Автоматический регулятор частоты

 

АВТОМАТИЧЕСКИЙ -РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ , содержащий входной формирова- , тель прямоугльных импульсов,генератор цмпульсов эталонной частоты, одновиб| )атор, первый счетчик импульсов, вход ||ачальной установки которого подключен к выходу входного формирователя прямоугольных импульсов через однорибратор , а счетный вход - к выходу рервого логического элемента И, вто|рой счетчик импульсов, счетный вход роторого подключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты, и рторой логический элемент И, о т даичающийся тем, что, с целью повышения точности регулирова|4ия частоты, он снабжен делителем частоты, логическим элементом И-НЕ, который подключен своими входами к рыходам первого счетчика импульсов, выходом - к одному входу первого логического элемента И, другой вход которого подключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты через делитель частоты, двумя инверторами , первый из которых подключен к выходу входного формирователя прямоугольных импульсов, а второй - к выходу первого логического элемента И-НЕ, реверсивным счетчиком импульров , вторым логическим элементом И-НЕ, логическим элементом ИЛИ, входы которых попарно объединены и подключены к выходам реверсивного счетчика импульсов, логическую схему сравнения на равно, одни входы сравнения которой подключены к выходам реверсивного счетчика импульсов , а другие - к выходам второго счетчика импульсов, третьим логическим элементом И, выход которого подключен к входу обратного счета реверсивного счетчика импульсов, вход прямого счета которого подключен к выходу второго логического элемента И, вторым одновибратором и выходным RS-триггером, R-вход которого подключен к выходу логической схемы сравнения на равно, а S-вход - к выходу последнего разряда второго счет чика через второй одновибратор, при этом первый вход второго логического элемента И подключен к выходу первого логического элемента И-НЕ, второй вход - к выходу первого инвертора, третий - к выходу второго инвертора, а четвертый соединен с четвертым вхо , дом третьего логического элемента И, :п третий вход которого соединен с входом второго инвертора, второй вход с входом первого инвертора, а первый вход - с выходом логического элемен-; та ИЛИ, причем объединенные четвертые входы первого и второго логических элементов И подключены или к выходу генератора импульсов эталонной частоты через дополнительно введенный делитель частоты, или к одному из выходов разрядов. второго счетчика им пульсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(511 Н 02 P 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ И306РЕТЕНИЙ И ОТКРЬ(ТИЙ (21) 3517500/24-07 (22) 06.12.82 (46) 07.03.84. Бюл.9 9 (72) В.А.Бабушкин и М.Я.Каплан (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский ин-. ститут электроагрегатов и передвижных электростанций (53) 621.316.728(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 652050, кл. H 02 Р 9/04, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

М 928594, кл. Н 02 P 9/04, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

9 904184, кл. Н 02 Р 9/04, 1980. (54 ) (57 ) АВТОМАТИЧЕСКИЙ .РЕГУЛЯТОР ЧАСTOT6I, содержащий входной формирователь прямоугльных импульсов, генератор импульсов эталонной частоты, одновибратор, первый счетчик импульсов, вход

1(ачальной установки которого подключен к выходу входного формирователя прямоугольных импульсов через однорибратор, а счетный вход — к выходу ((ервого логического элемента И, второй счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты, и второй логический элемент И, о т ,(1 и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирова1(ия частоты, он снабжен делителем частоты, логическим элементом И-НЕ, которь1й подключен своими входами к выходам первого счетчика импульсов, а выходом — к одному входу первого логического элемента И, другой вход которого подключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты через делитель частоты, двумя инверторами, первый из которых подключен к . выходу входного формирователя прямоугольных импульсов, а второй — к выходу первого логического элемента

И-НЕ, реверсивным счетчиком импульсов, вторым логическим элементом

И-НЕ, логическим элементом ИЛИ, входы которых попарно объединены и подключены к выходам реверсивного счетчика импульсов, логическую схему сравнения на равно, одни входы сравнения которой подключены к выходам реверсивного счетчика импульсов, а другие — к выходам второго счетчика импульсов, третьим логическим элементом И, выход которого подключен к входу обратного счета ревер. сивного счетчика импульсов, вход пря. мого счета которого подключен к вы- I ходу второго логического элемента И, вторым одновибратором и выходным

RS-триггером, R-вход которого подключен к выходу логической схемы сравнения на равно, а S-вход - к выходу последнего разряда второго счет-Я чика через второй одновибратор, при этом первый вход второго логического элемента И подключен к выходу первого логического элемента И-НЕ, второй вход — к выходу первого инвертора, третий — к выходу второго инвертора, а четвертый соединен с четвертым вхо

;дом третьего логического элемента И, третий вход которого соединен с входом второго инвертора, второй вход—

:с входом первого инвертора, а первый вход — с выходом логического элемента ИЛИ, причем o6ъеди не н ные четвертые входы первого и второго логических элементов И подключены или к выходу генератора импульсов эталонной часто ты через дополнительно введенный делитель частоты, или к одному из выходов разрядов, второго счетчика им пульсов.

