Способ автоподстройки частоты источ-НиКА пиТАНия РЕзОНАНСНОй КОлЕбАТЕль-НОй СиСТЕМы Советский патент 1981 года по МПК H02M7/505 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, а более конкретно к источникам питания колебательных систем, например магнитострикционных преобразователей или электрических колебательных контуров, и может быть использовано при создании систем автоматической подстройки частоты.

Известен способ автоподстройки частоты источника питания, нагруженного на магнитострикционный преобразователь, основанный на сравнении фаз сигнала, снимаемого с датчика механических колебаний преобразователя и напряжения питания преобразователя, и воздействии сигналом рассогласования, пропорциональным разности фаз, на задающий генератор 1.

Недостатками такого способа являются необходимость установки на электромеханический преобразователь специального датчика колебаний, что усложняет конструкцию увеличение габаритов и веса, а кроме того, такая установка практически не всегда выполнима. При этом датчики резонансного типа имеют собственную резонансную частоту, отличную от резонансной частоты преобразователя, что вносит погрешность.

Известен также способ автоподстройки частоты источника питания, нагруженного на электрический колебательный контур, основанный на сравнении напряжений на индуктивной и емкостной частях контура и воздействии сигналом рассогласования, пропорциональным разности этих напряжений, на задающий генератор 2.

Недостатком этого способа является то, что способ применим только к электрическим колебательным контурам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоподстройки частоты, основанный на выделении сигнала, пропорционального механическим колебаниям преобразователя- с помощью трансформатора с компенсационной

обмоткой и компенсирующего элемента, сравнении фазы этого сигнала с фазой напряжения, питающего преобразователь, и воздействии сигналом рассогласования, пропорциональным разности фаз, на задающий генератор источника питания 3.

Недостатком известного способа является невысокая точность, объясняемая следующими причинами. Во-первых, электрические параметры магнитострикционного преобразователя имеют нелинейную зависимость как по величине питающего напряжения, так и по его частоте, и поэтому компенсирующий элемент, выполняемый обычно в виде линейного двухполюсника, не может точно компенсировать электрические параметры преобразователя при изменении частоты и питающего напряжения. Во-вторых, изменение температуры электромеханического преобразователя также приводит к изменению его электрических параметров, что ведет к возникновению погрещности автоподстройки частоты.

Цель изобретения - повыщение точности автоподстройки частоты источника питания колебательной системы.

Поставленная цель достигается тем, что для автоподстройки частоты источника питания колебательной системы, заключающейся в воздействии сигналом рассогласования на задающий генератор источника питания, в качестве сигнала рассогласования используют разность частот задающего генератора и собственных колебаний колебательной системы, замеряемую во время пауз, периодически создаваемых при работе источника питания.

На фиг.. 1 изображена структурная электрическая схема источника питания, нагруженного на магнитострикционный преобразователь и оснащенного системой автоподстройки частоты, выполненной по предлагаемому способу; на фиг. 2 - временные диаграммы поясняющие работу устройства.

Устройство, реализующее данный способ содержит задающий генератор 1, логические схемы 2-4 И, усилитель мощности, в частности тиристорный инвертор 5, магнитострикционный преобразователь 6, счетчики 7 и 8 импульсов, триггера 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, интегратор 12 и устройство 13 уравнения.

Выход задающего генератора 1 подключен к входам логических схем 2 и 3 И, выход схемы 2 И подключен к входам усилителя 5 мощности и счетчика 7, выход усилителя 5 мощности подключен к магнитострикционному преобразователю 6 и ко входу ограничителя 10, выход ограничителя 10 подключен ко входу схемы 4 И, выход схемы 3 И подключен ко входу счетчика 8, выход счетчика 7 подключен ко входу установки «О триггера 9, выход счетчика 8 подключен ко входу установки «1 триггера 9 и ко входу установки в исходное состояние делителя 11 частоты, выход «О триггера 9 подключен к входам схем 3 и 4 И, выход 1 триггера 9 подключен к входу схемы 2 .И, выход схемы 4 И подключен к входу делителя 11 частоты, выход делителя 11 частоты подключен ко входу интегратора 12, выход интегратора 12 подключен ко входу устройства сравнения, на другой вход которого подается напряжение установки, выход устройства

13 сравнения подключен ко входу регулирования чассоты задающего генератора 1. Задающий генератор 1 вырабатывает управляющие импульсы, форма которых показана на диаграмме 14 (фиг. 2) которые

подаются на схемы 2 и 3 И. Режим работы устройства определяется состоянием триггера 9. Пускай в начальный момент времени состояние триггера таково, что на его выходе «1 появляется высокий потенциал логической «1, а на выходе «О - низкий потенциал логического «О. Логическая «1 поступает на вход схемы 2 И, а логический «О - на входы схем 3 и 4. Схема 2 И пропускает на выход приходящие на ее вход импульсы, а схемы 3 и 4

не пропускают. Импульсы с выхода схемы 2 поступают на усилитель 5 мощности, усиливаются им, и выходное напряжение усилителя 5 питает магнитострикционный преобразователь 6. Кроме того, импульсы с выхода схемы 2 поступают на вход счетчика 7.

