Источник питания фазовой следящей системы Советский патент 1986 года по МПК G05B11/26 

Изобретение относится к энергоснабжению и может быть применено в качестве источника питания синусно-косинус- ных вращающихся трансформаторов канала задания и канала обратной связи фазовых следящих систем.

Цель изобретения - повышение стабильности источника питания (т.е. по- вьшение стабильности фазового сдвига между выходными напряже ниями источника питания).

На фиг. 1 представлена структурная схема источника; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на выходах элемеатов источника.

Схема содержит фазовый дискриминатор 1, канал 2 задания, канал 3 обратной связи, вращающиеся трансформаторы 4 и 5, нуль-органы 6 и 7, формирователи 8 и 9 импульсов, первый триггер 10, первый фильтр 11, первый усилитель 12, второй фильтр 13, второй усилитель 14, второй триггер 15, реверсивный счетчик 16, первый вычи- такяций счетчик 17, генератор 18 импульсов, делитель 19 частоты, нуль- органы 20 и 21, первьй, втЬрой и тре- инверторы 22, 23 и 24, первый и второй элементы И -НЕ 25 н 26, первый- -пятый элементы И 27-31, второй вычитающий счетчик 32.

На фиг. 1 и 2 приняты обозначения: d-yron поворота задающего вала, - угол поворота выходного вала системы, V - угол сдвига.фаз, Ч,. - угол сдвига фаз меандров, &Ч - ошибка фазы, и - выходной сигнал 1-го элемента, Uj - сигнал на j-м входе i-ro элемента.

В качестве фазового дискриминатора 1 можно применять любой RS-трйггер, например триггер t55TM2.

В качестве первого и второго вращающихся трансформаторов 4 и 5 канала 2 задания и канала 3 обратной связи можно применять любые из извест ных вращающихся трансформаторов с двумя входными обмотками (двухполюсные или многополюсные, контактные или бесконтактные).

В качестве нуль-органов 6,7,20 и 21 можно применять любой из известных нуль-органов, но при построении источника на элементах МС серии 155 в качестве нуль-органов удобно испоЛь зовать интегральные компараторы типа 52ГСА2.

Первый и второй формирователи 8 и 9 импульсов представляют собой фор

г

«О

ts

20

25

30

35

40

«

мирователи коротких отрицательных импульсов типа одновибратора.

Формирователи 8 и 9 импульсов управляются соответственно передними фронтами положительных импульсов нуль-органов 6 и 7.

В качестве триггеров 10 и 15 можно применять любые D-триггеры с динамическим управлением, например триггеры 155ТМ2. Первый триггер 10 применен в качестве счетного триггера, причем его инверсный выход и второй вход (т.е. D-вхрд) соединены между собой.

В качестве фильтров 11 и 13 можно применять любые фильтры нижних частот, обеспечивающие получение из меандра синусоидальных напряжений с малыми коэффициентами нелинейных искажений (К„ 0,03%.

в качестве усилителей 12 и 14 можно применять любые усилители, обеспечивающие согласование между выходами фильтров 11 и 13 и обмотками вращаю-. щихся трансформаторов 4 и 5 при нелинейных искажениях, определяемых не- :обходимой точностью, следящей системы, ;в которой они установлены.

В качестве счетчиков 16, 17 и 32 Применены счетчики, обладающие возможностью предварительной записи кодов, например счетчик, состояйртй из последовательно соединенных четырехразряд- ньк Двоичных реверсивных счётчиков 155ИЕ7..

В качестве генератора 1.8 импульсов можно применять любой иэ известных кварцевых генераторов импульсов.

В качестве делителя 19 частоты можно применять любые делители частоты например делитель, состоящий из последовательно соединенных счетчиков 155ИЕ6.

В качестве инверторов 22 23 и 24 можно применять любые логические элементы, реализующие функцию. НЕ, напри

мер при построении источника питания на МС серии 155 можно применять элементы 155ЛН6.

В качестве элементов И-НЕ 25 и 26 можно применять любой логический элемент, реализующий функцию И -НЕ, например при построении источника питания на МС серии 155 можно применять, элементы 155ЛА1.

В качестве элементов И 27-31 можно применять любые логические элементы, реализующие функцию И, например при остроении источника питания на МС

серии 155 можно применять элементы 155ЛИ1.

Источник работает следующим образом.

