Следящий привод Советский патент 1985 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к следящим приводам постоянного тока и может быть использовано при автоматизации технологических и производственных процессов в тех случаях, когда в ка честве-исполнительного механизма ис пользуется регулируемый по скорости реверсивный сериесный электродвигатель постоянного тока. Известен следящий привод, содержащий датчик и блок обратной связи, выходами подключенные к соответствхто щим входам широтно-импульсного моду лятора, первый и зторой выходы кото рого соединены соответственно через первый и второй усилители с соответствующими входами мостового переключающего устройства, в одну диагональ которого включен якорь электродвигателя, а в другую через дроссель - си ловой источник питания 1 . Недостатком такого привода является его конструктивная сложность, связанная с необходимостью применения четырех каналов управления транзисторами мостового переключающего устройства и, следовательно, его низ .кая надежность. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сле дящий привод, содержащий сумматормодулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого сое динены соответственно с выходом источника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника Отрицательного постоянного напряжения, а выход - с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод - с общей ши ной привода и с третьим выводом усилителя мощности, четвертый и пятый выводы которого соединены с первыми выводами соответственно первого и второго диодов и соответственно с первым и вторым выводами электродвигателя, третий вывод которого через первый резистор соединен с вторыми выводами первого и второго диодов и выходом второго источника положитель ного постоянного напряжения, первый и второй выводы первого резистора соединены через преобразователь, со держащий трансформатор, четыре диода четыре транзистора и два конденса тора, с шестым и седьмьгм выводгми .усилителя мощности 2 . Недостатками известного привода являются его конструктивная сложность, связанная с наличием двух каналов усиления для обеспечения реверса электродвигателя, а значит высокая стоимость и низкая надежность. Кроме того, сумматор-модулятор из(Вестного привода выполнен таким образом, что при нулевом значении его суммарного входного сигнала скважность импульсов выходного сигнала равна нулю, и оба триггера, входящие в состав этого сумматора-модулятора закрыты, потому что они имеют некртоЕ 1й порог срабатывания, которыЛ Определяет зйну нечувствительности известного привода. Цель изобретения - удешевление, упрощение, повышение надежности и устранение зоны нечувствительности привода. Поставленная цель достигается тем, что в следящем приводе, содержащем трансформатор, первый и второй конденеатор., первый, второй, третий и четвертый диоды, сумматорМОДУ.ЛЯТОР, первый, второй, третий, четвёртый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом источника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного постоянного напряжения, а выход - с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод - с общей шиной природа и с третьим выводом усилителя мощности,.первый и второй выводы электродвигателя соединены с первыми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, дополнительно установлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводом усилителя мощности и с первыми выводами первого и второго конденсаторов, и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-модулятора, второй вывод первого переменного резистора соединен с вторым выводом первого конденсатора и через третий диод - с четвертым выводом усилителя мощности, второй вывод второго переменного резистора соединен с выводом второго конденсатора и через четвертый диод с пятым выводом усилителя мощности. шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с пе вым выводом трансформатора, а седьмой вывод - с вторыми выводами второго диода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соедине ны с первым и вторьм выводами элект родвигателя. На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема привода, на фиг.2 - осциллограммы входных и выходного сигналов. Привод содеркит сумматор-модулятор 1, предварительный усилитель 2, транз исторы 3-5, усилитель 6 мощнос ти, транзисторы 7-10, резисторы 11 и 12, трансформатор 13, электродвигатель 14, пятый, шестой, третий и четвертый диоды 15-18, первый и вто рой конденсаторы 19 и 20, первый и второй переменные резисторы 21 и 22 первый и второй диоды 23 и 24, датчик 25 обратной связи, источник 26 переменного напряжения, источник.27 задающего напряжения, резисторы 2832, операционный усилитель 33, резисторы 34-39, первый и второй источники 40 и 41 положительного постоянного напряжения, источник 