Устройство для управления реверсивным электродвигателем постоянного тока с электромагнитным тормозом

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ-ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ТОРМОЗОМ, содержащее эадатчик положения и датчик положения выходного вала электродвигателя, выходами подключенные к входам усилителя рассогласования с формирователем сигналов управления, выходы которого подключенй к управляющим входам силовых ключей цепей питания обмоток электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности установки валаэлектродвигателя в заданное положение, формирователь сигналов управления выполнен с семью входами, введены дифференцирующий узел, входом подключенный к выходу датчика положения, два формирователя одиночных импульсов управляемой длительности, генератор импульсов , формирователь опорных напряжений и четыре компаратора, одни входы которых соединены с выходом ,усилителя рассогласования, другие входы - с соответствующими выходами формирователя опорных напряжений, а выходы - соответственно с первыми четырьмя входами формирователя сиг- I налов управления, пятый вход которого подключен к генератору импульсов, шестой и седьмой входы - к выходам соответственно первого и второго формирователей одиночных импульсов управляемой длительности, запускающий , вход каждого из которых соединен с выходом соответственно первого и четвертого компараторов, а управляющие входы - к соответствующему выходу дифференцирующего узла. 2. Устройство по п.1, отлиi чающееся тем, что формирователь сигналов управления выполнен (Л в виде двух идентичных каналов, каждый из которых содержит логические элементы 2ИЛИ-НЕ и 2И-НЕ, два логических элемента ЗИ-НЕ и три логи- ; ческих инвертора, выход первого из которых подключен к первому входу первого элемента ЗИ-НЕ, вторым входом соединенного с выходом второго сд Од элемента ЗИ-НЕ, первый вход которого через второй инвертор связан с выходом элемента 2И-НЕ, первым входом ю подключенного к выходу элемента. 4 2ИЛИ-НЕ того же канала, третий вход -первого элемента ЗИ-НЕ каждого канаЛ ла связан через третий инвертор другого качала с вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ другого канала, выход элемента 2И-НЕ каждого канала соединен с вторым входом второго эле мента ЗИ-НЕ другого канала, третьи входы которых объединены и являются пятым входом формирователя сигналов управления, первым и четвертым входами которого являются, объединенные между собой вход первого инвертора и первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соответственно первого и второго кдналов ,вторым, шестым, третьим.и седь

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЩП Н 0.2 P 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3289718/24-07 (22 ) 18. 05. 81 (46 ) 07. 11. 83. Бюл. Р 41 (72) Г.В. Сероклинов, В;В. Альт, Ю.С. Шабанов, В.A. Коротченко, A.В. Мисюра и.Ю.Н. Шишкин (71) Специальное опытное проектноконструкторско-технологическое бю-. ро C0 BACXHHJI (5 3) 621.313.222-592.3(088.8) (56) 1. Патент Великобритании ,9 1440335, кл. G 3 й. публик. 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 615452, кл. 0 05 В 11/14, 1976.

3. Патент CMA Р 4055788, кл. 318-624, публик, 1977.

4 ° Агрегаты АРУ-3В-3-я серия и АРУ-ЗВУ-,З-я серия. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и руководство по ремонту, 1972, с. 17-20. (54 ) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВ-

ЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ

ТОРМОЗОМ, содержащее задатчик положения и датчик положения выходного вала электродвигателя, выходами подключенные к входам усилителя рассогласования с формирователем сиг налов управления, выходы которого . подключены к управляющим входам силовых ключей цепей питания обмоток электродвигателя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повы.шения быстродействия и точности установки вала электродвигателя в заданное положение, формирователь сигналов управления выполнен с семью входами, введены дифференцирующий узел, входом подключенный к выходу датчика положения, два формирователя одиночных импульсов управ- . ляемой длительности, генератор импульсов, формирователь опорных напряжений и четыре компаратора, одни входы которых соединены с выходом

„„su„„246 л, усилителя рассогласования, другие входы — с соответствующими выходами формирователя опорных напряжений, а выходы - соответственно с первыми четырьмя входами формирователя сигналов управления, пятый вход которого подключен к генератору импульсов, шестой и седьмой входы — к выходам соответственно первого и второго формирователей одиночных импульсов управляемой длительности, запускающий.вход каждого из которых соединен с выходом соответственно первого и четвертого компараторов, а управляющие входы — к соответствующему выходу дифференцирующего узла.