Импульсы с первого-выхода генератора 18 импульсов поступают на вход делителя 19 частоты с коэффициентом ,; деления V, (где {„ - частота

импульсов генератора 18 импульсов, f - частота напряжений, питающих обмотки вращающихся трансформаторов 4 и 5) и на его вьгходе образуются короткие нулевые импульсы частотой (at - 2f (см. фиг.2а). Нулевой импульс с выхода делителя частоты 19 вьшолняет следующие подготовительные операции: подготавливает к переключению первый триггер 10, по первому входу блокирует третий элемент И 29, препятствуя изменение выходного кода, на разядных выходах реверсивного счетчика 16, по входу предварительной записи во втором счетчике 32 производит запись числа, соответствующе го сдвигу фаз д и установленного на информационных входах второго вычитающего счетчика 32 с разрядных вы ходов реверсивного счетчика 16, и по второму входу блокирует первый элемент И 27, На выходе второго вычитающего счетчика 32 устанавливается единичный потенциал, снимающий блокировку по второму входу второго элемента И 28, а .через первый инвертор 22 подготавливающий второй триг- гер 15 к переключению.

С приходом- очередного импульса с первого выхода генератора 18 импульсов на выходе делителя частоты 19 устанавливается единичный потенциал, который переключает первый триггер 10 в противоположное (например, еди- ничнре) состояние.

Одновременно единичный потенциал с выхода делителя 19 частоты по вход предварительной записи разрешает работу второго вычитающего счетчика 32 в счетном режиме и по второму входу первого элемента И 27 разрешает прохождение импульсов с первого выхода генератора 18 импульсов на вычитающий вход второго вычитающего счетчика 32; После подачи на вычитающий вход второго вычитающего счетчика 32 числа импульсов, соответствующего числу предварительной записи, на его выходе появляется нулевой пoteнциaл, которым он самоблокируется в нулевом

;

to

15

20

30

25- 35

0

50 55

2380274

состоянии через второй элемент И 28j а через первый инвертор 22 на первый вход второго триггера 13 подается единичный потенциал. Второй триггер 15 устанавливается в единичное состояние (на его второй.вход подается единичный потенциал с прямого выхода первого триггера 10). Следующий ну- ле вой импульс с выхода делителя 19 частоты вьшолняет указанные подготовительные операции, а единичный потенциал с его выхода устанавливает первый тр1иггер 10 в нулевое состояние и разрешает работу в счетном режиме второму вычитающему счетчику 32, который через время задержки, соответствующее коду, подаваембму на erd информационные входы. Своим нулевым выходнь1м потенциалом через второй- элемент И 28 самоблокируется и через первый инвертор 22 по первому входу устанавливает второй триггер 15 в нулевое состояние.

С приходом следующих импульсов с выхода делителя 19 частоты переклю - чения первого и второго триггеров 10 и 15 повторяются,

Таким образом на выходах первого и второго триггеров 10 и 15 формируются прямоугольные меандры со скважностью 2 частотой { f- /2, сдвинутые относительно друг друга на угол jj, определяемый вторым вычитающим счетчиком 32.Из сформированных на выходах первого и второго триггеров 10 и 15 меандров фильтрами 11 и 13. вьщеляются первые гармоники частотой { , сдвиг нутые относительно Друг друга на угол 2, которые усиливаются усилителями 12 и 14 и подаются соответственно на первые и вторые обмотки вращающихся трансформаторов 4 и 5, применяемых в качестве фазовых датчиков канала 2 задания и канала 3 обратной связи.

С выходов .третьих обмоток вращающихся трансформаторов 4 и 5 напряжё- ; ния синусоидальной формы, несущие соответственно информацию об угле oi поворота задающего вала и угле /5 поворота выходного вала системы, подаются на нуль-органы 6 и 7 для усиления и ограничения. В момент перехода этих сигналов через нуль в положительном направлении формирователи 8 и 9 импульсов формируют короткие нулевые сигналы подаваемые соответственно на первый и второй входы фазового дискриминатора 1.

/

Таким образом, выходной сигнал азового дискриминатора 1 модулируется ito ширине сигналом фазового рассогласования о1 -/5 канала 2 задания j и канала 3 обратной связи.

Использование в качестве фазовых датчиков канала 2 задания и канала 3 обратной связи вращающихся трансформаторов 4 и 5 одного типа значи- jo тельно повьпоает точность фазовой следящей системы, так как происходит взаимная компенсация погрешностей обоих датчиков.