1078571

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическому регулированию частоты генерируемого электроагрегатом переменного напряжения, и может быть использовано для автоматического регулирования частоты автономных источников электропитания.

Известны цифровые автоматические регуляторы частоты, обладающие достаточно высокой точностью регулирования 10 частоты за счет использования астатического принципа регулирования частоты (1) .

Однако эти устройства для получения астатического принципа регулиро- 15 вания частоты используют интегрирующий электромеханический исполнительный элемент, а именно электродвигатель. Использование же электродвигателя накладывает значительные ограничения на быстродействие регулирования частоты. Кроме того, такая система регулирования частоты является сложной, так как обычно требует для воздействия на систему топливоподачи кроме самого электродвигателя еще целого ряда механических элементов (редуктор, систему тяг и т.п.), что существенно снижает надежность системы и ограничивает сферу применения таких устройств из-за сложности и гро 30 моздкости.

Известен регулятор частоты, позволяющий использовать в качестве исполнительных элементов более простые и более быстродействующие элек- 35 тромеханические устройства, например тяговые электромагниты P) .

Однако точность поддержания заданного значения частоты у этих регуляторов зависит от множества внешних 40 факторов, например величины нагрузки, температуры обмоток и окружающей среды и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор частоты, содержащий входной формирователь прямоугольных импуль сов, генератор эталонной частоты,два логических элемента И, два счетчика импульсов, одновибратор, параллельный синхронный регистр и блок управ- 50 ления коэффициентом пересчета, при этом вход начальной установки первого счетчика импульсов подключен к выходу входного формирователя прямоугольных импульсов через одновиб- 55 ратор, а счетный вход — к выходу первого логического элемента И, счетный вход второго счетчика импульсов под- ключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты f3J .

Известное устройство определяет отклонение заданной величины периода генерируемого напряжения от фактической и в зависимости от величины этого отклонения формирует импульсы вы- 65 сокой частоты следования со скважностью, пропорциональной величине отклонения. При этом определенной величине отклонения соответствует строго определенная скважность. По принципу такое регулирование частоты является статическим, т.е. величина (скважность) управляющего сигнала строго пропорциональна отклонению.

В то же время изменение усилия на электромагните из-за температурного ухода параметров элементов электромагнита (сопротивление катушки, жесткость пружины и т.п. ),колебаний напряжения питания электромагнита,смещение положения электромагнита от оптимальной настройки и изменение па1 раметров системь1 топливоподачи двигателя приводят к ошибке регулирования частоты. Точность поддержания заданной частоты зависит еще в этом случае и от величины нагрузки, так как при каждой определенной величине нагрузки для получения заданной величины частоты якорь электромагнита должен занимать соответствующее именно этой нагрузке положение, в то время как положение электромагнита (управляющий сигнал на нем) пропорционально величине отклонения частоты.

Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты путем исключения влияния на точность поддержания заданного значения частоты внешних факторов (нагрузки, температурного ухода параметров исполнительного элемента, изменения параметров системы топливоподачи, температурного влияния и т.п.).

Поставленная цель достигается тем, что автоматический регулятор частоты, содержащий входной формирователь прямоугольных импульсов, генератор импульсов эталонной частоты, одновибратор, первый счетчик импульсов, вход начальной установки которого подключен к выходу входного формирователя прямоугольных импульсов через одновибратор, а счетный вход— к выходу первого логического элемен- та И, второй счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты, и второй логический элемент И, снабжен делителем частоты, логическим элементом И-НЕ, который подключен. своими входами к выходам первого счетчика импульсов, а выходом - к одному входу первого логического элемента

И, другой вход которого подключен к выходу генератора импульсов эталонной частоты через делитель частоты, двумя инверторами, первый из которых подключен к выходу входного формирователя прямоугольных импульсов, а второй — к выходу первого логического элемента И-НЕ, реверсивным счетчиком импульсов, вторым логическим злемен1078871

«О тора импульсов эталонной частоты через дополнительно введенный делитель частоты, или к одному из выходов раз-35 рядов второго счетчика импульсов.

