Электропривод

 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель постоянного тока , снабженный датчиком частоты вращения с формирователем импульсов и подключенный к усилителю мощности, входом связанному с выходом фазового дискриминатора, вход которого подключен к блоку разделения импульсов, первый вход.которого связан с выходом формирователя импульсов, а второй вход подключен к выходу блока задания частоты, отличающий-с я тем, что, с целью повыщения точности стабилизации частоты вращения двигателя при линейно изменяющихся внешних воздействиях, в него введены последовательно соединенные дискретный преобразователь длитейьность щиротно-импульсного сигнала частота и второй фазовый дискриминатор , выход которого связан с входом усилителя мощности, второй вход - с выходом формирователя импульсов, а первьй и второй входы дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала-частота подключены соответственно к выходу первого фазового дискриминатора и выходу блока задания частоты.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1107241

3(50 Н02P 5 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3599849/24-07. (22) 03.06.83 (46) 07.08.84,Бюл. Ф 29 (72) P.М.Трахтенберг, М.В.Фалеев и А.Н.Ширяев (71) Ивановский ордена "Знак Почета" энергетический институт им.В.И.Ленина (53) 621.313.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N -748754, кл. Н 02 P 5/06, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

В 826539, кл. Н 02 P 5/16, 1980. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель постоянного тока, снабженный датчиком частоты вращения с формирователем импульсов и подключенный к усилителю мощности, входом связанному с выходом фазового дискриминатора, вход которого подключен к блоку разделения импульсов, первый вход которого связан с выходом формирователя импульсов, а второй вход подключен к выходу блока задания частоты, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты.вращения двигателя при линейно изменяющихся внешних воздействиях, в него введены последовательно соединенные дискретный преобразователь длительность широтно-импульсного сигнала— частота и второй фазовый дискриминатор, выход которого связан с входом усилителя мощности, второй вход — с выходом формирователя импульсов, а первый и второй входы дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала-частота подключены соответственно к выходу первого фазового дискриминатора и выходу блока задания частоты.

110724 )

2. Электропривод по п. 1, о т л и вателя длительность широтно-импульсч а ю шийся тем, что, с целью ного сигнала — частота и фазового повышения точности стабилизации час- дискриминатора, другой вход которог тоты и фазы вращения при внешних воз- . подключен к формирователю импульсов, действиях сложной формы, для которых а другой вхоп каждого из т дискретпервые m производных отличны от нуля, ных преобразователей длительность между выходом второго фазового дискри- широтно-импульсного сигнала — частоминатора и входом усилитечя мощности та подключен к выходу предыдущего введены m последовательн включенных дискретного преобразователя длительгрупп из последовательно соединенных ность широтно-импульсного сигнала— дополнительных дискретного преобразо- частота.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области управляемых :1ектроприводов, предназначенных для точного регулирования и стабилизации частоты вращения, работающих в условиях изменяющихся внешних воздействий.

Известен электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока, генератор эталонной частоты, фазовый дискриминатор, датчик частоты вращения двигателя и преобразователь, подключенный к якорю электродвигателя, а также полупроводниковый ключ, зарядный конденсатор, корректирующий блок, ручной регулятор и два диода.

Такая система является астатической по скорости (1 1.

Недостатком этого электропривода является возникновение ошибки стабиторого связан с выходом формирователя импульсов, а второй вход подключен к выходу блока задания частоты $2).

5 В известных электроприводах (замкнутых по углу) при непрерывном росте нагрузки необходимое увеличение напряжения на двигателе возможно лишь за счет такого же роста скважности подаваемых с усилителя мощности на двигатель импульсов напряжения, т.е. непрерывного увеличения фазового рассогласования заданной и действительной частот вращения за счет непрерывного отставания вала двигателя от вращающегося с заданной скоростью эталонного вала. Такое непрерывное отставание по углу вала двигателя есть, очевидно, уменьшение его частоты вращения и появление ошибки в стабилиза0 цни заданного значения частоты.

Таким образом, наличие установившейся ошибки стабилизации частоты лизации частоты вращения при наличии изменяющихся во времени внешних воздействий (напряжения источника питания, момента нагрузки и других), а также изменения параметров двигателя и системы управления. Величина этой ошибки зависит от характера внешнего воздействия, места его приложения и характеристик электропривода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока, снабженный датчиком частоты вращения с формирователем импульсов и подключенный к усилителю мощности, входом связанному с выходом фазового дискриминатора, вход которого подключен к блоку разделения импульсов, первый вход ковращения при изменении момента на25 грузки по линейному закону вызвано принципом действия описанного электропривода. Ошибка возникает и при линейном изменении (дрейфе) парамет— ров электропривода.

ЗО Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты вращения двигателя при работе в условиях линейно изменяющихся внешних воздействий, а также при внешних воздействиях сложной формы, для которых первые m производных отличны от нуля.