Однако для обеспечения высокой 15 точности фазовых датчиков (т.е. вращающихся трансформаторов 4 и 5) их первые и вторые обмотки должны быть эапитаны ортогональными напряжениями.20

Поэгтому угол Ч, сдвига фаз меандров, формируемых на выходах первого и второго триггеров 10 и 15, опреде- яется вторым вычитающим счетчиком 32 и устанавливается из расчета фор- 25 ирования на выходах первого и второго усилителей 12 и 14 косинусоидаль- ного и синусоидального напряжений, т.е, гармоническ гх напряжений, фазовый сдвиг Ч меяду которыми .состав- 3Q яет 90 эл.град.

.Обеспечение этого равенства (Ч 90 ) в условиях эксплуатации при наличии температурных и временных изменений параметров элементов фильтров 1 1 и 13 и усилителей 12 и 14 осуществляет блок управления, состоящий из нуль-органов 20 и 21, первого вычитающего счетчика 17, первого и второго элементов И-НЕ 25 и 26, второго и третьего инверторов 23 и 24, третьего, четвёртого-и пятого элементов; И 29, 30 и 31 и реверсивного счетчика 16.

Указанный блок управления источника питания работает следующим обра- ом. - . . ; - .

Напряжение UcftS;iOt (где Он - амплитуда и частота питакяцегд нап1; я- жения; t - время) с выхода усилителя 12 усиливается и ограничивается нуль- органом 20, а напряжение с выхода . усилителя 14 - нуль-органом 21.

Рассмотрим работу блока управления с момента времени t., (фиг.26, прохождение сигнсша UsinvJ t через нуль в от-55 рицательном направлении).

Нулевой потенциал с выхода нуль- органа 20 по второму входу четвертого

35

40

45

j

jo

15 20

5 Q

5

5

0

5

элемента И 30 блокирует прохождение сигналов с второго выхода генератора 18 импульсов на счётный вход первого вычитающего счетчика 17, по входу предварительной записи первого вычитающего счетчика 17 осуществляет запись в нем числа, соответствующего заданному углу сдвига 90 .

Единичный сигнал с выхода первого вычитающего счетчика 17 снимает по второму входу блокировку с пятого элемента И 31, по первому входу разрешает работу первого элемента И-НЕ 25 и через второй инвертор 23 по первому входу блокирует второй элемент И-НЕ 26.

В момент времени t (см. фиг.26, прохождение сигнала через нуль в отрицательном направлении) нулевой потенциал с выход нуль-органа 21 по третьему входу блокирует первый эле- . мент И-НЕ 25 и через третий инвертор 24 по третьему входу разрешает работу второго элемента И-НЕ 26.

Момент времени t (см. фиг.2 б, прохождение сигнала UcosuJ t через куль в положительном направлении) служит началом отсчета величины сдвига фаз питающих на пряжений Ч . В этот момент времени (t,) единичный сигнал с выхода нуль-органа 20 по входу предварительной записи разрешает работу в -счетном режиме первому вычитающему счетчику 17 и снимает по второму входу блокировку чет&ертого элемента И 30. При отсутствий нулевого импульса на выходе делителя.19 частоты (т.е. при блокировке по первому входу третьего элемента И 29) импУль- сы с второго выхода генератора 18 импульсов через третий 29, четвертый 30 и пятый 31 элементы И начинают поступать на вычитающий вход первого вычитающего счетчика-17. Дальнейшая работа блока управления зависит от величины ошибки сдвига фаз & 90 -V

t. 90 - г QПосле подачи на вычитающий вход первого вычитающего счетчика 17 числа импульсов, соответствующего числу предварительной записи ( ч 90), он устанавливается в нулевое состояние и выходным (нулевым) потенциа- . лом через пятый элемент.И 31 самоблокируется в нулевом состоянии, по ревойу входу блокирует первый элемент И-НЕ 25 и через второй инвертор 25

по первому входу разрешает работу второго элемента И-НЕ 26.

Однако в этот момент времени t (см. фиг.2 б, прохождение сигнала UsihcJt через нуль в положительном наппавлении) единичный сигнал с выхода нуль-органа 21 по третьему вход разрешает работу первого элемента И-НЕ 25 и через третий инвертор 24 по третьему входу блокирует второй элемент И-НЕ 26.

Момент времени t, служит концом отсчета величины сдвига фаз. Ч питающих напряжений.

Так как первый элемент И-НЕ 25 заблокирован по первому входу первым вычитающим счетчиком 17, а второ элемент И-НЕ 26 заблокирован по третьему входу нуль-органом 21, то состояние реверсивного счетчика 16 не изменится и его выходной код подается на информационные входы второго вычитающего счетчика 32, устанавлива в нем соответствующий коэффициент пересчета.

