Устройство для цифрового управления асинхронным двигателем Советский патент 1979 года по МПК H02P1/26 H02P13/16 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в высокоточных цифровых следящих системах, в системах автоматического управления электродвигателя.

Известны устройства для цифрового управления двигателем, используемые в цифровых системах 1 ив электроприводах 2, содержащие аналоговые элементы сравнения, усилители рассогласования сигналов. Недостатком данных устройств является их низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для цифрового управления асинхронным двигателем 3, содержащее источник постоянного тока, соединенный с усилителем постоянного тока с широтно-имиульсным модулятором, который через фильтр, преобразователь с задающим генератором, соединен с двигателем.

Данное устройство работает следующим образом.

Сигнал уиравлення подается на вход широтно-импульсного модулятора. За счет особого построения щиротно-импульсного модулятора управляющий сигнал преобразуется в высокочастотные -прямоугольные импульсы с регулируемой скважностью. Скважность прямоугольных нмиульсов определяет время подключения усилителя постоянного тока к источнику постоянного тока, а их полярность характеризует фазу иодводимого напряжения к двигателю.

Таким образом, усиленные прямоугольные импульсы с выхода усилителя постоянного тока поступают через фильтр, где происходит выделение постоянной составляющей и сглаживание нульсаций, которые вызваны широтно-импульсным модулятором (ШИМ), к преобразователю с задающим генератором. На выходе преобразователя с задающим генератором образуются нрямоугольиые имнульсы с амплитудой, эквивалентной управляющему сигналу и частотой, необходимой для питания двнгателя.

Основным недостатком устройства является наличие фильтра, который создает инерциоиность в цепн управления при ирохождении управляющего сигнала. Это приводит к понижению быстродействия устройства, к нежелательным переходным процессам, которые возникают нри включеиии цифрового устройства управления асинхронным двигателем в контур высокочастотных цифровых следящих систем и систем автоматического управления.

Целью изобретения является повыщение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что

устройство для цифрового управления асинхронным двигателем, содержащее усилитель постоянного тока, преобразователь код-временной интервал, состоящий из генератора импульсов, подключенного ко входу счетчика-модулятора, к другим входам которого подключены выходы вентилей, а к выходу вход триггера-модулятора, выходами подключенного ко входам вышеуказанных вентилей, другие входы которых подключены ко входу триггера-реверса, а на вход регистра подается сигнал управления, снабл еио последовательно соединеннымн формирователем импульсов, узлом задержки импульсов, синхронизирующим элементом, триггером тактовой частоты, модулятором управляющего сигнала, причем вход формирователя импульсов соединен с выводом для подключения к сети, выход модулятора управляющего сигнала соединен с входом усилителя .постоянного тока, один из входов синхронизирующего элемента соединен с общей точкой соединения выхода генератора импульсов и входа счетчика модулятора, один из входов модулятора уиравляющего сигиала соединен с выходом триггера-модулятора, а другой его вход - с выходом триггера реверса.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит последователь)ю соединенные формирователь импульсов 1, узел задержки 2, синхронизирующий элемент 3, триггер тактовой частоты 4, модулятор управляющего сигнала 5, усилитель постоянного тока 6. Вход формирователя импульсов 1 соединен с сетью переменного тока 7, а входы синхронизирующего элемента 3 и модулятора управляющего сигнала 5 соединены с преобразователем код- временной интервал 8. Выход модулятора управляющего сигнала 5 через согласующий трансформатор соединен с уиравляющей обмоткой двигателя 9, обмотка возбуждения двигателя через фазосдвигающую емкость соединена с сетью иеремеиного тока 7. Выход генератора импульсов 10 преобразователя код-временной интервал 8 соединен с входом синхронизирующего элемента 3, а выходы триггера-модулятора 1 и триггера реверса 12 преобразователя код-временной иитервал 8 соединены со входом модулятора управляющего сигнала 5.

Преобразователь код-временной интервал 8 состоит из генератора импульсов 10, счетчика-модулятора 13, триггера-модулятора 11, вентилей 14, 15, регистра 16, на вход которого подается сигнал управления и триггера реверса 12.

Элементы преобразователя код-временной интервал 8 выполняют следующие функции.

Регистр 16 принимает сигнал управления в виде параллельного цифрового кода, вентили 14 служат для записи нрямого 1:ода из регистра 16 в счетчик 13, а вентили 15 -

для заииси обратного кода из регистра 16. Преобразование ироисходит в два этапа. На первом этапе сигнал управлення переписывается из регистра 16 в счетчик 13 в прямом двоичном коде. Затем им пульсы от

генератора 10 начинают поступать на вход счетчика 13, суммируясь с установленным в нем число. Когда все разряды счетчика 13 будут в положении «О, с последнего триггера счетчика 13, который является триггером-модулятором 11, выйдет импульс переполнения, означающий окончание первого этапа иреобразоваиия. Импульсом переполиения иачииается второй этаи преобразования.

Импульс с триггера-модулятора 11 открывает систему вентилей 15, и обратный код уиравляющего сигнала переписывается из регистра 16 в счетчик 13. После начала второго этапа импульсы генератора 10 сиова начинают заполнять счетчик 13, суммируясь в нем с обратным кодом управляющего сигнала. Когда все разряды счетчика 13 снова принимают состояние «О, то новый импульс переполнения ставит триггермодулятор 11 в первоначальное положение (в «нуль), что обеспечивает новую запись прямого кода управляюи;его сигнала в счетчик 13, и цикл повторяется. Следовательно, время, в течение которого триггермодулятор 11 стоит в одном состоянии (в «едииице) пропорционально коду управляющего сигнала.

