Стабилизатор скорости электродвигателя Советский патент 1980 года по МПК G05D13/00 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть применено в различного рода лентопротяжных механизмах, а также в системах, требующих высокой точности стабилизации скорости с большой инерционной нагрузкой. Изэестны стабилизаторы скорости электродвигателя, использующие в управлении фазовый детектор Метод управления основан на принципе срав нения задаваемой опорной частоты и частоты обратной связи, снимаемой с датчика скорости, установленного на валу электродвигателя, выделения путем сравнения фазового рассогласо вания и формировании напряжения питания, пропорционального этому рассогласованию l. Однако данная система стабилизации не позволяет с достаточной точностью стабилизировать скорость в регшьных условиях эксплуатации (при наличии возмущающих моментов). В этом случае стабилизатор скорости имеет большую динамическую ошибку з счет длительных переходных процессо (качание скорости вращения). Зона устойчивой работы зависит от мощнос вигателя, моментных характеристик двигателя и параметров нагрузки. Известен метод упреждения частоты, заключающейся в том, что на фазовый детектор подается частота заведомо большая, чем опорная. При вхождении в зону регулирования происходит переключение на низшую, опорную частоту Недостатком этого метода является тот факт, что фиксированная частота fon связана с конкретными возмущающими воздействиями на валу электродвигателя. При изменении воздействия на некоторую величину, необходимо изменять fpnНаиболее близким к изобретению по техническому решению является стабилизатор оборотов двигателя, включающий в себя фазовый детектор, выполненный в виде реверсивного сдвигающего регистра, датчик скорости, установленный на валу двигателя, генератор опорной частоты, счетчики импульсов , элементы И и ключевые элементы 2 . Однако известная система стабилизации оборотов двигателя подвержена автоколебаниям в установившемся режиме. При сбросе нагрузки быстро выходит из зоны захвата фазового детек тора, т.е. из зоны регулирования, а также не обладает высокой устойчивостью в реальных условиях эксплуатации . Цель изобретения - повышение точности стабилизатора, за счет чего повышается точность стабилизации ско рости вращения электродвигателя. Поставленная цель достигается тем что в стабилизатор скорости электродвигателя, содержащий установленный на валу электродвигателя датчик скорости, подключенный выходом через первый счетчик импульсов к первого входу фазового детектора, генератор Ьпорной частоты, подключенный через второй счетчик импульсов ко второму входу фазового детектора-, элементы И и последовательно соединенные первый и второй кл5очевые элементы, соответствующие вход и выход котормах подключены к первому выводу обмотки электродвигателя, введены последовательно соединенные третий счетчик импульсов дешифратор и первый R-S-триггер, -а также элемент задержки, второй R-S-триггер и вкJдачeнныe параллельно первому и второму ключевым элементам последовательно соединенные третий и четвертый ключевые элементы, соответствую14ие вход и выход которых подключены ко эторому выводу обмотки электродвигателя, причем управляющие входы первого и четвертого ключевых элементов соединены с выходом фазового детектора, а управляющие входы второго и третьего ключевых эле1«ентов соединены с выходом второго R-S-триггера, входы которого подключены к выходам соответствующих элементов И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами первого R-S-триггера, а вторые входьа - с выходом датчика скорости, с-первым входом третьего счетчика импульсов и со входом элемента задержки, выход которого подключен ко втЪрому входу первого R-S-триггера, второй вход третье го счетчика импульсов соединен с выходом генератора опорной частоты. На чертеже приведена принципиальная схема стабилизатора скорости электродвигателя. Стабилизатор содержит генератор 1 опорной частоты, третий счетчик 2 им пульсов, первый счетчик 3 импульсов, второй счетчик 4 импульсов, дешифратор 5., фазовый детектор б, элемент 7 задержки, первый R-S-триггер 8, элементы И 9 и 10, второй R-S-триггер 11, электродвигатель 12, датчик 13 скорости, первый ключевой элемент 14 третий ключевой элемент 15, второй ключевой элемент 16, четвертый ключе вой элемент 17. Стабилизатор работает следующим о разом. На счетный вход второго счетчика 4 импульсов подается частота- fon с ге нератора 1 опорной частоты, а на счетный вход первого счетчика 3 импульсов - частота обратной связи датчика 13 скорости. Каждый импульс генератора 1 опорной частоты включает ключевые элементы 14 и 17 через фазовый детектор 6, тем самым обеспечивая разгон электродвигателя 12, а каждый импульс с датчика 13 скорости выключает ключевые элементы 14 и 17 через фазовый детектор 6 и двигатель обесточивается. Фазовый детектор 6 выдели ет фазовый угол между частотой синхронизации fp , полученный с вьохода второго счетчика 4 импульсов, и частотой fj,(-. Длительность включения ключевы бузлементов 14 и 17 соответствует величине фазового угла. Дешифратором 5 задается опорное число, определякедее стабилизируемую скорость с периодом вращения foccr- элементах 2, 5, 7, 8, 9, 10 и 11 собран частотно-импульсный корректор (ЧИК), который производит сравнение периода частоты обратной связи Tj, опорным числом, задаваемым дешифратором 5, в интервал времени, когда ключевые элементы 14 и 17 отключены. Управляющие входы ключевых элементов 15 и 16 соединены с выходом второго R-S-триггера, т.е. с выходом частотно-имйульсного корректора, и своим включением.обеспечивают торможение Электродвигателя 12. В предлагаемом устройстве возможно включение ключевых элементов 14, 17 или 15, 16. Одновременное включение исключается. Частотой FQ в третьем счетчике 2 импульсов производится обсчет каждого периода частоты обратной связи f cЧастота . коэффициент пересчета второго счетчика 4 импульсов. Канал с дешифратором 5 и третьим счетчиком 2 импульсов позволяет иметь информацию о величине каждого текущего периода обратной связи TQJ.. Отклонение скорости выше или ниже стабилизируемой приводит соответственно к меньшему и большему изменению текущего периода Т относительно .Об изменении текущего периода относительно Т. говорит состояние выходов первого R-Sтриггера 8. Элемент 7 задержки предназначен для исключения переключения триггера 8 на время прохождения импульса с датчика 13 скорости через элементы И 9 и 10. Обновление информации об изменении текущего периода TOC в промежуток времени, когда ключевые элементы 14 и 17 разомкнуты, производится чаще в М раз, чем обновление информации о периоде Тос посредством фазового детектора 6. Это обусловлено тем, что частота синхронизации . в М раз ниже частоты , Через элементы И 9 и 10 и второй R-S-триггер 11 происходит коммутация ключевых элементов 15 и 16, частота переключения которых в М раз выше