Таким образом, при ЛМ,, 90° -V О код угла ч на выходе реверсивного

счетчика

9 16 &

е изменяется, т.е. ЛЧ.

Я

ЛЧ--, - 0.

П. - 90 0. В момент времени t. (см. фиг.2,в)

единичный сигнал с выхода нуль-органа 21 по третьему входу разрешает работу первого элемента И-НЕ 25 и третий инвертор 24 по третьему входу блокирует второй элемент И-НЕ 26.

Однако в этот момент времени продолжается работа в счетном режиме первого вычитающего счетчика f 7 и едининный сигнал с его выхода по первому входу продолжает разрешать работу первого элемента И-НЕ 25.

Поэтому на суммирующий вход реверсивного счетчика 16 начинают поступать импульсы с второго выхода генератора 18 импульсов через третий и четвертый элементы И 29,и 30 и первый элемент И-НЕ 25, на второй вход которого подан единичньй сигнал с выхода прямого переноса реверсивного счетчика 16.

В момент времени tj (см. фиг. 2,в) устанавливается в нулевое состояние первый вычитающий счетчик 17 и нулевым потенциалом по первому входу блокируется первый элемент И-НЕ 25, прекращая поступление импульсов с второго выхода генератора 18 импуль

у

12380278

. сов на суммирующий вход реверсивного счетчика t6.

Таким образом, выходной код реверсивного счетчика 16 увеличивается

to

й я25

ts

20

30

а

545

50

на лЧа йЧ 90 и по информационным входам устанавливается соответствующий коэффициент пересчета второго вьтитающе го счетчика 32. Второй вычитающий счетчик 32 увеличивает сдвиг фаз меандров на йН, ко 1пенсируя тем самым ошибку в сдвиге фаз напряжений на выходе усилителей 12 и 15.

III. 90 -Ч. 0.

В момент времени ty(см.фиг.2 г) после подачи на вычитающий вход первого вычитающего счетчика 17 числа импульсов, соответствующего числу предварительной записи (4 90°), он устанавливается в нулевое состояние и нулевым (выходным) потенциалом через пятый элемент И 31 самобло- кйруется в нулевом состоянии, по первому входу блуокирует первый элемент И-НЕ 25 и через второй инвертор 23 по первому входу разрешает работу второго элемента И-НЕ 26.

Однако в этот момент времени t . (см. фиг.2 г) нулевой сигнал с выхо .

да нуль-органа 21 по третьему входу продолжает блокировать первый элемент И-НЕ 25, а через третий инвертор 24 по третьему входу продолжает разрешать работу второго элемента И-НЕ 26. Поэтому на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 начинают поступить импульсы с второго выхода генератора 18 импульсов через третий и четвертый элементы И 29 и 30 и второй .элемент И-НЕ 26, на второй вход которого подан единичный сигнал с выхода обратного переноса реверсивного счетчика 16.

В момент в земени tg(см. фиг.2 г) единичный сигнал с выхода нуль-органа 21 через третий инвертор 24 по третьему входу блокирует второй элемент И-НЕ 26, прекращая поступление импульсов с второго выхойа генерато- ра 18 импульсов на вычитакнций вход реверсивного счетчика 16.

Следовательно, выходной код реверсивного счетчика 16 уменьшается на ДЧ /fl4i/ /90 -M / и по информационным входам устанавливается соответствующий коэффициент пересчета второго вычитающего счетчика 32. Второй вычитающий счетчик -32 уменьшает сдвиг фаз меандров на V« , компенсируя тем самым ошибку в сдвиге

фаз напряжений на выходе усилителей 12 и U.

Таким образом, блок управления измеряет действительный сдвиг фаз ч напряжений, питающих обмотки враща- ющихся трансформаторов А и 5, сравнивает его с заданным (90-градусным), определяют ошибку в сдвиге фаз и вносит соответствующие коррективы в величину сдвига фаз меандров, формируемую вторым вычитающим счетчиком 32 () ° сируя тем самым ошибку в сдвиге фаз напряжений, питающих обмотки вращающихся трансформаторов 4 и 5.

При больших различиях в параметрах фильтров 11 и 13 и усилителей 12 и 14, формирующих косинусоидальное и синусоидальное напряжения, наступает либо полное заполнение реверсивного счетчика 16, либо его обнуление.

При этих крайних состояниях реверсивного счетчика 16 на его выходах прямого или обратного переноса устанавливается нулевой потенциал, блокирующий первый или второй элементы И-НЕ 25, 26.

