Цифровой регулятор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 05 В 11 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ н двтогсномм свидетельству

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3371513/18-24 (22 ) 23. 12. 81 (46) 15.07.83. Бюл. В 26 (72) В.И. Ольшевский и Б.A. Фурман (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина (53) 62-50(088.8) (56 ) 1. Батоврин A.A. и др. Цифровые системы управления. электроприводами. Л., "Энергия", 1977,.с. 18.

2. Авторское свидетельство СССР

9 768866, кл. 0 21 F 7j06, 1978 (прототип). (54)(57 ) ЦИФРОВОИ РЕГУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делитель частоты, блок сравнения, преобразователь коднапряжение, блок управления и двигатель,. вал которого механически связан с преобразователем скоростьчастота, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регулятора, в него введены инверторы, счетчики импульсов, элементы 2И-ИЛИ, RS -триггеры, элементы

И„ формирователи импульсов и элемент

ИЛИ, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, а первый и второй входы — соответствен но к выходам первого.и второго формирователей импульсов, вход первого формирователя импульсов соединен с первым выходом преобразователя

„.SU„„1029138 А. скорость-частота, с первым входом первого счетчика импульсов и через первый инвертор — с первым входом второго счетчика импульсов, а вход второго формирователя импульсов с вторым выходом преобразователя скорость-частота, с первым входом: третьего счетчика импульсов и через второй инвертор — с первым входом четвертого счетчика импульсов, вторые входы счетчиков импульсов подключены к выходу преобразователя код-частота, выходы первого и второго счетчиков импульсов через первый элемент 2И-ИЛИ соединены с

S-входом первого RS -триггера, а выходы третьего и четвертого счетчи- Я ков импульсов через второй элемент

2И ИЛИ соединены с S --входом второго /фью

pS-триггера, R -входы первого и второго й5-триггеров подключены к уп- С равляющему входу регулятора, прямые выходы — соответственно к первым входам первого и второго элементов

И, а инверсные выходы — к вторым Вава входам первого и второго элементов а, И, выходы которых соединены соответ- аГ ственно с S --входом и R -входом тре- )Я тьего к5-триггера, прямой и инверс-ный выходы которого подключены соответственно к управляющим входам least

:,второго и первого формирователей

-импульсов, первый и второй сигнальные выходы регулятора подключены QQ к прямому выходу первого Рз -тригге-. ра и к инверсному выходу второго

R5-триггера.

1029138

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в устройствах для управления электроприводом.

Известен цифровой регулятор скорости, содержащий задатчик скорости, блок управления, двигатель, измеритель скорости и преобразователи частоты ? 1 j.

Однако известный регулятор характеризуется недостаточной надежнос- 10 тью.

Наиболее близким к изобретению является цифровой регулятор, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делитель частоты, блок сравнения, преобразователь код-напряжение, блок управления и двигатель, вал которого механически связан с преобразователем скорость-частота 2 ).

Данный регулятор также недостаточно надежен.

Целью изобретения является повышение надежности регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой регулятор введены инверторы, счетчики импульсов, элементы 2И-ИЛИ, R5 -триггеры, элементы

И, формирователи импульсов и элемент ИЛИ, выход которого подключен ЗО к .второму входу блока сравнения, а первый и второй входы — соответ- ственно к выходам первого и второго формирователей импульсов, вход первого формирователя импульсов сое- 35 динен с первым выходом преобразователя скорость-частота, с первым входом первого счетчика импульсов и через первый инвертор — с первым входом второго счетчика импульсов, а вход второго формирователя импульсов — с вторым выходом преобразователя скорость-частота, с первыми входами третьего счетчика импульсов и через второй инвертор — с первым входом четвертого счетчика импуль45 сов, вторые входы счетчиков импульсов подключены к выходу преобразователя код-частота, выходы первого и второго счетчиков импульсов через первый элемент 2И-.ИЛИ соеди- 5О .нен с 5 -входом первого RS-триггера, а выходы третьего и четвертого счетчиков импульсов через второй элемент 2И-ИЛИ соединены с 5-входом второго R5-триггера, R -входы перво- 55

