Устройство для согласования углового положения синхронно- вращающихся валов электродвигателей постоянного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ СИНХРОННО ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее послё довательно соединенные генератор опорной частоты, управляемый ключ, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляющий вход - к выходу первого триггера, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, и блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя с импул ьсным датчиком частоты вращения и датчиком углового положения, связанным с первым входом фазового.дискриминатора и первого логического элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности согласования углового положения валов ведущего и ведомого электродвигателей постбянного тока, в него введены вспомогательный генератор опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора опорной частоты, блок индикации синхронизации, три логических элемента И, логический элемент ИЛИ, три триггера, последовательно соединенные формирователь кода разности фаз, регистр памяти и блок сравнения кодов, последовательно соединенные импульсный частотнофазовый Дискриминатор, блок коррек-ции и интегратор, выход которого через управляемый генератор соединен с первым входом второго логического элемента И, выход, которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора , второй вход которого подключен к третьему логическому элементу И, первый вход которого вместе с перS выми входами формирователя кода разности фаз, блока ицдикации синхронизахщи и второго триггера соединен с выходом генератора опорной частоты второй вход соединен с выходом третьего триггера, первый вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента И, одновременно соединенному с первым входом логического элемента ШШ, второй вход кото sj рого вместе с вторыми входами перо вого и третьего триггеров подключен к дополнительному выходу формирователя кода разности фаз, выход логического элемента Ш1И через первШ вход четвертого триггера, второй вход которого вместе с входом разрешения записи регистра памяти соединен с выходом первого логического элемента И, связан с вторым . входом второго логического элемента И, выход вспомогательного генератора опорной частоты фазирования соединен с вторыми входами фазового дискриминатора и второго триггера, выход

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

UIIBN

РЕСПУБЛИН (!9) 01) А 1д) Н 02 P 5/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯЛ ИЙ (21) 3560446/24-07 (22) 04.03.83 (46) 30.06.84. Бюл. В 24 (72) А.М.Сутормин, Б.M.ßìàíoâñêèé, В.Н.Зажирко, В.Г.Кавко,Р.Д.Мухамедя.— ров, А.Я.Терехов, В.И.Хохорин н С.А.Барский (53) 612. 316. 718. 05 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Я - 921012, кл. Н 02 P 5/06, 1981.

2 ° Авторское свидетельство СССР з 902189, кл. Н 02 Р 5/50, 1980. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ СИНХРОННО

ВРАЩАНЩИХСЯ ВАЛОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные генератор опорной частоты, управляемый ключ, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляющий вход — к выходу первого триггера, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, и блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя с импульсным датчиком частоты вращения и датчиком углового положения, связанным с первым входом фазового.дискриминатора и первого логического элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности согласования углового положения валов ведущего и ведомого электродвигателей постдянного тока, в него введены вспомогательный генератор опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора опорной частоты, блок индикации синхронизации, три логичес" ких элемента И, логический элемент

ИЛИ, три триггера, последовательно соединенные формирователь кода разности фаз, регистр памяти и блок сравнения кодов, последовательно. соединенные импульсный частотнофазовый дискриминатор, блок коррек-. ции и интегратор, выход которого через управляемый генератор соединен с первым входом второго логического элемента И, выход. которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к третьему логическому элементу И, первый вход которого вместе с первыми входами формирователя кода разности фаз, блока индикации синхронизации и второго триггера соединен с выходом генератора опорной частоты, второй вход соединен с выходом третьего триггера, первый вход которогс подключен к выходу четвертого логического элемента И, одновременно соединенному с первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого вместе с вторыми входами первого и третьего триггеров подключен к дополнительному выходу формирователя кода разности фаз, выход логического элемента ИЛИ через первый вход четвертого триггера, второй вход которого вместе с входом разрешения записи регистра памяти соединен с выходом первого логического элемента И, связан с вторым входом второго логического элемента

И, выход вспомогательного генератора опорной частоты фазирования соединен с вторыми входами фазового дискриминатора и второго триггера, выход

1100700 которого подключен к второму входу первого логического элемента И, к

;третьему входу которого подключен выход блока индикации синхронизации, второй вход которого соединен с выходом импульсного датчика частоты вращения, связанного также с вторым входом формирователя кода разности!

Изобретение относится к электротехнике, а.именно к устройствам автоматического фазирования синхронизированных электроприводов с фазовой автоподстройкой частоты вра- 5 щения, и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи..

