Автоматический регулятор частоты генерируемого напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02P9/04 

Изобретение относится к автомати зации режимов работы электроагрегатов переменного тока и может быть использовано для стабилизации часто ты передвижных электроагрегатов, в частности с приводом генератора от карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Известны автоматические регулято ры частоты, реагирующие на отклонение частоты от номинальной, но имекяцие недостаточную чувствительность и быстродействие за счет использования аналоговых принципов . измерения отклонения частоты от заданной 1} и 2, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор частоты, в котором определе ние отклонение частоты от номинальной производится с помощью точных цифровых принципов. Известный регулятор частоты содержит формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регулируемой частоте, генератор.импульсов эталонной частоты, к выходу которог подключена первая логическая схема И, второй вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, .а .выход подключен ко вхо ду прямого счета счетчика импульсов вторая логическая схема И, выходная логическая схема И 3 . Однако этот регулятор частоты не может обеспечить высокую чувстви.тельность к отклонению частоты, точ JHocTb ее поддержания и быстродейств так как скважность импульсов, поступающих со схем совпадения на ана логовый преобразователь при малых отклонениях частоты, очень велика: при отклонении частоты от номинальн на 1% скважность импульсов равна 100, при отклонении на 2% скважност импульсов равна 50 и т.д. Исполнительное устройство, например электр магнит регулятора частоты, не может обеспечить качественное регулирован при такой больйюй скважности импуль сов. Поэтому необходимо вводить в регулятор частоты еще аналоговый преобразователь, который уменьшает точность.и быстродействие системы ,регулирования. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия автоматического регулятора частоты. Поставлемная цель достигается тем, что автоматический регулятор частоты.генерируемого напряжения, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, соответствукяцих регулируемой частоте, генератор импульсов эталонной ча #тотав, к выходу которого подключена первая логическая схема И,- второй вжед которой соединен с выходом форижрователя пря моугольных импульсов, а выход подключен ко входу прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И, снабжен схемой анализа состояний счетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором, а счетчик снабжен дополнительным входом обратного счета, подключенным к выходу второй логической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты, к первому входу второй логической схемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через однонибратор соединен с входом начальной установки счетчика импульсов , выходы которого подключены к входам схемы анализа состояний счетчика, выход которой подключен к одному из входов выходной логической схемы И, другой вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход выходной логической схемы И является выходом устройства. На фиг. 1 приведена структурная схема автома7;ического регулятора частоты; на фиг, 2 -.временные диаграммы, поясняющие принцип работы j устройства. . . . Устройство содержит формирователь прямоугольных импульсов 1, преобразовывающий синусоидальное напряжение с частотой, генерируемой объектом управления, в прямоугольные импульсы (фиг.2), генератор импульсов эталонной частоты 2, включенный через делитель 3 и логические схемы И 4 и 5 на входы прямого счета и обратного счета счетчика импульсов 6, и логическую схему 7 анализа состояний счетчика б, а также одновибратор 8, являющийся схемой начальной установки счетчика 6, подключенный к входу начальной установки (НУ) счетчика и выходную логическую схему И 9. Выходом устройства является выход логической схемы И 9. Электроагрегат вырабатывает напряжение с частотой f, которое подается на вход формирователя прямоугольные: импульсов 1. По переходу синусоиды напряжения через нулевое значение формирователь 1 формирует прямоугольные импульсы с периодом Т 1/f, поступающие на входы схем И 4 и 5, управляя их состоянием. В течение одной полуволны входного сигнала, соответствующей первой половине периода Т (фиг.2) схема И 4 пропускает счетные импульсы от генератора 2 на вход реверсивного счетчика 6. В этот момент схема И открыта управляющим сигналом с формирователя 1, а схема И 5

закрыта. Для этого, например, вход схемы И 5 инвертирует управляющий сигнал (подобное состояние логических схем И можно получить имея два выхода формирователя 1, импульсы иа которых проинвертированы друг относительно друга). Во второй половине периода Т наоборот сигналом с формирователя 1 открыта схема И 5, а схема И 4 закрялта, т.е. схема И 5 пропускает импульсы с делителя 3 на вход реверсивного счетчика 6. Одновременно по началу периода Т (по переднему фронту прямоугольного управляющего импульса с формирователя 1) одновибратор 8 формирует короткий импульс, поступающий на вход НУ счетчика 6 и осуществлякидий установку его в исходное состояние. С той же целью (в качестве схемы начальной установки счетчика 6) могут использоваться другие устройства такие, как лсдущий мультивибратор, формирователь коротких импульсов и т.п.

На вход прямого счета в первой половине периода Т поступают с генератора эталонной частоты 2 импульсы с периодом Т через открытый логический элемент И 4, и к началу второй половины периода Т счетчик 6 отсчитывает от исходного состояния {т() количество импульсов, равное Т/2Тс. В первой половние периода Т логический сигнал на выходе устройства не зависи от состояний счетчика 6 , которые определяют значение выходного сигнала схемы анализа 7, так как логическая схема И 9 по ее инвертирующему входу закрыта логическим сигналом (единичным) с формирователя 1.

