Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя Советский патент 1983 года по МПК H02P6/22 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано для получения информации о направлении времени вентил ного электродвигателя и в устройствах для заишты электродвигателей от неправильного направления вращения. Известно устройство дня определения направления вращения, выполненное на базе вентильного электродвигателя. Оно содержит в общем случае синхронную машину, m - ;екционная обмотка которой под ключена к коммутатору на m -транзисторах, каждый из которых включен в диагональ выпрямительного моста. Транзис- торы коммутатора управляются от чувствительных элементов датчика положения ротора i. Недостатком такого устройства является его сложность, вызванная необходи- мостью введения в его функциональную схему или си нхронной машины, или дополнительной обмотки в синхронную машину вентильного электродвигателя. Наиболее близким к изобретению является устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя, содержащее первую группу П -три геров, в количестверавном числу m каналов датчика положения ротора вентильного электродвигателя, выходы D -триггеров подключены к входам первого логического сумматора, в каждом Р -триггере информационный вход подключен к прямому выходу одноименного П -го канала датчика положения ротора, а входы Тактируемый и Установка нуля подключены к прямым выходам следующих по направлению вращения (п+1)-го и )-го канала датчика положения ротом соответственно 121. Недостатком известного устройства является то, что лишь в одном случае при смене информация на выходе логичес кого сумматора с нулевого сигнала на единичный сигнал ошибки о не превыша ет разрешающей способности датчика положения ротора (o Otnif) При смене информации на выходе логического суммато ра с единичного сигнала на нулевой сигнал ошибки возрастает в три раза((|| Для режимов реверса сигнал ошибки не превышает удвоенной величины разрещакнцей способности датчика положения ро Topa(S 2Sni4n)- Таким образом, ыедостаткюд известно го устррйства является низкая точность, вызванная неоднозначностью выходной ха рактеристики при различных реально существующих режимах работы. Цель изобретения - повышение точности за счет устране1тя неоднозначности выходной характеристики. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя, содержащее многовходовой логический сумматор и первую группу D -тригеров в количестве, равном числу т каналов датчика положения ротора вентильного электродвигателя, в каждом Г) -м D-триггере информационный и тактируемый входы подключены к прямым выходам -го и (п + 1)-го каналов датчика положения ротора соответственно, один из выходов каждого Т) -триггера подключен к соответствующему входу логического сумматора, выход которого является выходом устройства, дополнительно введены на каждый D -триггер две логические схемы совпадение), а каждый канал датчика положения ротора выполнен с инверсным входом, к входу Установка нуля п -го Б -триггера подключен выход первой логической схемы совпадения, первый вход которой связан с инверсным выходом другого D -триггера, а второй вход пошслючен к выходу второй логической схемы совпадения, первый вход которой подключен к прямому выходу собственного D-триггера, а второй вход - к инверсному выходу (И+1)-го канала датчика положения ротора. Кроме того, первый вход первой логи-, ческой схемы совпадения П -го О -триггера подключен к инверсному выходу (П+1) -го D -триггера. Устройство Дополнительно снабжено второй группой из ГП D-триггерЬв и на каждый из указанных D -триггеров двумя логическими схемами совпадения, а логический сумматор снабжен дополнительными m входами, в каждом ri -м О-триггере второй группы информационный вход подключен к прямому выходу П-го канала датчика положения ротора, тактируемый вход - к инверсному выходу Ш-1 )-го канала датчика положения ротора, а вход Установка нуля - к выходу первой дополнительной логической схемы совпадения, первый вход котороВ подключен к инверсному выходу П -го D-триггера первой группы, а вторсй вход к выходу второй дополнительной логической схемы совпадения, первый вход которой подключен к прямому выходу собственного D -триггера, а второй вход - к прямому выходу (H-l )-го канала датчика положения ротора, один из вы. ходов каждого О -триггера второй группы подключен к соответствукшему дополнительному кзюцу логического сумматора, а первый вход первой логической схемы совпадения п -го Б -триггера первой группы подключен к инверсному выходу (H + l)-roD -триггера группы.