2. Устройство по п.1, о т л и — Я ч а ю щ е е с я тем, что формирователь сигналов управления выполнен фф в виде двух идентичных каналов каж- %Ф У дый из которых содержит логические элементы 2ИЛИ-НЕ и 2И-НЕ, два логических элемента ЗИ-HE и три логи-; © ческих инвертора, выход первого из которых подключен к первому входу первого элемента ЗИ-НЕ, вторым вхо- ( дом соединенного с выходом второго элемента ЗИ-НЕ, первый вход которого Ю через второй инвертор связан с выходом элемента 2И-НЕ, первым входом подключенного к выходу элемента .

2ИЛИ-НЕ того же канала, третий вход рф3Ь первого элемента ЗИ-НЕ каждого кана-,> а, ла связан через третий инвертор другого кацала с вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ другого канала, выход элемента 2И-НЕ каждого канала соединен с вторым входом второго эле мента ЗИ-НЕ другого канала, третьи входы которых объединены и являются пятым входом формирователя сигналов управления, первым и четвертым входами которого являются объединенные между собой вход первого инвертора и первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соответственно первого и второго каналов, вторым, шестым, третьим.и седь1053246 мам входами - соответственно. вторые" входы элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ соответственно первого и второго кана лов, а выходами — выходы первых элементов ЗИЛИ-HE каждого канала.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е. е с я тем, что формирователь одиночных импульсов управляемой длительности выполнен в виде геФ

Изобретение относится к электро. технике и может быть использовано в различных манипуляторах и следящих электроприводах в приборостроении, где требуется .компенсировать реакцию нагрузки.

Известно устройство для управле-. ния электродвигателем постоянного тоФа, содержащее датчик положейия, схему управления, усилитель, регулятор положения и регулятор скорости. Электродвигатель ускоряется до желаемой скорости под действием импульсного регулятора, охваченного обратной связью, а затем, когда объект приближается достаточно близ- 15 ко к,заданному положению, электродвигатель ступенчато притормаживается, после чего управление им осуществляется в функции аналогового сигнала, пропорционально расстоя- Z0

;нию до желаемого положения 51 /.

Недостатком данного устройства является невозможность управления электродвигателем с электромагнитным тормозом, который срабатывает при понижении или снятии напряжения, аналоговым сигналом вблизи заданного положения.

Известно устройство для управления электродвигателем, содержащее датчик рассогласования, генератор низкой частоты, блок анализа и переключения режимов движения, ждущий генератор импульсов, двигатель постоянного тока, редуктор и датчик шагов. 35

В этом устройстве двигатель по . сигналу рассогласования разгоняет- ся до заданной скорости, тормозится серией тормозных импульсов и шагами устанавливается в заданное 40 положение (2 j.

Недостатками такого устройства являются малое быстродействие, так как торможение осуществляется . серией импульсов, длительность которых .45 не учитывает скорость движения электродвигателя, невозможность управления в зоне торможения электродвигателем с электромагнитным тормозом нератора линейно изменяющегося напряжения и компаратора, выход которого является выходом упомянутого формирователя, первый вход - его управляющим входом, а второй вход подключей к выходу упомянутого.геиератора,, вход которого является запускающим входом укаэанного формирователя.

l и сложность системы при работе с аналоговыми датчиками.

Известно устройство для управления электродвигателем, содержащее датчик положения, вырабатывающий сигнал пропорциональный положению вала электродвигателя, компаратор, сравнивающий сигналы датчика положения .и задатчика, формирователь сигналов управления, определяющий направление вращения электродвигателя и .цна силовых ключа ГЗ ).

Недостатками этого устройстна являются низкая точность установки положения вала электродвигателя и малое быстродействие, вызванное низким качеством переходного процесса.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройстно для управления реверсивным электродвигателем постоянного тока с электромагнитным тормозом, которое содержит датчики высоты и скорости, выполняющие функции задатчика положения, датчик положения, соединенный через редуктор с выходным валом электродвигателя, усилитель рассогласования с формирователем,сигцалов управлЕния, определяющим направление вращения,электродвигателя, и два силовых ключа (4 .

Недостатками известного устройстна являются низкая точность установки вала электродвигателя в заданное положение и малое быстродействие, ограниченное низким качеством переходного процесса.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности установки вала электродвигателя в заданное положение путем улучшения качества переходного процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстно для управления реверсивным электродвигателем постоянного тока с электромагнитным тормозом, содержащее задатчик положения- и датчик положения выходного вала электродвигателя, выходами подключенные к входам усилителя расr

1053246

I согласования с формирователем сигналов управления, выходы которого подключены к управляющим входам силовых ключей цепей питания обмоток