Известно устройство для. стабилизации скорости и фазы вращения ро-. тора электродвигателя постоянного тока, содержащее элемент сравнения, первый и второй входы которого . подключены соответственно к выходам !5 источника опорной частоты фазирования.и блока контроля фазового положения ротора; двигателя, формирующего один импульс эа .оборот вала, причем с помощью логических схем И и ИЛИ при несовпадении входных сигналов элемента сравнения в сигнал обратной связи системы фазовой автоподстройки частоты вращения двигателя "вклиниваются" дополнительные импульсы, что обеспечивает не- которое торможение двигателя f33.

Недостатками указанного устройства являются.низкое быстродействие, обусловленное необходимостью шагово- Щ го доворота вала двигателя. до синфазного состояния, и наличие резких бросков потребляемого приводом тока, что связано с чередованием . режимов торможения и синхронизации при выполнении каждого шага фазирования.

Наиболее близким к изобретению

Во технической сущности является устройство для. согласования углового ® положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного фаз, третий вход которого подключен к фазовому дискриминатору, а выход через второй вход блока сравнения кодов соединен с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера.

2 тока, содержащее последовательно сое- . диненные генератор опорной частоты, управляемый ключ, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляющий вход — к выходу первого триггера, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, и блок фазо.вой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя с импульсным датчиком частоты вращения и датчиком углового положения, связанным с первым входом фазового дискримийатора и первого логического элемента И )23.

Указанное устройство характеризуется ограниченным быстродействием в случаях, когда. предъявляются повышенные требования к точности фазиро.вания и стабилизации мгновенной частоты вращения и отсутствием возможности фазирования ведомого привода по опорному импульсному сигналу от внешнего источника, так как начальная фаза вращения ведущего привода в синхронном режиме устанавливается произвольной..

Цель изобретения — повышение быстродействия -и точности согласования углового положения валов ведущего и ведомого электродвигателей постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока, содержащее последовательно соединенные генератор опорной частоты, управляемый ключ, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора, управляю- . щий вход - к выходу первого триггера, з 1100 первый вход которого соединен с вы-, ходом первого логического элемента И, и блок фаэовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя с импульсным датчиком частоты вращения и датчиком углового

5 положения, связанным с первым входом фазового дискриминатора и первого логического элемента И, введены вспомогательный генератор опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора опорной частоты, блок индикации синхронизации, три логических элемента И, логический элемент ИЛИ, три триггера, последовательно соединенные формирователь кода разности фаз, регистр памяти и блок сравнения кодов,, последовательно соединенные импульсный частотнофазовый дискриминатор блок коррек1

20 ции и интегратор, выход которого через управляемый генератор соединен с первым входом второго логического элемента И, выход которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к третьему логическому элементу И, первый вход которого вместе с первыми входами формирователя кода разности фаз, блока индикации синхронизации и второго триггера соединен с выходом генератора опорной частоты, второй вход соединен с выходом третье" го триггера, первый вход которого подключен к выходу четвертого логи- З5 ческого элемента И, одновременно соединенному с первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого вместе с вторыми входами первого и третьего триггеров подклю- 40 чен к дополнительному выходу формирователя кода разности фаз, выход логического элемента ИЛИ через первый вход четвертого триггера, второй вход которого вместе с входом разре" 4 щения записи регистра памяти соеди нен с выходом первого логическбго элемента И, связан с вторым входом

|второго логического элемента И, выход вспомогательного генератора И опорной частоты фазирования соединен с вторыми входаьж фазового дискриминатора,и второго триггера, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И,Я к третьему входу которого подключен выход блока индикации синхронизации, второй вход которого соеди700 4 нен с выходом импульсного датчика частоты вращения, связанного также с вторым входом форьярователя кода разности фаз, третий вход которого подключен к фазовому дискриминатору, а выход через второй вход блока сравнения кодов соединен с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого триггера.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока; на фиг. 2 — алгоритм работы ,устройства.

Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты, управляемый ключ 2, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора 3, управляющий вход — к выходу первого триггера 4, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И 5, и блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя 6 с импульсным датчиком 7 частоты вращения и датчиком 8 углового положения, связанным с первым входом фазового дискриминатора 9 и первого логического элемента И 5. Устройство также содержит вспомогательный генератор

10 опорной частоты фазирования, подключенный к выходу генератора 1 опорной частоты, блок 11 индикации синхронизации, три логических элемен та И 12, 13 и 14, логический элемент ИЛИ 15, три триггера 16, 17 и

18, формирователь 19 кода разности фаз, регистр 20 памяти, блок 21 сравнения кодов, последовательно соединенные импульсный частотнофазовый дискриминатор 22 блок 23 коррекции и интегратор 24, выход которого через управляемый генератор 3 соединен с первым входом второго логического элемента И 12, выход которого подключен к первому входу импульсного частотно-фазового дискриминатора 22, второй вход которо-. го подключен к третьему логическому элементу И 13. первый вход которого вместе с первыми входами формирователя 19 кода разности фаз 19,блока 11 индикации синхронизации и второго

5 1100 триггера 16 соединен с выходом генератора 1 опорной частоты, а второй вход соединен с выходом третьего триггера 17, первый вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента И 14, одновременно соединенному с первым входом логи,ческого элеиента ИЛИ 15, второй вход которого вместе с вторыми входами третьего триггера 17 и первого триггера 4 подключен к дополнительному выходу формирователя 19 кода разности фаз.

Выход логического элемента ИЛИ 15 через первый вход четвертого триггера 18, второй вход которого вместе с входом разрешения записи регистра

20 памяти соединен с выходом первого логического элемента И 5, связан с вторым входом второго логического элемента И 12. Выход вспомогательного генератора 10 опорной частоты фазирования соединен с вторыми входами фазового дискриминатора 9 и второго триггера 16, выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И 5 ° к третье" му входу которого подключен выход блока 11 индикации синхронизации, второй вход которого соединен с выходом импульсного датчика 7 частоты вращения, связанного также с вторым входом формирователя 19 кода разности фаз, третий вход которрго подключен к фазовому дискриминатору 9, а выход через второй вход

35 блока,21 сравнения кодов соединен с первым входом четвертого логического элемента И 14, второй вход которого подключен к выходу первого триггера 4. устройство работает следующим .образом.

При пуске триггеры 4, 17 и 18 устанавливаются в нулевое состоя45 ние, соответствующее замыканию кольца фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 3 и его синхронизации по сигналу генератора 1 опорной частоты. На вход блока фаэовой автоподстройки частоты враще50 ния вала ведомого двигателя 6 при этом поступает выходной сигнал генератора 1 опорной частоты через управляемый ключ 2. После синхронизации ведомого привода на выходе блока 11 индикации синхронизации формируется сигнал, разблокирующий логический элемент И 5. На второй

700 4 вход логического элемента И 5 поступает импульсный сигнал с выхода триггера 16, длительность которого равна периоду опорной частоты, а передний фронт совпадает с передним фронтом импульса на выходе вспомо гательного генератора 1О опорной ! частоты фазирования. Этот сигнал определяет допустимую остаточную ошибку фаеироеаиия Ме, ие иреиышающую 2 рад где Я вЂ” число

7 меток импульсного датчика 7 частоты вращения. Если фазовое рассогласование импульсов на выходах вспомогательного генератора 10 опорной частоты фазирования и датчика 8 углового положения после синхронизации ведомого привода превышает указанное значение, то на выходе логического элемента И 5 формируется сигнал, опрокидывающий триггеры

4 и 18. При этом управляемый ключ 2 переходит блок фазовой автоподстройки частоты вращения вала ведомого двигателя 6 на управление от управляемого генератора 3. Одновременно размыкается кольцо фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 3, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 22 входит в насыщение соответствующего знака, и частота выходного сигнала управляемого генератора 3 линейно нарастает по закону где — добротность разомкнутого .кольца фазовой автоподстройки час-, тоты управляемого генератора С и

t=0 в момент начала фазирования.

На входы формирователя 19 кода разности фаз поступают сигналы с выходов опорной частоты генератора 1, фазового дискриминатора 9 и импульсного датчика 7 частоты вращения, что обеспечивает измерение текущего фазового рассогласования между опорным сигналом вида М 2й f t u

on on сигналои фазового положения ротора

У, з с периодом дискретизации, равныи периоду выходного сигнала генератора 1 опорной частоты и шагом квантования, равным одной дискрете импульсного датчика 7 частоты вращения. В момент начала фазирования (t 0) сигнал формирователя кода разности фаз, равный Чцпч, переписывается со сдвигом на один разряд вправо в регистр 20 памяти таким образом, мальную скорость доворота ведомого вала значением

2jf(6 1

2л х о фесках 2 Z Ton

Тогда точность определения момента переключения будет равна одной дискрете импульсного датчика 7 частоты вращения и, следовательно, запаздывание при этом определяется длительностью одного периода выходного сигнала генератора 1 опорной частоты.

