретение предназначено для использования в швейном машиностроении, в автоматизированных электроприводах швейных машин с диапазоном регулирования скорости вращения главного вала 60-600 об/мин.

Наиболее близким к изобретению по методу регулирования и технической сущности является регулятор скорости японской фирмы Mitsubishi Electric Corp., применяемый в автоматизированном электроприводе Limi-Stop Z с вихревой муфтой сцепления и электромагнитным фрикционным тормозом. Данный регулятор содержит импульсный датчик обратной связи, преобразователь длительности импульсов в напряжение, которое с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) переводится в цифровой код, аналоговый задатчик скорости, подающий сигнал на второй АЦП, быстродействующую микроЭВМ, в которой реализуются программа сравнения цифровых кодов датчика обратной связи и задатчика скорости, программа формирования сигнала управления приводной муфтой, программа контроля скорости и выдачи сигналов торможения при переходе с большей скорости на меньшую.

В известном регуляторе происходит двойное преобразование сигнала обратной связи и сигнала задания скорости в цифровой код. С помощью микроЭВМ происходит программная обработка преобразованных сигналов для определения текущего значения скорости вращения главного вала швейной машины и выдачи сигналов коррекции скорости. Многократное преобразование сигналов приводит к увеличению числа элементов схемы и ухудшает динамические параметры регулятора скорости, а непрерывная программная обработка цифровых кодов предъявляет повышенные требования к быстродействию микроЭВМ и требует большого объема памяти программ.

Для уменьшения объема аппаратных и программных средств с одновременным повышением надежности и быстродействия в регулятор скорости вращения привода швейной машины, содержащий импульсный датчик обратной связи, аналоговый задатчик скорости, усилители мощности приводной и тормозной муфт, введены дифференцирующая цепь, интегратор, компаратор, формирователь тормозного сигнала и ждущий мультивибратор, причем вход дифференцирующей цепи соединен с импульсным датчиком обратной связи, а выход - с интегратором, передающим сигнал на инверсный вход компаратора, при этом прямой вход компаратора подключен к аналоговому задатчику скорости, а выход - к усилителю мощности приводной муфты и через диод к входу формирователя тормозного сигнала и RC-цепочке, выход формирователя тормозного сигнала соединен с усилителем мощности тормозной муфты и ждущим мультивибратором, блокирующим через диод повторное появление тормозного сигнала на время переходных процессов.

Сопоставительный с прототипом анализ показывает, что регулятор скорости по изобретению отличается наличием новых элементов: дифференцирующей цепи, интегратора, компаратора, формирователя тормозного сигнала, ждущего мультивибратора, а также их функциональных связей с остальными элементами схемы. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемый регулятор скорости вращения привода швейной машины соответствует критерию изобретения "Новизна".

Все эти признаки относятся к существенным, так как обеспечивают приводу малое время разгона до максимальной скорости - 350-400 мс (у Limi-Stop Z 500-600 мс) и быстрый останов с максимальной скорости за 100-120 мс.

Значительно снижено число элементов как в самом регуляторе, так и в блоке управления приводом в целом вследствие того, что аппаратный регулятор разгружает управляющую микроЭВМ, а это позволяет применить простые отечественные ЭВМ типа 1820 или 1816 с минимальной поддержкой.

Функциональная схема регулятора скорости представлена на чертеже.

Регулятор содержит импульсный датчик 1 обратной связи (синхронизатор), дифференцирующую цепь 2, выход которой подключен к интегратору 3. Интегратор соединен с инвертирующим входом компаратора 4. На прямой вход компаратора подается напряжение от аналогового задатчика 5 скорости. Выход компаратора соединен с усилителем 6 мощности приводной муфты, а также через развязывающий диод VD1 с входом формирователя тормозного сигнала, состоящего из RC-цепочки, соединенной с триггером 7 Шмидта. Выход триггера Шмидта соединен с усилителем 8 мощности тормозной муфты и входом ждущего мультивибратора 9, который через диод VD2 соединен с входом триггера Шмидта.

Работает регулятор скорости следующим образом.

Импульсный датчик 1 обратной связи, установленный на главном валу швейной машины, выдает последовательность прямоугольных импульсов скважностью два. Эта последовательность подается на дифференцирующую цепь 2, где преобразуется в последовательность коротких импульсов удвоенной частоты. Сформированные короткие импульсы поступают на интегратор 3, и на его выходе появляется пульсирующее напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна частоте вращения. Выход интегратора 3 соединен с инверсным входом компаратора 4, а на прямой вход компаратора подается управляющее напряжение с аналогового задатчика 5 скорости, устанавливаемое в пределах 0,8-10 В.

