Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК H02P5/06 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации скорости вращения электродвигателя в системах автоматического управления. Цель изобретения - повышение быстродействия. Устройство содержит дополнительно два счетчика импульсов 18 и 19, которые устанавливают преобразователь 17 КОД - ШИМ в состояние, соответствующее минимальной или максимальной скорости вращения двигателя 18 в зависимости от соотношения частот задания и вращения. В режиме стабилизации при сравнимых значениях требуемых и действительных частот счетчики не оказывают влияния на работу устройства. 2 ил.

Изобретение относится к электротехни ке и может Сыть испопьзовано для стабили зации частоты вращения электродвигателя в системах автоматического управления

Целью изобретения является повышение быстродействия

На фиг 1 приведена функционапьная схема предлагаемого устроисва на фиг 2 структурная схема преобразователя КОД ШИМ

Устройство содержит последов сильно соединенные задатчик 1 скорости и преоб- paJOoaтeль 2 задающего параметра в часто ту, генератор 3 эталонной частоты, импульсный датчик 4 скорости Первый выход генератора 3 эталонной частоты подключен к тактовым входам первого и второго счетчиков 5 б импульсов а второй выход - с делителем 7 частоты Первый ьы- ход делителя 7 частоты соединен с тактовы

ми входами первого и пторого суммлгую ших счетчиков 8 9, а второй выход с ыо- рым входом элемента 2ИМИ HF 10 первый вход которого соединен с вторим выходом компаратора 11

Первый выход компаратора 11 соеди нен с входом Выбор направления счета реверсивного счетчика 12 Первая и вторая группы входов компаратора 11 соединены соответственно с выходами первого и второго регистров 13 14 информзционнче входы которых подключены к выходам соот ветственно первого и второго суммирующих счетчиков 8,9, входы Сброс которых соединены с вторыми выходами соответственно первого и второго счетчиков импульсов 56 Входы Разрешение счета суммирую щих счетчиков 8,9 через инверторы 15 16 подключены к третьим выходам и входам Разрешение счета соответсгч ющи счет

мм%

о

|

1VI Ю

чиков 5,6, первые выходы каждого из которых соединены с соответствующими тактовыми входами регистров 13, 14, а входы Сброс счетчиков 5,6 подключены соответственно к выходам преобразователя 2 задающего параметра в частоту и импульсного датчика 4 скорости. Выход элемента 2ИЛИ- НЕ 10 соединен с тактовым входом реверсивного счетчика 12, информационные выходы которого подключены к информационным входам преобразователя 17 КОД- ШИМ, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, устройство содержит третий и четвертый счетчики импульсов 18,19 и третий инвертор 20. Преобразователь 17 КОД-ШИМ дополнительно снабжен двумя входами. Выход Перенос реверсивного счетчика 12 и его вход Разрешение счета соединены через третий инвертор 20. Такто- вый вход третьего счетчика 18 и вход Сброс четвертого счетчика 19 объединены и подключены к выходу импульсного датчика 4 скорости. Вход Сброс третьего счетчика 18 и тактовый вход четвертого счетчика 19 объединены и подключены к выходу преобразователя 2 задающего параметра в частоту. Первый вход преобразователя 17 КОД-ШИМ соединен с выходом и входом Разрешение счета третьего счетчика 18, второй вход преобразователя 17 КОД-ШИМ соединен с выходом и входом Разрешение счета четвертого счетчика 19, Преобразователь 17 КОД-ШИМ состоит из вычитающего счетчика 21, генератора 22 тактовых импульсов, элементов НЕ 23,24, элемента 2И 25, элементов 2ИЛИ 26,27, RS-триггера 28, элемента НЕ 29.

Устройство работает следующим образом.

На вход преобразователя 2 задающего параметра в частоту от задатчика 1 скорости поступает входной сигнал, равный или пропорциональный частоте вращения электродвигателя. Преобразователь 2 задающего параметра в частоту преобразует входной сигнал в непрерывную последовательность импульсов с частотой Рзад, пропорциональной частоте заданной частоте. Значение действительной частоты вращения электродвигателя снимается с импульсного датчика 4 скорости в виде последовательности импульсов с частотой Ро, пропорциональной мгновенной скорости. При включении устройства с выхода преобразователя 2 задающего параметра в частоту на вход Сброс первого счетчика 5 импульсов поступают импульсы заданной частоты. Эти же импульсы поступают на вход Сброс и тактовый вход соответственно третьего и

четвертого счетчиков 18 и 19 импульсов. Тактовый вход третьего счетчика 18 импульсов и вход Сброс четвертого счетчика 19 импульсов соединены с выходом датчика 4

скорости. Если с преобразователя 2 задающего параметра в частоту приходят три импульса, а с датчика 4 скорости за это время не приходит ни одного импульса, то на выходе четвертого счетчика 19 импульсов уста0 навливается 1, которая блокирует счет импульсов, поступивших на его тактовый вход по входу Разрешение счета и одновременно устанавливается преобразователь 17 КОД-ШИМ в состояние О,

