Формирователь тактовых импульсов для управления преобразователем частоты Советский патент 1992 года по МПК H02M7/48 

Сигнал на выходе такого фильтра устанавливается через десятки, а то и сотни периодов входного сигнала. Поэтому быстродействие систем регулирования по среднему значения определяется в основном потерями времени на интегрирование во входном фильтре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, в котором происходит время-импульсное измерение аналогового входного сигнала с помощью интегратора, снабженного цепью сброса, управляемого микропроцессором. Выходной сигнал микропроцессора в цифровой форме можно использовать для целей управления. Для того, чтобы вести регулирование по среднему значению входного сигнала переменной формы, в известном устройстве применен входной блок, содержащий измерительный преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

Преобразователи типа выпрямитель- фильтр обладают низким быстродействием, что делает их непригодными для использования в системах управления по среднему значению периодического входного сигнала для ряда технологических процессов, в которых используются тиристорные преобразователи частоты.В частности,такими являются техпроцессы с использованием индукционного нагрева (изотермическая штамповка, варка оптического стекла, полупроводниковая эпитаксия, выращивание монокристаллов). Удобным параметром для управления техпроцессом с использованием индукционного нагрева является среднее значение напряжения на нагрузке тиристорного преобразователя.

Использование в системах управления по среднему значению измерителей типа выпрямитель-фильтр делает их неэффективными по причине низкого быстродействия.

Цель изобретения - повышение быстродействия управления.

Цель достигается тем, что формирователь тактовых импульсов для управления преобразователем частоты, содержащий управляемый генератор тактовых импульсов, первый управляющий вход которого использован для подключения напряжения управления, коммутатор, датчик выходного напряжения преобразователя и первый интегратор с входом сброса, снабжен вторым интегратором с входом сброса, двумя ключами, двумя дифференцирующими цепями иТ-триггером, причем выход датчика выходного напряжения через первый и второй ключи подключен соответственно к входам первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора, выход которого соединен с вторым управляющим входом генератора тактовых импульсов, выход которого использован в качестве выхода формирователя и подключен к входу Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора и через соответствующую дифференцирующую

цепь - к входу сброса соответствующего интегратора. Кроме того, датчик выходного напряжения преобразователя выполнен в виде выпрямителя.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы аналоговой части устройства. На фиг. 1 изображены входной блок (выпрямитель) 1, ключи 2 и 3, интеграторы 4 и 5

с входами сброса; дифференцирующие цепи 6 и 7; триггер 8, мультиплексор 9, управляемый генератор 10 тактовых импульсов, преобразователь 11 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение 1)н, пропорциональное напряжению на нагрузке преобразователя, прикладывается к входному выпрямителю 1 и через ключи 2 и 3, работающие противофазно под управлением триггера 8, подается на входы интеграторов 4 и 5.

Пусть на выходе триггера 8 присутствует напряжение высокого уровня (интервал

на фиг. 2, диаграмма Us), следовательно, ключ 2 включен, а ключ 3 - выключен. Напряжение с выхода выпрямителя 1 - Ui приложено к входу интегратора 4. Накопительный конденсатор интегратора 4 перед

этим разряжен - когда на время переднего фронта сигнала Q замыкается ключ интегратора 4. Время замыкания ключа интегратора 4 - не более времени переключения триггера 8, обеспечивается дифференцирующей

цепочкой 6.

Конденсатор интегратора 4 в интервале tcrti заряжается от приложенного напряжения Ui. Выходное напряжение интегратора на участке к концу интервала равно

50

U4 jЈUidt. (1)

В момент ti триггер 8 переключается импульсом генератора 10. При этом на выходе Q триггера 8 напряжение становится низким, а на выходе Q - высоким. В момент ц на время переключения триггера 8 замыкается ключ интегратора 5, подготавливая последний к работе (сбрасывается ранее накопленный заряд на конденсаторе интегратора 5). Ключ 3 в интервале ti-t2 замкнут и

выходное напряжение выпрямителя Ui прикладывается к входу интегратора 5, который на интервале ti-t2 работает аналогично интегратору 4. На выходе интегратора 4 в интервале сохраняется накопленное за интервал напряжение, равное (1). За интервал напряжение на выходе интегратора 5 становится равным

.(2)

В момент t2 триггер 8 вновь переключается импульсом генератора 11. При этом происходит сброс напряжения на интеграторе 4, а интегратор 5 сохраняет накопленное значение в течение интервала t2-t3.