/ электродвигателя, формирователь сигналов управления выполнен с семью 5 входами, введены дифференцирующий узел, входом подключенный к выходу датчика положения, два формировате УЖ одиночных импульсов управляемой длительности, генератор импульсов, tO формирователь опорных -напряжений и четыре компаратора, одни входы которых соединены с выходом усилителя рассогласования, другие входы - с соответствующими выходами формирова-. 15 теля опорных напряжений, а выходы -. соответственно с первыми четырьмя входами формирователя сигналов управления, пятый вход которого под« ключен к генератору импульсов, шестой и седьмой входы - к выходам со-. ответственно первого и второго фор» мирователей одиночных импульсов управляемой длительности, запускающий вход каждого из которых соединен с выходом соответственно первого и четвертого компараторов, а управляю- . щие входы — к соответствующему выходу дифференцирующего узла, формирователь сигналов управления выполнен в виде двух идентичных каналов, каждый из которых со-.: держит логические элементы 2ИЛИ-НЕ и 2И-,НЕ, два логических элемента

ЗИ-НЕ и три логических инвертора, выход первого из которых подключен N к первому входу первого элемента

ЗИ-НЕ, вторым входом соединенного с выходом второго элемента ЗИ-НЕ, первый вход которого через второй инвертор связан с выходом элемента 40

2И-.НЕ, первым входом подключенного к выходу элемента 2ИЛИ-НЕ того же канала, третий вход первого элемента ЗИ-ЙЕ каждого канала связан через третий инвертор другого кана- -45 ла с вторым входом элемента 2ИЛИ-HE другого канала, выход элемента 2И-НЕ каждого канала соединен с вторым входом второго элемента ЗИ-НЕ друго- го канала, третьи входы которых объединены и являются пятым входом формирователя сигналов управления, первым и четвертым входами которого являются объединенные между собой вход первого инвертора и первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соответствен» но первого и второго каналов, вторым, шестым, третьим и седьмым входами - соответственно вторые входы элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ соответственно первого и второго каналов, - .60 а выходами - выходы первых элементов ЗИЛИ-НЕ каждого канала.

Кроме того, формирователь одиночных импульсов управляемой длительности выполнен в виде генератора линейно изменяющегося напряжения и компаратора, выход которого является выходом упомянутого формирователя, первый вход — его управляющим входом, а второй вход подключен к выходу упомянутого генератора, вход которого является запускающим входом указанного формирователя.

Такое выполнение устройства позволяет обеспечить максимально возможную скорость вращения электродвигателя, интенсивное его торможение при йриближении к заданному .положению, учитывающие скорость его вращения,,что способствует повышению быстродействия, и точную установку положения вала электродвигателя с помощью импульсов, длительность которых обеспечивает шаговый режим работы электродвигателя с электромагнитным тормозом.

На фиг. 1 изображена схема устройства для управления реверсивным электродвигателем постоянного тока с электромагнитным тормозом; на фиг. 2 — схема формирователя сигналов управления; на фиг. 3 - схема формирователя одиночных импульсов управляемой длительности.

Устройство содержит электродвигатель 1 с электромагнитным тормозом, соединенный через редуктор с датчиком 2 положения выходного вала электродвигателя 1, дифференцирующий узел 3, усилитель 4 рассогласования, соединенный с задатчнком 5 положения, четыре компаратора 6-9, формирователь 10 опорных напряжений, формирователи 11 н 12 одиночных импульсов управляемой длительности, генератор 13 импульсов, а также формирователь 14 сигналов управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам силовых ключей 15 и 16, которые подключены к обмоткам электродвигателя 1. При этом первый вход, усилителя 4 рассогласования соеди:,нен с датчиком 2 положения, с котоI рым также соединен вход дифферен,:цирующего узла 3, первый н второй выходы которого подключены соответ ственно к.управляющим входам первого формирователя 11 и второго формирователя 12 одиночных импульсов, выходы которых соединены с шестым 17 и седьмым 18 входами формирователя 14 сигналов управления, к пятому входу 19 которого подключен выход генератора 13 импульсов, а к первому 20, второму 21, третьему 22 и четвертому 23 входам— соответственно выходы компараторов

6-9, нри этом одни входы компараторов 6-9 соединены с выходом усн лителя 4 рассогласования, а други входы - соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выхо1053246

10 дами формирователя 10 опорных напряжений. Кроме того, выход компаратора 6 соединен с запускающим входом формирователя 11 одиночных импульсов, а выход компаратора 9 с запускающим входом формиронате- 5 ля,12 одиночных импульсов.

Формиронатель 14 сигналов управления (фиг. 2) состоит из двух идентичных взаимосвязанных каналов

24 и 25. Первый канал содержит логические элементы 2ИЛИ-НЕ 26, 2И-НЕ 27, три логических иннертора 28-30 и два логических элемента

ЗИ-НЕ 31 и 32 ° Аналогично второй канал содержит элементы 2ИЛИ-HE 33, 2И-HE 34, три инвертора 35-37 и два элемента ЗИ-НЕ 38 и 39.

