Цифровой регулятор частоты вращения Советский патент 1990 года по МПК G05B11/26 

СП

ел ю

42

00

Изобретение относится к устройствам регулирования и может быть использовано для регулирования частоты вращения коленчатого вала двигателей привода передвижных электрических станций и электроагрегатов с переменной частотой вращения в функции нагрузки.

Цель изобретения - расширение области применения регулятора.

На фиг.1 представлена схема цифрового регулятора частоты вращения; на фиг,2 - эпюры сигналов на входах основных блоков регулятора (интервал времени - частота вращения, значительно меньше заданной, t ft 3 l частота вращения отличается от заданной на величину, меньшую допустимой погрешности, - частота вращения отличается на величину, значительно большую заданной); на фиг.З - за-. кон регулирования частоты вращения в функции нагрузки.

Регулятор содержит датчик 1 обратной связи, первую 2 и вторую 3 линии задержки, эадатчик 4 частоты вращения, реверсивный счетчик 5, эадатчик 6 точности регулирования, цифровой компаратор 7, первый 8 и второй 9 элементы Ив блок 10 формирования кодов управления исполнительным органом 11, первый 12 и второй 13 триггеры, третий элемент И 14, генератор 15 импульсов, четвертый 16 и пятый 17 элементы И, измерительный орган 18, пороговый блок 19, аналого-цифровой преобразователь 20, п€:рвый 21 и второй 22 коммутаторы и инвертор 23„

Регулятор работает следующим образом.

При пуске двигателя начинает раскручиваться коленчатый вал и датчик 1 выдает импульсы, интервалы между которыми определяют длительность цикла регулирования В момент появления первого импульса на выходе датчика 1 триггер 12 меняе.т свое состояние и на его Инверсном выходе сигнал исчезает и оказывается закрытым по первому входу элемент И 8. В результате импульсы с выхода генератора 15 не проходят на выход элемента И 8. Далее с некоторой задержкой появляется сигнал на выходе первой линии 2 задержки и происходит сброс счетчика 5. С поступлением импульса с выхода второй линии 3 задержки в счетчик 5 заносится код заданной частоты вра

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щения и проходит запуск счетчика. Одновременно меняют свое состояние триггеры 12 и 13 и на их инверсных выходах появляются сигналы,

При этом открываются элементы 8 и 9,и импульсы с выхода генератора 15 поступаю- на вход счетчика 5, который функционирует в режиме вычитания, На выходе счетчика 5 имеет место код разности числа импульсов, поступивших с выхода генератора I5 и от заданного числа оборотов.

Пусть нагрузка Р Рпор (фиг.З), частота вращения регулируемого двигателя меньше заданной (фиг.2), интервал времени (ц-Ц). В этом случае в процессе счета возникает ситуация, когда код разности на выходе счетчика 5 становится равным нулю и появляется сигнал на его втором выходе. При этом триггер 13 меняет свое состояние. Сигнал на инверсном выходе исчезает, закрывая элемент 9, а на прямом выходе появляется, открывая элемент И 14. В результате счетчик 5 переводится в режим сложения и код на его выходе начинает возрастать. Если код на выходе счетчика 5 становится больше кода допустимой нестабильности, который выдан задатчиком 6, то на выходе компаратора 7 появится сигнал. Этот сигнал подготавливает по первому входу элемент 17, который уже подготовлен по второму входу сигналом с прямого выхода триггера 13. При поступлении очередного импульса от датчика 1 на второй вход элемента 17, он открывается и на второй вход блока 10 формирования кодов управления проходит импульс. С второго выхода блока 10 выдается команда на исполнительный орган 11 для корректировки подачи топлива в сторону увеличения При этом исполнительный орган 11 (шаговый двигатель) отрабатывает один корректировочный импульс и перемещает рейку топливного насоса на один шаг. Если коррекции недостаточно, то при поступлении очередных импульсов с выхода датчика 1 процесс многократно повторяется до момента (фиг«2, интервал ), когда код разности на выходе счетчика 5 станет меньше кода допустимой нестабильности. В этом случае сигнал на выходе компаратора 7 исчезает и элементы 16 и 17 закрываются по первому входу. Сигналы на входе блока 10 не поступают и ка515

кой-либо коррекции подачи топлива исполнительным органом 11 не производится.