На фиг. 1 изображена схема устрЫ1ства с одной группой D -триггеров; на фиг.2 эпюры напряжений устройства, представ ленного на фиг. 1; на фиг. 3 - схема устройства с двумя группами D -триггеров; на фиг 4 - напряжений устройства, представленного на фиг. 3.

Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя (фиг. 1) содержит многовходовой погический сумматор 1 и первую группу D-триггеров 2-5 в количестве (четыре) равном числу каналов датчика 6 положения ротора вентильного электродвигателя в каждом D -тртггере 2 (3-5), информапионный и тактируемый входы подключены к прямым выходам одноименного 7 (8-1О) и следующего по направлению вращения (8-10 и 7) каналам датчик положения роторе соответственно, один из выходов, например прямой, каждого D-триггера подключен к соответствующему входу логического сумматора 1, выход которого является выходом устройства. Каждый D -триггер 2 (3-5) снабжен двумя логическими схемами совпадения 11 и 12 (13 и 14; 15 и 16; 17 и 18), к выходу Установка нуля D-триггера 2 (3-5) подключен выход первой логической схемы совпадения 12 (14, 16 и 18), вход котсч5ой свяэан с инверсным выходом D -триггера 3 (4, 5 и 2), а второй вход подключен к выходу второй логическЫ) схемы совпадения 11 (13, 15 и 17), первый вход которой подключен к прямому выходу собственного D-триггера 2 (3-5), а вторЫ вход - к инверсному выходу канала 8 (9, 1О и 7) датчика положения ротора.

Устройство для определения направления вращения (фиг. 3), кроме того, содержит вторую группу из четырех D -триггеров 19-22 и на каждый D-триггер 19 (2О-22) по две логические схемы совпадения 23 и 24 (25 и 26; 27 и 28; 29 и ЗО), в каждом D -триггере 19 () группы информационный вход подключен к прямому выходу одноименного канала 7 (8-1О) датчика

6 положения ротора, тактируемый вход к инверсному выходу канала 1О (7-9) датчика положения ротора, а -вход Установка нуля - к выходу первой дополнительной логической схемы совпадения 24 (26, 28 и 30), первый вход которой подключен к инверсному выходу D -триггера 2 (3-5) основной группы, а второй вход к выходу второй дополнительной логической схемы совпадения 23 (25-27), первый вход которой подключен к прямому выходу собственного 13 -триггера 19 (2О-22), а второй вход - к прямому выходу кан-ала 1О (7-9) датчика 6 положения ротора, один из выходов, например инверсный, каждого) -триггера вторЫ группы подключен к соответствукяиему входу логического сумматс а 1, а первый вход логической схемы совпадения 12 (14, 16 и 18) подключен к инверсному выходу D -триггера 2О (21, 22 и 19) второй группы.

Устройство для определения направления вращения вентильного электродвигателя работает следующим образом.

Лля примера рассмотрим работу устройства (фиг. 1), определякжцего направление вращения вентильного электродвигателя с четырехканальным датчиком положения ротора, вырабатывающим сигналы длительностью iC, смещенные на угол It / 2.

