Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента Советский патент 1986 года по МПК H02P15/00 G05D13/62 

щения. В ycTpo icTBo введены первый 7 и второй 8 D-триггеры, элементы И-НЕ 9 и 10, одновибратор 11, элемент 12 задержки, источник 13 сигнала логической единицы, размыкающий ключ 14. Частота вращения ИЭ 5 характеризуется поворотом выходного вала на определенный угол. Заданное значение периода (Т ), соответствующее заданной скорости, представляется в виде заданного количества импульсов опорной частоты KF 1. Действительное значение периода (Тд), соответствуюИзобретение относится к электро- технике, а именно к средствам автоматического регулирования частоты вращения электропривода и может быть использовано в система; , регулирова- Иия частоты вращения с электромеханическими муфтами скольжения.

Целью изобретения является повыг шение точности регулирования частоты вращения электромагнитного испол- нительного элемента.

На фйг.1 изображена принципиальная блок-схема устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного эле мента; на фиг,2 - диаграммы выходных сигналов элементов устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента при заданной частоте вращения, измен-яемой от минимального п. до среднего п значения; на фиг.З - аналогичные диаграммы при заданной частоте вращения, из- меняемой от ср.еднего Пе до макси- мального n,j значения.

Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента содержит , кварцевый генератор 1, связанный с входом-счетчика 2 импульсов, задат- чик 3 частоты вращеяия, усилитель 4 мощности, выход которого соединен с вьшодами, предназначенными для .подключения управлякядего входа элек тромагнитного исполнительного элемента 5, импульсный датчик 6 частощее действительной скорости, определяется как время между двумя последовательными импульсами с выхода ВД 6. Сравнение указанных значений осуществляется: в СИ 2. Введенные узлы уменьшают длительность управляющего импульса в интервале регулирования; введение во всем диапазоне регулирования импульса, пропорционального разности Т,иТз,,улучшает динамические свойства системы регулирования, т.е. повышает точность. 3 ил.

ты вращения электромеханического исполнительного элемента, первый 7 и второй 8 D-триггеры, первый 9 и второй 10 элементы И-НЕ, одновибратор , 11 , элемент 12 задержки, источник 13 сигнала логической единицы, размьгкающий ключ 14.

Счетчик 2 импульсов выполнен реверсивным, выход 1импульсного датчика 6 частоты вращения электромеханического исполнительного элемента соединен со сбрасывающим К-входом одновибратора 11, с С-входами второго D-триггера 8 и реверсивного счетчика 2 импульсов, а также через элемент 12 задержки - с первым входом первого элемента И-НЕ 9 и с С-входом (Первого D-триггера 7, D-вход которого подключен к источнику 13 сигнала логической единицы, R-вход - к выходу реверсивного с четчика 2 импульсов, Q-выход к D-входу второго D-триггера 8 и jt первому второго элемента И-НЕ 10, а Q-выход - к управляющему входу размыкающего ключа 14, через который осуществлена связь между кварцевым генератором 1 и входом -1 реверсивного счетчика 2 импульсов, второй вход первого элемента И-НЕ 9 соединен, с Q вьпcoдoм второго D-триггера 8, а выход- - с запускающим D-входом одно- вибратора 11, второй вход второго элемента И- НЕ 10 подсоединен к выходу одновибратора 11, а выход - к входу усилителя 4 мощностиj задат- чнк 3 частоты вращения соединен с

D-входом реверсивного счетчика 2 импульсов.

В качестве электромеханического исполнительного элемента 5 может быть использована электромагнитная муфта скольжения.

На фиг.2 и 3 показаны зависимости величин сигналов U на выходе датчика 6частоты вращения,на выходе элемента 12 задержки, на счетном входе реверсивного счетчика 2, на выходе 60 реверсивного счетчика 2, на Q- и Q-выходах первого D-триггер.а 7, на iQ-выходах второго D-триггера 8, первого элемента И-НЕ 9, одновибра- тора 11, второго элемента И-НЕ,10 от времени t, где показаны заданный ТЗ действительный периоды вращения электромеханического исполнительного элемента, Ц ,t - моменты времени, в которые изменяются состояния элементов устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента.

Устройство работает следующим образом.

