Цифровой электропривод Советский патент 1983 года по МПК H02P5/16 

О1 4 ч

Изобретение относится к уПравле ник электродвигателями, в частности к управлению электродвигателями, и может быть использовано в автоматизированном электроприводе прстоянного тока с цифровым управлением.

Известно устройство для регулирования электродвигателя, использующее ля регулирования датчик скоростиС11«

Однако указанное устройство имеет невысокую стабильность поддержания ребуемой скорости в широком диапазоне регулирования и обладает недостаточной технологичностью.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой электропривод, содержащий последовательно соедииенные электродвигатель, усилитель, триггер, а также шину опорных тактовых импульсов, элемент памяти, счетчик, датчик скорости 2}.

Цифровой электропривод характеизуется недостаточной точностью егулйрования скорости при низких скоростях из-за большой погрешности ; измерения частоты вращения электровигателя при этих скоростях. /

Цель изобретения - повышение точности регулированяи скорости.

Поставленная цель достигается ем, что, в цифровой электропривод, содержащий последовательно соедиенные электродвигатель, усилитель, триггер, а также шину ОПОРНЫХ тактовых импульсов, элемент памяти; счетчик, датчик скорости, дополнительно введены соединенные между собой первый и второй коммутаторы и узел стробирования, выходы которого соединены с установочными входами счетчика, выход которого соединен с управляющим входом элемента памяти и первым входом второго коммутатора, выходы которого соединены с входами триггера, при.этом выход датчика скорости соединен с первым входом первого коммутатора, к второму входу которого подключена шина опорных тактовых импульсов, первый выход перового коммутато1 а соединен с счетным входом счетчика, а второй выход - с входами узла стробирования и элемента па.мяти, выход которого соединен с вторым входом.второго коммутатора.

На фиг. 1- изображена структурная схема ц;ифрювого электропривода; на фиг. 2 - функциональная схема узла стробировйния; на фиг. 3 - функциональная схема первого коммутатора на фиг. 4 - временные диаграммы работы цифрового электропривода.

Цифровой электропривод содержит последовательно соединенные электродвигатель 1, усилитель 2, триггер 3 а также шину 4 опорных тактовых импульсов, элемент 5 памяти, .счетчик б, датчик 7 скорости, соединенные между собой коммутаторы 8 и 9, и узел 10 стробирования, выходы которого соединены с установочными входами счетчика 6, выход которого соединен с управлякндим входом элемента 5 и первым входом коммутатора 9, выходы которого соединены с входами триггера 3, при этом выход датчика 7 скорости соединен с пер вым входом коммутатора 8, к второму входу которого подключена шина 4, первый выход коммутатора 8 соединен с счетным входом счетчика 6, а второй выход - с входами узла 10 и элемента 5, выход которого соединен с вторым вводом коммутатора 9. Коммутаторы 8 и 9 обеспечивают соединения элементов устройства для установки режимов измерения периода или частоты следования импульсов датчик 7 (в зависимости от заданного номинала этой частотыJ.

Элемент 5 памяти сострит из двухвходной схемы 11 совпадения, входы которой соединены с входом и выходо последовательного трехразрядного регистра, выполненного на триггерах 12-14. Элемент 5 памяти обеспечивае прохождение на выход каждого входно импульса, если последний не был отделен от предшествующего сигналом Запрет с выхода счетчика 6.

Узел 10 стробирования в простейшем примере конкретного выполнения представляет собой шину, соединяющую входы установки в нулевое состояние всех разрядов счетчика 6. Коммутатор 8 обеспечивает прямое соединение между шиной 4 и счетчико 6, а также между выходом датчика 7 и элементом 5 памяти в режиме измерения периода следования выходных импульсов датчика 7 при сравнительн низких оборотах электродвигателя 1, либо обеспечивает соединение шины 4 с элементом 5 памяти, а выход датчика 7 - с входом счетчика б в режиме измерения частоты следования .выходных импульсов датчика 7 при сравнительно высоких оборотах электродвигателя 1. При этом коммутатор 9 синфазно с коммутатором 8 обеспечивает прямое или перекрестное соединение выходов счетчика 5 и элемента 5 памяти с первым и вторым входами триггера 3.

Одна из возможных реализаций узла 10 стробирования приведена на фиг. 2..

