Устройство для регулирования скорости электропривода Советский патент 1987 года по МПК G05B11/26 G05D13/00 

t

Изобретение относится к управляемым системам автоматического регулирования скорости электропривода, построенным на основе замыкания системы по разности фаз сравниваемых частотных сигналов, и может быть использовано в прецизионных устройства к которым предъявляются высокие точностные требования по управлению и стабилизации частоты и фазы вращения выходного вала.

20

25

30

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электроприво- 15 да при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях в широком диапазоне.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования скорости электропривода} на фиг. 2 - граф-работы и временные диаграммы, поясняющие работу логического блока сравнения; на фиг. 3 - структурная схема устройства для регулирования скорости электропривода (а - схема известного регулятора скорости 6 - схема, отражающая логическую сущность работы устройства, 6- отражающая динамику системы).

Устройство для регулирования скорости электропривода содержит генератор 1 импульсов, делители частоты, логический блок 5 сравнения, силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости, первьш формирователь 9 импульсов, элемент ИЛР1 10, элемент 11 задержки, триггер 12, блок 13 расширения импульсов, второй формирователь 14 импульсов, преобразователь 15 временной интервал - код, сумматор 16 кодов и блок 17 задания скорости.

Работа устройства для регулирования скорости основана на принципах импульсных

ропривода с дискретным управлением, основной контур которых замкнут по разности фаз сравниваемых частотных сигналов эталонной частоты f и частоты fp с датчика скорости.

Устройство работает следующим образом.

Блок 17 задания скорости представляет собой ручное или автоматическое

тоты коэффициент деления ливается

N:

устанав- выдаваезначением кода q , мым сумматором 16 кодов.

Управляемые делители 2-4 частоты могут быть вьшолнены по традиционной схеме, в которых реверсивный счетчик типа СТ2 охвачен обратной связью, с выхода О на вход С.

Эталонная частота f

If- fp частота кварцевого генератора

1

импульсов, поступает на первый вход логического блока 5 сравнения.

Сигнал с частотного датчика 8 скорости с числом импульсов Z на оборот вала двигателя 7 с помощью первого формирователя 9 импульсов и второго делителя 3 частоты с коэффициентом деления тоту

Np преобразуется в час40

Р

j пропорциональную скорости вращения Пд вала исполнительного двигателя 7, которая поступает на входы элемента 11 задержки и корректирующего устройства (фиг. 1, пунктирная рамка). Корректирующее устройство, содержащее третий делитель 4 частоты, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 расширения импульсов и второй формирователь 14 импульсов, преобразует час- астатических систем элект- 45 тоту f в новую последовательность

импульсов fp,сдвинутую по фазе по отношению к fр , которая поступает на второй вход логического блока 5 сравнения. Частотный датчик 8 скорости 8 50 предназначен для выработки частотного сигнала, строго пропорционального скорости вращения вала двигателя 7. Формирователь 9 импульсов усиливает периодический сигнал с датчика

устройство, выдающее п-разрядный дво- 55 скорости, преобразует его в часто- ичный код в форме плектрических сиг- ту и обычно состоит из операционного

налов высокого и низкого уровней.

В простейшрм случае - это кнопочный набориик кодл, при автоматичес2

ком задании кода - программо-задаю- щее устройство или ЭВМ.

Блок 17 задания скорости выдает код q , соответствующий требуемому значению скорости на управляющие входы управляемых делителей 3 и А частоты и на вход сумматора 16 кодов. В соответствии с заданным кодом во втором 3 и третьим 4 делителях частоты устанавливаются требуемые значения коэффициентов деления Np и N соответственно. В первом делителе 2 час

тоты коэффициент деления ивается

N:

устанав- выдаваезначением кода q , мым сумматором 16 кодов.

Управляемые делители 2-4 частоты могут быть вьшолнены по традиционной схеме, в которых реверсивный счетчик типа СТ2 охвачен обратной связью, с выхода О на вход С.

5

0

Эталонная частота f

If- fp частота кварцевого генератора

1

импульсов, поступает на первый вход логического блока 5 сравнения.

Сигнал с частотного датчика 8 скорости с числом импульсов Z на оборот вала двигателя 7 с помощью первого формирователя 9 импульсов и второго делителя 3 частоты с коэффициентом деления тоту

Np преобразуется в часусилителя и компаратора.

Корректирующее устройство, как и в непрер) системах, предназначено

для обеспечения устойчивой работы усройства для регулирования скорости и придания ему желаемых динамических свойств.

Получение сигнала сводится к двум операциям: выявлению отклонения периода частоты fp от эталонного периода частоты f и расширению полученного отклонения (импульса) в необходимое число рал, определяемое из условия устойчивости системы.

