Устройство для регулирования скорости электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК H02P7/28 

Фае 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в лентопротяжных механизмах магнитофонов и кинофотоаппаратуры.

Целью изобретения является повышение точности и надежности.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма работы интегратора и датчика скорости.

Устройство содержит последовательно соединенные интегратор 1 и компаратор 2, импульсный датчик 3 скорости, являющийся датчиком обратной связи и механически соединенный с валом электродвигателя 4, первый и второй триггеры 5.6, источник 7 опорного напряжения, выходом соединенный с входом источника 8 управляющего напряжения. Выход второго триггера 6 является выходом устройства и предназначен для подключения к управляющему входу коммутатора 9 цепей питания электродвигателя 4. Кроме того, устройство содержит два логических элемента ИЛИ 10, 11 и ключ 12 в цепи неинвертирующего входа компаратора 2, второй вывод которого соединен с выходом источника 7 опорного напряжения. Выход источника 8 управляющего напряжения соединен с информационным входом модулятора 13, выход которого соединен с информационным входом интегратора 1. Выход компаратора 2 соединен с управляющим входом модулятора 13, С-входом первого триггера 5 и первым входом первого логического элемента ИЛИ 10, к второму входу которого подключен выход импульсного датчика 3 скорости, который соединен с S-входом первого триггера 5, С-входом второго триггера 6 и первым входом второго логического элемента ИЛИ 11, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера 5, соединенного одновременно с S-входом второго триггера 6. Выход первого логического элемнта ИЛИ 10 соединен с управляющим входом ключа 12. Выход второго логического элемента ИЛИ 11 соединен с входом установки интегратора 1. Д-входы и R-входы обоих триггеров 5,6 соединены с общей шиной питания устройства. В цепи обратной связи интегратора 1 последовательно с конденсатором включен резистор 14.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания вал электродвигателя 4 неподвижен, с выхода импульсного датчика 3 скорости, являющегося датчиком обратной связи и механически соединенного с валом электродвигателя, импульсы не поступают.

Триггеры 5 и 6 могут оказаться в следующих состояниях:

на инверсном выходе триггера 5 высокий уровень сигнала, что соответствует высокому уровню сигнала на выходе триггера 6, который приводит к включению коммутатора 9 цепей питания электродвигателя 4, вал его начинает вращаться;

на инверсном выходе триггера 5 низкий

0 уровень, что соответствует высбкому уровню сигнала на выходе триггера 6, и коммутатор 9 включает двигатель 4;

на инверсном выходе триггера 5 низкий уровень сигнала, на выходе триггера 6 так5 же низкий уровень сигнала, коммутатор 9 выключен, питание на двигатель не поступает.

В последнем случае функционирование устройства будет зависеть от состояния, в

0 котором окажется после включения питания компаратор 2. Если на выходе компаратора 2 установится низкий уровень, то с модулятора 13 на вход интегратора 1 будет поступать напряжение + Uynp. В результате

5 интегрирования напряжение на выходе интегратора 1 будет снижаться. В момент, когда напряжение на выходе будет проходить нулевой уровень компаратор 2 перейдет скачком в состояние с высоким уровнем на

0 выходе. Передним фронтом этого импульса, поступившего на вход С-триггера 5, послед- t ний будет переведен в состояние с высоким уровнем на его инверсном выходе. Высокий уровень с инверсного выхода триггера 5,

5 поступив на вход S триггера 6, переведет его в состояние с высоким уровнем на его выходе, что приведет к включению питания электродвигателя 4,

Если в момент включения питания ком0 паратор 2 установится в состояние с высоким уровнем на выходе, то с модулятора 13 на вход интегратора 1 будет поступать напряжение - Vynp. В результате интегрирования напряжение на выходе интегратора 1

5 будет повышаться. В момент, когда напряжение на выходе интегратора 1 превысит величину опорного напряжения, поступающего на неинвертирующий вход компаратора 2 через замкнутый ключ 12, компаратор

0 перейдет в состояние с низким уровнем на выходе. Переход компаратора 2 в состояние с низким уровнем на выходе приведет к размыканию ключа 12, а с модулятора 13 на вход интегратора 1 будет поступать .

