Цифровой регулятор скоростиАСиНХРОННОгО дВигАТЕля Советский патент 1981 года по МПК G05B11/01 

1

Изобретение относится к автоматическому управлению и -может быть применено в радиотехнических системах, приборостроении и станкостроении.

Известны цифровые регуляторы скорости двигателей, содержащие эталонный кварцевый генератор, счетчик импульсов, орган сравнения, устройство памяти, преобразователь код-аналог, усилительное звено, объект регулирования. Ко второму входу органа сравнения подсоединен выход задающего устройства. К объекту регулирования подключен тахогенератор, который через делитель частоты соединен сс5 вторым входом счетчика импульсов LI

Известные регуляторы предусматривают запоминание ошибки системы и ее преобразование в управляющий сигнал в широком диапазоне скоростей, что приводит к неопределенному усложнению узла считывания, блока памяти, преобразователя код-аналог и усилительного звена, хотя для обеспечения процесса регулирования достаточно чтобы пропорциональность выходного сигнала усилительного звена величине ошибки скорости сохранялась в ограниченном диапазоне скоростей.

Таким образом, известные регуляторы неоправданно усложнены.

Наиболее близким по,технической сущности к предлагаемому является цифровой регулятор скорости двигателя, содержащий первый формирователь импульсов, первый выход которого,через последовательно соединенные блок задания скорости и счетчик подключен

10 к входу первого элемента И, а второй выход через последовательно соединенные триггер и ключ - к второму входу счетчика, второй вход ключа подсоединен к генератору импульсов, блок

15 памяти, вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов, а выход - через последовательно соединенные цифроаналоговыЯ преобразователь, усилитель, коммутатор, асин20хронный двигатель и импульсный датчик .скорости - ко входам формирователей шшульсов и второй элемент И 2J .

В устройстве измеряется длительность интервала, пропорционального

25 скорости двигателя и поступающего с двух регистрирукядих устройств импульсного датчика скорости в виде импульсов, задающих начало и конец интервала. Измерение осуществляется посредством заполнения интервала импульсами30эталонной частоты генератора и подсчета их с помордью десятичного суммирующего счетчика. Точность измерения определяется двумя величинами: стабильностью частоты эталонного генератора и погрешностью счетчика импульсов. Стабильность частоты эталонного генератора настолько велика, что практически не оказывает никакого влияния на точность цифрового измерителя. При фиксированной частоте эталонного генера тора емкость счетчика должна быть мак симальной при минимальной скорости вращения (максимальном промежутке между двумя импульсами импульсного датчика скорости). А так как погрешность счетчика импульсов обычно составляет одну единицу младшего разряда, то в этом случае достигается мак симсшьная относительная точность изме рения. При росте измеряемой скорости интервал между двумя импульсами уменьшается, а следовательно, уменьшается и относительная точность изме рения. Минимально возможная длительность периода следования запускающих импульсов определяется при максимальной скорости двигателя Vnxcix on.min иг Аиап.рег иг;- перек 5/ст. -количество импульсов где , ftiin эталонного генератора, заполняющих счетчик от начс1ла счета до начала интервала регулирования -период следования импул сов эталонного генератора ; количество импульсов диап.рег эталонного генератора, заполнякюдих выбранный интервал регулирования длительность -переключе ния элементов регулято ра, связанных с перено сом информации из счет чика в блок памяти; количество импульсов, 5/ст. mow необходимое для перево да счетчика в состояни соответствующее нижнему пределу диапазона р гулирования при наибол шем возможном отклонении скорости; период следования импульсов мультивибратор Составляющие периода следования АОП. min Иг Аиап. и tngpen., связанные с записью минимальной скорости в счетчике и переносом этой ин формации в блок памяти необходимы для четкой работы регулятора скорост В интервале ny. ин информация о скорости в счетчик не поступает и не записьлвается в блоке памяти, поэтому в этом интервале происходит потеря информации о скорости. Следовательно, данная составляющая периода следования импульсов импульсного датчика скорости снижает точность измерения скорости в регуляторе. Л так как основой правильной работы регулятора является точное измерение скорости, то данная составляющая снижает точность работы и всего регулятора скорости двигателя. Цель изобретения - повышение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор введены элемент ИЛИ и. последовательно соединенные переключатель и регистр, причем четыре входа переключателя соединены соответственно -С выходом генератора им- пульсов, выходом второго формирователя импульсов, выходом второго элемента И и первым входом элемента ИЛИ, подсоединенного к выходу первого элемента И, второй вход регистра подключен к первому выходу первого формирователя импульсов, а выходы - соответственно к входам второго элемента И и блока памяти, третий вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго формирователя импульсов , а выход - со вторым входом триггера. В предлагаемом регуляторе необходимый диапазон регулирования, который в известном регуляторе формировался в младших декадах счетчика, формируется в небольшом по объему, вынесенному из общего счетчика, регистре . При увеличении или уменьшении ско2рсти двигателя выше или ниже выбранного диапазона регулирования элемент ИЛИ блокировки через триггер и ключ блокирует счетчик соответственно в момент срабатывания второго формирователя или в момент срабатывания первого элемента И, а элементы И через ключ блокируют регистр в одном из крайних положений и в блок памяти поступают данные о выходе скорости двигателя за выбранный диапазон регулирования. Сформированный сигнал управления уменьшает или увеличивает скорость двигателя и при входе ее в диапазон регулирования блокировка регистра снимается. Так как по получении информации о превышении скорости выше или ниже границ выбранного диапазона регулирования она сразу же переносится в блок памяти (в пределах длительности tnepek ) . не прибегая к принудитель ной установке счетчика, при сохранении длительности периода следования, запускающих импульсов за счет экономии составляющей периода следования на принудительную установку счетчика (. max-1|;,ц) емкость счетчика, значительно увеличивается.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого цифрового регулятора скорости асинхронного двигателя.