Расширение импульса, осуществляемое блоком 13 расширения импульсов, может быть осуществлено известным образом. Получение стабильного вре- менного интервала Т производится путем вьмитания из периодов частоты fp периодов частоты f , выдаваемых третьим делителем 4 частоты, коэффициент деления которого Nj по отношению к коэффициенту деления N первого делителя 2 частоты определяется соотношением

N 2kp - 1

N,

2k,

где kp - коэффициент расширения блока 13 расширения импульсов.

Регулирование временного интервала Т во всем диапазоне рабочих ско- ростей устройства происходит синхронно с изменением эталонной частоты fj в соответствии с сигналами с блока 17 задания скорости за счет изменения коэффициента деления N делителя 4 частоты. Компаратор и блок разделения импульсов объединены в логический блок 5 сравнения, который производит сравнение по фазе импульсов частоты f и fp поступающих на его входы, и по результатам этого сравнения формируют широтно-импульсный сигнал (фиг. 26), который поступает на вход силового преобразователя 6.

На фиг. 2а представлен рациональ- ный алгоритм работы блока 5 пропорционального типа в виде направленного графа, обеспечивающий нормальную работу устройства при всех возможных комбинациях частот на его входах при - разгоне, торможении и в установившемся режиме синхронных скоростей, когда

fi г f fp - fj - f,.

Например, при пуске двигателя есть fj и нет fp. Блок 5 переходит в сое- тояние bj, идет разгон, редко появляются f р , т.е. fp ; f, происходит кратковременный переход из Ь - Ь,-«Ь. Двигатель разгоняется, приходят подO

5 0

5

о ,с Q

5 0

5

ряд двл импульса fp , при гэтом блок 5 переходит из Ь - Ь, . Устанонип- шийся режим, когда f j, fj имеют место переходы b - bj - b, и т.д., т.е. разгон, торможение. При фазовом рассогласовании большем периода f, блок 5 занимает два крайних состояния bj или Ь, в которых осуществляется блокировка сигнала от опрокидывания .

Силовой преобразователь 6 производит усиление широтно-импульсного сигнала, поступающего с выхода блока 5, и подает его на якорную обмотку двигателя 7. Силовой преобразователь 6 работает в ключевом режиме.

Из временных диаграмм, иллюстрирующих работу устройства (фиг. 2б), следует, что относительная длительность широтно-импульсного сигнала v возрастает с увеличением момента нагрузки MC на валу исполнительного двигателя. Причем изменение происходит только за счет изменения частоты и фазы сигнала fp или тоже самое за счет ошибок стабилизации скорости и фазы вращения вала исполнительного двигателя. Величина этих ошибок в основном определяется велргчиной коэффициента усиления D или добротностью системы. Аналогичная картина формирования 2f происходит и в случае изменения управляющего воздействия, т.е. изменение установки скорости определяемой f .

Дополнительный контур регулирования, состоящий из блока 17 задания скорости, сумматора 16 кодов и преобразователя 15 временной интервал - код позволяет формировать управляющий широтно-импульсный сигнал f как за счет изменения частоты и фазы сигнала fр, так и за счет изменения частоты и фазы эталонного сигнала f j одновременно. Такое управление регулятором увеличивает быстродействие привода и существенно уменьшает ошибки стабилизации скорости и фазы вращения двигателя.

Временные диaгpaм rы, иллюстрирующие формирование широтно-и тульсного сигнала у в устройстве, приведены на фиг. 2в для наглядности гтри коэффициенте суммирования ошибки К 2 1 .

физическая сущность и реализация дополнительного контура заключается в следующем.

Широтно-импульсный сигнал, поступающий на вход преоб1)атователя 1

временной интервал - код с блока расширения импульсов Т , йТ Тр - Тц - временной интервал формируемый на выходе триггера 12,

TK периоды частоты fp и часто- 5

ты

к

получаемой с выхода третьего делителя 4 частоты. В установившемся режиме работы устройства, когда частоты

f; f.

fp

временной

интервал Т„а ЛТдКр выбирается из условия получения симметричной характеристики регулятора равньм половине периода частоты

Так как в этом режиме ЛТ Т, - Тц.

т.е.

-YТр то

То Т,

В случае, когда f р f и ip zj, то имеет место отклонение по скорости, величина которого пропорциональт - р

Т., может быть записано

И

на временному интервалу (W

Тогда вьфажение для широтно-импуль сного сигнала в.виде Т J, Тз/2 К

Из полученного выражения следует, что щиротно-импульсный сигнал Т, поступающий на вход преобразователя 15 временной интервал - код из блока 13 расширения импульсов, содержит информацию об отклонении скорости и может изменять свою величину в линейной зоне регулятора в пределах О ,.