Регулятор частоты формирует изменяющийся выходной сигнал (управляющий исполнительным электромагнитом), 40

Устройство содержит входной формирователь 1 прямоугольных импульсов, преобразовывающий синусоидальное входное напряжение, генерируемое объ55 которых имеет вход начальной установ60

65 том И-НЕ, логическим элементом ИЛИ, входы которых попарно объединены и подключены к выходам реверсивного счетчика импульсов, логическую схему сравнения на равно, одни входы сравнения которой подключены к выходам реверсивного счетчика импульсов, а другие — к выходам второго счетчика импульсов, третим логическим элементом И, выход которого подключен к входу обратного счета реверсивного счетчика импульсов, вход прямого счета которого подключен к выходу второ,го логического элемента И, вторым одновибратором и выходным RS-триггером, R-вход которого подключен к выходу логической схемы сравнения на равно, а S- вход — к выходу последнего разряда второго счетчика через второй одновибратор, при этом первый вход второго логического элемента И подключен к выходу первого логического элемента И-НЕ, второй вход — к выходу первого инвертора, третий — к выходу второго инвертора, а четвертый соединен с четвертым входом третьего логического элемента И, третий вход которого соединен с входом втброго инвертора, второй вход — c входом первого инвертора, а первый вход с выходом логического элемента ИЛИ, причем объединенные четвертые входы первого и второго логических элементов И подключены или к выходу генеракоторый изменяется в соответствующую сторону до тех пор, пока исполнительный элемент не изменит положение сво ей рабочей части так, чтобы отклоне ние частоты стало равно нулю.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг.2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. ектом управления, в прямоугольные импульсы длительностью в период (или полупериод), генератор 2 импульсов эталонной частоты, два счетчика 3 и

4 импульсов прямого счета, первый из ки Ну, реверсивный счетчик 5 импульсов с входом прямого счета +Т и обратного -T выходной RS-триггер 6, два одновибратора 7 и 8, делитель 9 частоты, два инвертора 10 и 11, три логических элемента H 12-14, два логических элемента И-HF. 15 и 16, логический элемент ИЛИ 17, логическую

30 схему 18 сравнения на равно. Выход

RS-триггера 6 через усилитель подключен к исполнительному элементу (электромагниту), регулирующему подачу топлива. При этом четвертые входы элементов И 14 и 13 объединены между собой и подключены к одному из выходов разрядов Q® счетчика 4, в другом варианте исполнения этой части регулятора объединенные между собой четвертые входы элементов И 14 и 13 подключены к выходу генератора 2.

Регулятор частоты работает следующим образом.

Электроагрегат вырабатывает напряжение U с частотой f (период T =1/f), которое преобразовывается формирователем 1 по переходу синусоиды через нулевое значение в прямоугольные импульсы длительностью Т/2. При выполнении формирователя в виде триггераформирователя прямоугольных импульсов длительностью Т и периодом 2Т (фиг.2) в последнем случае сначала формируются импульсы с длительностью

Т/2 и периодом T и затем делятся на два триггером, в результате чего триггер-формирователь отформировывает импульсы длительностью Т и периодом 2 Т.

По фронту (переднему) импульсов с выхода формирователя 1 одновибратор 7 формирует короткий импульс, устанавливающий счетчик 3 в исходное состояние по его входу НУ. По количеству импульсов ; с генератора

2 эталонной частоты поступающих на счетный вход Т через делитель 9 и логический элемент И 12, счетчик 3 отсчитывает от начального состояния (нулевого) число импульсов, соответствующее периоду Т заданной частоты f>. По достижении счетчиком 3 заданного числа импульсов сигнал на выходе элемента И 12 переходит из состояния логической единицы в логический ноль, отформировывая таким образом импульс Т

Для этого к входам элемента 15 подключаются только те выходы счетчика 3, которые принимают состояние логической единицы при достижении заданного числа соответствующего Т после чего поступление счетных импульсов tg на счетчике 3 запрещается логическим элементом И 12. Элементы

И 13 и 14 выделяют с помощью инверторов 10 и 11 интервал отклонения Т от Т9 с учетом знака отклонения, т.е. элемент И 14 выделяет интервал ь 1 ——

Т вЂ” Т при Т > Т, а элемент И 13 интервал = Т,,— T при T,ъТ.

В течение интервалов на +Т вход реверсивного счетчика 5 поступают счетные импульсы t2, где t< — период следования импульсов, полученных делением допопнительным счетчиком 19 или счетчиком 4 импульсов с периодом

1078571 следования 4 формируемых генератором 2, а в течение интервала — на

-Т вход счетчика 5.

Таким образом, при наличии отклонения дТ = Т вЂ” Т на соответствующий эт знаку отклонения дТ вход +Т или -Т счетчика 5 поступают счетные импульсы. В результате при одном знаке hT состояния счетчика 5 увеличиваются со скоростью, пропорциональной величине дТ и коэффициенту деления дели- 10 теля 19 (или используемого выхода счетчика 4) и частоты генератора 2.

При противоположном знаке отклонения ющие RS-триггер б в единичное состояние.

Счетчик 4 отсчитывает счетные импульсы, и в момент, когда ссжтояния выходов счетчика 4 полностью совпадают с состоянием выходов реверсивно-. го счетчика 5, схема 18 сравнения

Формирует импульс, устанавливающий.