Регулятор содержит формирователь 1 импульсов, блок 2 задания скорости, счетчик 3, элемент И 4, триггер 5, ключ б, генератор 7 импульсов, блок 8 памяти, формирователь 9 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 10, усилитель 11, коммутатор 12, линей.ный асинхронный двигатель 13, импульсный датчик 14 скорости, элемент И

15,регистр 16, переключатель 17, племент ИЛИ 18. Линейный асинхронный двигатель содержит индукторы 19 и подвижный элемент 20.

В регуляторе измеряется длитель-ность интервала, пропорционального скорости двигателя и поступающего с двух регистрирующих устройств импульсного датчика 14 скорости в виде двух импульсов, задающих начало и конец интервала.

Измерение осуществляется посредством заполнения интервала импульсами опорной частоты от генератора 7 импульсов и подсчета их с помощью суммирующего счетчика 3 и регистра

16.Перед началом работы регулятора с помощью блока 2 задания скорости, предЬтавляющего собой либо контактный, либо бесконтактный переключатель, устанавливается згщанная скорость. При этом, в блоке 2 задания скорости устанавливается не число высокочастотных импульсов генератора 7 импульсов, приходящих в счетчик 3 за время от начала измеряемого интервала до нижнего предела диапазона регулирования, а дополнительное число, т.е.- число дополняющее первое до полного объема счетчика 3. Величина до- . полнительного числа зависит от выбранного диапазона регулирования, заданной величины скорости двигателя

и параметров входного интервала, поступающего с импульсного датчика 14 скорости.

Цифровой регулятор работает следующим образом.

Импульс, поступающий с peгJ cтpирующёго устройства импульсного датчика ;14 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в формирователе 1 импульсов переносит задание, записанное в блоке 2 Зсщания скорости, в счетчик 3 и одновременно устанавливает регистр 16 в исходное состояние. Через время задержки, необходимое для установки счетчика 3, импульсом из формирователя 1 импульсов переключается триггер 5. При этом открывается ключ 6 и в счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 7 импульсов.