При увеличении частоты вращения за пределы заданной, интервалы между импульсами на выходе датчика 1 уменьшаются. Число импульсов с выхода элемента И 9 уменьшается. Сигнал на втором выходе счетчика 5 не появляется и счетчик 5 работает в режиме вычитания. Если превышение частоты вращения больше допустимой нестабильности, то к концу цикла код разности на выходе счетчика 5 остается большим кода допус имой нестабильности и на выходе компаратора 7 имеет место сигнал, подготавливающий элемент 16 по первому входу. По третьему - входу элемент 8 подготовлен сигналом с ин- версного выхода триггера 13. Поэтому при появлении очередного импульса на выходе датчика 1, который поступает на второй вход элемент 16, последний пропускает на первый вход блока 10, С первого выхода блока 10 выдается команда на первый вход исполнительного блока 11 для корректировки подачи топлива в сторону уменьшения. Исполнительный блок 1 переме- щает рейку топливного насоса на один шаг. Если такой корректировки недостаточно для того, чтобы частота вращения зошла в зону допуска, то коррекция повторяется до тех пор, пока код разности на выходе счетчика 5 в конце цикла измерения не станет меньше кода допустимой нестабильности.

При увеличении нагрузки на агрега- те происходит переключение устройств, подключенных к входам установки исходного состояния счетчика 5. Появляется сигнал на выходе порогового блока 19 (фиг.4), который поступает на управляющий вход первого коммутатора 21. Коммутатор 21 открывается, Одновременно сигнал поступает на вход инвертора 23, на выходе которого появляется низкий уровень, закрывающий второй коммутатор 22. В результате к счетчику подключается аналого-цифровой преобразователь 20, который выдает код заданной частоты вращения в

зависимости от нагрузки. Стабилизация частоты осуществляется как и в предыдущем случае (при Р Рпор).

Измерительный орган 18 может, например, содержать трансформаторы то

§ 0 5 о

Q к п

5

486

ка, переменный резистор и выпрямитель,

Переменный резистор служит для изменения наклона регуляторной характеристиками (фиг.З),

Датчик обратной связи устанавливается на валу топливного насоса и может быть выполнен в виде диска с отверстиями, через которые засвечивается фотодиод, подключенный в цепь формирователя импульсов. Частота следования импульсов прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого рала двигателя.

В качестве исполнительного органа возможно использование, например, шагового двигателя, управление которым осуществляется посредством известных схем,

Формула изобретен и я(

Цифровой регулятор частоты вращения, содержащий измерительный орган, датчик обратной связи, реверсивный счетчик, задатчик частоты вращения, исполнительный орган, генератор импульсов, выходом соединенный с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу первого RS-триггера, отличающийся тем, что, с це-- лью расширения области применения регулятора, введены четыре элемента И, второй RS-триггер, две линии задержку два коммутатора, аналого-цифровой преобразователь, пороговый блок, инвертор, задатчик точности регулирования, цифровой компаратор и блок формирования кодов управления, причем выход измерительного органа соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и входом порогового блока, выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора и входу инвертора, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены через первый коммутатр с информационными входами реверсивного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом второй линии задержки и R-входами первого и второго RS-триггеров, вход вычитания реверсивного счетчика подключен к выходу второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с входом сложения реверсивного счетчика, вход сброса которого подключен к выходу первой линии задержки и входу второй линии за

держки, выход переполнения реверсивного счетчика соединен с S-входом второго RS-триггера, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с первой группой входов цифрового компа- ратора, вторая группа входов которого подключена к соответствующим выходам задатчика точности регулирования, выход Больше цифрового компаратора соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены с S-входом первого RS-триггера и выходом датчика обратной связи, третий вход четвертого элемента И подключен к первому входу второго элемента И и инверсному выходу второго RS-триггера, третий вход пятого элемента И соединен с первым

входом третьего элемента И и прямым выходом второго RS-триггера, выход датчика обратной связи соединен с входом первой линии задержки, выход первого элемента И подключен к вторым входам второго и третьего элементов И, выходы задатчика.частоты вращения соединены через второй коммутатор с соответствующими информационными входами реверсивного счетчика, выход инвертора подключен к управляющему входу второго коммутатора, выходы четвертого и пятого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования кодов управления, выходы которого сое-1 динены с соответствующими входами исполнительного органа.

Изобретение относится к регулирующим устройствам и может быть использовано для регулировки частоты вращения в электроагрегатах с переменной частотой вращения. Изобретение обеспечивает расширение области применения регулятора путем возможности регулирования частоты вращения электроагрегата в функции нагрузки. Устройство содержит датчик обратной связи 1, линии задержки 2, 3, задатчики 4, 6, реверсивный счетчик 5, числовой компаратор 7, элементы И 8, 9, 16, 14, 17, блок 10 формирования кодов управления, исполнительный орган 11, триггеры 12, 13, генератор импульсов 15, измерительный орган 18, пороговое устройство 19, аналого-цифровой преобразователь 20, коммутаторы 21, 22 и инвертор 23. 3 ил.

QvtZ

Цктвта драный

%

04

W

&.J