Устройство для согласования углового положения синхронно-вращающихся валов электродвигателей постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02P5/50 

которого подключен к второму входу первого логического элемента И, к третьему входу которого подключен выход блока индикации синхронйзадаи второй вход которого соединен с выходом импульсного датчика частотЫ; вращения, связанного также с вторым входом формирователя кода разности 00 фаз, третий вход которого подключен к фазовому дискриминатору, а выход через второй вход блока сравнения кодов соединен с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ СИНХРОННО ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее послё довательно соединенные генератор опорной частоты, управляемый ключ, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляющий вход - к выходу первого триггера, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, и блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя с импул ьсным датчиком частоты вращения и датчиком углового положения, связанным с первым входом фазового.дискриминатора и первого логического элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности согласования углового положения валов ведущего и ведомого электродвигателей постбянного тока, в него введены вспомогательный генератор опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора опорной частоты, блок индикации синхронизации, три логических элемента И, логический элемент ИЛИ, три триггера, последовательно соединенные формирователь кода разности фаз, регистр памяти и блок сравнения кодов, последовательно соединенные импульсный частотнофазовый Дискриминатор, блок коррек-ции и интегратор, выход которого через управляемый генератор соединен с первым входом второго логического элемента И, выход, которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к третьему логическому элементу И, первый вход которого вместе с перS выми входами формирователя кода разности фаз, блока ицдикации синхронизахщи и второго триггера соединен с выходом генератора опорной частоты второй вход соединен с выходом третьего триггера, первый вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента И, одновременно соединенному с первым входом логического элемента ШШ, второй вход кото sj рого вместе с вторыми входами перо вого и третьего триггеров подключен к дополнительному выходу формирователя кода разности фаз, выход логического элемента Ш1И через первШ вход четвертого триггера, второй вход которого вместе с входом разрешения записи регистра памяти соединен с выходом первого логического элемента И, связан с вторым . входом второго логического элемента И, выход вспомогательного генератора опорной частоты фазирования соединен с вторыми входами фазового дискриминатора и второго триггера, выход

, , . . Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического фазирования синхронизированных электроприводов с фазо.вой автоподстройкой частоты вращения, и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи, - Известно устройство для стабилизации скорости и фазы вращения ротора электродвигателя постоянного тока, содержащее элемент сравнения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам источника опорной частоты фазирования и блока контроля фазового положения ротора. двигателя, формирующего один импульс за .оборот вала, причем с помощью логических схем И и ИЛИ при несовпадении входных сигналов элемента сравнения в сигнал обратной связи систекол фазовой автоподстройки частоты вращения двигателя вклиниваются дополнительйыё импульсы, что обеспечивает.некоторое торможение двигателя fll.

Недостатками указанного устройства являются низкое быстродействие, обусловленное необходимостью шагойого доворота вала двигателя до син-:фазного состояния, и наличие резких бросков потребляемого приводом тока, что связано с чередованием режимов торможения и сишфокизации при вьлолнеНИИ каждого шага фазиро вания,. . . - . : .,, л, . . ;

Наиболее близким к изобретению . по технической сущности является устройство для согласования углового положения синзсронно вращающихся валов электродвигателей постоянного

тока, содержащее последовательно соединенные генератор опорной частоты, управляемый ключ, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляющий вход - к выходу первого триггера, первьш вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, и блок фазовой автопоДст ройки частоты вращения

O вала ведомого двигателя с импульсным датчиком частоты вращения и датчиком углового положения, связанным с первым входом фазового дискриьшнатора и первого логического злемен5 та И Г27.

Указанное устройство характеризуется ограниченным быстродействием в случаях, когДа йредъявляются повышенные требования к точности фазиро

вания и стабилизации мгновенной частоты вращения и отсутствием возможности фазирования ведомого привода по опорному импульсному сигналу от внешнего источника, так как на чальная фаза вращения ведущего привода в синхронном режиме устанавливается произвольной.

Цель изобретения - повыщение быстродействия и точности согласования

0 углового положения валов ведущего и ведомого электродвигателей постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для согласо35вания углового положения синхронно врашдк ХСя валов электродвигателей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные генератор частоты, у11равляёмый ключ, второй