5 Напряжение на выходе интегратора 1 станет снижаться. В момент, когда напряжение на выходе интегратора 1 достигнет нулевого уровня, компаратор 2 скачком перейдет в состояние с высоким уровнем на выходе. Передним фронтом этого импульса переключится триггер 5, который переключит триггер б, а тот, в свою очередь, включит питание электродвигателя 4. Одновременно высокий уровень на выходе компаратора 2 переведет модулятор 13 в состояние, при котором на его выходе будет , а поступив на вход ключа 12 через логический элемент ИЛИ 10, приведет к его замыканию. В результате этого на неинветирующий вход компаратора 2 поступит опорное на- пряжение, что зафиксирует в этом состоянии компаратор 2. Высокий уровень с инверсного выхода триггера 5 через логический элемент ИЛИ 11 поступит на вход установки интегратора 1 в нулевое состояние и остановит процесс интегрирования. В этом состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока с датчика 3 скорости не поступит импульс. Передний фронт импульса с датчика 3 скорости, поступив на С-вход триггера б, не приведет к изменению его состояния, т.к. на S-входе триггера 6 присутствует высокий уровень с инверсного выхода триггера 5. Одновременно этот импульс поступит на S-вход триггера 5 и переведет его в состояние с низким уровнем на его инверсном выходе. Низкий уровень с инверсного выхода триггера 5 снимает запрет на интегрирование по одному из входов логического элемента ИЛИ 11. выход которого соединен с входом установки интегратора 1 нулевое состояние. В момент окончания импульса сдатчика 3 скорости запрет на интегрирование снимается с второго входа логического элемента ИЛИ 11. В результате интегрирования напряжение на выходе интегратора 1 будет повышаться в соответствии с постоянной времени интегратора и величиной управляющего напряжения. В момент, когда напряжение на выходе интег- ратора 1 превыситуровень опорного напряжения, поступающего на неинвертирующий вход компаратора 2 через замкнутый ключ 12, компаратор перейдет в состояние с низким уровнем на выходе. Ключ 12 разомкнет- ся, а модулятор 13 перейдет в состояние с на выходе. Напряжение на выходе интегратора 1 снизится. В момент, когда оно станет равно О, компаратор 2 переключится в состояние с высоким уровнем на выходе. Снова переключится модулятор, замкнется ключ 12, а триггер 5 перейдет в состояние с высоким уровнем на инверсном выходе. Высокий уровень с инверсного выхода триггера 5, поступив на вход триггера 6, подтвердит его состояние с высоким уровнем на выходе и включенное состояние электродвигателя, а через логический элемент ИЛИ 11, поступив на вход установки

интегратора в нулевое состояние, прекратит процесс интегрирования.

С приходом следующего импульса с датчика скорости 3 описанный процесс повторится. Так будет продолжаться до тех пор, пока скорость электродвигателя 4 не достигнет значения, соответствующего данному значению управляющего напряжения, следовательно, время с момента окончания импульса датчика 3 скорости до прихода переднего фронта будет больше времени цикла интегрирования. За цикл интегрирования принимается процесс увеличения напряжения на выходе интегратора 1 от значения, бывшего в момент окончания сигнала установки интегратора в нулевое состояние, до опорного и далее снижение его до нуля.

С момента, когда скорость электродвигателя достигнет значения, соответствующего данному значению управляющего напряжения, устройство будет работать следующим образом.

