Устройство для регулирования скорости электропривода Советский патент 1990 года по МПК G05B11/26 

Изобретение относится к управляемым системам автоматического регулирования скорости и фазы вращения вала электропривода, построенным на основе замыкания системы но разности фаз сравниваемых частотных сигналов, и может быть использовано в прецизионных устройствах для записи и воспроизведения информации, в частности в фоторегистраторах. Для нормальной работы этих устройств требуется точное регулирование скорости и текущего значения угла (фазы) вращающегося вала механизма.

Цель изобретения - повышение быст-, родействия и точности устройства i для регулирования скорости электропривода.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования скорости; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый 2, второй 3 и тре- тий 4 делители частоты, блок 5 сравнения, силовой преобразователь 6, ис- полнительный двигатель 7, датчик 8 скорости, первый формирователь 9 импульсов, первый элемент ИЛИ 10, пер- вый элемент 11 задержки, первый триггер 12, блок 13 расширения импульсов, второй формирователь 14 импульсов, преобразователь 15 временной интервал сравнения - код, сумматор 16 кодов, блок 17 задания скорости, второй 18, третий 19 и четвертый 20 триггеры, элемент И 21, второй элемент ИЛИ 22 и второй 23 и третий 24 элементы задержки.

Устройство работает следующим образом.

Блок 17 задания скорости представляет собой ручное или автоматическое устройство, выдающее n-разрядный дво ичный код в форме электрических сигналов высокого и низкого уровней. В простейшем случае это кнопочный на борник кода, при автоматическом зада- нии кода - программо-задающее устройство или ЭКМ. Код И3 с блока 17 задания скорости, соответствующий требуемому значению скорости, поступает на управляющие входы второго 3 и третьего 4 делителей частоты и на вход сумматора 16 кодов. В соответствии с кодом Мэ в делителях 3 и 4 частоты устанавливаются требуемые значе

Q Q

Q

5

ния коэффициентов деления N 9 и N соответственно.

В первом делителе 2 частоты коэффициент деления М устанавливается значением кода М,, выдаваемым сумматором 16 кодов. Управляемые делители 2-4 частоты могут быть выполнены как по традиционной схеме, в которой реверсивный счетчик типа СТ2-ИЕ7 охвачен обратной связью, например, с выхода на вход С, так и с ис- пользованием счетчиков СТ2-ИЕ8.

Корректированная кодом М э эталон,.1 с

нал частота t,nt где - частота

э кварцевого генератора 1 импульсов,

поступает на первый вход логического блока 5 сравнения.

Сигнал с датчика 8 скорости с числом 2 импульсов на оборот имеет частоту fp fe +20.3/2, пропорциональную скорости вращения вала двигателя 9.Э 1 о частота возбуждения датчика скорости. Импульсный сигнал частоты fp с выхода первого формирователя 9 поступает на вход элемента 11 задерж- . ки и цифровое корректирующее устройство (н а фиг. 1 ограничено пунктирной линией), включающее третий делитель 4 частоты, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 расширения импульсов ; и второй формирователь 14 импульсов, которое преобразует частоту fpB новую последовательность импульоов f р, сдвинутых по отношению fp по фазе, и выдает ее на вход третьего триггера 19 и на второй вход блока 5 сравнения. Корректирующее устройство, как и в непрерывных системах, предназначено для обеспечения устойчивой работы устройства для регулирования скорости и придания ему желаемых динамических качеств Работа корректирующего устройства заключается в выявлении отклонения периода частоты fp от эталонного периода частоты f9 и в расширении полученного отклонения (импульса) в необходимое число Крраз, определяемое из условия устойчивости системы.

Получение временного интервала, содержащего информацию об отклонении скорости, получают «а триггер 12 путем вычитания из периода частоты tpt периодов частоты гк, выдаваемых третьим делителем 4 частоты. Коэффициент деления которого N связан с коэффициентом второго делителя 3 частоты N5 соотноыеннем

. гц 2КР 5

где К р- коэффициент расширения блока 13 расширения импульсов..

Изменение М во всем диапазоне изменения рабочих скоростей происходит синхронно с N в соответствии с ко- ю дом М5 блока 17 задания скорости.

В качестве частотного датчика 9 могут быть использованы бесконтактные сельсины или многополюсные вращающие- ся трансформаторы в режиме фазовраща-15 телей с частотой f0 заиитки синусно- косинусных обмоток, например такие как ДУ-100 с . Формирователь 9 импульсов усиливает периодический

щих работу предлагаемого устройства (фиг. 2в) , видим, что относительная длительность широтно-импульсного сигнала возрастает с увеличением момента нагрузки И Ј на валу исполнительного двигателя. Причем в переходном режиме работы устройства имеют место ошибки как по скорости uf, так и по углу &ЧЧйН) (фазе). В установившемся режиме ошибка по скорости , а ошибка по углу (фазе) йЈ равна приращению фазового сдвига между частотами.