Поставленная цель достигается тем, что в электпропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока, 4р снабженный датчиком частоты вращения

1107241 с формирователем импульсов и подключенный к усилителю мощности, входом связанному с выходом фазового дискриминатора, вход которого подключен к блоку разделения импульсов, первый вход которого связан с выходом формирователя импульсов, а второй вход подключен к выходу блока задания частоты, введены последовательно соединенные дискретный преобразователь длительность широтно-импульсного сигнала — частота и второй фазовый дискриминатор, выход которого связан с входом усилителя мощности, второй вход — с выходом формирователя импульсов, а первый и второй входы дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала — частота подключены соответственно к выходу первого фазового дискриминатора и выходу блока задания частоты.

Кроме того, между выходом второго фазового дискриминатора и входом усилителя мощности введены ш последо. вательно включенных групп из последовательно соединенных дополнительных дискретного преобразователя длительность широтно †импульсно сигнала— частота и фазового дискриминатора, другой вход которого подключен к формирователю импульсов, а другой вход каждого из m дискретных преобразователей длительность широтно-импульсного сигнала — частота подключен к выходу предыдущего дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала — частота.

На фиг. 1 представлена блок-схема электропривода; на фиг. 2 — диаграммы работы устройства.

Электропривод содержит электродвигатель 1 постоянного тока, снабженный датчиком 2 частоты вращения с формирователем 3 импульсов и подключенный к усилителю 4 мощности, входом связанному с выходом фазового дискриминатора 5, вход которого подключен к блоку 6 разделения импульсов, первый вход которого связан с выходом формирователя 3 импульсов, а второй вход подключен к выходу блока 7 задания частоты, одновременно подключенному к дискретному преобразователю 8 длительность широтно-импульсного. сигнала — частота, который . соединен последовательно с вторым фазовым дискриминатором 9, второй вход которого связан с формирователем 3 импульсов. Другой вход дискретного преобразователя 8 длительность широтно-импульсного сигнала — частота соединен с выходом фазового дискрими5 натора 5. Выход второго фазового дискриминатора 9 связан с входом усилителя 4 мощности. Между ними может быть введено ш последовательно включенных групп из последовательно соединенных дополнительных дискретного преобразователя 10 длительность широтно-им пульсного сигнала — частота и фазового дискриминатора 11. Другие входы фазовых дискриминаторов 11„-11 соединены с формирователем 3 импульсов, а другие входы дискретных преобразователей 10„ — 10 длительность широтно импульсного сигнала — частота — с выходами соответствующих предыдущих дискретных преобразователей 8-10 длительность широтно-импульсного сигнала — частота.

Электропривод работает следующим образом.

С блока 7 задания частоты, представляющего собой генератор эталонной частоты (, на один из входов блока 6 разделения импульсов поступает последовательность импульсов, а на другой через формирователь 3 импульсов с датчика 2 частоты вращения — последовательность импульсов с частотой j пропорциональной частоте вращения двигателя 1 постоянного

З5 тока.

Блок 6 разделения импульсов исключает возможность прихода на вход фазового дискриминатора 5 импульсов с интервалом следования меньшим, чем

40 разрешающая способность входных элементов фазового дискриминатора 5, который выявляет разность фаз поступающих на него последовательностей импульсов с частотами и . Выявлен45 ная величина фазового рассогласования 4 поступает на вход дискретного преобразователя 8 длительность широтно-импульсного сигнала — частота, ко" торый обеспечивает запоминание вели5О чины Ч до момента прихода следующего импульса частоты и выдачу в течение следующего периода 1 последовательности импульсов, частота следования которых пропорциональна

55 фазовому рассогласованию частот и

Последовательность импульсов частоты K поступает на первый вход фаЧ зового дискриминатора 9, на второй вход которого поступает последова3 110724 тельность импульсов частоты с форР„ мирователя 3 импульсов. Фазовый дискриминатор 9 вйявляет разность фаз еее> частот, и . Сигнал через усилитель 4 мощности постуйает на двигатель 1, При этом изменение величины фазового рассогласования. М при9 водит к пропорциональному изменению средней величины напряжения на двигателе U др, определенному как

10 где U „„„— максимальное напряжение усилит ел я 4 мощи ос ти .

При постоянном моменте нагрузки 15 (фиг. 2, часток f) частоты 1, и, равны и сдвинуты по фазе на некоторый угол 9 . Широтно-импульсный сигнал с выхода фазового дискриминатора 9 (фиг.1) поступает через усили- 20 тель 4 мощности двигатель 1. Величина f5 определяется уровнем частоты вращения и момента сопрс гивления:

25 где И о- постоянная составляющая момента сопротивления;

M — темп роста момента, для поддержания постоянства частоты вращения электродвигателя 1 необходимо изменять напряжение на выходе усилителя 4 мощности следующим образом:

Щ со

0 к

Matc g + y, "макс к

Реализация закона изменения напряжения усилителя 4 мощности вида (6) возможна лишь при соответствующем изменении сигнала фазового дискриминатора 9:

2 ьм

Э Эо 2 М„ где е 9О определяется из уравнения (2) при Еес=ИС )

Изменение е по закому (7) обеспечивается в том случае, если f Р (1 причем величина последней определяется как

Е„= Е ь|/М, Е P + ЬМ 2Л

К„М К

35 или

В то же время частоты Е и ХР равны и сдвинуты на некоторый угол Е .

