Электропривод постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе для стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в устройствах записи и считывания информации.

Целью изобретения является повьше- ние динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

На фиг о 1 приведена функциональная схема электропрнвода постоянного тока; ни фиг. 2 - эпюры электрических сигналов, поясняющие работу электропривода постоянного тока.

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к выходу усилителя 2 мощности, датчик 3 скорости, задающий генератор 4, соединенный выходом с входом програ шируемо- го делителя 5 частоты. Информационные входы программируемого делителя 5 частоты через информационн то шину соединены с задающим устройством 6, а выход через первый формирователь 7 коротких импульсов соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ 8, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента И-НЕ 9, Входы второго логического элемента И-НЕ 8 подключены к выходам первогс и пторого

твА

СП сд

Од

инверторов 10 и И, входами подключенных к соответствующим выходам реверсивного счетчика 12 и входам третьего логического элемента И-НЕ 13. Выход третьего логического элемента И-НЕ 13 соединен с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ 14, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя 15 корот- ких импульсов, Выход четвертого логического элемента И-НЕ 14 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 12, вычитающий вход которого соединен с выходом первого логи- ческого элемента И-НЕ 8, Выход второго инвертора 11 через переключатель 16 соединен с-входом усилители 2 мощности. Первый выход 17 блока 18 сравнения временных интервалов подклю- чен к входу программируемого одновиб- ратора 19. Второй выход блока 18 сравнения временных интервалов соединен с вторым входом переключателя 1 6. Выход программируемого одновибра- тора 19 подключен к установочному входу реверсивного счетчика 12. Информационные входы блока 18 сравнения временных интервалов соединены через информа ционную шину с задающим уст- ройством 6. Кроме того, электропривод содержит второй программируемый усилитель 20 частоты, преобразователь 2 код - напряжение. Выход программируемого одновибратора 19 соединен с вторым входом первого программируемого делителя 5 частоты, третьим входом переключателя 16 и первым входом блока 18 сравнения временных интервалов, второй вход которого ОбъеДИ-

нен с ВХОДОМ второго формирователя 15 коротких импульсов и выходом второго программируемого делителя 20 частоты. Вход второго программируемого делителя 20 частоты соединен с выхо- дом датчика 3 скорости. Информационные входы программируемого одновибратора 19, преобразователя 21 код - напряжение, второго программируемого делителя 20 частоты через информаци- онную гаину подключены к задающему устройству 6, третий вход 22 блока 18 сравнения временных интервалов подключен к выходу первого формирователя 7 коротких импульсов, а третий выход - к входу готовности задающего устройства 6, Четвертый вход переключателя 16 соединен с входом 23 Пуск и через информационную шину - с устройст-юм 6, Иятий вход переключателя 16 соединен с первым входом программируемого одновибратора 19с Выход преобразователя 21 код - напряжения подключен к второму входу усилителя 2 мощности.

Блок 18 сравнения временных интервалов содержит узел 24 формирования добг-вок, узел 25 вьщеления модул и знака, преобразователь 26 модуль - код и уяел 27 готовности. Информационные входы узла 24 формирования добавок и узла 25 выделения модуля и знака и информационные выходы преобразователя 26 модуль - код через информационную шину соединены с задающим устройством 6. Первый вход блока 18 сравнения временных интервалов подключен к первому входу преобразователя 26 модуль - код и первому входу узла 27 готовности. Второй вхо блока 18 сравнения временных интервалов соединен с входом узла 25 выделения модуля и знака. Третий вход 22 блока 18 сравнения временных интервалов подключен к второму входу узла 27 готовности. Третий вход узла 2 готовности соединен с нторым входом узла 25 вьщеления модуля и знака и вторым входом 28 преобразователя 26 модуль - код. Выход 17 узла 25 выделения модуля и знака является первым выходом блока 18 сравнения временных интервалов о Выход узла 24 формирования добавок является вторым выходом блока 18 сравнения временных интервалов, а выход узла 27 готовности - третьим его выходом.

В качестве задающего устройства 6 может быть использован микропроцессор с пультом управления,

Электропривод постоянного тока работает следующим образом.