При направлении вращения вентильного электродвигателя, например, вправо, на интервале времени t ... i з (Фиг. 2) датчик 6 положения ротора вырабатывает такую последовательность импульсов {J-j-U jj,npH которой происходит появление положительных импульсовЦ- U поочередно на BcexD -триггерах 2-5. Так, например, в момент времени Ij ов действием положительного фронта сигнала lift канала 9 датчика 6 положения ротора на выходе D -триггера 3 устанавливается положительный потенциал, так как на его информационном входе имел место положительный потенш1ал с канала 8 датчика 6 положения ротора, а на вход Установка нуля -триггера 3 подается уровень логического нуля ((/« выхода логической схемы 14. Появление логическсЛ единицы на выходе ТЭ -триггера 3 вызывает переключение логического элемента 12 - на его выходе устанавливается уровень логической единицы (Uj,). Это приводит к установке на выходе D -триггера 2 уровня логического нуля. С приходдал очередного положительного фронта одного из сигналов датчика положения ро тора аналогично происходит переключение двух следующих D -триггеров. На логическом сумматоре 1 происходит суммирование всех сигналов с D -триггеров 2-5 {U). При изменении направления вращения в м(1ент времени Ь изменяется порядок следования импульсов с датчика 6 положения ротора. На выходах всех 1)триггеров должны появиться , соответствующие логическ му1у нулю. Рассмотрим как это происходит на примере 1) -триггера 5. В момент t на инверсном выходе канала 7 датчика 6 по ложения ротора появляется уровень логической единицы. Так как на выходе Р-триггера 5 имеет место тоже логическая единица, то логический элемент 17 переключи тся и на его выходе будет иметь место сигнал U t, соотъетсгвуюший логическому нулю. Этот сигнал, инвертируясь в логическом элементе 18 (Uia) перевода т D -триггер 5 в нулевое состояние. Появление единицы на других D-триггерах не произойдет, так как в момент прихода на тактирующий вход полспкительного фронта на информационном входе каждого D -триггера уже имеет место уровень логического нуля. В момент времени Ь логический сумматор переключится и на его выходе устано вится уровень логического нуля, свиде тельст ющий об изменении направления вращения вентильного электродвигателя. Переключение произойдет с минимальной возможной задержкой 6 S щ, {8 it/2 для такого типа датчика положения ротораПри переводе вентильного электродвигателя снова на вращение вправо в момент времени ij первый же положитель ный фронт импульса, , канала 8 в момент времени t. переключит D.-триггер 2 в состояние логической еди ницы, так как на информационном входе этого D -триггера имеет место уровень логической единицы с канала 7 датчика положения ротора. D -триггер 2 переклк чится в состояние логического нуля с появлением логической единицы на выходе D -триггера 3. Даже при вращении вправо работа D -триггеров будет происходить аналогично описанному выше алгоритму, В момент времени ii/ погический сумматор 1 переключится в состояние логической единицы, что свидетельствует о правом направлении враЩения вентильного электродвигателя. Произойдет это с минимально возможной зв держкой 52 - 6 S Tiirn- /2 В момент времени i у вентильный электродвигатель изменит направление вращения и будет вращаться влево. Переклю«ieHHe логического сумматора произойдет в момент времени fcg аналогично описанному выше моменту времени Ь-; 3 с запаздыванием 5з- . Описанный выще пример выполнения устрсЛства для определения направления вращения вентильного электродвигателя вырабатывает информацию с однозначной и минимально возможной задержкой, не превышакяией разрешающую способность используемого типа датчика положения ротора, т.е. датчика, у которого изменение нап1}авления вращения, как в одну, так и в другую сторону происходит при одном и том же сочетании сигналов в каналах. На фиг. 3 представлено устройство для определения направления вращения, обеспечивающее минимально возможную однозначную погрешность при неоднозначном сочетании сигналов в каналах датчика положения ротора в момент реверса. Датчик вырабатывает сигналы длительностью S у4, смещенные друг относительно друга на |с /2. Работает он следующим образом. Пусть вентильный электродвигатель вращается вправо на интервале времени {,,, t 3 (фиг. 4). При этом датчик 6 положения ротора вырабатывает такую последовательность импульсов U - и 4о,при которой происходит появление положительных импульсов U,j- Ug и ll|( - и редно на всех D -тригге рах 2-5 и 1922. Например, в