При необходимости увеличить скорость вращения увеличивают напряжение задатчика 5 скорости, при этом на выходе компаратора 4 появляется высокий уровень напряжения, к приводной муфте через усилитель 6 мощности прикладывается полное напряжение и привод разгоняется. Одновременно растет частота импульсов с датчика 1 обратной связи, а следовательно, и пульсирующее напряжение с постоянной составляющей, пропорциональной частоте вращения на выходе интегратора 3, соединенного с инверсным входом компаратора 4. Процесс разгона идет до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора 3 не превысит напряжение задания, после чего на выходе компаратора 4 появляется низкий уровень напряжения, скорость несколько понижается и компаратор 4 вновь переключается на разгон. Таким образом, скорость поддерживается на заданном уровне.

Во время поддерживания скорости на заданном уровне формирователь тормозного сигнала не работает, так как частота переключения на выходе компаратора 4 достаточно высокая и напряжение на конденсаторе С выше порога срабатывания триггера 7 Шмидта.

При переходе на более низкую скорость, т.е. при снижении напряжения задания на прямом входе компаратора 4, выходное напряжение его становится равным нулю, конденсатор С разряжается через R резистор и по достижении порога срабатывания триггера 7 Шмидта на его выходе появляется высокий уровень напряжения, который через усилитель 8 мощности включает тормозную муфту.

При снижении скорости до заданного значения на выходе компаратора 4 вновь появляются положительные импульсы и происходит быстрый заряд конденсатора С через диод VD1. Триггер 1 Шмидта переключается в исходное состояние, выключается тормозная муфта и одновременно запускается ждущий мультивибратор 9, который блокирует на некоторое время высоким уровнем напряжения через диод VD2 повторное включение триггера Шмидта. Такая блокировка предотвращает влияние переходных процессов на режим установления заданного значения скорости.

Использование новых элементов в указанной их функциональной связи выгодно отличает предлагаемый регулятор скорости, так как улучшаются динамические характеристики привода швейной машины, уменьшается число элементов электронного блока управления, снижается объем программного обеспечения, что позволяет применить более дешевые и распространенные микроЭВМ типа 1820 и 1816 с минимальной поддержкой. Повышаются надежность и ремонтопригодность системы в целом.

Использование: в швейном машиностроении, в электроприводах швейных машин с диапозоном регулирования вала 60 - 6000 об/мин. Сущность: в регулятор частоты вращения привода швейной машины введены дифференцирующая цепь 2, интегратор 3, компаратор 4, формирователь тормозного импульса, составленный из RC-цепочки и триггера 7 Шмидта. В результате соединения между собой импульсного датчика 1 частоты вращения, дифференцирующей цепи 2 и интегратора 3 на выходе последнего образуется пульсирующее напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна частоте вращения. Формирователь тормозного импульса работает только при переходе частоты вращения с высокого уровня на более близкий по сигналам с выхода компаратора, который в этом режиме равен нулю в отличие от высокого уровня в режиме пуска. В результате уменьшено число элементов схемы, улучшены динамические характеристики, снижен объем программного обеспечения. 1 ил.

РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ПРИВОДА ШВЕЙНОЙ МАШИНЫ, содержащий импульсный датчик частоты вращения, аналоговый задатчик частоты вращения, усилитель мощности приводной и тормозной муфт, отличающийся тем, что в него введены дифференцирующая цепь, интегратор, компаратор, формирователь тормозного импульса, составленный из последовательно соединенных RC-цепочки и триггера Шмидта, ждущий мультивибратор и два диода, причем дифференцирующая цепь включена между импульсным датчиком частоты вращения и интегратором, выход которого подключен к инверсному входу компаратора, прямым входом подключенного к выходу аналогового задатчика частоты вращения, выход компаратора подсоединен к усилителю мощности приводной муфты и через согласно включенный первый диод связан с входом формирователя тормозного импульса, выход последнего соединен с входами усилителя мощности тормозной муфты и ждущего мультивибратора, выходом связанного через согласно включенный второй диод с входом формирователя тормозного импульса, при этом точка соединения RC-цепочки и триггера Шмидта образует вход формирователя тормозного импульса, а выход триггера Шмидта - его выход.