Частота вращения электромеханического исполнительного элемента характеризуется временем поворота выходного вала электромеханического исполнительного элемента на определенный угол, .е. периодом вращения Tj, который связан со скоростью соотношением:

60

Р

где Р - параметр импульсного датчика частоты вращени я электромеханического элемента (ИД4В), определяющий , число периода на оборот выходного ва- ла (например, при фотоэлектронном датчике число прорезей обтюратора).

Заданное значение периода Tj, соответствующее заданной скорости п. , ,представляется в виде заданного количества импульсов N опорной частоты f кварцевого генератора 1 в соответствии с формулой

Т -N- 3 f .

Установка заданной частоты вращения осуществляется путем записи числа N по D-ВХОДУ в реверсивный.счетчик 2 импульсов.

Действительное значение периода Т,, соответствующее действительной

о ,I

.скорости п, определяется как время

0

между двумя последовательными импульсами с выхода ИД4В.

Сравнение действительного и заданного периодов осуществляется в 5 реверсивном счетчике импульсов (РСИ) 2.

При , т.е. при , управляющий .импульс формируется; и частота вращения электромеханического ис- 10 полнительного элемента увеличивается, при Т -iTj., т.е. при , управляющий импульс не формируется и вышеуказанная частота вращения уменьшается .

15 Таким образом, устройство обеспечивает работу объекта регулирования в режиме автоколебаний около заданной частоты вращения.

Подробно работу устройства можно 20 рассматривать с помощью диаграмм, приведенных на фиг. 2 и 3.

Поскольку режим работы устройства при iT существенно отличается от режима работы при Т 5 Т,р , где Т,„ , Т,р , Т„, - периоды вращения, соответсвукяцие частотам вращения п„„„ , , п , оба режима рассматриваются отдельно. Первому соответствует диаграмма, изображен 0 ная на фиг.2, а второму диаграмма на фиг.3.

Рассмотрим работу устройства на участке диапазона регулирования, на котором заданный период Т находится в интервале Т,р tX, ьТ„ .

ИД4В 6 в начале каждого периода вращения вырабатывает короткий импульс. Через интер вал времени, составляющий приблизительно 0,001 1„, импульс ИД4В повторяется на выходе элемента 12 задержки. В первом периоде ( ) эти импульсы формируются соответственно в моменты времени , .

Поступая одновременно на С-вход РСИ и на С-вход второго D-триггера 8, импульс с выхода ИД4В при обусловливает запись по D-входам соответственно в РСИ 2 информации с за датчика 3 частоты вращения, т.е. чиcJia N, соответствующего Tj , а во второй D-триггер 8 - логической еди- , ницы с Q-выхода первого D-триггера 7, записанной в предыдущем периоде в

соответствии с результатом измерения Т -iTj, т.е. на Q-выходе второго D- триггера устанавливается логический нуль.

При t t, по окончании действия мпульса с выхода И,Ц4В на вход -1 СИ начинают поступать импульсы опорой частоты с кварцевого генератора , уменьшая число N, записанное по -входу.

При t t. импульс с вьпсода элемента 2 задержки подтверждает единичное состояние на р выходе первого D-триггера 7,. соответствующее результату измерения Т,,Т, в предыо

дущем периоде.

Поскольку в данном периоде Т при t tj РСИ обнуляется и на его выходе бО. формируется короткий импульс, перебрасывающий первый D- триггер 7 по R-входу в состояние, при котором на Q-выходе имеет место логический нуль, а на Q-выходе - логическая единица. При этом размыкающий ключ 14 закрывается, блокируя поступление импульсов с кварцевого генератора 1 на вход -1 РСИ 2.

В интервале времени ( ; ) на выходе второго элемента И-НЕ 10 устанавливается единичный уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналов соответственно единичного уровня с одновибратора 11 и нулевого уровня с Q-выхода первого D-триггера 7.

В кюмент времени , т.е. в начале второго периода, на выходе ИД4В 6 формируется следуюнщй импульс, который вновь поступает одновременно на С-вход РСИ 2 и на С-вход второго D-триггера 8, обусловливает запись по D-входам соответственно в РСИ информации с задатчиков 3 частоты вращения, а во втором D-триггере логического нуля с.Q-выхода первого D- триггера 7, соответствующего результату измерения в предьщущем периоде, т.е. на Q-выходе второго D-триггера 8 устанавливается логичдская единица.