42 отрицательного постоянного напряжения, первая и вторая обмотки 43 и 4 трансформатора 13, первая и вторая обмотки 45 и 46 и якорь 47 электродвигателя 14, U; - выходной сигнал i-ro элемента привода. В состав усилителя-молулятора 1 входят резисторы 28-31, 32 и операционный усилитель 33. В сохгтав предварительного усилителя 2 входят транзисторы 3-5 и резисторы 34-39. В состав усилителя 6 мощности входят транзисторы 7-10 и резисторы 11 и 12. В качестве исполнительного двига теля в предлагаемом приводе используется сериесный электродвигатель 1 который содержит обмотки 45 и 46 и якорь 47. Резисторы 11 и 12 выполняют роль элементов обратной связи по току. Конденсаторы 19 и 20 выполняют роль интегрирующих элементов. Переменные резисторы 21 и 22 предназначены для формирования, сигналов обратных связей по току. Указанные на фиг.2 осцилограммы разделены по .времени на четыре зоны в I зоне выходные напряжения источника задающего сигнала и датчика об ратной связи равны нулю, во II зоне задается положительное ступенчатое напряжение на .выходе источника 27 задающего сигнала; в III зоне за дается отрицательное ступенчатое на пряжение на внходе источника 27 задающего сигнала в iv зоне отрицательное напряжение на выходе источника 27 задающего сигнала уравновешивается положительным напряжением на выходе датчика 25 обратной связи. Привод работает следующим образом. Напряжение Ч.от источника 26 беременного напряжения, например генератора пилообразного напряжения, (фиг.2) поступает на вход сумматора-модулятора 1, который выполнен на операционном усилителе 33. Это напряжение через резистор 32 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 1.Пусть источник 27 задающего напряжения и датчик 25 обратной связи представляют собой потенциометры, запитанные постоянным напряжением. При условии равенства выходных напряжений источника 27 задающего напряжения и датчика 25 обратной связи, т.е. при нулевом напряжении рассогласования, .сумматор-модулятор 1 вырабатывает переменное выходное напряжение прямоугольной формы со скважностью 0,5, которое поступает на вход предварительного усилителя 2 (доны Т и IV приведенных на фиг.2 осциллограмм). Импульсы положительной полярности через резисторы 34 и 35 открывают транзисторы 3 и 4 предварительного усилителя 2, при этом транзистор 5 предварительного усилителя 2 через резистор 38 закрывается. В итоге на четвертом (неинвертирующем) выводе предварительного усилителя 2 (на коллекторе транзистора 5) формируется положительное напряжение, на третьем (инвертирующем) выводе предварительного усилителя 2 (на коллекторе транзистора 3) - нулевой уровень напряжения. Импульсы отрицательной полярности закрывают транзисторы 3 и 4, и характер напряжений на выходах усилителя 2 меняется на противоположный. Указанные импульсы с выводов предварительного усилителя 2 поступают на первый и второй выводы усилителя 6 мощности, открывая и закрывая на равные промежутки времени в течение периода его плечи, выполненные на составных транзисторах 7 и 8 и 9 и 10. При этом через обмотки трансформатора 13 протекает переменный ток с частотой источника 26 перемеииого напряжения, а через якорь 47 электродвигателя 14 - импульсы тока постоянного напряжения. Нарастание тока якоря 47 электродвигателя 14 в течение каждого полупериода определяется иидуктивностью обмоток 45 и 46 и якоря 47 электродвигателя 14. Иидуктивность обмоток 45 и 46 возбуждения электродвигателя 14 невелика по сравнению с индуктивностью якоря 47. Если элект родвигатель 14 включить в качестве нагрузки усилителя б мощности без трансформатора 13, то при нулевом напряжении рассогласования и при не подвижном якоре 47 электродвигате ля 14 через якорь 47 протекает макси мальный постоянный ток, определяемы величиной выходного напряжения источника 41 положительного постоянного напряжения и активным сопротивлением обмоток 45 и 46 электродвигателя 14, что приво;5ит либо к перегреву и выходу из строя электродвигателя 14, либо к нарушению режима работы и выходу из строя транзисторов 710 усилителя 6 мощности. Трансформатор 13 имеет одинаковое количество витков обеих обмоток 43 и 44 и выбирается таким образом, чтобы в режиме нулевого напряжения рассогласования ток якоря 47 электродвигателя 14 составлял порядка 10% от его номинального тока. При появлении напряжения рассогласования изменяется скважность импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 и через обмотки 43 и 44 трансформатора 13 и обмотки 45 и 46 электродвигателя 14 Bi iecTe с переменной составляющей частоты источника 26 переменного напряжения протекает постоянная составляющая, которая приводит элект родвигатель 14 во вращение, причем направление вращения определяется полярностью напряжения рассогласования. Второе требование к выбору