40 вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляю:щий вход - к выходу первого триггера. первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, и блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя с импульсным датчиком частоты вращения и датчиком углового положения, связанным с Первым входо фазового дискриминатора и первого логического элемента И, введены вспомогательный генератор опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора опорной частоты блок индикации синхронизации, три логических элемента И, логический элемент ИЛИ, три триггера, последовательно соединенные формирователь кода разности фаз, регистр памяти и блок сравнения кодов,, последовате но соединенные импульсный частотнофазовьй дискриминатор, блок коррекции и интегратор, выход которого че рез управляемый генератор соединен с первым входом второго логического элемента И, выход которого подключен к первому входу импульсного час тотно азового дискриминатора, второй вход которого подключен к треть му логическому элементу И, первый вход которого вместе с первыми входами формирователя кода разности фаз, блока индикации синхронизащ1и и второго триггера соединен с выходом генератора опорной частоты, вто рой вход соединен с выходом третьего триггера, первый вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента И, одновременно соединенному с первым входом логического элемента ИЛИ, второй бход которого вместе с вторыми входами первого и третьего триггеров подклю чен к дополнительному выходу формирователя кода разности фаз, выход логического элемента ИЛИ через первый вход четвертого триггера, второ вход которого вместе с входом разре шения записи регистра памяти соединен с выходом первого логического |Эленента И, связан с вторым входом Второго логического элемента И, вы ход вспомогательного генераторй опорной частоты фазирования соединен с вторыми входаьш фазового дискриминатора и второго триггера, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента к третьему входу которого подключен выход блока ивдикации синхронизации, второй вход которого соеди 00 с выходом импульсного датчика нен частоты вращения, связанного также с вторым входом формирователя кода разности фаз, третий вход которого подключен к фазовому дискриминатору, а выход через второй вход блока сравнения кодов соединен с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера. На фиг, 1 приведена блок-схема устройства для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока; на фиг. 2 - алгоритм работ .устройства. I Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты, управляемый ключ 2, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора 3, управляющий вход - к выходу первого триггера 4, первый вход которого соединен с выходом первдго логического элемента И 5, и блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя 6 с импульсным датчиком 7 частоты вращения и датчиком 8 углового положения, связанным с первым входом фазового дискриминатора 9 и первого логического элемента И 5. Устройство также содержит вспомогательный генератор 10 опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора 1 опорной частоты, блок 11 индикации синхронизации, три логических элемента И 12, 13 и 14, логический элемент ИЛИ 15, три триггера 16, 17 и 18, формирователь 19 кода разности фаз, регистр 20 памяти, блок 21 сравнения кодов, последовательно соединенные импульсный частотнофазовый дискриминатор 22, блок 23 коррекции и интегратор 24, выход которого через управляемый генератор 3 соединен с первым входом второго логического элемента И 12, выход которого подключен к первому входу имцульсного частотно-фазового дискриминатора 22, второй вход которотго подключен к третьему логическому элементу И 13. первый вход которого вместе с первыми входами формирователя 19 кода разности фаз 19,блока 11 индикации синхронизации и второго S триггера 16 соединен с выходом генератора 1 опорной частоты, а втор вход соединен с выходом третьего триггера 17, первый вход которого подключен к выходу четвертого логи ческого элемента И 14, одновремен соединенному с первым входом логи.ческого элемента ИЛИ 15, второй вхо которого вместе с вторыми входами третьего триггера 17 и первого три гера 4 подключен к дополнительному выходу, формирователя 19 кода разнос ти фаз. Выход логического элемента ИЛИ через первый вход четвертого тригге ра 18, второй вход которого вместе с входом разрешения записи регистра 20 памяти соединен с выхо/ ом первог логического элемента И 5, связан с вторым входом второго логического элемента И 12. Выход вспомогательного генератора 10 опорной частоты фазирования соединен с вторыми входами фазового дискриминатора 9 и вт рого триггера 16, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И 5, к третьему входу которого подключен выход блока 11 индикации синхронизадай, второй вход которого соединен с вы ходом импульсного датчика 7 частоты вращения, связанного также с вторым входом формирователя 19 кода разности фаз, третий вход которого подключен к фазовому дискриминатору 9, а выход через второй вход блока2 сравнения кодов соединен с первый входом четвертого логического элемента И 14, второй вход которого подключен к выходу первого триггера 4. Устройство работает следуюш;им образом. При пуске триггеры 4, 17 и 18 устанавливаются в нулевое состояние, соответствующее замыканию коль ца фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 3 и его син хронизации по сигналу генератора 1 опорной частоты. На вход блока фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя 6 при этом поступает выходной сигнал генератора 1 опорной частоты через управляемый ключ 2. После синхронизации ведомого привода на выходе блока 11 индикации синхронизации формируется сигнал, разблокирзпо1№й логический элемент И 5. На второй 00« вход логического элемента И 5 поступает импульсный сигнал с выхода триггера 16, длительность которого равна периоду опорной частоты, а передний фронт совпадает с передним фронтом имцульса на выходе вспомо|гательного генератора 10 опорной частоты фазирования. Этот сигнал определяет допустимую остаточную ошибку фазирования %, не превышающую - рад, где Z - число меток импульсного датчика 7 частоты вращения. Если фазовое рассогласование импульсов на выходах вспомогательного генератора 10 опорной частоты фазирования и датчика 8 углового положения после синхронизации ведомого привода превышает указанное значение, то на выходе логического элемента И 5 формируется сигнал, опрокидывающий триггеры 4 и 18. При этом управляемый ключ 2 переходит блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя 6 на управление от управляемого генератора 3. Одновременно размыкается кольцо фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 3, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 22 входит в насьицение соответствующего знака, и частота выходного сигнала управляемого генератора 3 линейно нарастает по закону + K,t,, оп где добротность разомкнутого кольца фазовой автоподстройки час-, тоты управляемого генератора С- и в мойёнт начала фазирования. На входы формирователя 19 кода разности фаз поступают сигналы с выходов опорной частоты генератора 1, фазового дискриминатора 9 и импульсного датчика 7 частоты вращения, что обеспечивает измерение текущего фазового рассогласования между опорным сигналом вида fo 2 Ti f t и сигналом фазового положения ротора с периодом дискретизации, равным периоду выходного сигнала генератора 1 опорной частоты и шагом квантования, равным одной дискрете мпульсного датчика 7 частоты враения. В момент начала фазирования () сигнал формирователя кода разости фаз, равный ,, переписыватся со сдвигом на один разряд впрао в регистр 20 памяти таким образом. 71 чтобы в течение процесса фазирования в последнем хранился код, соответствующий с точностью до одной дискреты импульсного датчика 7 частоты вращения (с округлением в сторо ну больших значений) половине началь ной ошибке фазирования -V-g-. Разгон ведомого,привода с постоян ным ускорениемаа К. рад/с, продолжается до тех пор, пока начальное фазовое ра ссогласование не отработается наполовину. В момент равенства кодов на выходе формирователя 19 кода разности фаз и регистра 20 паг мяти, блок 21 сравнения кодов формирует импульсный сигнал, опрокиды-, вающий триггеры 17 и 18.