Таким образом осуществляется ограничение выходной величины реверсивного счетчика 16 и блокировка его от опрокидывания. Кроме того, вьща- ется аварийный сигнал, отключающий источник питания или предупреждающий об его аварийной ситуации,

В данном техническом решении уменьшаются требования к стабильное- ти параметров элементов фильтров и усилителей, что дает возможность применять для повышения качества питающих вращающиеся трансформаторы напряжений фильтры с большими значениями .добротности, разрешает эксплуата- тщю системы в более тяжелых климатических условиях.

Формула изобретения

Источник питания фазовой следящей системы, содержащий реверсивный счетчик, первый вычитающий счетчик, генератор импульсов, соединенный первым выходом с входом делителя частоты, последовательно соединенные первый триггер , первый фильтр, пер- вьй усилитель и первый нуль-орган и. последовательно соединенные второй

j ю

Q

5

S

0 5

0

0

триггер, второй фильтр, второй уси- литель и второй нуль-орган, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения стабильности источника, в нем дополнительно установлены первый, второй и третий инверторы, первый и второй элементы И-НЕ, первый, второй, третий, четвертьй и пятый элементы И и второй вычитающий счетчик, соединенный счетным входом с выходом йторого элемента И, входом предварительной записи - с выходом делителя частоты и с первыми входами первого и третьего элементов И и первого триггера, информационным входом - с разрядным выходом реверсивного счетчика, а выходом - с входом первого инвертора и с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с первым выходом генератора им- пульсов, подключенного вторым выходом к второму входу третьего элемента И, соединенного выходом с первым входом четвертого элемента И, подключенного вторым входом к выходу первого нуль-органа и к входу предварительной записи первого вычитающего счетчика, а выходом - к первым входам первого и второго элементов И-НЕ и пятого элемента И, соединенног о . выходом со счетным входом первого вычитающего счетчика, а вторым входом - с выходом первого вычитающего счетчика, с вторым входом первого элемента И-НЕ и с входом второго инвертора, подключенного выходом к .третьему входу второго элемента И-НЕ, соединенного вторым входом с выходом третьего инвертора, подключенного входом к выходу второго нуль-органа и к третьему входу первого элемента И-НЕ, соединенного выходом с сумми- рующим входом реверсивного счетчика, подключенного вычитающим входом к выходу второго элемента И-НЕ, а выходом прямого и обратного переноса - к четвертым входам соответственно первого и второго элементов И-НЕ, выход первого инвертора соединен с вторым входом второго триггера, подключенного первым входом к прямому выходу первого триггера,, соединен- ., ного инверсным входом со своим вторым входом.

Редактор М.Дыпын Заказ 3289/47

tptfS.2

Составитель Ю.Гладков Техред О. Корректор М. Пожо

Тираж 836Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Д. 4/5

п р оиТвТдТтвеТно- полйграфическое предприятие, г.Ужгород,ул.Проектная, 4

Изобретение относится к области энергоснаблсения и может быть применено в качестве источника питания синусно-косинусных вращающихся трансформаторов канала задания и канала обратной связи фазовых следящих систем. В предлагаемом устройстре решается задача стабилизации сдвига фаз между его выходными напряжениями. При этом импульсы с первого выхода генератора импульсов поступают на вход делителя частоты, на выходе которого устанавливается единичный потенциал. Он переключает первый триггер в противоположное состояние. Одновременно он разрешает работу вычитающему счетчику в счетном режиме. Этот, счетчик по второму входу первого злемента И разрешает прохождение импульсов с первого выхода генератора импульсов на вычитающий вход вычитающего счетчика. После подачи на вычитающий вход этого счетчика числа импульсов, соответствующего предварительно записанному в нем числу, на его выходе формируется нулевой потенциал, который через второй элемент И самоблокирует второй счетчик и через первый инвертор устанавг ливает второй триггер в нулевое состояние. С приходом других импульсов генератора переключения триггеров , повторяются и на их выходах формируются прямоугольные меандры со скважностью 2. Из этих меандров первый и второй фильтры вьщеляют первые гармоники, сдвинутые на угол М . Они усиливаются и подаются на йервые и вторые обмотки вращающихся трансформаторов, применяемых в качестве фазовых датчиков канала задания и канала обратной связи. Указанные напряжения должны быть ортогональны. Фазы этих напряжений контролируются двумя нуль- органами. Величина отклонения фазы между этими напряжениями от 90 фиксируется реверсивным счетчиком, который менйет величину числа, записываемого в вычитающем счетчике. Изменение этого числа вызьшает измене-: ние фаз напряжений питания вращающихся трансформаторов. 2 нл. (О Ю со 00 ND