Устройство для управления двигателем постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к элек..ютехнике, в частности к устройствам для автоматического управления элект роприводами постоянного тока, и може быть испопьзовано для регулирования тока индуктивных нагрузок. Известно устройство для релейного регулирования тока электродвигателя, содержащее генератор задающих импуль сов, подключенный через формировател блокировочных и задержанных импульсо к входам блока переключения, другие входы которого подключены к выходам блока изменения структуры, блока сра нения текущего и заданного значений тока якоря, блока изменения структур а также через усилители - к импульсному прерывателю. Ко входу блока из менения структуры подключен формирователь импульсов ll. Недостатком устройства является невысокое качество регулирования вследствие значительных пульсадий регулируемого тока при скачкообразном изменении напряжения на нагрузке Кроме того, при малых значениях относительной продолжительности вклю чения возможно нарушение равномерного вращения двигателя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления двигателем постоянного тока, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователи блокировочных и задержанных импульсов подклю чен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через триггер соединены с входами усилителя и блока изменения структуры, другой вход которого соединен с выходом блока задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими входами импульсных прерывателей, одни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные с регист ром одновибратор, компаратор, интегратор, входом подключенный к блоку инверсии 2 J. Известное устройство имеет недостятоиное качество регулируемого тока, в частности существенные пульсаНИИ тока с часточой, меньшей частоты синхронизации, обусловленные инерционностью интегратора. Следствием указанного недостатка яьляется нарушение равномерности вращения двигателя, особенно на малых частотах вращения. Цель изобретения - повышение качества регулирования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления двигателем постоянного тока, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокировочных и блок задержанных импульсов подключен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через триггерс входами усилителя и блока изменения структуры, .другой вход которого соединен с выходом блока, задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими входами импу.пьсных прерывателей, одни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр, дополнительно введены две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок задания тока, преобразователь аналог - код, дополнительный регистр, сумматор, а также преобразователь частота - код при этом выход генератора тактовой частоты через две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, регистр и сумматор соединен с входом усилителя, входы блока сравнения соединены с выходами преобразователей аналог - код и частоты - код, вторые входы схем совпадения соединены с выходом триггера, а другой вывод двигателя подключён к последовательно соединенным диодам, каждый из которых включен между выводом соответствующего импульсного прерывателя и выводом блока питания. На фиг. 1 приведена схема устройства для управления двигателем постоянного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. . Устройство для управления двигателем, постоянного тока содержит (фиг.1) генератор 1 тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокиро-, ночных 2 и блок 3 задержанных импуль3 1 сов подключен к входам блока 4 переключения, другие входы которого соед нены с выходами блока 5 сравнения и блока 6 изменения структуры, а выходы через триггер 7 соединены с входами усилителя 8 и блока 6 изменения структуры, другой вход которого соединен с выходом блока 3 задержанных импульсов, выходы усилителя 8 соединены с управляющими входами импульсных прерывателей 9, одни выводы кот рых через блок 10питания соединены с одним выводом двигателя 11, в цепь которого включен измерительный преоб разователь 12 тока, диоды 13, регист 14, две схемы 15 и 16 совпадения, два счетчика 17 и 18, реверсивный счетчик 19, последовательно соединен ные блок 20 задания тока, преобразователь 21 аналог - код, дополнительный ре гистр 22, сумматор 23- а также преобразователь 24 частота - код. Выход генератора 1 тактовой частоты через две схемы 15 и 16 совпадения, два счетчика 17 и 18, реверсивный счетчик 19, регистр 14 и сумматор 23 соединен с входом усилителя 8, входы блока 5 сравнения соединены с выхода ми преобразователей аналог - код 21 и частота - код 24, вторые входы схе 15 и 16 совпадения соединены с выходом триггера 7, а другой вывод двига теля 11 подключен к последовательно соединенным диодам 13, каждый из кот рых включен между выводом соответствующего импульсного прерывателя 9 и выводом блока 10 питания. Блок 4 переключения вьтолняет функцию распределения импульсов, поступающих с блока 5 сравнения и формирователя 3 задержанных импульсов, и реализован на логических элементах И-ИЛИ-НЕ. Блок 6 изменения структуры осуществляет коммутацию логических элементов блока 4 переключения в соответствии с выходными сигналами триггера 7. Устройство работает следующим образом. В начальный момент пуска (фиг.2) ток якоря двигателя 11 равен нулю, . и частота импульсного напряжения прямоугольной формы, генерируемая измерительным преобразователем 12 тока, имеет начальное значение f, Цифровой код Z , сформированный в преобразователе 24 частота - код путем подсчета числа импульсов квар304цованной длительности за интервал времени Тр, равный половине периода сигнала f выхода измерительного преобразователя 12 тока, поступает на первые суммирующие входы блока 5 сравнения. Аналоговое напряжение, формируемое блоком 20 задания и соответствующее значению тока уставки 1, преобразователем 21 аналог - код преобразуется в код Z. Значения Z записываются в дополнительный регистр 22 и, поступая на вторые суммирующие входы блока 5 сравнения, определяют напряжение на выходе последнего (фиг.1) О, при 1, при 1 Z; В исходном состоянии при относительной продолжительности включения -J1 i 0,5 напряжение U2 , соответствующее логической 1, и U25 соответствующее логическому О, поступающие с выходов блока 6 изменения структуры на управление блоком 4 переключения, разрешают прохождение на первый вход триггера 7 импульсов напряжения U блока 3 задержанных импульсов и на второй вход - напряжения U25 1. Импульсы напряжения и, с выхода блока 3 задержанных импульсов расположены в центре зоны действия импульсов формирователя 2 блокировочных импульсов. Длительность t, - 2t, определяется максималь ным временем перезаряда коммутирующего конденсатора импульсного прерывателя 9. Триггер 7 находится в одном устойчивом состоянии, при