Первый вход элемента 2ИЛИ-HE 26 является входом 20 формирователя

14 сигналов управления, второй вход — входом 17 формирователя 14, а выход соединен с перным входом элемента 2И-НЕ 27, второй вход которого является входом 21 формирователя 14. Входы первого инвертора

28 и третьего инвертора 30 являются входами 20 и 17 формирователя 14. сигналов управления, вход второго инвертора 29 соединен с выходом элемента 2И-НЕ 27, который подключен также к второму входу второго элемента ЗИ-НЕ 39 второго канала. Выход второго иннертора 29 соединен с первым входом второго элемента

ЗИ-НЕ 32, второй вход которого подключен к ныходу элемента 2И-НЕ .34 второго канала, а третий является входом 19 формирователя 14 сигналов управления при этом выход второго элемента ЗИ-НЕ 32 соединен с вторым входом первого элемента ЗИ-HE 31, 40 первый вход которого соединен с выходом первого инвертора 28, а третий - с выходом третьего инвертора

37 второго канала. Кроме того, выход третьего инвертора 30 подключен 45 к третьему входу первого элемента

ЗИ-НЕ 38 второго канала, а выходы элемента .ЗИ-НЕ 31 первого канала и элемента ЗИ-НЕ 38 второго канала являются соответственно первым и вто-50 рым выходами формирователя 14 управления сигналов.

Соединения элементов внутри нторого канала являются идентичными соединениям внутри первого канала.

Формирователь 11 одиночных импульсов управляемой длительности (фиг. 3) содержит генератор 40 линейно изменяющегося напряжения и компаратор 41, первый вход и выход которого являются соответственно 60 управляющим входом и выходом формирователя 11 одиночных импульсов, а второй вход подключен к выходу ге" нератора 40 линейно изменяющегося напряжения, входом которого являет- 65 ся запускающий нход Формирователя

11 одиночных импульсов. Аналогично выполнен формирователь 12 одиночных импульсон управляемой длительности, В предлагаемом устройстве для упраъления электродвигателем сочетаются два канала управления — грубый и точный.

Управление по грубому каналу осуществляется при условии

t4Ul tU„, где д U - управляющее воздействие (сигнал на выходе усилителя 4 рассогласования);

U< — напряжение срабатынания компаратора 6;

-Оу — напряжение срабатывания компаратора 9 .

Управление по точному каналу осуществляется при условии

t u1 f thU1 ) l U0i, где U — напряжение срабатывания компаратора 7, -U — напряжение срабатывания компаратора 8.

Точность управления определяется зоной нечувствительности д0н, ширина которой равна

Д0, =2U

Устройство работает следующим образом.

Текущее значение положения вала электродвигателя 1 поступает с выхода датчика 2 положения на входы усилителя рассогласования.и дифференпирующего узла 3, определяющего направление и скорость перемещения вала электродвигателя 1.

В усилителе рассогласования сигнал с датчика 2 положения сравнивается с сигналом задатчика 5 положения, и формируется управляющее воздействие д0, поступающее на входы компараторов 6-9, уровень срабатывания которых задается формирова-. телем 10 опорных напряжений.

Ясли управляющее воздействие

thU t больше 0, то срабатывают компараторы 6 и 7, определяющие прямое направление вращения электродвигателя 1.

Сигналы с выхода компараторов 6 и 7 поступают соответственно на входы 20 и 21 формирователя 14 сигналов управления, где по ним формиру- ется сигнал управления по грубому каналу, который поступает на силовой ключ 15. Силовой ключ 15 открывается, и к обмотке электродвигателя 1, обеспечивающей прямое направление вращения, прикладывается номинальное напряжение. Электродви1053246 гатель 1 растормаживается электромагнитным тормозом, разгоняется до номинальной скорости н работает до момента срабатывания комларатора 6, который происходит лри условии1в0 I Uо.