Если импульс с датчика 3 скорости поступит раньше, чем напряжение на выходе интегратора 1 достигнет 0, то, воздействуя на С-вход триггера 6, он установит его в состояние с низким уровнем на выходе, что приведет к отключению электродвигателя 4. Одновременно импульс поступит на S-вход триггера 5 и в течение своего действия наложит запрет на переход триггера 5 в состояние с высоким уровнем на его инверсном выходе. Кроме того, этот импульс через ло гический элемент ИЛИ 11 установит интегратор 1 в нулевое состояние, а через логический элемент 10 замкнет ключ 12, что приведет компаратор 2 в состояние с высоким уровнем на выходе. На фронт импульса с выхода компаратора 2, поступив на С-вход триггера 5, не приведет к изменеию его состояния, т.к. на его S-входе присутствует импульс с выхода датчика 3 скорости. По окончании импульса с датчика 3 скорости произойдет цикл интегрирования с той лишь разницей, что питание на электродвигатель на поступает. Если к окончанию цикла интегрирования импульс с датчика скорости придет раньше, чем компаратор 2 переключится в состояние с высоким уровнем на выходе, то снова электродвигатель будет отключен.

Из сказанного видно, что состояние триггера 6, а следовательно, состояние эле ародвигателя зависит от того, фронт какого из импульсов придет раньше: с датчика 3 скорости на С-вход триггера 6 - отключенное состояние, или с выхода компаратора 2 на С-вход триггера 5 - включенное состояние. При отключенном питании электродвигателя скорость вращения уменьшается, интервал между импульсами датчика 3 скорости увеличивается, следовательно, наступит момент, когда фронт импульса с компаратора 2, свидетельствующий об окончании цик- ла интегрирования, придет раньше, чем фронт импульса с датчика 3 скорости, что приведет к включению электродвигателя. И наоборот, при включенном электродвигателе и неизменном управляющем напряжении наступит такой момент, когда скорость двигателя достигнет такой величины, что импульс с датчика 3 скорости придет раньше, чем закончится цикл интегрирования, что приведет к отключению электродвигателя.

Таким образом, меняя в широких пределах упрвляющее напряжение, изменяют скорость электродвигателя.

Применение резистора 14, включенного последовательно с конденсатором в цепи обратной связи интегратора 1, позволяет сделать зависимость скорости двигателя от напряжения управления строго линейной.

Введение в устройство модулятора 13 и организации цикла интегрирования из двух фаз, при которых напряжение на выходе интегратора 1 сначала повышается до уровня опорного, а затем снижается до нуля, позволило снизить погрешность регулирования скорости, вызываемую напряжением смещения нуля операционных усилителей до величин второго порядка малости.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования скорости электродвигателя, содержащее после- довательно соединенные интегратор и компаратор, импульсный датчик скорости, первый и второй триггеры, источник опорного напряжения, соединенный выходом с входом источника управляющего напряжения, при этом выход второго триггера является выходом устройсша и предназначен для подключения к управляющему входу коммутатора цепей питания электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, е нею введены модулятор, два логических элемента ИЛИ и ключ в цепи неиивертирующего входа компаратора, второй вывод которого соединен с выходом источника опорного напряжения, при этом оыход источника управ- ляющего напряжения соединен с информационным входом модулятора, выход которого подключен к информационному входу интегратора, а выход компаратора соединен с управляющим входом модулятора, Овходом первого триггера и первым входом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход импульсного датчика скорости, соединенный с S-входом первого триггера, С-входом второго триггера и первым входом второго логического элемеша ИЛИ, второй вход которого соединен с инверсным выходом пер вого триггера, соединенным с S-входом второго триггера, выход первого логического элемента ИЛИ соединен с управляющим входом ключа, выход второго логического элемента ИЛИ соединен с входом установки интегратора, D-входы и R-входы обоих триггеров соединены с общей шиной устройства.

2. Устройство по п. 1,отличающее с я тем,что в цепи обратной связи интегратора последовательно с конденсатором включен резистор.

fsi го

:э

s

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в лентопротяжных механизмах магнитофонов и кинофотоаппаратуры. Целью изобретения является повышение точности и надежности. Устройство содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения 7, источник управляющего напряжения 8, модулятор 13, интегратор 1, компаратор 2. В качестве датчика обратной связи применен импульсный датчик скорости 3. В цепь неинвертирующего входа компаратора 2 включен управляемый ключ 12. Организация цикла интегрирования из двух фаз, при которых напряжение на выходе интегратора 1 сначала повышается до уровня опорного, а затем снижается до нуля, позволило снизить погрешность регулирования скорости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.