момент времени i. под дейстшем положительного фронта сигнала канала 9 датчика 6 положения ротора на выходе D -триггера 3 имеет место сигнал, соответствующий логической единице, так как на его информационном входе имел Место сигнал с канала 8 датчика 6, а на вход Установка нуля Р-триг гера 3 подается уровень логического нуля с выхода логической схемы 14. Появление логической единицы на выходе D-триггера 3 вызывает переключение логического элемента 26, на его выходе устанавливается уровень логической единицы. Это приводит к установке на выходе D -триггера 2О уровня логического нуля. Работа устройства, изображенного на фиг. 3, отличается от работы устрой;сгва, изображенного на фиг. 1, тем, что переключение D -триггеров второй группы 19-22 происходит по положительному фронту соответствующего инвертированного сигнала датчика 6 положения роторю, или, что тоже самое, по отрицательному фронту соответствующего прямого сигнала датчика 6 положения ротора. На интервале времени i..,.,ib логический сумматор 1 суммирует сигаалы, соответствующие логическим едиаиоам с ыдходов всех D -триггеров, и папученн.ая ннформедия свидетельствует об определенном направлении вращения вентильного электродвигателя. В момент времени пртмом выходе канала 10 датчика положения ротора появляется уровень лсгической едини- цы. Так как на выходе 17 -триггера 19 также имеет место уровень логической единицы, то логический элемент 23 переключится в состояние, соответствующее логическому нулю. Этот сигнал инвертируется в логическо)м элементе 2-4, Под действием его D-триггера 19 перей дет в состояние, соответствукшее логи-. ческому нулю. ПояЁлесше сигнала логиче кая единица на других I) -триггерах не произойдет, так как в маиеят прихода положительного ттв ва тактирукяпий вход на информационном входе каждого из них имеет место сигнал, соответствукяпий логическому . В момент времени 1 логический сумматор переклк чнтся и нд его . выходе установится уровень логического нуля, свидетельству ющий об изменении направления t вращения. 10 78 После реверсиврования вентильного электродвигателя в момент времени tj, первое же появление положительного ронта в,данном случае сигнала канала 9 датчика 6 вызовет появление сигнала, соответствунядего логической единице, на выходе соответствующего О -триггера.. Это приведет к появлению в момент времени Т на выходе логического сумматонра 1 сигнала, соответствующего логячес;кой единице, соответствующего правому направлению вращения вентильного элек:тродвигателя. Переключение D -триггеров в моменты tg и дпосле реверсирования :вентильного электродкггателя соответст-венно в моменты времени t, и /(.в происходит описанным выше способом. При этом задержка & срабатывании устройства для {шределения направления вращения .минимально возможная и в каждом случае не превышает величины разрешающей способности датчика 6 положения ротора, т.е. S Sf S- &4 6mih /4 Использование изобрет 1ия позволит повысить точность определения направления вращенвя до величины разрешающей способности используемого в вентильном электроД1 гателе датчике положения роте за счет устранения -li неоднозначности выходной характеристики. Это даст возможность реализовать, на базе ве тиль,ных электроДН1гателей различные системы регулирдаания приводов робототехни.ки, позиционных приводов поы 1шенной точности.

Фиг.1

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЬНСГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее многоеходдаой логический сумматор, и первую группу D -триггеров в количестве, равнпл числу Ш каналов датчика положения ротора вентильного электродвигателя, в каждом п- М В -триггере информаанонный и тактируемый -входы подключены к прямым выходам п -го и (П+1)-го каналов датчика псяожения ротора соответственно, один из выходов каждого Р -триггера подключен к соответствукяцему входу логического сумматора, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет устранения неоднозначности выходной характеристики, 6 него дополнительно введены на каждый D-триггер две логические схемы совпадения, а каждый канал датчика положения ротора выполнен с инверсным выходом, к входу Установка нуля И -го D -триггера подключен выход первой логической схемы совпадения, первый вход которой связан с инверсным выходом другого D -триггера, а тугорой вход подключен к выходу второй логической схемы совпадения, первый вход которой подключен к прямому выходу собственного D -триггера, а второй вход - к инверсному выходу

Фиг.З