По сигналу комларатора 6 формирователь 14 сигналов управления снимает сигнал управления по грубому каналу с входа силового ключа 15 и по сигналу формирователя 11 одиночных импульсов управляемой длительности, который запускается лри срабатывании компаратора 6, формирует управляющий сигнал, поступаю.щий на вход силового. ключа 16. В результате этого силовой ключ 15 закрывается и с обмотки электродвигателя 1, обеспечивающей прямое налрав ление вращения, напряжение снимается, а силовой ключ 16 открывается, и к обмотке электродвигателя 1, обеспечивающей обратное направление вращения, прикладывается номинальное напряжение. Электродвигатель 1 интенсивно тормозится. После окончания тормозного импульса, когда скорость электродвигателя 1 становится близкой к нулю, силовой ключ

16 закрывается, обмотка, обеспечивающая обратное направление вращения .обесточивается, а формирователь

14 сигналов управления по выходному сигналу компаратора 7 вырабатывает сигнал управления по точному каналу. При управлении по точному ка налу на вход силового ключа 15 поступает управляющий сигнал, полученный формирователем 14 сигналов управления по сигналу генератора 13 импульсов, поступающему на его вход 19, который обеспечивает включение силового ключа 15 на период действия импульса.

Питание электродвигателя 1 с электромагнитным тормозом импульсным напряжением обеспечивает ему шаговый режим работы. Электродвигатель работает в таком режиме до момента срабатывания компаратора 7, которое происходит лри усЛовии

iЫi =U

По сйгналу компаратора 7 формирователь 14 сигналов управления снимает управляющий сигнал по точному каналу с входа ключа 15, электродвигатель 1 останавливается и заторма- живается электромагнитным тормозом.

Управление электродвигателем .1 при перемещении в обратном направлении аналогично управлению при перемещении в прямом направлении и определяется соответственно компараторами 9 и 8 при управляющем воздействии hU меньше, чем -U„.

Формирование управляющих сигналов по первому каналу 24 осуществляет-. ся следующим образом.

При управлении ло грубому каналу сигнал, поступающий на вход 20 формирователя 14 сигналов управления, ннвертируется инвертором 28 и идет на элемент ЗИ-HE 31, на выходе кото5 рой формируется управляющий сигнал.

Одновременно этот же сигнал ннвертируется элементом 2ИЛИ-HE 26 и поступает на элемент 2И-HE 27, кото. рый запрещает формирование сигнала

)Q управления по точному каналу.

При действии тормозного импульса, поступающего на элемент 2ИЛИ-HE

26 и на инвертор 30, выходной сигнал с элемента 2ИЛИ-НЕ 26 приходит на элемент 2И-HE. 27 и запрещает формирование сигнала управления по точному каналу, а инвертированный сигнал с выхода инвертора 30 поступает на вход элемента ЗИ-НЕ 38 второго канала, на выходе которого фор мируется сигнал управления торможе-. нием.

При управЛении по точному каналу . сигналы с входов 17 и 20 снимаются, 25 и на выходе элемента 2ИЛИ-HE 26 формируется сигнал, разрешающий управление по точному каналу, который поступает на первый вход элемента

2И-HE 27, на второй вход которого приходит сигнал с входа 21 формиро30 вателя. С выхода элемента 2И-HF, 27 сигнал поступает на инвертор 29 и на второй вход элемента ЗИ-НЕ 39 второго канала, где запрещает формирование сигналов управления во втором

35 канале.

Сигнал с выхода инвертора 29 поступает на элемент ЗИ-HE 32 и лри наличии разрешающего сигнала, поступающего с выхода элемента 2И-HE 34

4О второго канала, разрешает лрохожде- ,ние на выход элемента ЗИ-НЕ 32 импульсов,постоянно присутствующих на входе, 19 формирователя.

С выхода элемента ЗИ-НЕ 32 инвер45 тированные импульсы поступают на элемент ЗИ-НЕ 31, на выходе которого формируется управляющий сигнал.

Аналогично осуществляется формирование управляющих сигналов ло втоРому как алу 25 .

Формирование одиночных импуль.сов управляемой длительности осущестI вляется следующим образом.

При поступлении на запускающий вход формирователя 11 одиночных импульсов управляемой длительности отрицательного перепада напряжений. запускается генератор 40 линейно изменяющегося напряжения, сигнал с выхода котброго поступает на второй

60 вход компаратора 41, на первый вход которого поступает сигнал с выхода дифференцируюшего узла 3. До момента запуска генератора 40 комларатор 41 находится в исходном состоянии. В момент запуска комларатор 41

105.324б

10 срабатывает и возвращается в исходное состояние после того, как выходное напряжение генератора 40 будет равно сигналу на управляющем входе формирователя 11 На выходе компаратора 41 формируется импульс, длительность которого зависит от величины сигнала на выходе дифференциоующего узла 3.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает высокое быстродействие и точность установки положения вала электродвигателя, что . способствует повыщению точности работы манипуляторов, например, в системе автоматического управления движением автомобиля на испытательном стенде.

105324б (Риа. Г

Составитель Л. Краснов

Редактор Р. Цицика Техред. С.Мигунова

Корректор О. Тнгор

Заказ 8897/54 Тираж 687 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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