Устройство стабилизации частоты вращения вала Советский патент 1991 года по МПК G11B15/43 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к электронным систкмвм стабилизации частот вращения ведущего вала лентопротяжного механизма аппаратов магнитной записи.

Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты враще- ния вала в широкой полосе частот возмущений и уменьшение акустических шумов.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг 2 - принципиальная схема выполнения устройства; на фиг, 3 - эпюры электрических напряжений на элементах схемы; на фиг, 4 - схема с амплитудным управлением пьезоэлектрического двигателя; на фиг 5 - схема с частотным управлением пьезоэлектрического двигателя.

Устройство (фиг. 1) содержит электрический двигатель 1 с валом 2 и датчиком 3 частоты вращения. Последний соединен с формирователем 4 прямоугольных импульсов, выход которого подключен к частотному детектору 5, а его выход соединен со схемой 6 управления частотой вращения электрического двигателя.

Частотный детектор 5 содержит синхронизирующий формирователь 7 эталонных импульсов, соединенный с первым входом 8 схемы 9 вычитания, второй вход 10 которой соединен с выходом формирователя 4 импульсов, а выход 11 через однополупериод- ный выпрямитель (вентиль) 12 подключен к

О

N

1ч Ю

RC-цепи, содержащей зарядный резистор 13 и запоминающий конденсатор 14.

Последний подключен параллельно выходу частотного детектора 5. Параллельно конденсатору 14 включен управляемый ключ 15, вход 16 управления которого соединен со схемой 17 формирования разрядного импульса.

Электрической двигатель 1 может быть двигателем постоянного тока либо пьезоэлектрическим двигателем. На валу 2 двигателя закреплено колесо датчика 3 с магнитными метками, а чувствительным элементом является магнитная головка (МГ). соединенная с формирователем 4 импульсов, представляющим собой ограничитель на операционном усилителе (ОУ 2). Формирователь 4 формирует прямоугольные импульсы 18 напряжения (фиг, 3), частота которых пропорциональна частоте вращения вала 2, а длительность равна Тс. Абсолютное значение частоты сигнала датчика зависит от диаметра магнитного диска и применяемого магнитного материала. Практически она может быть в 100-500 раз выше частоты вращения вала 2.

Синхронизированный формирователь 7 эталонных импульсов состоит из дифференцирующей RsC2-4enn (фиг. 2) и одновибра- тора АС2, АСЗ, С1. Дифференцирующая цепь (РвС2) выделяет импульсы 19 (фиг. 3) соответствующие переднему фронту импульсов 18. Эти импульсы запускают одно- аибратор, вырабатывающий эталонные импульсы 20 со строго постоянной длительностью Тэ, несколько большей длительности Тс при номинальной частоте вращения вала 2.

Выход формирователя 7 соединен с первым входом 8 схемы 9 вычитания, второй вход которой 10 соединен с формирователем 4. Схемой 9 вычитания служит логическая схема ИЛИ-НЕ (ЛС1).

При совпадении нулей серии импульсов 18 и 20 схема 9 вырабатывает серию зарядных импульсов 21 с длительностью Тзар. Совпадение нулей происходит в том случае, если Тс становится меньше Тзар, т.е. при достижении валом 2 номинального значения частоты вращения.

Длительность зарядного импульса Тзар равна разности длительностей эталонного импульса Тэ и импульса скорости Тс.

Выход 11 схемы 9 соединен через вентиль 12 с зарядной RC-цепью, постоянная времени которой выбрана много меньше длительности эталонного импульса Тэ. Запоминающий конденсатор 14 соединен с выходом частотного детектора 5. Параллельно этому конденсатору включен управляемый ключ 15, выполненный на транзисторе, база которого соединена с входом 16 управления, который подсоединен к схеме 17 формирования разрядного импульса 22

(фиг. 3).

Схема 17 формирования разрядного импульса содержит дифференциальную R4C3- цепь и усилитель АС4, формирующие короткий разрядный импульс 22 по заднему

фронту импульсов скорости.

Выход частотного детектора 5 подключен к схеме 6 управления частотой вращения двигателя 1, выполненного на мощном операционном усилителе.

В начальный момент времени конденсатор 14 разряжен и схема 6 подает на двигатель 1 все напряжение источника питания. Вал 2 двигателя 1 начинает раскручиваться. При этом датчик 3 и схема начинают вырабатывать импульсы скорости 18, длительность которых Тс постепенно уменьшается. При достижении номинальной частоты вращения длительность импульсов скорости Тс становится равной длительности эталонных

импульсов Тэ, а затем несколько меньшей их, что приводит к появлению зарядных им- пульсов Тзар. заряжающих конденсатор 14 через резистор 13. Поскольку постоянная времени этой цепи выбрана малой, то процесс зарядки конденсатора происходит за время гораздо меньшее Тэ. При этом уровень напряжения Uynp, до которого заряжается конденсатор 14, определяется длительностью зарядного импульса Тзар,

т.е. фактически длительностью Тс или частотой вращения вала 1.

Одновременно с передним фронтом зарядного импульса ла управляющий вход 16 ключа 15 приходит короткий разрядный импульс 22, з результате чего ключ 15 предварительно разряжает конденсатор 14 до нуля.