С целью повышения точности стабилизации скорости и угла (фазы) вращения вала электродвигателя при внешних задающем и возмущающем воздействиях в устройство для регулирования

Изобретение относится к управляемым системам регулирования скорости электропривода. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности устройства. Цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости, содержащее генератор 1 импульсов, первый, второй и третий делители частоты 2,3 и 4, элемент ИЛИ 10, первый элемент задержки 11, первый триггер 12, блок 13 расширения импульсов, первый и второй формирователи импульсов 9 и 14, блок 17 задания скорости, сумматор 16 кодов, преобразователь 15 временной интервал сравнения-код, блок 5 сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости подключен к входу первого формирователя импульсов 9, введены второй, третий и четвертый триггеры 18,19 и 20, элемент И 21, второй и третий элементы задержки 23 и 24, второй элемент ИЛИ 22, выход которого подключен к первому входу преобразователя 15 временной интервал сравнения-код, вход второго триггера 18 подключен к первому выходу второго делителя 3 частоты, а выход соединен с первыми входами элемента И 21. Введение новых элементов и связей позволяет повысить точность электропривода в области низких скоростей вращения его вала. 2 ил.

аналоговый сигнал с датчика 8 скорое- 20 скорости введены второй 18, третий

ти и преобразует его в импульсный сигнал частоты и обычно состоит из операционного усилителя и компаратора.

Логический блок 5 сравнения производит сравнение частотных сигналов fl и fp , поступающих на его входы, и по результатам этого сравнения формирует широтно-импульсный сигнал ft ,. который поступает на вход силового преобразователя 6.

На фиг. 2а представлен рациональный алгоритм работы блока 5 пропорционального типа в виде направленного графа, обеспечивающего нормальную -,,- соединены с входами сброса этих триг-

работу устройства при всех возможных комбинациях частот на его входах . при разгоне, торможении в устано- вившемся режиме, когда .

Например, при пуске двигателя есть fj, и нет f р , блок 5 переходит в состояние Ь, идет разгон, редко появляются fp, происходит кратковременный переход из Ь,- .

геров, образуют фазовый дискриминатор, который измеряет разность фаз между входными сигналами в соответствии с выражением 40 (i9-fi)dt.

Причем, если первым приходит импульс частоты fз, а вторым f то fj-fpTO-и первым срабатывает триггер 18, а затем и триггер 19, в моДвигатель разгоняется, приходят под- д мент срабатывания обоих триггеров на ряд два импульса fр, при этом блок 5

выходе элемента И 21 появляется сигнал, который устанавливает оба триггера в исходное нулевое состояние. Таким образом, на выходе триггера 18 50 появляется импортно-импульсный сигпереходит из Ь,,

bt . Установиввыходе элемента И 21 появляется сигнал, который устанавливает оба триггера в исходное нулевое состояние. Таким образом, на выходе триггера 18 50 появляется импортно-импульсный сигнал + Ј, длительность которого равна

шейся режим, когда импульсы , имеют место переходы Ь,- .). и т.д.

При фазовом рассогласовании, большем периода частоты э, блок 5 зани-фазовому сдвигу частот f3 и fp мает два крайних состояния Ьэ или Ь.В другом случае, когда Ј;,, то,

Силоной преобразователь 6 произво-очевидно, сигнал -у появится теперь

дит усиление широтно-импульсного сиг- выходе триггера 19, При f3-fp 0

нала V1, посту плюще го с выхода бло-сигнал 0. В соответствии со знаком

ка 5, и подает ei о на якорную обмот-фазового сдвига, определяемого двигателя 7. 1И сравнительного,-i ,,

rn U, четвертып триггер 20, выполанализа временных диаграмм, поясняю-Р

19 и четвертый 20 триггеры, элемент И 21, второй элемент ДЛИ 22 и второй 23 и третий 24 элементы задержки, которые в совокупности с преобразователем 15 временной интервал - код, сумматором 16 кодов и первым делителем 2 частоты образуют в предлагаемом устройстве дополнительных контур системы управления электроприводом 7. Работа дополнительного контура происходит следующим образом.

Второй 18 и третий 19 триггеры, выходы которых через элемент И 21

геров, образуют фазовый дискриминатор, который измеряет разность фаз между входными сигналами в соответствии с выражением (i9-fi)dt.