Устройство работает следующи.м образом.

Формирователь импульсов 1 организует и.мпульсы при переходе через «пуль сииусоидальпого напряжения сети переменного тока (фиг. 2, а), которые, поступая в узел задержки импульсов 2, задерживаются на время 1,1 мс (сдвиг соответствует частоте сети 50 Гц (см. фиг. 2, б). Это необходимо для создания такой формы управляющего сигиала, подводимого к обмотке управления двигателя, которая не содержит

третьей гармонической составляющей (фиг. 2, в). Далее импульсы иоступают в элемент 3, где они сиихронизируются с импульсами геператора. Синхронизация необходима для разделения во времени импульсов тактовой частоты, получаемых с выхода триггера тактовой частоты 4 и управляющего сигнала, нолучаемого с выхода триггера-модулятора 11. С выхода узла синхронизации 3 импульсы (фиг. 2, б) иоступают

на вход триггера тактовой частоты 4. На выходе триггера тактовой частоты 4 образуются прямоугольные перепады напряжения (фиг. 2, в), формы которых, в отличие от прототипа, не содержит третьей гармопики. Прямоугольные импульсы, получаемые на выходе триггера тактовой частоты 4 (импульсы большей длительности, имеют частоту и фазу, равные соответственно частоте и фазе сети переменного тока. Это вызвано тем, что обмотка возбуждения двигателя подключена к сети переменного тока. Импульсы с выхода триггера тактовой частоты 4 поступают на вход модулятора управляющего сигнала 5. Другие входы модулятора управляющего сигнала 5 соединены с триггером-модулятором 11 и триггером знака (реверса) 12. Управляющий сигнал, снимаемый с триггера-модулятора 11, подается на вход модулятора управляющего сигнала 5 и представляет собой щиротно-импульсную модуляцию прямоугольных импульсов с lieciiMметричным законом уиравления (фиг. 2, г). В модуляторе управляющего сигнала 5 происходит модуляция управляющего сигнала (фиг. 2, г) прямоугольными импульсами, получаемыми с единичного или HJMCBOPO выходов триггера тактовой частоты 4 (фиг. 2, в). В результатена выхо/те модулятора управляющего сигнала 5 образуется управляющий сигнал (фиг. 2, д), частота которого равна частоте сети переменного тока, а фаза зависит, от какого выхода (единичного или нулевого) триггера тактовой частоты 4 происходит модуляция. Подключение единичного нли нулевого выхода триггера тактовой частоты 4 к модулятору управляющего сигнала 5 определяет триггер реверса 12, который позволяет осуществлять реверсирование асинхронного двигателя. Следовательно, выходной сигнал модулятора управляющего сигнала 5 представляет собой периодический сигнал (фиг. 2,д), период которого заполняется высокочастотными импульсами перемеиной скважности S. Скважность S импульсов иропорциональиая величине управляющего сигнала (меняется от О до 1), а их количество, входящее в период, характеризуется коэффициеитом заполнения где ГУ - период сигнала управления (см. фиг. 2, г); Те - период сети переменного тока (фиг. 2, а). Коэффициент заполнения л из соотнощеиия (1) выбирается таким образом, чтобы в подводимом сигнале управления к двигателю содержалось минимум высокочастотных гармоник, наличие которых, особенно в высокочастотных системах управления, приводит к вибрациям ротора двигателя (при малых моментах нагрузки). Выходной сигнал модулятора управляющего сигнала 5 представляет средние значения напряжения, которое, усиливаясь по амплитуде в усилителе постоянного тока 6, через согласующий трансформатор подводится к управляющей обмотки двигателя. Амплитуда управляющего сигнала, подводимого к двигателю, эквивалентна величине сигнала уиравления. Таким образом, требуемый положительный эффект, т. е. повыщение быстродействия устройства, упрощение конструкции, достигается исключением из цеии управления фильтра, путем создания формы управляющего сигнала, близкой к с1И1усоидальиой. Формула и 3 о б р е т е н li я Устройство для цифрового уиравления асинхронным двигателем, содержащее усилитель постоянного тока, преобразователь код-временной интервал, состоянии из генератора импульсов, подключенного ко входу счетчика-модулятора, к другим входам которого подключеиы выходы вентнлей, а к выходу - вход триггера-модулятора, выходамн подключенного ко входам указанных вентнлей, другие входы которых иодключены к выходам регнстра, другим выходом подключенного ко входу триггерареверса, а на вход регистра подается сигнал управления, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено носледовательно соеднненнымн формирователем импульсов, узлом задерн ки импульсов, синхронизирующим элементом, триггером тактовой частоты, модулятором управляющего сигнала, причем вход формирователя имиульсов соединен с выводом для подключения к , выход модулятора управляющего сигиала соединен с входо.м усилителя постоянного тока, один из входов сиихронизирующего элемента соединен с общей точкой соедииения выхода генератора импульсов и входа счетчика-модулятора преобразователя код-временной ннтервал, один из входов модулятора управляющего сигнала соединен с выходом триггера-модулятора иреобразователя код-временной интервал, а дрхгойего вход - с выходом триггера реверса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США ° 3340447, кл. 318-16, 1967. 2.Патент США Л 3612974, кл. 318--314, 1971. 3.Хасаев О. И. Транзисторные иреобразователи напряжения и частоты. М., «Наука, 1966, гл. VI, с. 130-138.

ИЕ

/

IL.

Я

.111

tat

ШОШГ

i