Процесс зарядки конденсатора 14 ха-° рактеризуется эпюрой 23 (фиг, 3). Это процесс происходит каждый период следования импульсов скорости, причем конденсатор 14 запоминает новое значение напряжения управления Uynp, соответствующее новому значению частоты вращения

вала 2. На эпюре 22 пунктиром показаны значения изменения управляющего напряжения Uynp без сдвига картины во времени, Напряжение управления Uynp поступает на вход схемы 6 управления частотой

вращения двигателя 1, уменьшая электрическое напряжение на нем, в результате чего частота вращения вала 2 уменьшается. Это приводит к уменьшению длительности импульсов скорости Тс. Привод входит в режим стабилизации частоты вращения вала 2. При

этом, так как время заряда запоминающего конденсатора 14 весьма мало по сраанеиию с длительностью Тэ и, следовательно, с длительностью Тс е режиме номинальной частоты вращения, то сглаживающий фильтр в таком частотном детекторе не требуется или его постоянная может быть достаточно малой величины.

Предлагаемое устройство представляет собой статическую систему авторегулироэа ния, максимальный коэффициент стабилизации которой определяется отношением двух первых постоянных времени системы: первая постоянная времени являэтся постоянной времени электрического двигателя, вторая - постоянная времени сглаживающего фильтра частотного детектора. Уменьшение постоянной времён частотного детектора позволяет пропорщ оьглько увеличить коэффициент усиления системы, а следовательно, и коэффициент стабилизации привода до частоты, определяемой второй постоянной времени.

В предлагаемом устройстве постоянная времени фильтра частотного детектора ряв- на периоду следования импульсов скорости.

Для уменьшения массы и габаритов в качестве электрического двигателя может быть использован пьезоэлектрический дви- гатель. Применение такого двигателя уменьшает первую постоянную системы, что приводит к необходимости уменьшения общего коэффициента усиления по цепи обратной связи. Однако, так как начальная стабильность работы пьезоэлектрических двигателей в диапазоне частот возмущений выше, чем у обычных электромагнитных двигателей, то это позволяет получить аналогичные параметры по стабильности рзбо- ты устройства.

При этом схема управления частотой вращения может быть построена на основе использования амплитудього ре.лирова- ния {фиг. 4). Эта схема содержит автогене- ратор, собранный, например, на основе двух транзисторов Ti и Та, частота которого задается пьезоэлементом двигателя, а амплитуда выходного напряжения изменяется с помощью управляемого регулятора про- порционально управляющему напряжению

Uynp,

Кроме того, при применении пьезоэлектрического двигателя может быть использовано частотное регулирование (фиг, Е),Эта схема содержит управляемый напряжением генератор, (например, генератор на мосте Вина на базе одного операционного усилителя ОУЗ «усилитель-ограничитель ОУ4). Частотное регулирование использует частотную зависимость частоты вращения пьезоэлектрического двигателя от частоты возбуждающего напряжения.

Использование частотного регулирования позволяет уменьшить энергопотребление устройства, так как в этом случае отсутствуют потери на регулирующем каскаде, а регулирование производится путем согласования по частотной характеристике пьезоэлектрического двигателя. Практически при частотном регулировании энергопотребление может быть уменьшено на 50% по сравнению с амплитудным.

Формула изобретения

Устройство стабилизации частоты вращения вала, содержащее электрический двигатель с датчиком частоты вращения, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, схему управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности стабилизации частоты вращения вала и уменьшения акустического шума, в него дополнительно введены синхронизированный формирователь эта- олнных импульсов, схема вычитания, одно- полупериодчый выпрямитель, схема формирования разрядного импульса, управляемый ключ и RC-иепь, запоминающий конденсатор которой включен параллельно входу схемы управления, к которому подключены выходы управляемого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом схемы формирования разрядного импульса, вход которой объединен с вторым входом схемы вычитания и входом синхронизированного формирователя эталонных импульсов и подключен к выходу формирователя импульсов, выход синхронизированного формирователя эталонных импульсов соединен с первым входом схемы вычитания, выход которой через однополупериод- ный выпрямитель соединен с входом RC-цепи.

12 13

77

к

8

70

п

Изобретение относится к приборостроению и может бььь использовано в устройствах стабилизации частоты вращения ведущего вала лентопротяжных механизмов. Целью изобретения является увеличение стабильности частоты вращения в широкой полосе частот возмущений и уменьшение акустического шума. Для этого частотный детектор содержит синхронизированный формирователь эталонных импульсов, соединенный с одним входом схемы однозначного вычетания, другой вход которой соединен с выходом формирователя импульсов скорости, а выход через вентиль подключен к RC-цепи, а также запоминающий конденсатор, который включен параллельно выходу частотного детектора. Причем параллельно конденсатору подключен управляемый ключ, вход управления которого соединен со схемой формирования разрядного импульса. 5 ил. 4W Ё

Фие.1

Фие.2

3

1C

о

ь

Г

Фм.4

Редактор Н. Бобкова

Составитель С. Ботуэ Техред М.Мор ентал

Фиг. 6

Корректор Н. Ревская