В зависимости от заданной скорости задающее устройство 26 рассчитывает код периода частоты импульсов задания по формуле

k-ki-f3

NTj-,

где k , INT -- - коэффициент деления частоты импульсов обратной связи, необход имьй для рас- Р1ире 1ия диапазона регулирования частоты пращения двигаk p

1. 2

15

5151531

ткля, учитывающий скорость задания Vj , минимальное значение частоты фазового дискриминатора f из условия допустимой пульсации частоты вращения двигателя;to

постоянный коэффициент, учитывающий диаметр ведущего ролика лентопротяжного механизма d р, передаточное число редуктора i, число меток Z импульсного датчика скорости; INT - функция выделения

целой части выражения;f - эталонная частота

задающего генератора 4,

Рассчитанный код NT передается по нформационной шине на информационые входы первого програмт-труемого елителя частоты (ПДЧ) 5 и узла 25 ормирования модуля и знака (УФЮ) 25 фиг. 1). Затем рассчитывается код ременного интервала N f для програмируемого одновибратора 19 по формуе

20

25

30

1

н

пу он ны

п хр ст

в на ми

ющ ни ра

NC.NT,- fb.fj ,

и fYi

где NTj - код периода частоты импульсов задания;

и - амплитуда напряжения, под2f

40

Z k.

водимого к двигателю 1; - постоянный коэффициент,

учитывающий число меток z датчика скорости, козффици- д5 ент передачи двигателя kn, и передается по информационной шине на информационные входы программируемого одновибратора 19.

Код амплитуды рабочего импульса апряжения NU определяется по фор

уле

50

NU.

i INT(CeU),-b/lUH), (3) 55

где п. - число разрядов цифроаналого- вого преобразователя (ЦАП) входящего в состав преобра15

51531

to

о5 20

25

30

35

40

- д5 н50

55

код - напряжение

L С. ы. 6

яователя 21 (ПЮ1) 21;

максимальное напряжение на выходе ЦАП;

желаемая скважность в диапазоне 0,5-0,75; конструктивный коэффициент двигателя;

заданная частота вращения двигателя;

UH - падение напряжения в якорной цепи двигателя при номинальном режиме работы; 1

INT - функция выделения целой части

выражения.

Код амплитуды рабочего импульса напряжения NU передается по инфор- ционной шине на информационные входы ПКН 21.

Коэффициент деления k , частоты импульсов обратной связи по информационной шине передается на информационные входы второго ПДЧ 21.

Все необходимые расчеты могут быть произведены предварительно на ЭВМ и храниться в памяти задающего устройства 6.

Задающее устройство 6 переводится в состояние ожидания внутренними сигналами и включается в работу сигналами внешних устройств.

Конкретные случаи установки задающего устройства 6 в состояние ожидания и перевод в состояние готовности рассматриваются ниже.

Задающее устройство 6 посредством информационной шины подает на вход переключателя 16 сигнал 23 Пуск, при этом двигатель 1 через усилитель мощности 2 подключается к питающему напряжению и разгоняется до заданной частоты вращения, а задающее устройство 6 переводится в состояние ожидания.

После пуска в блоке 18 сравнения временных интервалов с помощью УФМЗ 25 происходит сравнение периодов частот задания Тз и обратной связи Т По выходу 17 УФМЗ 25 выдает сигнал логической единицы при и логического нуля при . В момент первого перехода сигнала 17 из логической единицы к логическому ну;гю, что свидетельствует о достижении двигателем заданного значения частоты вращения, осуществляется запуск программируемого одновибратора 19, который формирует заданную выдержку времени.

715

необходимую для погашения нзбытка энергии, накопленной при интенсивном разгоне двигателя.

По окончании выдержки времени С сигналом с выхода программируемого од новибратора 19 с помощью переключателя 16 снимается блокировка по выходу фазового дискриминатора с выхода инвертора 11 и производится синхронизация фазового дискриминатора сигналом, поступающим на установочный вход С реверсивного счетчика 12. При этом сигналом логической единицы с выхода QJ реверсивного счетчика 12 через инвертор 11, переключатель 16 и усилитель мощности 2 двигатель 1 подключается к питающему напряжению.