Время разгона привода при отработке максимального .фазового рассогласования, равного 27 рад, определяется выражением

7 1100700 чтобы в течение процесса фазирова" ния в последнем хранился код, соответствующий с точностью до одной дискреты импульсного датчика 7 частоты вращения (с округлением в сторо- 5 ну больших значений) половине начальной ошибке фазирования -Ч оер

Разгон ведомого привода с постоянным ускорениемм= — K рад/с продол2Т(2. 2 жается до тех пор, пока начальное 1б фазовое рассогласование не отработается наполовину. В момент равенства кодов на выходе формирователя 19 кода разности фаз и регистра 20 па-. мяти, блок 21 сравнения кодов фор- 15 мирует импульсный сигнал, опрокидывающий триггеры 17 и 18.

При этом одновременно замыкается цель обратной связи кольца фазовой автоподстройки частоты управляемого генератора 3 и размыкается цепь подачи опорного сигнала на вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 22. Последний переходит в режим насыщения другого знака, что соответствует изменению направления интегрирования интегратора 24.

Частота выходного сигнала управляемого генератора 3 изменяется при этом по закону

К = f(t ) - К,(- ), (2) где f(tp) — значение, достигнутое частотой управляемого генератора 3 в процессе разгона ведомого привода в момент окончания разгона г.р.

Окончание процесса фазирования определяется моментом появления сигнала на дополнительном выходе формирователя 19, кода разности фаз, который. формируется при достижении фазовым рассогласованием значения, . не прбвосходящего 9 †" рад, т.е.

2У. при синфазном вращений привода.

Этим сигналом триггеры 4 и 17 возвращаются в исходное состояние, причем управляемый ключ 2 переводит ведомый привод на управление от генератора I опорной частоты, по выходному сигналу которого синхро-, низируется также управляемый генератор 3.

Чтобы момент изменения знака ускорения ведомого привода в процессе фазирования определялся .достаточно точно, необходимо ограничить макси- д) 2й

pmax 1 1 (4) а максимальная скорость доворота ведсмого вала до синфазного состояния выражением ф,„,ц,=п+ 42Fa . (5 )

С, учетом ограничения максимального значения скорости доворота время фазирования при Тцд= Т qg

Е = 2Е р = 2 Т.,к, (6) 30 что свидетельствует о сравнительно высоком быстродеиствии данного устройства при высоких требованиях к точности фазирования, так как время фазирования не является (в пер35 вом приближении) функцией количества меток импульсного датчика частоты вращения 7.

При отработке малых фазовых рас согласований за счет округления значения, записываемого в регистр 20 памяти, интервалы разгона.,и торможе» ния привода, могут различаться. Так, при отработке одного шага фазирова45 ния равного одной дискрете импульсного датчика 7 частоты вращения, в регистр 20 памяти записывается код. соответствующий нулевому значению фазового рассогласования, и,р . длительность интервала торможения привода в процессе фазирования оказывается равной нулю. В этом случае сброс всех триггеров 4, 17 и 18 в исходное состояние происходит по сигналу "Захват фазы" на .дополнительном выходе. формирователя 19 кода разности фаз, а необходимое торможение обеспечивается в процессе синхронизации привода.

1100700

9

Поскольку величина скорости доворота ограничена, фазирование всегда заканчивается на первом интервале сближения импульсов с выхода вспомогательного генератора 10 ,опорной частоты фазирования и датчика 8 углового положения. Таким образом, устройство обеспечивает оп тимальное по быстродействию фазирование ведомого привода при отработке больжих фазовых рассогласований, так как движение в процессе фазирования происходит с постоянным ускорением, и достаточную точность прн отработке как малых, так и больших

5 фазовых рассогласований. Кроме этого, при использовании изобретения в нескольких электроприводах помимо согласования взаимного углового положения валов обеспечивается их фазирование no опорному импупьсному сигналу.

1100700

ЗНЮПВ Заказ 4593/4 t . Тираи бб7 Водпвсиов фияиаи ШШ "Патеит" ° е.Узцгород, уа.йроеитим, 4