По заполнении счетчика 3 до полного объема срабатывает элемент И 4

нижнего предела диапазона регулирования и через элемент ИЛИ 18 блокировки переключает триггер 5. При этом закрывается ключ 6,, который запрещает поступление импульсов с генератора 7 в счетчик 3. Одновременно выходной импульс элемента И 4 открывает ключ 17 и в измерительный регистр 16 начинают поступать импульсы генератора 7. Счет заканчивается с поступлением с регистрирукяцего устройства

импульсного датчика 14 скорости импульса, задающего конец измеряемого интервала в формирователь 9 импульсов. Импульс формирователя 9 закрывает ключ 17 и прекращает поступление

импульсов генератора 7 на управляющий вход регистра 16. Через время задержки с формирователя 9 импульсов поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 16,

в блок 8 памяти.

Информация, записанная в блоке 8 памяти, непрерывно превраицается в преобразователе 10 в аналоговую величину и с выхода преобразователя 10 подается на усилитель 11 для усиления и . преобразования до величины мощности, достаточной для запитки индукторов 19 линейного асинхронного двигателя (ЛАД) 13.

Индукторы 19 ЛЛД 13.в зависимости от величины и направления мощности, поступающей с усилителя 11, создают бегущее магнитное поле одного либо другого направления, которое, воздействуя на элемент 20 ЛАД 13, вращает

его, создавая вращающий или тормозядий момент для увеличения или уменьшения скорости вращения.

Схема поиска и поддержания постоянным и однозначным диапазоном регулирования в цифровой фораче работает следующим образом.

Пусть, например, скорость двигателя выше верхнего предела установленного диапазона регулирования.

Импульс, поступаюг й с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в формирователе 1 импульсов дереносит

задание, записанное в блоке 2 задания скорости в счетчик 3, устанавливает регистр 16 в исходное состояние и через триггер 5 открывает ключ 6. В счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 7. Так как скорость двигателя выше верхнего предела диапазона регулирования, импульс с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего конец измеряемого интервала, поступает на

вход формирователя 9 импульсов еще до полного заполнения счетчика 3.

Импульс формирователя 9 через элемент ИЛИ 18 и триггер 5 закрывает ключ 6 и прекращает поступление в

счетчик 3 тлпулъсов генератора 7. Одновременно запрещающий импульс с формирователя 9 блокирует ключ 17 в закрытом состоянии, не допуская прохождения импульсов с генератора 7 на вход регистра 16. Через время задержки с формирователя 9 поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 16. А так как регистр 16 находится в исходном состоянии, эта информация и будет перенесена в блок 8 памяти.

Таким образом, в блоке 8 памяти будет записываться информация исходного состояния регистра 16 независимо от того, насколько скорость двигателя вьше верхнего предела установленого диапазона регулирования. При этом, на выходе преобразователя 10 (будет минимальное напряжение и усилитель 11 через коммутатор 12 подает полную мощность соответствую1т1его напряжения на индукторы 19 ЛАД 13, которые создадут полный тормозящий момент, уменьшающий скорость двигателя до тех пор, пока она не уменьшится ниже верхнего предела диапазона регулирования.

По достижении скорости двигателя верхнего предела диапазона регулирования счетчик 3 заполняется полностью и через элемент И 4 открывает ключ 17 регистра и на вход регистра 16 поступают импульсы генератора 7, переключая регистр 16 в соответствующее положение обычным способом.