Одновременно сигналом с выхода

т

программируемого одновибратора 19 раз решается формирование импульсов зада- ния на выходе первого ПДЧ 5, работа преобразователя 26 модуль - код, снимается блокировка по выходу сигнала готовности с узла 27 готовности.

На этом процесс разгона двигателя до заданной частоты вращения заверщен С помощью фазового дискриминатора двигатель работает в режиме стабилизации частоты вращения с пропорциональ- ным управлением среднего напряжения питания в функции угла рассогласования между импульсами задания и обратной связи.

С помощью 25 в процессе разгона двигателя вырабатываются сигналы модуля /Ли)/ (выход 28) и знака SIGN (Дш) (выход 17) ошибки по скорости Однако величина ошибки по скорости не влияет на переходный процесс пуска двигателя вследствие запрещения работы преобразователя 26 модуль - код. Знак ошибки по скорости не поступает по информационной шине в задающее устройство 6, последнее по-прежнему нахо дится в состоянии ожидания.

Коррекция сигнала управления фазового дискриминатора в установившемся режиме работы электропривода постоянного тока осуществляется с помощью блока 18 сравнения временных интервалов с

В режиме стабилизации частоты вращения двигателя УФМЗ 25 также сравнивает периоды частоты импульсов об- ратной связи и задания, формирует на выходе 28 величину ошибки по скорости /4w/ Toc-Ti и на выходе 17 - знак этой ошибки SIGN(uui). По окончании

5

10

35

-, 25

. зо

Q -д

Q

R

импульса ошибки по скорости узлом 27 готовности вырабатынается сигнал, который переводит задающее устройство 6 в состояние готовности. С помощью преобразователя 26 модуль - код величина ошибки по Скорости преобразуется в код.

После установки в состояние готовности задающее устройство 6 по информационной шине производит прием кода ошибки по скорости Ы(ла)) из преобразователя 26 модуль - код. Затем по информационной шине производится прием знака ошибки по скорости SIGN(4w), который анализируется задающим устройством.

Папример, на первом интервале (фиг. 2). знак ошибки отри- цательньй, что соответствует повышению частоты вращения двигателя относительно заданного значения. Пеобхо- димо уменьшить частоту вращения двигателя. Это производится следующим образом. Код Ошибки по скорости N/Лы/ умножается на постоянный коэффициент Ъ, и полученный код добавки )/ сохраняется в задающем устройстве 6, которое устанавливается в состояние ожидания до прихода импульса задания в начале следующего такта работы фазового дискриминатора. С приходом импульса задания через узел 27 готовности зада- ьлдее устройство 6 устанавливается в состояние готовности и передает по информационной шине код добавки в узел 24 формирования добавок, который преобразует код в интервал времени добавки, и посредством переключателя 16 задерживается поступление рабочего импульса напряжения фазового дискриминатора на вход усилителя 2 мощности на время добавки, вследствие чего частота вращения двигателя уменьшается до заданного значения.

Аналогично вводится коррекция в следующем такте работы фазового дис- кримлиатора (фиг. 2). При отсутствии рассогласования, когда Tcp-Tj 0, рабочий импульс сигнала управления, формирусмьм фазовым дискриминатором, без коррекции проходит через переключатель 16 на вход усилителя 2 мощности (четвертый такт),

Б пятом такте диаграммы (фиг„ 2) TQJ,-Т 1, 0, при этом частота вращения двигателя меньше заданной и необходимо увеличить ее. По окончании

импульса добавки задающее устройство устанавливается в состояние готовности, производит прием кода N/aw/ из преобразователя 26 модуль - код - по информационной шине, прием знака SIGN(4w) по выходу 17 из УФМЗ 21, код N(/30)) умножается на постоянный коэффициент, и полученный код добавки по информационной шине по- ступает на вход узла 24 формирования добавок, где преобразуется во временной интервал добавки, и посредством переключателя 16 увеличивается на время добавки рабочий импульс сигна- ла управления на выходе фазового дискриминатора.

Таким образом, корректирующее действие добавок проявляется при неравенстве периодов частот импульсов обратной связи и задания.