Преобразователь 15 временной интервал - код вьтолнен по традиционной схеме и в простейшем случае содержит генератор частоты заполнения f, элемент И, счетчик импульсов и регистр.

В этом преобразователе длительность широтно-импульсного сигнала Т,, преобразуется в п-разрядный двоичный код, численное значение которого, q

. ,

где К,р- коэффициент преЭ

образователя - выбирается таким, что в установившемся режиме при Т- Т значение кода q в точности равно коду q , вьщаваемому блоком 17 задания скорости. В частности при использовании для заполнения частоты генератора 1 импульсов f f гтр 2- Полученные в преобразователе 15

я„и q поступают 16 кодов, который разность дч q э

на входы суммас ними вычисq, а также

Q гатель, датчик скорости, первый формирователь импульсов подключен к входу второго делителя частоты,выход которого соединен с входом сброса третьего делителя частоты, с первым

алгебраическую сумму q 4, 51 где k 1,2,..., п - коэффициент сум- входом элемента ИЛИ и через элемент мирования ошибки.задержки - с входом сброса триггера,

Сформированный таким образом код подключенного выходом через последовательно соединенные блок расширения импульсов и второй формирователь имq поступает на информационные входы

первого делителя 2 частоты, изменяя

,

1322229

13

где

его коэффициент деления N а следовательно, и эталонную

п

f af

i , - -Э

Очевидно, в установившемся режиме работы устройства, когда ошибка по

скорости равна Чэ - Чп

нулю, имеют место

и N,

ч;

N,, f, f, - fp. Эталонная частота f, изменяет свою величину пропорционально выявленному отклонению скорости, причем измене

15

ние частоты fJ в направлении, частоты f о , т.е. если fp f

Р

происходит всегда обратном изменению ft то

f f5, и наоборот.

Сумматор кодов может быть выпрл

35

нен по традиционной схеме с использованием любых микросхем типа SM.

Введение дополнительных элементов и связей (фиг.36, в) увеличивает доб20 ротность системы устройства в (1 + + КррКу) раз, не повышая порядка ее астатизма.

В этом случае устойчивость системы обеспечивается соответствующим

25 выбором величины коэффициента расширения Кр устройства коррекции.

Повьш1ение точностных качеств электропривода устройства осуществляется 30 не только благодаря увеличению добротности системы в (1 Kj) раз, но главным образом за счет фазового сдвига эталонной частоты и в переходных режимах, которая участвует в формировании сигнала управления j тем эффективнее, чем вьш1е значение К«.

Формула изобретения

40 Устройство для регулирования скорости электропривода, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий делители частоты, элемент ИЛИ, элемент задержки, триггер, блок ширения импульсов, первьй и второй формирователи импульсов, логический блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь, исполнительный гатель, датчик скорости, первый формирователь импульсов подключен к входу второго делителя частоты,выход которого соединен с входом сброса третьего делителя частоты, с первым

входом элемента ИЛИ и через элемент задержки - с входом сброса триггера,

71

пульсов к второму входу логического блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, подключенного входом к выходу генератора импульсов и к входу третьего делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства для регулирования скорости

/ ОЖ-ШЭ

fy- 222298

электропривода, в него введены блок задания скорости, сумматор кодов и преобразователь временной интервал - код, вход которого соединен с выходом 5 блока расширения импульсов, а выход - с первым входом сумматора кодов, второй вход которого подключен к выходу блока задания скорости и к управляющим входам второго и третьего делите- 0 лей частоты, причем управляющий вход первого делителя частоты соединен с выходом сумматора кодов.

fo

.I

ЗЮ

Me

Фиг. 2

а

Л

Изобретение относится к автоматике и может использоваться в прецизионных устройствах для регулирования- скорости электропривода. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электропривода при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях. Цель достигается введением в устройство дополнительного контура регулирования, состоящего из преобразователя временной интервал - код 15, сумматора кодов 16, блока задания скорости 17, позволяющего увеличить добротность устройства. Дополнительный контур позволяет формировать управляющий широтно-им- пульсный сигнал как за счет изменения частоты и фазы сигнала fj, , так и за счет изменения частоты и фазы эталонного сигнала fj одновременно. Устройство содержит генератор импульсов 1, управляемые делители частоты 2, 3 и 4, логический блок сравнения 5, силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик скорости 8, формирователи импульсов 9, 14, элемент ИЛИ 10, элемент задержки 11, триггер 12, блок расширения импульсов 13. 3 ил. i (Л СлЭ to to ю со fe./

Редактор 0.Головач

Составитель Е.Власов

Техред Л.Олийнык Корректор Г.Решетник

Заказ 2863/43Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

.«...«..к «... .«.. Д

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

Фиг 3