Узел 10 стробирования содержит линейку фиксаторов 15, представляющую собой параллельный регистр из гВ- триггеров 16. Дополнительные входы установки скорости вращения подклюгены к соответствующим D-входам триггера 16, а их синхровходы объединены и подключены к шине (вход . Выходы триггеров 16 связаны с дешифратором 17, имеющим дополнител ный стробирукноий вход, на который через схему ИЛИ 18 поступают импуль установки от сметчика 6 и датчик 7 через коммутатор 8. Одним; из вариантов:установки дли тельности цикла-счета TO, определяквдёго скорость вращения электродвигателя,, является изменение емкости N счетчика б путем записи в него в исходном состоянии необходимого числа. В этом варианте дешифра тор 17 пр)рбразует код задаваемой скорости,запйсдиный в фиксаторы 15 при пос туплении CHrttaLna на вход О, необходимое число, которое аереписывае сй в счетчик б в момент действия импульса стробирования со схеки ИЛИ 18. Второй вариант - при фиксированной емкости счетчика 6 коммутироват капичество тактрвцх импульсов, поступающих за единицу времени на его вход/: В этом варианте дешифратор 17 преобразует код задаваемой скорости записанный в фиксаторы 15, в сигналы управления,; поступающие на один из дополнительных Р в:хоДов Р 1,2, ... п, где Р - число заданных градаций скорости вращения f, связанных с соответствующими входами коммут тора 8 (фиг. 1). Пример выполнения коммутатора 8 приведен на фиг. 3. Первый коммутатор 8/ содержит первыми электронный переключатель режима измерения скорости вращения электродвигателя 1, состоящий и з двух схем 19 и 20 совпадения И, выходы которых ч@рёз бхему ИЛИ 21 под ключены к делителю .ч астоты 22, второй электронный переключатель, состоящий из двух схем 23 и 24 совпаде ния И, выходы которых через схему ИЛИ 25 подключены к элементу 5 паМЯ.ТИ, и третий з лектрьонный переключ тель, состоявши из Р схем 26 совпадения, к .первым входам которых под «лючены срответствумщие выходы дели теля 22 частоты, а на вторые - цепи управления установкой скорости вра.щения электродвигателя 1 от :.узла 10 стробирования выходы схем 2б совпа дения через схему ИЛИ 27 подсоединены к счетчику б, элементы НЕ 28 И5Ч--- лУ . . . --, KoMN rraTop 9 может быть выполнен аналогично nepisoMy и второму электронному переключателю коммутатора 8 Цифровой электропривод работает следующим образом. При включении электродвигателя 1 скЬрость его вращения ниже номинальной, и длительность периода следования выходных импульсов датчи ; ка 7 (фиг. 4,1) Т, Превышает их номинсшьное значение TIJ. Значение Тр задается выбором частрты следования спорных тактовых импульсов, поступающих.Через коммутатор 8 в счетчик б, емкостью самого счетчика и равно циклу работы счетчика б. Каждым-имггуЛьсом датчика 7 . (фиг. 4,1) ,п6ступёиощим через пер вый коммутатор на входы узла 10 стробирования и элемента 5 памяти, последнийвместе со счетчйкрмб ус- , танавливается висходное состояние. Так как Т , счетчик б (фиг. 4,2; оканчивает прлный цикл счета тактовых ИМПУЛЬСОВ JJO поступления очеоеднрго импульса ,от датчика 7. Пои этом импульсом с выхода счетчика ,б чеоез коммутатор 9 Триггер 3 устанабливается в положение Обёспечив1ающее чеоез усилитель 2 увеличение скроости электоодэигателя 1 (фиг.4.3) Этим же илтульсрм с выхода счётчика б, поступающим на управляющий вход элемента -5 памяти, сбрасывается установка этого элемента в исходное состояние, что препятствует п{)охрждению очередного имПульса датчика 7 на его выход. С приходом очередного импульса от датчика процесс повторяется и коммута:тор 9 периодически прлуч ет с выхода счетчика б сигналы, подтверждения установки его ,в положе-. ние увеличения скорости электродвигателя. После того/ как скорость электродвигателя 1 превысит заданную (Т Тд).г кажддай из импульсов от датчика 7 (фиг. 4,4/ будет успевать установить счётчик 6 в исходное состояние до окончания егр рабрты ,. и на выходе счетчика б не будет импульсов, запрещающих работу элемента 5 памяти. Поэтому каждый из поступающих на вхрд прследнегр импульсрв от датчика 7 будет появляться на егр выхрде и через коммутатор 9 устанавливать триггер 3 в состояние, рбеспечивающее через усилитель 2 уменьшение скорости , вращения электрхэдвйгателя 1 (фиг. 4,5). Этот процесс будет перирдйчедки повторяться до вьтолнения условия ; Т. Тд, после чего в соответствии ;. с ранее описанным триггер 3 вновь переключится в положение, обеспечивающее првьшение скорости вращения электродвигателя и т.