Электропривод обеспечивает повышение быстродействия в пусковых режимах во всем диапазоне регулирования частот вращения электродвигателя, по зволяет увеличить долю полезно используемой пленки для записи информации, что ведет к экономии пленки с записью одного и того же объема информации ,

В синхронном режиме работы электропривод осуществляет стабилизацию частоты вращения с пропорциона чьныи управлением средним напряжением питания двигателя в функции угла рассо- гласовання между импульсами задания и импульсами обратной связи (грубый канал). При этом введение коррекции в сигнал управления в функ11 и рассогласования мгновенного значения частоты врашения двигателя от заданного значен11я позволяет повысить динамическую точность устройства в 15- 20 раз.

Формула изобретения

1 о Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу усилителя мощное- ти, датчик скорости, задающий генератор, выходом соединенный с входом программируемого делителя частоты, информационные входы которого через информационную шину соединены с зада- ющим устройством, выход - через первый формирователь коротких импульсов соединен с первым входом первого логического элемента И-НЕ, второй вход

которого со дингч с выходом второго логического элемента И-НЕ, входы которого подключены jc выходам первого второго инверторов, входами подключеных к соответствующим вьпсодам реверсивного счетчика и входам третьего логического элемента И-НЕ, выходом соединенного с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя коротких импульсов, выход четвертого логического элемента И-НЕ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом Первого логического элемента И-НЕ, выход второго инвертора через переключатель соединен с входом усилителя мощности, первьй выход блока сравнения временных интервалов подключен к входу программируемого од- новибратора, а второй выход - к второму входу переключателя, выход программируемого одновибратора подключен к установочному входу реверсивного счетчика, информационные входы блока сравнения временных интервалов соединены через информационную шину с за- паюпим устройством, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьппе- ним динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, в него дополнительно введены второй программируемый делитель частоты, преобразователь код - напряжение, а усилитель мощности, переключатель и программируемый одновибратор снабжены дополнительными входами, выход программируемого одновибратора соединен с вторым входом первого программируемого делителя частоты, третьим входом переключателя и первым входом блока сравнения временных интервалов, второй вход которого объединен с входом второго формирователя коротких импульсов и выходом второго программируемого делителя частоты, входом соединенного с выходом датчика скорости, информационные входы программируемого одновибратора, преобразователя код - напряжение, второго прюграммируемого делителя часто- I ты через информационную шину подклю- Iчены к задающему устройству, третий 1 вход блока сравнения временных интервалов подключен к выходу первого фор

мирователя коротких иьтульсов, а третий выход - к входу готовности зада- кжцего устройства, четвертый вход переключателя подключен к входу Пус к и через информационную шину соединен с задающим устройством, пятый вход переключателя соединен с первым входом программируемого одновибратора, выход преобразователя код - напряжение подключен к второму входу усилителя мощности.

2, Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что блок сравнения временных интервалов содержит узел формирования добавок, узел вьщеления модуля и знака, преобразователь модуль - код и узел готовности, при этом информационные входы узла формирования добавок и узла выделения модуля и знака и информационные выходы преобразователя модуль - код

1

5 531112

через информационную шину СОРДИНРМЫ с задающим устройством, первый вход блока сравнения временных интервалов подключен к первому входу преобразователя модуль - код и первому входу узла готовности, второй вход блока сравнения временных интервалов соединен с входом узла выделения модуля и

Q знака, третий вход блока сравнения временных интервалов подключен к второму входу узла готовности, третий вход узла готовности соединен с вторым входом узла выделения модуля и

15 знака и вторым входом преобразователя модуль - код, выход узла выделения модуля и знака является первым выходам блока сравнения временных интервалов, выход узла формирования доба20 вок является вторым выходом блока

сравнения временных интервалов, в выход узла готовности - третьим его выходом.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе для стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в устройствах записи и считывания информации. Целью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока. В электроприводе с помощью программируемого одновибратора формируется заданная выдержка времени, необходимая для погашения избытка энергии, накопленной при интенсивном разгоне двигателя. Коррекция сигнала управления в установившемся режиме работы осуществляется с помощью блока сравнения временных интервалов при неравенстве периодов частот импульсов обратной связи и задания, что позволяет повысить динамическую точность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1LJ