частоты переключения ключевых элементов 14 и 17. Число срабатываний ключевых элементов 15 и 16 за период K/fp, где К - коэффициент пересчета первого счетчика 3 импульсов, обусловлено величиной перерегулирования в переходном процессе при пуске и сбросе нагрузки. Чем больше перерегулирование, тем с большей частотой переключаются ключевые элемент 15 и 16, а это приводит к увеличению среднего значения напряжения противовключения, т.е. двигатель тор{ юзится с большей жесткостью. Частотноимпульсный корректор реагирует на скорость изменения фазового угла и осуществляет демпфирование скорости электродвигателя 12 по знаку прсясзводной изменения фазового угла. Это приводит к уменьшению амплитуды автоколебаний и сокращению, времени переходного процесса.

Использование предла:гаемого стабилизатора скорости электродвигателя обеспечивает по сравнению с существующими устройствами повьшюниую стабильность и устойчивость работы, измеряет отклонение скорости от стабилизируемой независимо от величины фазового угла и может реагировать торможением на уменьшение фазового угла. 1фоме того, в предлагаемом устройстве эффективность торможения не зависит от числа оборотов электродвигателя, так как торможение осуществляется противовключением.

Формула изобретения

Стабилизатор скорости электродвигателя, содержащий установленный на валу электродвигателя датчик скорости, подключенный выходом через первый счетчик импульсов к первому

входу фазового детектора, генерато, опорной частоты, подключенный чере-j второй счетчик импульсов ко второму входу фазового детектора, элементы H и последовательно соединенные пер вый и второй ключевые элементы, соответствующие вход и выход которых подключены к первому выводу обмотки электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повьаиення точности стабилизации, он содержит последовательно соединенные третий счетчик импульсов, дешифратор и первый Л 5-триггер, а также элемент задержки, второй R-S-триггер и включенные параллельно первому

S и второму ключевым элементам последовательно соединенные третий и четвертый ключевые элементы, соответствующие вход и выход которых подключень ко второму выводу обмотки электродвий гателя, причем управляющие входы первого и четвертого ключевых элементов -соединены с выходом фазового детектора, а управляющие входы второго и третьего ключевых элементов соединены с выходом второго R-S-триггера, входы

5 .которого подключены к выходам соответствующих элементов И, первые входы которых соединены с соответствующим выходси-и первого R-S-триггера, а вторые входы - с выходом датчика скорости, с первым входом третьего счетчика импульсов и со входом элемента задержки, выход которого подключен ко второму входу первого R-S-триггера, второй вход третьего счетчика импульсов

5 соединен с выходом генератора опорной частоты.

Источники информгщии, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании W1492063, 0 кл. G 05 D 13/62, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР 531138, кл. G 05 О 13/00, 1974 (прототип) .