5 которому соответствует максимальная частота вращения двигателя. Двигатель с максимально возможным ускорением начинает набирать частоту. Как только частота вращения двигателя будет сравнима с заданной,

0 на входы Сброс и тактовый четвертого счетчика 19 импульсов будут приходить по- очереди импульсы, причем импульс на входе Сброс будет постоянно обнулять счетчик, поэтому на входе его будет посто5 янно находиться уровень логического О. Счетчик 19 не будет оказывать влияния на работу устройства, находящегося в режиме стабилизации частоты при сравнимых значениях задаваемой и действительной час0 тот. Аналогичным образом третий счетчик 18 импульсов предназначен для формирования работы устройства при значительном превышении действительной частоты над заданной. В этом случае при приходе трех

5 импульсов с датчика 4 скорости на тактовый вход третьего счетчика 18 импульсов и отсутствии за этот интервал времени импульсов на входе Сброс уровень лог.1 устанавливается на его выходе, блокируя

0 тактовый вход по входу Разрешениесчета, прекращая дальнейший счет и одновременно устанавливая преобразователь 17 КОД- ШИМ в состояние лог, 1, что соответствует динамическому торможению с максималь5 ным ускорением. В режиме стабилизации при сравниваемых значениях требуемой и действительной частот, на выходе счетчика 18 -лог,О, и счетчик не оказывает влияния на работу устройства.

0В режиме стабилизации устройство работает следующим образом.

С выхода преобразователя 2 задающего параметра в частоту на вход Сброс первого счетчика 5 импульсов поступают на им5 пульсы заданной частоты. Первый импульс обнуляет счетчик 5 импульсов, который начинает считать импульсы, поступающие на его тактовый вход от генератора 3 импульсов. Частота генератора 3 импульсов может быть максимально возможной для данного

типа микросхем По первому импульсу, поступившему на первый тактовых вход счетчика 5 импульсов, уровень лог.1 появляется на его первом выходе, и происходит запись информации с первого суммирующего счетчика 8 в первый регистр 13. После прихода первого импульса с преобразователя 2 на вход счетичика 5 импульсов па его третьем выходе устанавливается уровень лог.О, а на выходе первого инвертора 15 устанавливается уровень лог. Ч, поэтому сбоев информации во время записи в регистр не наблюдается. По второму импульсу с генератора 3 импульсов, поступившему на тактовый вход, первый счетчик 5 импульсов устанавливается в состояние, при котором уровень /юг 1 наблюдагся на его втором выходе происходит обнуление первого суммирующего счетчика 8. По тре1ьему импульсу тонера юра 3 импульсов уровень ло Т /станавли пс1ся на третьем выходе счетчика 5 ко.орьш подае ся на вход Разрешение счетчика первого счетчика 5 импульсов, запрещая дальнейшее прохождение тагювых имп/льсов но счетчик, и одновременно чореч инвертор 15 сигнал лог.О разрешает счет счегчику 8 Значение частоты с первого выхода делителя 7 частоты, поступающей на тактовые входы первого и Е т о р о i о суммирующих счетчиков 8 и 9, определяется диапазоном изменения задающего сигнала. При минимальном задающем сигнале первый суммирующий счетчик 8 должен досчитать до состояния, при котором устанавливается на всех его выходах уровень лог.1, По приходу второго импульса с преобразователя 2 происходит обнуление первого счетчика им- пул сов 5, остановка суммирующего счетчика 8, по первому импульсу с генератораЗ импульсов проимпульсов запись значений счетчика 8 в регистр 15 пропорционально длительности периода импульсов Тзад преобразователя 2. Аналогично происходит преобразование периода Тдс частоты, поступающей с датчика 4 скорости цифровой код, который записывается о регистр 14. На цифровом компараторе 11 происходит непрерывное сравнение цифровых кодов, поступающих с регистров 13 и 14 Если цифровой код регистра 13 больше кода регистра 14, г.е периодТзэд Тдс, на первом выходе компаратора 11 сигнал лоГ О, реверсивный счетчик 12 работает на вычитание, уменьшая свое значение. Тактовая частота реверсивного счстчикя 12 определяется диапазоном изменения задающего сигнала. Сигнал с выхода счетчика 12 поступает ня преобразователь 17 КОД -ШИМ, который управляет работой двигателя и

уменьшает его частоту. Как только значение Тзад и Тдс станут равными, сигнал лог.1 появляется нз втором выходе компаратора 11 и запрещает прохождение тактовых им0 пульсов на тактовый вход реверсивного счетчика 12, т.к. на выходе элемента 2ИЛИ- НЕ 10 устанавливается сигнал лог.0. При Тзад Тдс на первом выходе компаратора 11 сигнал лог. Т1, который поступает на вход

5 Выбор направления счета реверсивного счетчика 12, увеличивая его значение. Преобразователь 17 КОД-ШИМ увеличивает частоту двигателя. Как только Т3ад Тдс, происходит запрет счета логическим ну5 лем с выхода элемента 2ИЛИ-НЕ 10, Инвертор 20 предназначен для останова реверсивного счетчика 12 при работе его в режиме суммирования и наличии на всех ею выходах лог. 1, или при работе ею в режи0 ме вычитания и наличии на всех его выходах лог О. Иначе счетчик сможет переходить из состояния с максимальным выходным кодом в состояние с минимальным выходным кодом или наоборот, что недопустимо при

5 работе устройства.