д. (по зам- . кнутбму циклу). Одна из возможных реализаций элемента 5 пгияяти может быть выполнена в виде трёхразряднрго последрвательнргр регистра сдвига, выпОлHfeHHpro на триггерах 12-14 и двухвходовой схемы 11 совпадения (фнг. 1). При условии TJ ff), как показано ранее, не выходе счетчика б и на управляющем входе элемента 5 памяти импульсы отсутствуют. В этой ситуации RS-триггер 12 устанавливается в рабочее состояние первым же поступившим импульсом от датчика 7 и остается в этом положении до появления сигнала с управляющего входа, т.е. до выполнения условия Т TO- При этом состояние йЗ-триггёра 12 переписывается поочередно в первый 13, а из первого ко второй 14 D -триггеры вспомогательными высокочастотными тактовыми импульсами, сдвинутьо ли во времени и . подключенными к соответствукадим входам синхроииэации D-триггеров. Срабатывание триггера 14 подготавливает к работе схему 11 совпаде.ния по одному из входов, что обеспечивает прохождение через нее всех последующих импульсов от датчика 7 на вход элемента 5.памяти. При изменении условия на Т Тд первый же импульс с управляющего входа сбрасывает RS-триггер 12, новое его состояние с помощью вспомогательных высокочастотных тактовых им пульсов передается О-триггерами 13 и 1 запрещая работу двухвходовой схемы 11 совпадения. Сдвиг во времени между упомянуты ми тактовыми последовательностями i должен превышать длительность импульса на входе элемента 5 памяти, что обеспечивает задержку подготовки двухвходовой схемы 11 совпадения к срабатыванию до окончания первого после сигнала на управляющем входе элемента 5 памяти импульса от датчика 7 и запрещает его прохождение на выход элемента 5 памяти. Узел ID стробирования в ситуации когда номинальная емкость счетчика б N превышает требуемую при -заданной частоте следования опорных тактовых импульсов f (т.е. ), может быть выполнен в виде шины, объединянвдей входы установки соответствую щих -разрядов счетчика таким образом чтобы по сигналу шину в счетчик б записывался код числа М что обеспечит необходимый цикл рабо ты счетчика 6, равный Т. В этом случае требуется дополнительно подключить ко второму входу узла 10 стробирования выход счетчика 6 (фиг. 1), Внутри узла 10 стробирования оба входа могут быть объединены схемой ИЛИ. В условиях эксплуатации часто возникает необходимость дистанционной установки различных номинальных значений скорости вращения электродвигателя - разные скорости записи информации на магнитную ленту, враще1-гие барабана автоматической стиральной машины в режимах стирки и отжима и . д .. Обычно эта информация поступает в виде кода по г-линиям. В этой ситуации к узлу 10 стробирования подключают дополнительную шину управления (вход 0 и г информационных шин (входы 1... т). Коммутатор 8 работает следующим образом. В режиме измерения периода следования импульсов от датчика 7 на управляквдей .Т (фиг. 3) присутствует высокий потенциал, разрешающий прохождение опорных тактовых импульсов через схему И 19 и ИЛИ 21 на вход делителя 22 частоты, с1 также прохождение импульсов от датчика 7 через схемы И 23 и ИЛИ 25 к элементу 5 памяти. В режиме измерения частоты следования импульсов датчика 7 на управляющей шине Изм. Т присутствует низкий потенциал, который после инвертирования элементами НЕ 28 и 29 разрешает прохождение импульсов от датчика 7 через схему 20 и схему ИЛИ 21 на вход делителя 22 частоты, а также прохождение опорных тактовых импульсов через схему И 24 и схему ИЛИ 25 на вход элемента 5 памяти . С одного из выходов делителя 22 частоты и через схему 26, на которую поступает разрешение по цепи установки требуемой скорости вращения, и схему ИЛИ 27 послед9вательность импульсов поступает на вход счетчика 6. Таким образом, в цифровом электроприводе при высоких скоростях вращения электродвигателя изменяется частота вращения, а при низких скоростях изменяется период вращения. Это позволяет повысить точность регулирования скорости.

Фиг.г

Ifc

..

ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий последовательно соединенные электродвигатель, триггер, а также шину опорных тактовых импульсов, элемент памяти, счетчик, датчик скорости, о ,т л и ч а ю щ и и Си тем, что, с целью повышения точности регулирования скорости, в него дополнительно введены соединенные между собой первый и второй коммутаторы и узел стробирования, выход которого соединен с управляющим входом элемента памяти и первым входом второго коммута гора, выходы которого соединены с входами триггера, при этом выход датчика скорости соединен с первым входом первого ко -в утатора, к второму входу - которого подклйочена шина опорных тактовых импульсов, первый выход первого коммутатора соединен со счетным входом счетчика, а второй выход - с входами узла стробирования и элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом второго коммутатора.

L To

)

II ГНЧ1 П

(ригЛ

u

1

t