Устройство работает в .режиме генерирования. Форма импульсов на выходе схемы 2 показана на диаграмме 15, а форма напряжения на зажимах магнитострикционного преобразователя 6 - на диаграмме 16.

5 Длительность генераторного режима опре/1еляется коэффициентом пересчета счетчика 7 импульсов. После того как счетчик 7 импульсов отсчитает определяемое его коэффициентом пересчета количество входных

импульсов, н& его выходе появляется импульс, который перебрасывает триггер 9 в другое состояние, при котором на выходе триггера «О появляется логическая «1, а на выходе «1 - логический «О. Форма выходного напряжения счетчика 7 показана на диаграмме 17, а форма напряжения на нижнем по схеме выходе триггера 9 - на диаграмме 18 и на верхнем - на диаграмме 19. Вследствие этого переброса схема 2 перестает пропускать импульсы на выход схема 3 начинает пропускать импульсы задающего генератора на свой выход, а схема 4 начинает пропускать на выход импульсы, сформированные ограничителем 10 из напряжения на зажимах магнитострикционного преобразователя 6. Форма напряжения на выходе схемы 3 показана на диаграмме 20, форма напряжения на выходе ограничителя 10 - на диаграмме 21, а форма напряжения на выходе схемы 4 - на диаграмме 22.

Устройство переходит в режим паузы.

0 В режиме паузы на вход усилителя 5 мощности не поступают импульсы управления, на выходе его отсутствует выходное напряжение, а на зажимах преобразователя 6 действует ЭДС, вызванная его собственными механическими колебаниями. Эта ЭДС

после формирования ограничителем 10 через схему 4 поступает на делитель 11 частоты, который формирует прямоугольный импульс. Длительность этого импульса равна длительности определенного кол-ичества периодов затухающих колебаний, которое определяется коэффициентом деления делителя 11 частоты. Oopvia напряжения на выходе делителя частоть показана на диаграмме 23. После того, как счетчик 8 отсчитает определяемое его коэффициентом пересчета количество импульсов, на его выходе появляется импульс, который перебрасывает триггер 9, и устройство снова переходит в режим генерирования. Кроме .того, выходной импульс счетчика 8 производит установку в исходное состояние делителя 11 частоты. Форма выходных импульсов преобразователя 6 показана на диаграмме 24. С помощью интегратора 12 из выходного напряжения делителя 11 частоты выделяется среднее значение,, которое, как это видно из диаграммы 23, можно определить по формуле: 1L -гг Кз . ()Ty где t/a - амплитудное значение напряжения импульса; . - период собственных колебаний магнитострикционного преобразователя;Tj -период следования импульсов задающего генератора; KI -коэффициент пересчета счетчика 7; KI - коэффициент пересчета счетчика 8; Kj -коэффициент деления делителя. Напряжение с выхода интегратора подается на один из входов устройства сравнения, на другой вход которого подается напряжение уставки. Напряжение рассогласования на выходе устройства сравнения равно: UPQCC.. Ucp - ТА в том случае, если VJJCT, j +Кг выходное напряжение устройства сравнения Рзвно:к /т чКз С 1Г„„ ТГ . - . f JiC-T(« K,KL расе -о Последнее перепивыражениесать в виде: . и7т . / fpca-f.; .pocc-uc,-(-: ;Таким образом, на выходе устройства сравнения возникает напряжение рассогласования в той случае, если частота следования импульсов управления отличается от частоты собственных колебаний магнитострикционного преобразователя. Рассматриваемое устройство является замкнутой |истемои автоматического регулирования импульсного действия. Подстройка системы происходит во время паузы. Выходная частота источника питания подстраивается непосредственно к частоте собственных колебаний магнитострикционного преобразователя, и точность подстройки определяется точностью ограничителя и коэффициентом усиления замкнутой системы автоматического регулирования..В реальных устройствах эти показатели можно выполнить весьма высокими. . Описанный источник питания с системой автоподстройки может работать на пьезоэлектрический преобразователь, а также на электрический колебательный контур. Применение принципа автоподстройки частоты по частоте собственных колебаний колебательной системы выгодно отличает предлагаемый способ от известных поскольку на величину резонансной частоты не влияют параметры электрической стороны колебательной системы, которые изменяются в процессе работы в зависимости от температуры, питающего напряжения и его частоты. Формула изобретения Способ автоподстройки частоты источника питания резонансной колебательной системы, заключающийся в измерении сигнала, обусловленного ее резонансными свойствами, сравнении его с заданными, воздействии сигналом рассогласования на задающий генератор источника питания, отличающийся тем, что с целью повыщения точности автоподстройки, в качестве сигнала, обусловленного резонансными свойст зами системы, используют частоту ее собственных колебаний, которую замеряют во время периодически создаваемых при работе источника питания пауз. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Акодис М. М. и др. Автоподстройка частоты тиристорного инвертора при работе с магнитострикционным преобразователем. - «Электротехника, 1972, № 1, с. 8. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2389525/07, 3.06.77. 3. Келлер О. К. и др. Автоматическая подстройка частоты в ультразвуковых генераторах. - Сб. «Промыщленное применен{1е оков высокой частоты (труды ВНИИТВЧ) ., «Машиностроение, 1973, вып. 13, с. 232 (прототип).

14 ( 1

r5LlUUJLflJMVIUJ LM.10

(риг. 2