При t tg первый D-триггер 7 в соответствии с единичным логическим уровнем на его D-входе, обеспечив ае- мым источником сигнала логической единицы и импульсом, поступающим на С-вход с элемента 12 задержки, устанавливается в исходное состояние, при котором на Q-выходе - логическая единица.

В интервале времени ( ) на выходе первого элемента И-НЕ 9

устанавливается нулевой уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналов еди- ничных уровней с выхода элемента 12 задержки и Q выxoдa второго D-триггера 8. Отри15ательным перепадом на- пряжения на выходе первого элемента И-ИЕ при t t , запускается одноо

вибратор 11, длительность импульса которого установлена равной Т , т.е.

Тер tj-tj.

в интервале времени (t t: ; ) на выходе второго элемента И-НЕ 10

устанавлив$.ется единичный уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналов с Q-выхода первого D-триггера 7 и выхода одновибратора 11, в интервале (t; t , t tg) соответственно- нулевой уровень сигнала.

В третьем периоде (t tgj t tg) на выходе второго элемента И-НЕ аналогичным образом устанавливается нулевой уровень сигнала, а в четвертом периоде (t t t ) в интервале времени (t t.; t t,,) - единичный и на интервале (t ; t t, ) - нулевой уровень сигнала.

Таким образом, в рассмотренном интервале ( , ) на выходе второго элемента И-НЕ 10, а следовательно, и на выходе усилителя мощности формируются два управляющих импульса, первый из которых находится в интервале (t t ty) и содержит пропорциональную составляющую

(t t. ; t t.) и дополнительньш

импульс (t tj ; t t) 5 a второй на- „ ходится в интервале (t tj; t

) и содержит только дополнительный импульс.

ДлиТ Эльность дополнительного импульса на этом участке диапазона регулирования, т.е. при всегда соответствует среднему периоду Т,-р(фиг.2)„ Дополнительный импульс на выходе второго элемента И-НЕ 10 формируется только в случае, если в предьщущем периоде Т„5Тд , а пропорциональный - только в случае, если в данном периоде .

. При увеличении регулируемой величины заданного значения Т или при их равенстве, что имеет место в течение периодов (t 0; t - tj) к (t t ц) (фиг.2), на выходе второго элемента 10 формируется импульс, длительность которого соответствует интервалам времени (t tj; t t) и (t tg; t Ц ) и частота вращения увеличивается. j При уменьшении регулируемой величины от заданного значения в течение периода (t t tg) управляющий импульс на выходе второго эле- мента И-НЕ 10 не формируется, что 10 соответствует интервалу (t tg; t t,g) и частота вращения электромеханического исполнительного элемента уменьшается.

Таким образом, устройство для ре- 15 гулирования частоты вращения электромеханического исполнительного ле- мента обеспечивает работу электромеханического исполнительного элемен- та в режиме автоколебаний около за- 20 данной частоты вращения.

На фиг.З приведены диаграммы сигналов элементов устройства на участке диапазона регулирования, при котором заданный период Т находится 25 в интервале Т„„„ .

Формирование протгорциональной составляющей в интервале (t t t;) происходит так же, как и на рассмотренном участке диапазона ре- зо гулирования.

Режим работы устройства на участке диапазона регулирования Т - отличается от рассмотренного режима тем, что длительность импульса

одновибратора ограничивается в каждом случае продолжительностью действительного периода Т„. В данном случае запуск одновибратора 11 осуществляется так же, как и при 3 v«iKc например, во втором периде (t t.j ; t tj) при t tj отрицательным перепадом напряжения на выходе первого элемента И-НЕ 9, а сброс одновибратора осуществляется при t t по сбрасьшаемому R-входу импульсом с выхода ИД4В.

В результате этого длительность дополнительного импульса на участке диапазона регулирования ., всегда равна действительному периоду Tg.

При увеличении Т по отношению к заданной величине Т в период ( t t ) или при их равенстве в период (t t tg) на выходе второ- ро элемента И-НЕ 10 формируется уп- равлякаций импульс, длительность которого соответствует интервалам времени (t t,; t t,), (t tg; f tg и частота вращения n увеличивается, a при уменьшении в период (t t t) управляющий импульс не формируется (интервал времени (t tj, t ty) и частота вращения п уменьшается .