Причем, если первым приходит импульс частоты fз, а вторым f то fj-fpTO-и первым срабатывает триггер 18, а затем и триггер 19, в момент срабатывания обоих триггеров на

выходе элемента И 21 появляется сигнал, который устанавливает оба триггера в исходное нулевое состояние. Таким образом, на выходе триггера 18 появляется импортно-импульсный сигнал + Ј, длительность которого равна

фазовому сдвигу частот f3 и fp В другом случае, когда Ј;,, то,

н ;югщй функцию знакового преобразова- теля, сигналами с выходов триггеров 18-19 через элементы 23-24 задержки устанавливается в единичное или нулевое состояние. Здесь элементы 23-24 выполняют роль фильтров, не пропуская короткие импульсы. Эти элементы задержки выполняются довольно просто с помощью элемента И и нечетного чис- ла инверторов, суммарное время срабатывания которых больше в 2-2,5 раза чем время срабатывания триггера 18 или 19. Широтно-имиульсные сигналы +$ или -$ через второй элемент ИЛИ 22 поступают на первый вход преобразователя 15 временной интервал - код.

В качестве генератора частоты за- полнения использован- второй делитель 3 частоты, первый выход которого вы- дает на вход второго триггера 18 эталонную частоту

f -t +Mii

э Г°

а с его второго выхода поступает на второй вход преобразователя 15 временной интервал - код частота заполнения

fiait ,

где ,f0 - частоты генератора 1 им- пульсов и возбуждения датчика 8 скорости соответственно ;

п - число управляемых входов делителя частоты, равное числу разрядов Мэ; N ц - коэффициент деления неуправляемой части делителя .

Частоту Јзс,п выбирают, исходя из следующих соображений. Угловая ошибка

41) М2

поворота вала двигателя AT ff;r- не зависит от скорости его вращения и .1, й ДЧ сг - учитывая, что

V UT/T3, 1де Тэ - период эталонной частоты, ю угловой ошибке ДЧ7 можно поставить в соответствие временной интервал М, который и поступает на вход преобразователя 15,

В преобразователе 15 временной интервал ДТ преобразуется в код угловой ошибки faofi

Учитывая, что при «Ми период эталонной частоты Тэ «sT0-1/f0 и, что в установившемся состоянии гдпТэ Н9, то можно записать, что

f зап с

,

Q

5

„

5

55

Некоторая погрешность в воспроизведении кода ошибки, вследствие принятых допущений, не существенна, так как она проявляется только в изменении коэффициента передачи К Пп преобразователя 15. Причем эта погрешность проявляется только в области высоких скоростей вращения двигателя и редко превышает более 5%, что соизмеримо с пределами изменения коэффициента передачи электродвигателя вследствие нелинейной зависимости его электромеханических характеристик. В области средних и низких скоростей эта погрешность составляет десятые и даже сотые доли процента, что особенно важно, так как в этих режимах работы устройства наиболее трудно обеспечить требуемую точно.сть.

Полученный в преобразователе 15 код йМ ошибки поступает на вход сумматора 16 кодов, где с учетом знака суммируется или вычитается с кодом Мэ скорости.

Сформированный таким образом код поступает на управляющие входы первого делителя частоты, изменяя его коэффициент деления, а следовательно, и эталонную частоту Ј3- гд:Ј&гэ. Очевидно, что в установившемся режиме имеют место соотношения .

Формула изобретения

Устройство для регулирования скорости электропривода, содержащее генератор импульсов, первый, второй и 1 третий делители частоты, первый элемент ШШ, пе рвый элемент задержки, первый триггер, блок расширения импульсов, первый, второй формирователи импульсов, блок задания скорости, сумматор кодов, преобразователь временной интервал - код, блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь, исполнительный двигатель и датчик скорости подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого соединен с входом сброса третьего делителя частоты, с первым входом первого элемента ИЛИ и через первый элемент задержки - с входом сброса первого триггера, подключенного выходом через последовательно соединенные блок расширения импульсов и второй формирователь импульсов к первому входу блока сравнения, второй 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 первого элемента ИЛИ, подключенного выходом к информационному входу первого тригге- Q pa, выход преобразователя временной интервал - код соединен с первым входом сумматора кодов, второй вход которого подключен к выходу блока задания скорости и к управляющим входам щ второго и третьего делителей частоты, причем управляющий вход первого делителя частоты соединен с выходом сумматора кодов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстро- 20 действия и точности устройства, введены второй, третий и четвертый триггеры, элемент И, второй и третий элементы задержки и второй элемент ШЩ выход которого подключен к управляю- 25

-7-Г

Составитель Г.Нефедова Редактор М.Недолуженко Техред Л.Олийнык Корректор О.Дипле

Заказ 217

Тираж 650

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

щему входу преобразователя временной интервал - код, информационный вход второго триггера подключен к первому выходу второго делителя частоты, выход второго триггера соединен с первыми входами элемента И, второго элемента ИЛИ и через второй элемент задержки - с информационным входом четвертого триггера, причем выход элемента И соединен с входами сброса второго триггера и третьего триггера, вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, а выход соединен с вторыми входами элемента И, второго элемента ИЛИ и через третий элемент задержки - с входом сброса четвертого триггера, подключенного выходом к третьему входу суммато-, ра кодов, причем информационный вход преобразователя временной интервал - код подключен к второму выходу второго делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов.

Фие.2

Подписное