котором напряжение и с его прямого выхода разрешает прохождение импульсов генератора 1 тактовых импульсов через схему 15 совпадения на вход счетчика 17 (импульсы напряжения ) , В соответствии с коэффициентом деления счетчиков 17 и 18 где t,j- максимальное значение импульса с выхода трпггеРЗ 7 Гтох ); Т.. - период импульсов генератора 1 тактовых импуль. сов, на суммирующий вход реверсивного счетчика 19 поступают импульсы напряжения Uj(j . Кроме того, усиленное напряжение 1 с. прямого выхода триггера 7, поступая на управляющий вход импульсных прерывателей 9 открывает его. На первые суммирующие входы сумматора 23 поступает цифровой код Zj О, записанный с выхода реверси ного счетчика 19 в регистре 14, а на вторые - значение кода Z с выхо дополнительного регистра 22. Суммар ное значение кода Z Z. « Z с вы хода сумматора 23 поразрядно усиливается и поступает на управляющие входы импульсных прерывателей 9. Сл довательно, значение кода Z опреде ет напряжение питания U двигателя Для получения, например, линейной зависимости напряжения 4 F(Zj) необходимо, чтобы коммутируемые напряжения блока 10 питания соответст вовали значениям значения напряжений вольтодобавочных ступе ней блока 10 питания, коммутируемых импульсн ми прерывателями 9; номинальное напряжение питания двигателя 11. Напряжение питания первой вольтодобавочной ступени и количест во коммутируемых вольтодобавочных ступеней блока 10 питания определяется конкретными требованиями к диапазону регулирования скорости, пул сациям тока. R соответствии со значе напряжение 31, нием кода L. поступа ющее на двигатель 11 , равно ./2 Z У 3 Дбно 1,2,. минимальное значени напряжения вольтодо бавочной ступени. 11 из неподПри пуске двигателя вижного состояния {. 0,5) ток I, возрастает, частота f измерител ного преобразователя тока I,, и значение кода Z- увеличивается. В соот ветствий с формулой (2) при равенстве Z; и Z. выходной импульс напря 1 жения и„ блока 5 сравнения поступае на второй вход триггера 7 (так как ,5 и и 1, О), устанавливая последний в противополож ное устойчивое состояние. Напряжени 06 U2g О поступает на входы схем 15 и 16 совпадения и, так как напряп - жения и счетчик 17 прекращает подсчет импульсов генератора 1 тактовых импульсов, а счетчик 18 - начинает . Импульсные прерыватели 9 закрываются, ток 1 двигателя 11 и частота f измерительного преобразователя 12 тока уменьшаются. Импульс напряжения U, , следующий с постоянной частотой f. 1/Т, поступает на первый вход триггера 7, устанавливая его в первоначаль ное состояние. При ,, ( определяется длительностью в соответствии с формулой (3) (Т,- t) i КТр., на выходе счетчика 18 отсутствуют импульсы напряжения U ,. Значение кода Z. на выходе регистра 14 и, следовательно, Z, Z-+ Z остается постоянным . Положительным потенциалом напряжения с прямого выхода триггера 7 открываются импульсные прерыватели 9. Ток Ij двигателя 11 и частота f измерительного преобразователя 12 тока увеличиваются. Далее процесс стабилизации тока двигателя 11 повторяется-. Таким образом, при .0,5 (первая структура управления) на открывание импульсных прерывателей 9 (на первый вход триггера 7) поступают импульсы Uj постоянной частоты, а на закрывание (на второй вход триггера 7) импульсы U22, формируемые по релейному способу. Напряжение U,, питания двигателя 11 при этом равно /2 - и,,. но/л При увеличении скорости вращения двигателя 11 блок 6 изменения структуры, интегрируя текущее значение -j(длительности импульсов напряжений с выходов триггера 7) в течение промежутка времени . (3-4) Т|,при достижении -jj-j. ,5 изменяет потенциалы выходных напряжений U j, О и и 1 Эти напряжения, воздействуя 25 на блок 4 переключения, разрешают поступление на второй вход триггера импульсов напряжения U на первый - импульсов напряжения Следовательно, при у)0,5 (вторая структура управления) на закрывание импульсных прерывателей 9 поступают импульсы и. постоянной частоты, а на открывание - импульсы , формируемые по релейному способу при спадании тока Ij2 до величины уставки 1. Процесс стабилизации тока 1„ при -у 0,5 происходит аналогичнь м образом, как при ,5. Переключение структуры управления с первой на вторую и наоборот осуществляется с целью сохранения частоты коммутации 1 импульсных прерывателей 9 при изменении параметров нагрузки двигателя 11 или входного напряжения блока 10 питания. При дальнейшем увеличении до Т TiTiM счетчик 17, подсчитывающий импульсы генератора 1 тактовых импул сов во время действия импульса на пряжения с прямого выхода тригге ра 7, в соответствии с формулой (3) заполнится и на его выходе сформируе ся импульс напряжения . В результате значение выходного кода Z реверсивного счетчика 19 увеличится, что приведет также к увеличению Z Z на выходе сумматора 23. Zj -ь 11 возрас Напряжение U на двигателе тет в соответствии с формулой (5), что приведет к уменьшению -у, и вышеописанный процесс стабилизации тока Ij при 0,5 повторится. При возникновении возмущающих воз действий, например, скачкообразного увеличения входного напряжения блока 10 питания или нагрузки на валу двигателя 11 произойдет переход со второй структуры управления импульсньми прерывателями 9 на первую и уменьшение -j ДО Tm;r, (на фиг. 2 рассмотрен случай уменьшения -j до у . при работе импульсных прерывателей 9 на первом структуре). В этом случае длительность выхода импульсов напряжения Ujg с прямого выхода триггера равна t и в соответствии с формулой (3) на выходе счетчика 18 сформируется импульс напряжения U . Поступая на вычитающий вход реверсивного счетчика 19, указанный импульс напряжеКроме того, уменьшение амплитуды пульсаций тока снижает неравномерность вращения двигателя, особенно на малых частотах вращения, и улучшает гармонический состав потребляемого и регулируемого токов. ния приводит к уменьшению кода Z , Z.., + Z на а следовательно, и выходе сумматора 23. Согласно формуле (5) напряжение 1) на двигателе 11 уменьшается, относительная продолжительность включения у увеличивается и далее процесс стабилизации тока Ij2 на первой структуре управления импульсными прерывателями 9 повторяется. Таким образом, контроль относительной продолжительности включения If- осуществляется в каждом периоде коммутации импульсных прерывателей путем измерения длительности импульсов с выхода триггера и, в соответствии с этим, формирование амплитуды аналогового значения питающего напряжения двигателя (4), (5). Поэтому в устройстве исключаются пульсации тока якоря с частотой, меньшей частоты коммутации, обусловленные переходом с одной нагрузочной характеристики на другую в соответствии с уравнением г-+С„ и)Ф ипД- V 3 Ав но/л активное сопротивление цепи якоря двигателя; (м - скорость вращения двигателя; Ф - магнитный поток двигателя; Се- постоянная двигателя, что приводит к улучшению качественных показателей процесса регулирования .