RS-триггер б в нулевое состояние.Та60 ким образом, на прямом выходе триггера бформируется импульс, длительность.которого пропорциональна состоянию счетчика 5, причем чем большему числу соответствует состояние счетчика

65 дТ состояния счетчика 5 аналогичным образом уменьшаются. Увеличение или уменьшение состояния счетчика происходит до тех пор, пока не наступит ситУация, когда дТ = О, либо пока счетчик 5 не достигнет одного из своих предельных состояний, максимального или минимального (например, все выходы счетчика 5 в единичном состоянии и все входы в нулевом состоя-. нии).

При достижении максимального состояния (все входы в единичном состоянии) счетчика 5 элемент И-HE 16 выдает уровень логического нуля, запрещая таким образом прохождение счетных импульсов, увеличивающих состояние счетчика 5 через элемент И 14.

При достижении минимального состо.яния (все выходы или их часть в нуле вых состояниях) счетчика 5 элемент, ИЛИ 17 выдает уровень логического нуля, запрещая таким образом прохожде- 35 ние уменьшающих состояние счетчика 5 счетных импульсов через элементы И

13.

Элементы 4,6,8 и 18 выполняют функцию получения на выходе импульсов 40 достаточно высокой частоты следования (например, 300-500 Гц) с постоянным периодом следования и длительностью импульса, пропорциональной состоянию выходов накапливающего счетчика 4. 45

Для этого импульсы с генератора 2 делятся до получения заданной частоты следования (фиг.3), например 300500 Гц. По переднему фронту полученных импульсов одновибратор 8 формирует короткие импульсы, устанавлива5, тем больше длительность полученного импульса, и при максимальном состоянии счетчика 5 этот импульс превращается в постоянный уровень логической единицы, а при минимальном в постоянный уровень логического нуля. При использовании инверсного выхода зависимость обратно пропорциональная.

Сигнал с выхода триггера б поступает через усилитель на исполнительный электромагнит.

Таким образом, при наличии отклонения ДТ одного знака (положительного) счетчик 5 увеличивает свое состояние, соответственно длительность импульса на выходе триггера б увеличивается (а при использовании инверсного выхода триггера б длительность импульса уменьшается, усилие уменьшается), в результате система топливоподачи увеличивает подачу топлива, -Iaстота повышается, величина периода Т уменьшается. Так происходит до тех пор, пока не будет полностью отработано в ноль отклонение д7, т.е. стаТ=Тэ H f=fz> . При нения дТ другого знака (отрицательного) счетчик 5 аналогичным образом уменьшает свое состояние, уменьшая длительность импульса на прямом выходе триггера 19 (увеличивая длительность импульса на инверсном выходе) и изменяя тем самым усилие электромагнита таким образом, чтобы уменьшить частоту f до тех пор, пока не станет Т = Т,, т е.f = Гэ и Т = О.

Таким образом, устройство обеспечивает отработку отклонения генерируемой частоты от заданного значения до тех пор, пока это отклонение не станет равно нулю. При этом используется только один информационный сигнал — частота. Соответственно,так как отработка. отклонения частоты осуществляется до нуля и в качестве входной информации используется только один параметр — частота, влияние внешних факторов, таких как нагрузка, точность установки электромагнита, изменение параметров системы топливоподачи, напряжения питания катушки электромагнита, температурного ухода, элементов системы регулирования, не может изменить точность отработки отклонения.

Точность отработки отклонения регулятором частоты определяется толь— ко стабильностью частоты генератора

2, которую легко обеспечить при использовании генератора с кварцевой стабилизацией частоты, а также дискретностью измерения частоты и дискретностью изменения выходного сигнала, которые могут быть заданы любым выбором соответствующих емкостей счетчиков и частоты генератора 2.

Усилие электромагнита изменяется до

1078571 тех пор, .пока отклонение не будет отработано до нуля. Причем скорость отработки отклонения пропорциональна величине отклонения и определяется частотой генератора эталонных импульсов 2, коэффициентом деления дополни- 5 ! тельного делителя (или соответствующего выхода счетчика 4) и емкостью реверсивного счетчика 5, может быть задана в очень широких пределах (практически от длительности одного пери-10 ода до бесконечности). Поэтому регулятор позволяет обеспечить устойчивость регулирования и высокое качест- во переходных процессов без трудоемких операций по точной установке исполнительного элемента. Точность отработки отклонения определяется только точностью измерения отклонения, т.е. задается частотой генератора эталонных импульсов 2, коэффициентом деления делителя 9 и емкостью счетчика 3, и может быть задана сколь угодно высокой.

Предлагаемое устройство позволяет реализацию на готовых функциональных элементах интегральных микросхем.

1078571

Фиг.

Puz. l

Составитель К.Фотина

Редактор С.Квятковская Техред A.Áàáèíåö Корректор Ю.Макаренко

Заказ 981/50 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.ПРоектная,4