При скорости двигателя ниже нижнего предела, установленного диапазона регулирования, импульс, поступающий с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в формирователе 1 установки переносит задание, записанное в блоке 2 задания скорости в счетчик 3, устанавливает регистр

16в исходное состояние и через триггер 5 открывает ключ 6. В счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 7. По заполнении счетчика .3

до полного объема срабатывает элемент И 4 нижнего предела диапазона регулирования и через элемент ИЛИ 18 переключает триггер 5. При этом закрвается ключ 6 и прекращается поступлние импульсов с генератора 7 в счетчик 3. Одновременно выходной импульс элемента И 4 открывает ключ 17 и в регисгр 16 начинают поступать импульсы генератора 7. По заполнении регистра 16 до полного объема срабатывает элемент И 15, закрывает ключ

17и прекращает поступление импульсо генератора 7 на управляющий вход регистра 16. Одновременно с элемента

И 15 поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 16 , в блок 8 памяти. Л так как регистр 16 полностью заполнен, то эт

информация и будет перенесена в блок 8 памяти.

Таким образом, в блоке 8 памяти будет записываться информация полностью заполненного регистра 16 независимо от того, насколько скорость двигателя ниже нижнего предела установленного диапазона регулирования. При этом, на выходе преобразователя 10 будет максимальное напряжение и усилитель 11 через кo лмyтaтop 12 подает полную мощность соответствующего направления на индукторы 19 ЛАД 13, которые создадут полный тяговый момент, увеличивающий скорость двигателя до тех пор, пока она не увеличится выше нижнего предела диапазона регулирования.

При превышении скорости двигателя выше нижнего предела диапазона регулирования регистр 16 полностью не заполняется и элемент И 15 перестает блокировать ключ 17. Блокировку ключа 17 и выдачу разрешагадего импульса

на перенос информации с регистра 16 в блок 8 памяти осуществляет формирователь 9 обычным способом.

Исследования и испытания макет5ного образца цифрового регулятора скорости линейного асинхронного двигателя подтвердили его работоспособность и положительные качества.

Точность предлагаемого цифрового регулятора скорости линейного асинхронного двигателя по сравнению с известным цифровым регулятором скороти двигателя при выполнении их на однаковой, элементной базе и включении в их состав импульсных датчиков скорости, имеющих одинаковые частотные характеристики, увеличена примерно в два раза.

Выделение регистра из счетчика в предлагаемом цифровом регуляторе скорости двигателя позволяет выполнить его в виде сдвигающего регистра, в котором в зависимости от информации срабатывает только один элемент, а следовательно, значительно упрощается блок памяти и последующие элемент преобразователя отклонения скоростидвигателя от заданной в управляющий сигнал.

Формула изобретения

Цифровой регулятор скорости асинхронного двигателя, содержащий первый формирователь импульсов, первый вьлход которого через последовательно соединенные блок задания скорости и счетчик подключен к входу первого элемента И, а второй выход через последовательно соединенный триггер и ключ - к второму входу счетчика, второй вход ключа подсоединен к генератору импульсов, блок памяти, вход которого подключен к выходу второго

формирователя импульсов, а выход через последовательно соединенный цифроаналоговый преобразователь, усилитель, коммутатор, асинхронный двигатель и импульсный датчик скороети - ко входам формирователей импульсов и второй элемент И, отличающийся тем, что, с целью пог-лшения точности регулятора, в него введены элемент ИЛИ и последовательно соединенные переключатель и регистр, причем четыре входа переключателя соединены соответственно с выходом генератора импульсов, выходом второго формирователя импульсов, выходом второго элемента И и первым входом элемента ИЛИ, подсоединенного к выходу первого элемента И, второй

взсод регистра подключен к первому выходу первого формирователя иютульсов, а выходы - соответственно к входам второго элемента И. и блока памяти, третий вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход - со вторым входом триггера.

Источники информации, принятые до внимание при экспертизе

0

1.Богорад Г.З. и Хиблицкий В.А. Цифровые регуляторы и измерители скорости. М.-Л., Энергия, 1966, с. 87 и 90, рис. 34 и 35.

2.Авторское свидетельство СССР № 312235, кл. G 05 В 11/06, 1971

5 (прототип).