ro и второго RS-триггеров подключены к управляющему входу регулятора, прямые выходы — соответственно к первым входам первого и второго элементов И, а инверсные выходы — 6О к вторым входам первого и второго. элементов И, выходы которых соединены соответственно с 3-входом и - входом третьего К9-триггера, йрямой и инверсный выходы которого, 65 подключены соответственно к управляющим входам второго и первого формирователей импульсов, а первый и второй сигнальные выходы регулятора подключены к прямому выходу первоroR5-триггера и к инверсному выходу второго РБ -триггера.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Регулятор содержит генератор опорной частоты 1, преобразователь код-,частота 2, делитель частоты 3, блок сравнения 4, преобразователь код-напряжение 5, блок управления

6, двигатель 7, преобразователь скорость-частота 8, импульсные датчики обратной связи 9 и 10, формирователи импульсов 11 и 12, элемент MJIH 13, инверторы 14 и 15 счетчики импульсов 16 — 19, элементы 2И-ИЛИ 20 и 21, RS -триггеры 22—

24, элементы И 25 и 26, управляющий вход регулятора 27, сигнальные выходы регулятора 28 и 29.

Регулятор работает следующим образом.

Сигнал задания вырабатывается в виде частоты импульсов с генератора опорной частоты 1, преобразованI ной в соответствии с уставкой в преобразователе 2 и уменьшенной в соответствии с коэффициентом деления Кб делителя частоты 3. Сигнал обратйой связи вырабатывается импульсными датчиками обратной связи 9 и 10 в .виде двух последовательностей прямоугольных импульсов со скважностью, равной двум. Указанные последовательности сдвинуты друг относительно друга на 90О.

Через .формирователи импульсов 11 и 12 и элемент ИЛИ 13 импульсы подаются на вход блока сравнения 4.

Формирователи импульсов 11 и 12 снабжены управляющими входами, позволяющими блокировать прохождение сигнала на вход элемента ИЛИ 13.

Частотные сигналы сравниваются в блоке сравнения 4, код ошибки преобразуется в напряжение преобразователем 5 и поступает в блок управления 6, включающий усилитель мощности и управляющий скоростью исполнительного двигателя постоянного тока. Точность регулирования, частоты вращения в установившемся режиме определяется только стабильностью генератора опорной частоты 1

С целью повышения надежности работы регулятора в промышленных условиях применено резервирование наибс?лее ненадежного звена - датчика импульсов преобразователя частоты вращения, устанавливаемого на вращающемся механизме. Резервиро1029138 вание осуществляется благодаря использованию в преобразователе скорости двух упомянутых датчиков 9 и 10 и двух формирователей импульсов 11 и 12, из которых один (резервный .) нормально заблокирован сигналом, поступающим с R5 -триггера 24. При отклонении режима работы основного датчика. за допустимые пределы схема автоматически переключает основной канал на резервный путем переключения блокировки формирователей импульсов 11 и 12. Переключение каналов происходит лишь в тех случаях, когда контроль состояния резервного канала подтверждает его исправ.ность

Указанные функции реализуются следующим образом.

Ha R -входы установки нуля счетчиков 14 — 17 поданы прямые и инвертированные сигналы датчиков 9 и 10.

Счетчики оказываются заблокированными. в те полупериоды работы соответствующих датчиков, когда на их й,— входы поступает уровень сигнала, соответствующий логической "1" и находятся в режиме счета импульсов в противоположные полупериоды. На счетные входы всех счетчиков подана выходная частота генератора опорной частоты 1 Гйь „2. Емкость . каждого счетчика Ио равна емкости делителя частоты 3, т.е. и = Кб и °

6ЫХ2 Э 8

В установившемся режиме частота задания f на выходе делителя час3 тоти 3 равна частоте следования импульсов обратной связи f . В этом случае, как видно из диаграммы (фиг. 2 ), при скважности следования прямоугольных импульсов датчика обратной связи, равной двум, в соответствующем .из счетчиков импульсов за время полупериода записывается число, равное N= —, при

Мо скважности,.равной 3/4, — и = 3/4 йр.