Мультиплексор 9 управляется выходным напряжением триггера 8 таким образом, что к входу генератора 10 подключено выходное напряжение того интегратора 4 или 5, который на данном интервале хранит накопленное напряжение. Таким образом, можно записать, что напряжение, приложенное к входу генератора 10 в любом интервале времени,

U9 JJ Uidt- ,(3)

где i - текущий интервал времени, равный периоду выходных импульсов генератора 10, т.е. периоду Т управления преобразователем.

При увеличении частоты управления преобразователем 11 увеличивается амплитуда напряжения на нагрузке UH. Поэтому возрастает величина напряжения Ug, что показано на фиг. 1, начиная с интервала .

Частота выходных импульсов генератора 10 зависит от величины сигнала задания Узад и величины сигнала измерителя среднего значения Ug (3). Генератор 10 поддерживает частоту импульсов управления преобразователем 11 такой, что Ug и3ад. При нарушении этого равенства по причине изменения изад или напряжения на нагрузке вследствие изменения ее параметров, генератор 10 корректирует частоту импульсов управления преобразователем 11 до момента наступления равенства Ug изад.

По определению средним значением периодического сигнала называется интеграл сигнала за период, деленный на величину периода Т. Следовательно

.

Если для целей регулирования необходима величина именно среднего значения, то в генераторе 10 необходимо выполнять деление входной величины Ug (3) на период выходных импульсов Т генератора 10. Это можно осуществить, если генератор 10 выполнить на основе цифрового таймера, сигнал Ug (3) преобразовать в цифровую форму с помощью АЦП, а деление на величину периода и программирование таймера выполнить с помощью микропроцессора. В этом

случае АЦП, таймер и микропроцессор входят в состав генератора 10.

В большинстве случаев для целей регулирования достаточно лишь величины интеграла контролируемого сигнала за

0 период. В этом случае генератор 10 можно выполнить аналоговым.

Изобретение выполнено на макете технологической установки с использованием тиристорного преобразователя мощностью

5 100 кВт, частотой 10 кГц, работающего на резонансную нагрузку. В качестве параметра регулирования используется напряжение на нагрузочном контуре. Система строится на основе однокристальной мик0 роЭВМ К 1816 BE 48. В качестве таймера использована микросхема К 580 ВИ 53, в качестве АЦП - К 111ЭПВ1А, мультиплексора -К590 КН2.

По сравнению с системой управления,

5 имеющей в качестве измерителя среднего значения интегрирующий фильтр с выпрямителем, предлагаемое устройство показывает значительно меньшие величины перерегулирования и время установления

0 напряжения на нагрузке. Полностью отсутствует колебательный процесс установления регулируемого параметра, наблюдающийся в системе с измерителем выпрямитель-фильтр при больших измене5 ниях заданной величины параметра регулирования.

Формула изобретения 1. Формирователь тактовых импульсов для1 управления преобразователем частоты,

0 содержащий управляемый генератор тактовых импульсов, первый управляющий вход которого использован для подключения напряжения управления, коммутатор, датчик выходного напряжения преобразователя и

5 первый интегратор с входом сброса, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия управления, он снабжен вторым интегратором с входом сброса, двумя ключами, двумя дифференцирующими

0 цепями и Т-триггером, причем выход датчика выходного напряжения через первый и второй ключи подключен соответственно к входам первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к первому и вто5 рому входам коммутатора, выход которого соединен с вторым управляющим входом управляемого генератора тактовых импульсов, выход которого использован в качестве выхода формирователя и подключен к входу Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора и через соответствующую дифференцирующую цепь - к входу сброса соответствующего интегратора.

2. Формирователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что датчик выходного напряжения преобразователя выполнен в виде выпрямителя.