Таким образом, обеспечиваются автоколебания п около заданного знаj10

15 20

25

зо

5

д

Q

5

чения п

3

В известном устройстве продолжительность управляющего импульса равна периоду вращения. В интервале изменения irTjiT автоколебания частоты вращения п имеют большую амплитуду, чем в интервале Т ТСР , так как в первом интервале управляющие импульсы имеют большую продолжительность. Поэтому точность регулирования п в первом интервале меньше, чем во втором интервале.

В предлагаемом устройстве длительность управляющего импульса в интервале регулирования имеет меньшее значение, чем в известном, что уменьшает амплитуду автоколебаний частоты вращения п и по- BbmiaeT точность регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного органа по сравнению с известным устройством.

Кроме того, уменьшение длительности управляющего импульса в интервале регулирования и введение во всем диапазоне регулирования . управляющего импульса, пропорционального разности Т и Т, улучшает динамические свойства системы регулирования, что также повьш1а- ет точность регулирования частоты вращения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным обеспечивается более высокая точность регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента, содержащее кварцевый генератор, связанньш с входом счетчика импульсов, задат- чик частоты вращения, усилитель мощ-.

ности, выход которого соединен с выводами, предназначенными для подключения управляющего входа электро магнитного исполнительного элемента, импульсный датчик частоты вращения электромеханического исполнительного элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, в него введены первый и второй J)-триггеры, первый и второй элементы И-НЕ, одновибратор, элемент задержки, источник сигнала логической единицы, размыкаюпщй ключ, счетчик импульсов вьшолнен реверсивным, выкод импульсного датчика частоты вращения электромеханического исполнительного зшемента. соединен со сбрасывающим К -входом одновибратора, с-С-входами второго 0-трИггера и реверсивного счетчика импульсов, а также через элемент

Выход датчика (6) частоты вращения

Выход элемента (J2) задержки

Число на реверсивном c JemчLlкe (2)

Вы ход,, 0 ребер- сечёного счетчика (2)

Выход d nepdozo Д триггера. (1

Bbtxod 0. первого Л- триггвра (7)

Выход 0. ВторогоД триггера (8)

Выход первого элемента И-НЕ (9)

Выход одно8и5рато- ра 11

Вь/ход второго элемент И-НЕ {10

Oiitz t tg Фиг. 2

задержки - с первым входом первого элемента И-НЕ и с fc-входом первого D-триггера,D-вход которого подключей к источнику сигнала логической единицы, R-вход к выходу ЧО реверсивного счетчика импульсов, О.-выход - кD-входу второго)-триггера и к входу второго элемента

И-НЕ, аQ-выход - к управляющему входу размыкающего ключа, через который осзтдествлена связь меж,цу кварцевым генератором и входом -1 реверсивного счетчика импульсов, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с О.-выходом второго D-триггера, а выход - с запускающим З -входом одновибрат ора, второй вход второго элемента И-НЕ подсоединен к

выходу одновибратора, ,а выход - к входу усилителя мощности, задатчик частоты вращения соединен сD -входом реверсивного счетчика импульсов.

ЧО

Йь/хоЗ датчика (б) tiacmombi вращения

Выход элемента (12) зо ержку

Число на реверсивном счетчике (2}

Выход,О реверсивного счетчика (2)

Выход а первого Д - триггера {1}

Выход О, первого Д - триг-гера 7

Выход 0. второго Д триггера (8)

первого элемента (9)

Вымд одноВи5ратора (11)

Bbtwd второго элемента И-НЕ (Ю)

О t,t2

Редактор А.Шандор

Составитель А.Акимов

Техред ;О.Сопко Корректор 0 Луговая

Заказ 3406/55

Тираж 631 Подписное ВНЩПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

з t .Ъ

t

Изобретение относится к злектро- технике, а именно к средствам автоматического регулирования электропривода. Цель изобретения - повьппение точности регулирования частоты вращения исполнительного элемента. Устройство содержит кварцевый генератор (КГ) 1, счетчик 2 импульсов (СИ), задатчик 3 частоты вращения, усилитель 4 мощности, злектромагнитный исполнительный злемент (ИЭ) 5, импульсный датчик (ИД) .6 .частоты врас $ О) с