трансформатора 13 - минимальные поте ри в обмотках 43 и 44 трансформатора 13 при номинальном токе якоря 47 электродвигателя Л4. Таким образом, введение в привод трансформатора 13 с двумя одинаковы ми обмотками 43 и 44 позволило использовать в приводе с усилителем 6 мощности симметричный закон управления, одноканальный предварительный усилитель и исключить зону нечувствительности по заданному напряжению, присущую известному устройству. Для ограничения тока электродвигателя 14 при больших напряжениях рассогласования в привод введены до полнительные элементы, увеличивающие глубину отрицательной обратной связи по току. Они образованы диодами 17 и 18, конденсаторами 19 и 20 и регулируемымирезисторами 21 -и 22„ Диоды 17 и 18 предотвращают разряд конденсаторов 19 и 20 в каждый полупериод через ниэкоомные элементы обратной связи по току - резисторы 11 и 12 усилителя 6 мощности. Регулируемые резисторы 21 и 22 позволяют установить необходимую глубину отрицательной обратной связи по току. т,е, ограничить ток электродвигателя 14 на любом заданном уровне. « Диоды 23 и 24 установлены для предохранения транзисторов 7-10 усилителя 6 мощности от перенапряжения при прерывании протекания тока через обмотки 43 и 44 трансформатора 13, Они работают следующим образом. Пусть произошло закрытие транзисторов 7 и 8 и прервался ток через первую обмотку 43 трансформатора 13, при этом индуцируется ЭДС обратного знака во второй обмотке 44 трансформатора 13, которая вызывает протекание тока через диод 24.и внутреннее сопротивление второго источника 41 положительного постоянного напряжения. Аналогично, при прерывании протекающего тока через транзисторы 9 и 10 замыкание тока, вызванного индуктируемой ЭДС, происходит через диод 23, При появлении на выходе источника 27 задающего напряжения положительного напряжения увеличивается ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1, и уменьшается соответственно ширина отрицательных импульсов (зона II на фиг,2,К Эти импульсы после усиления предварительным усилителем 2 и усилителем 6 мощности вызывают протека-. ние по обмоткам 43 и 44 электродвигателя 14 переменного тока, имеющего постоянную составляющую, создающую магнитный поток возбуждения. Электродвигатель 14 приходит во вращение и перемещает ось датчика 25 обратной связи таким: образом, что на его выходе появляется отрицательное напряжение (лиг,2,зона II). По мере нарастания этого напряжения ширина поло.жительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 уменьшается, отрицательных - возрастает,постоянная coqтaвляюиaя тока электродвигателя 14 при этом уменьшается и при равенстве напряжений датчика 25 обратной связи и источника 27 задающего напряжения электродвигатель 14 останавливается, При появлении на, выходе источника 27 задающего напряжения отрицательного напряжения уменьшается ширина положительных импульсов на выходе cyNwaTopa-модулятора 1 и увеличивается соответственно ширина отрицательных импульсов (зона III на фиг,2), Эти импульсы после усиления предварительным усилителем 2 и уси- лителем 6 мощности вызывают протекание по обмоткам 43 и 44 электродвигателя 14 переменного тока, имеющего постоянную составляющую уже другого знака, и электродвигатель 14 вращается в противоположную сторону, перемещая ось датчика 25 обратной

СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий трансформатор, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый диоды, cy №1aтop-мoдyлятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом источника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного постоянного напряжения, а выход - с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод - с общей ишной привода и с третьим выводом усилителя мощности, первый и второй выводы электродвигателя соединены с первыми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, отличающийся тен, что, с целью удешевления, упрощения привода, повышения, его надежности и устранения зоны нечувствительности привод, в нем дополнительно установлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводом уси§ лителя мощности и с первыми выводами первого и второго конденсаторов, О) и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-модулятора , второй вывод первого переменного резистора соединен с вторым выводом первого конденсатора и через третий диод - с четвертым выводом усилителя мощности, второй вывод со сг второго переменного резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и через четвертый диод - с пятым выводом усилителя мощности, шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с первым .вы:д водом трансформатора, а седьмой - с вторыми вьйодами второгодйода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соединены с первым и вторым выводами электродвигателя.