Отклонение скважности следования импульсов датчиков обратной связи от номинальйого значения равного двум, в ту или иную сторону является характерным признаком нарушения режима работы датчиков и вызывается как изменением характеристик элементов, так и консхрук-тивными нарушениями (например:изменением рабочего зазора вследствие ослабления крепления датчиков при вибрации и т.п. }, В то .же время, как правило, пб изменению скважности можно судить о появившейся тенденции к нарушению работы еще задолго до аварий-. ного состояния..

Таким образом, некоторое преде.льное значение числа й„,„„, записываемое в счетчик 14 — 7 за3полупериод работы датчика импульсов обI ратной связи, может служить призна-ком. Появление предельного значения

Й„„„„ фиксируется в любом из четырех счетчиков 14 — 17. Фиксация производится путем дешифрации состояния старших разрядов счетчика с помощью элементов 2И-ИЛИ, входы которых подключены к единичным выходам старших разрядов счетчиков.

Так, например, при К = N =-.16 факт

10 записи.-числа 12 и более (коэффициент заполнения >0,75) однозначно фикси-. руется при появлении единицы в двух старших разрядах четырехразрядно- го двоичного счетчика. Контроль

15 как прямых, так и инвертированных сигналов датчиков позволяет фиксировать в данном случае границы допустимого изменения коэффициента заполнения от 0,25 до 0,75. При выО ходе одного из датчиков на укаэанные границы на выходе элемента 2И-ИЛИ

20 (или -21) формируется сигнал, ус: танавливающий триггер 22. (или. 23) в состояние единицы, что фиксирует наличие ситуацйи, близкой к аварийной, в данном канале обратной связи. Если при этом триггер друго- го канала 23 (или 22) находится в исходном (нулевом) состоянии, то через элемент И 25 (или 26) изменение состояния триггера 22 (2) передается по установочному входу на триггер 24, управляющий формирователями импульсов 11 и 12. Происходит изменение состояния триг35 гера 24 и переключение каналов с аварийного на резервный. В случае же, когда на втором канале уже зафиксирована аварийность, перекрестная блокировка по вторым входам

40 элементов И 25 и 26 запрещает пе реключение каналов. В этом случае выдается команда на световую (предупредительную ) сигнализацию (выходы 28 и 29 ) с выходов 28 и -29 триггеров. Как видно из работы регулятора, неисправности датчиков, выражающиеся в отсутствии на их выходах импульсной последовательности (постоянный уровень нуля или единицы либо обрыв цепи ), также воспринимаются как частные случаи, соответствующе предельным.значениям максимальной и минимальной скважности.

Так как переключение происходит

55 на фронте импульса обратной связи,. а фазовый сдвиг между импульсами основного (s данный момент.)и резервного каналов составляет 90О, то очевидно, что переключение ка6О налов происходит без потерь информаций.

Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает резервирование элемента, находящегося в на65 иболее тяжелых условиях эксплуата10291 38 цйи, — датчика обратной связи, выражающееся в предупредительной сигнализации и автоматическом переключении .регулйтора с аварийного на резервный канаЛ обратной связи.Так. каК в принципе работы блока контро-; ля неисправностей заложено предотвращение аварийной ситуации (например при .граничных значениях коэффициента заполнения 0,25 и 0,75 еще обеспечивается нормальная работа регулятора ), то даже, если вышел из строя резервный канал, нарушение работы регулятора, а значит и техиологического оборудования, как правило, не наступает при своевременной реакции обслуживающего персонала на световую сигнализацию.

1029138

Йых.2 бык. 10лр- я 8

Рык.9 лр-Фя 8

Щх. pDp8. 11

Вых. Роро. 12

8ых. ром; 11 дух. ин3. 18 (N=05Ng) Зались 8 сигм. 6

gczx. 2И-ИЛИ 20

РЫх. 2И-ИЛИИ (6) Р,7Я ) kx фюри. 11

kx.ин5 f8

Зались Р игл 1Ь

Рь!х.2и-Иhи20 йи. триг. М

Яых. PaPw 12

1uz.2

Заказ 4977/45 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель A. Лащев

Редактор A. Гулько Техред,0,Неце Корректор О.Билак