При этом одновременно замыкается цепь обратной связи кольца фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 3 и размыкается цепь подачи опорного .сигнала на вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 22. Последний переходит в режим насыщения другого знака, что соответствует изменению направления интегрирования интегратора 24 Частота выходного сигнала управляемого генератора 3 изменяется при этом по закону

f, f(tp) - - tp), (2)

где f(tp) - значение, достигнутое частотой управляемого генератора 3 в процессе разгона ведомого привода в момент окончания разгона tp.

Окончание процесса фазирования определяется моментом появления сигнала на дополнительном вькоде формирователя 19. кода разности фаз Который. формир ется при достижении фазовым рассогласованием значения.

не превосходящего VjjK- рад, т.е. при синфазном вращении привода. Этим сигналом триггеры 4 и 17 воз врас аются в исходное состояние, причем управляемый ключ 2 переводит ведомый привод на управление от генератора 1 опорной частоты, по выходному сигналу которого синзфо- , низируется также управляемый генератор 3. .

Чтобы момент изменения знака ускорения ведомого привода в процессе фазирования определялся достаточно гочно, необходимо ограничить максиi -1/2

(4) ртах сГ

а максимальная скорость доворота ведомого вала до синфазного состояния вьгражением

- . (S)

t

С. учетом ограничения максимального значения скорости доворота время фазирования при ton .

(6)

2t

2 Т,.

При отработке малых фазовых рас-« согласований за счет округления значения, записываемого в регистр 20 памяти, интервалы разгона,и торможения привода.могут различаться. Так, при отработке одного шага фазирования, равного одной дискрете импульсного датчика 7 частоты вращения, в регистр 20 памяти записывается код. соответствуюирй нулевому значению фазового рассогласования, длительность интервала торможения привода в процессе фазирования оказывается равной нулю. В этом случае сброс всех триггеров 4, 17и18в исходное состояние происходит по сигналу Захват фазы на т ополнительном выходе формирователя 19 кода разиости фаз, а необходимое торможение обеспечивается в процессе синхронизации привода. 00 мальную скорость доворота ведомого вала значением (VUx on Тогда точность определения момента переключения будет равна одной дискрете импульсного датчика 7 частоты вращения и, следовательно, запаздывание при этом определяется длительностью одного периода выходного сигнала генератора 1 опорной частоты, Время разгона привода при отработке максимального фазового рассогласования, равного 2jr рад, определяется выражением

Поскольку величина скорости доворота ограничена , фазирование всегда заканчивается на первом интервале сближения импульсов с выхода вспомогательного генератора 10

, опорной частоты фазирования и датчика 8 углового положения. Таким образом уст1ройство обеспечивает оптимальное по быстродействию фазирование ведомого привода при отработ.ке больших фазовых рассогласований.

так как движение в процессе фазирования происходит с постоянным ускорением, и достаточную точность при отработке как малых, так и больших фазовьк рассогласований. Кроме зтого, при использовании изобретения в нескольких электроприводах помимо согласования взаимного углового положения валов обеспечивается их фазирование по опорному импульсному сигналу.

фи8.1