Останов осуществляется следущим образом.

При работе реверсивного счетчика 2 в режиме суммирования при наличии всех

0 единиц на его выходе на выходе Перенос возникает уровень лог.О, который через инвертор лог,1 запрещает счет по входу Разрешение счета.

Аналогичным образом при работе на

5 вычитание и наличии всех нулей на выходах лог,О возникает на выходе Перенос и блокирует дальнейший счет

Преобразователь 17 КОД ШИМ работает следующим образом

0При поступлении сигнала лог.1 на

вход 2 через элемент 2ИЛИ 27 RS- триггер 28 устанавливается в состояние лог.1 и на выходе инвертора - сигнал лог.О, соответствующий раскрутке двигателя. Лог.1 по

5 первому входу через элемент 2ИЛИ 26 устанавливает RS-триггер в нулевое состояние, на выходе инвертора - лог.1. соответствующая динамическому торможению.

При лог,О на первом и втором входах

0 с первого выхода генератора 22 тактовых импульсов импульс частоты ШИМ через элемент 2И 25, элемент2ИЛИ 27 устанавливает RS-триггер в единичное состояние и производит запись кода, поступившего на входы

5 предустановки 1,..т вычитающего счетчика 21, импульсом на его вход РЕ. По окончании записи счетчик начинает вычитать импульсы, поступающие на его тактовый вход. При полном обнулении на выходе переноса СО этого счетчика возникает уровень лог.0.

который через инвертор 24 и элемент 2ИЛИ 26 устанавливает RS-триггер в нулевое состояние, завершая формирование имульса, пропорционального коду на входах предустановки вычитающего счетчика. В качестве триггера 28 используется RS-триггер с приоритетом по S-входу для того, чтобы по импульсу частоты ШИМ принудиельно устанавливать его в лог.1, т.к. состояние на его R-входе может быть неопределенным в данный момент после окончания формирования очередного импульса. Элемент НЕ 23 блокирует прохождение импульса частоты ШИМ через элемент 2И 25 при наличии лог.Г на первом входе.

Таким образом, устройство обеспечивает повышение быстродействия стабилизации частоты вращения электродвигателя за счет того, что при больших отличиях требуемой и действительной частот вращения обеспечивается формирование уменьшения рассогласования с максимальным ускорением.

Формула изобретения Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя, содержащее последовательно соединенные задатчик скорости и преобразователь задающего параметра в частоту, генератор эталонной частоты, импульсный датчик скорости, первый выход генератора эталонной частоты подключен к тактовым входам первого и второго счетчиков импульсов, второй выход соединен с делителем частоты, первый выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго суммирующих счетчиков, второй выход соединен с вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с вторым выходом компаратора, первый выход которого соединен с входом Выбор направления счета реверсивного счетчика, первая и вторая группы входов компаратора соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго суммирующих счетчиков, входы Сброс которых соединены с вторыми выходами соответствено первого и второго счетчиков импульсов, а входы Разрешение счета через первый и второй инверторы подключены к третьим выходам и входам Разрешение счета соответствующего

счетчика импульсов, первые выходы каждого из которых соединены с соответствующими тактовыми входами регистров, а входы Сброс подключены соответственно к выходам преобразователя задающего параметра в частоту и импульсного датчика скорости, выход элемента 2ИЛИ-НЕ соединен с тактовым входом реверсивного счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам

преобразователя КОД-ШИМ, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, с него введены третий и четвертый счетчики импульсов, третий инвертор, а преобразователь КОД-ШИМ снабжен двумя дополнителными входами, выход Перенос реверсивного счетчика и его вход Разрешение счета соединены через третий инвертор, тактовый вход третьего счетчика импульсов и вход Сброс четвертого счетчика импульсов объединены и подключены к выходу импульсного датчика скорости, вход Сброс третьего счетчика импульсов и тактовый вход четвертого счетчика импульсов объединены и подключены к выходу преобразователя задающего параметра в частоту, первый вход преобразователя КОД-ШИМ соединен с выходом и входом Разрешение счета третьего счетчика импульс, второй вход преобразователя КОД-ШИМ соединен с выходом и входом Разрешение счета четвертого счетчика импульсов.

«iS -

sisH

il

Bx.l

о-

22

25

26

28

29

27