Во второй половине периода Т логическая схема И .4 закрыта, схема И 5 открыта и выходная схема И 9 также открыта. Счетные импульсы с генератора 2 в этом случае, пройдя через делитель частоты 3, расширяются в К раз (К равно коэффициенту деления делителя 3) и через логическую схему И 5 поступают на вход обратного счета -1 счетчика 6 и вычитаются из отсчитанного по входу +1 числа T/2Tj,, т.е. с учетом исходного состояния то из состояния счетчика mg4T/2To,

Логическая схема анализа состояний счетчика 7, представляющая собой в простейшем исполнении схему совпадения с инвертирующим выходом, включенную на определенное число (от b до п) последних выходов (Q.. ..Q,) счетчика 6, анализирует две области состояния счетчика ит , где m - текущее состояние счетчика. Граница областей l равна числу 2 + ... 2 (фиг. 1) , где b и п - целые числа, обозначающие номера выходов счетчика в порядке возрастания их весов,

Количество последних выходов счечика 6, подключенных к схеме совпадения (п-Ь) зависит от значения

1 - фиксированная ве1+т.1

где

личина, а Год начальное состояние

счетчика и определяется из соотношения 2 + 2 -+...+

2 1 + т. .

Например, при .

(). И

+ ... +

соотношения определяем п , следовательно , . Из этого следует, что к схеме совпадения должны быть подключены Ю-уй и 11-ы выходы двенадцатиразрядного счетчика с нумерацией от О до 11 разряда, а в качестве схемы анализа состояни счетчика может быть использована двухвходовая схема совпадения. Когда на выходе схемы 7 одно значение логического сигнала (нулевой уровень), а при m - другое (единичный уровень).

На выход устройства логический сигнал со схемы 7 проходит через о сзсему И 9, которая пропускает сИгнал со схемы 7 только во второй полвине периода Т.

Параметры регулятора частоты (чатота эталонного генератора 2, коэффициент деления делителя 3, емкость счетчика б, значение т) выбираются такими, чтобы при номинальной частоте напряжения, поступающего на вход формирователя 1, момент приходился на середину второй половины периода Т. Как ви,цно величина l , параметры элементов регулятора при этом связаны соотношением 1

Л - Тц

+ т, где К - коэффи2То 4КТо циент деления делителя частоты 3. Тогда при отклонении регулируемой частоты в сторону ее уменьшения (длтельность Т и число Т/2То увеличиваются) состояния счетчика m 1 могут быть (в зависимости от величины отклонения) от середины второго полупериода Т до его конца, а длительность импульса на выходе схемы соответственно от Т Т/4 до .

При отклонении регулируемой частоты в сторону ее увеличения (длительность Т и число Т/2Та уменьшаются) состояния счетчика m 1 могут быть от начала второго полупериода до его середины, а длительность импульса на выходе 7, соответственйо от до 1/4.

При осуществляется максимальное воздействие на механизм подачи энергоносителя с целью увеличения частоты (например, за счет сжатия пружины) , а при - максимальное воздействие с целью уменьшения частоты (например электромагнитом, растягивающим пружину).

При отклонениях частоты, близких к нулю, с выхода схемы 7 один pas за период на механизм-топливоподачи энергоносителя поступают импульсы длительностью, близкой к tbT/4 (ошибка дискретности, равная величине К Т, ничтожна, так как Т То) .

Меняя коэффициент деления делителя частоты 3, можно выбрать любо диапазон отклонения частоты, в котором т изменяется от О до Т/2, например в зоне , В выбранном диапазоне сохраняется лйнейнос;ть зависимости (4T), Вне. выбранного диапазона длительность импульсов равна длительности на

соответствующей границе диапазона, т.е. f-Q или .

Таким образом, предлагаемый автоматический регулятор частоты позволяет повысить быстродействие регулирующего воздействия (за счет исключения запаздывания аналогового преобразователя) до величины одного периода генерируемого напряжения, а также точность поддержания номинальной частоты за счет линейной зависимости Т(дТ) в заданной зон причем крутизна этой зависимости одинакова как при положительном, так и при отрицательном знаке отклонения частоты от номинальной, что позволяет обеспечить высокое качество переходных процессов.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОта ГЕНЕРИРУЕМОГО НАПРЯХ(ЕНИЯ, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регулируемой частоте, генератор импульсов эталонной частоты, к выходу котррого подключена первая логическая схема И, второй вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход подключен к взсоду прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И, отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен схемой анализа состояний счетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором, а счетчик снабжен дополнительным входом обратного счета, подключенным к выходу второй логической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты, к первому входу второй логической схемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через одновибратор соединен с входом начальной уста(Л новки счетчика импульсов, вызсоды которого подключены к входам схемы анализа состояний счетчика, выход которой подключен к одному из входов выходной логической схемы И, другой вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, о а выход выходной логической схемы И является выходом устройства. X) ND ;о о

Ww. t