-tt Jf I I I I I I

KH I IIIl l

П

JlJLIb-ППППП

а

III ill , J II..JI III.JIIL.J II.JI II.

ге

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого через формирователь блокировочных и блок задержанных импульсов подключен к входам блока переключения, другие входы которого соединены с выходами блока сравнения и блока изменения структуры, а выходы через триггер - с входами усилителя и блока изменения структуры, другой вход которого соединен с выходом блока задержанных импульсов, выходы усилителя соединены с управляющими входами импульсных прерывателей, одни выводы которых через блок питания соединены с одним выводом двигателя, в цепь которого включен измерительный преобразователь тока, диоды, регистр, отличающееся тем, что, с целью повышения качества регулирования, в него дополнительно введены две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок задания тока-,. преобразователь аналог - код, дополнительный регистр, сумматор, а также преобразователь частота - код, при этом выход генератора тактовой частоты через две схемы совпадения, два счетчика, реверсивный счетчик, ре(Л гистр и сумматор соединен с входом усилителя, входы блока сравнения соединены с выходами преобразователей аналог - код и частота - код, вторые . входы схем совпадения соединены с выходом триггера, а другой вывод двигателя подключен к последовательно соединенным диодам, каждый из которых включен между выводом соответ4 ствующего импульсного прерывателя О) и выводом блока питания. СО

-u-u

и3/

32

i/

33

.г:;::

.5

0we.