Широтно-импульсный сигнал с выхода фазового дискриминатора 5 поступает на вход дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала — частота, частота на выходе которого равна

Е =К„У /211 51 где К вЂ” коэффициент передачи дискрет1 ного преобразователя 8 длительность широтно-импульсного сигнала — частота. 40

Так как в установившемся режиме при постоянном моменте нагрузки = . то величина фазового рассогласования Ч5 определяется из уравнения (3) как 45

= 2Л f lZK„, (4}

Из выражения (4) следует, что величина фазового рассогласования между импульсными последовательностями 50 сигналов блока ? задания частоты и датчика 2 частоты вращения пропорциональна величине частоты задания и не зависит от параметров электропривода и момента сопротивления.

При непрерывном изменении момента сопротивления по закону

Ч = hh<>+DR t, (5j

Согласно уравнению (3) величина фазового рассогласования на выходе фазового дискриминатора 5 определяется выражением («)

0 где и =И1 2)f/ 2 K1MKs

Ч5о определяется по формуле (4) .

Из уравнения (10) следует, что при линейном изменении момента сопротивления при поддержании постоянства частоты вращения электродвигателя

1 возникает дополнительный фазовый сдвиг между последовательностями импульсов блока 7 задания частоты и датчика 2 частоты вращения (Р. В то же время частоты Х и fð остаются равными по величине, что свидетельствует о том, что изменение момента сопротивления согласно формуле (5) не приводит к появлению ошибки стабилизации уровня частоты вращения электродвигателя 1.

Таким образом, данный электропривод обеспечивает полное устранение установившейся ошибки стабилизации преобразователя 10 длительность щиротно-импульсного сигнала — частота изменяется по закону к

В соответствии с уравнениями (4) и (14) величина фазового рассогласо-!

0 вания на выходе фазового дискриминатора 11 П, равна

15 где К„, — коэффициент передачи дискретного преобразователя 10 длительн ость широтно-импульсного сигнала

th частота. При этом частота на

rn-!

20 выходе дискретного преобразователя

10 „ длительность широтно-импульсного сигнала — частота равна . а величина фазового рассогласования на выходе фазового дискриминатора 11,„ 2 .

Частота на выходе дискретного преобразователя 10,„ 2 равна

35 и! (м-1)(т-2) Д Ф m- 3

m-2 Э ! и-1 m К

Рассуждая далее аналогично полу40 чаем, что частота на выходе дискрет ного преобразователя 10 длител-ность широтно-импульсного сигнала— частота:

7 - 1107241 угловой скорости при работе системы в условиях линейно изменяющихся внеш них воздействий.

При внешних воздействиях сложной формы, к уоторых m первых производных не равны нулю, электропривод работает следующим образом.

Рассматривая установившийся режим работы электропривода, когда момент сопротивления постоянен,,следует отметить, что величина фазового рассогласования 4 щ частот датчика 2 (частоты вращения К> и дискретного преобразователя t Îm длительность широтно-импульсного сигнала — частота Й определяется по выражению (2) . В то же время частоты на выходе дискретных преобразователей 10„-1.0 длительность широтно-импульсного сигнала— частота одинаковы и равны по величине э, поэтому величина фазового рассогласования 4 последовательностей импульсов блока 7 задания частоты и датчика 2 частоты вращения, выявленная фазовым дискриминатором 5, опре- 25 деляется выражением (4). Отсюда следует, что величина фазового рассогласования частот Х и р не зависит от параметров двигателя и момента сопротивления.

При непрерывном изменении внешнего воздействия, например момента сопротивления, по закону

М =Мсо+ ЬМ 4 ., (11) где и И вЂ” m-я, лроизводная момента сопротивления, все производные от момента сопротивления с номерами, большими m, равны нулю. Для поддержания постоянства частоты вращения электродвигателя 1 необходимо изменять напряжение на выходе усилителя

4 мощности следующим образом: (, 21! и!дМ и!-1 (и!-1! 0+ z k М (1 ) и! K м

rn(!!!-1I и М м-7 (" )

2Т m(m- I) дМ n)-2

1!1-7 (м-X) O ZX К М () гп1 m к

Мс

Реализация закона изменения напряжения на выходе усилителя 4 мощности вида (12) возможна при изменении фазового рассогласования на выходе фазового дискриминатора 11 ïî закону к где М„,о определяется из формулы (2) при > =11„..

Изменение !" по закону (13) обесм печивается, если частота дискретного

М

Е =Е + 11 (m- ) П 1 ) (1В1

Ь

i --0 i =- 2

Величина фазового рассогласования

50 М5 на выходе фазового дискриминатора.

5 определяется как

Выражение (19) аналогично ранее полученному выражению (10). Отсюда

Составитель II.Êîðåâà

Редактор И.Николайчук Техред Т.Фанта Корректор Н.Яцола

Заказ 5773/40 Тираж 667 Под пи с. но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал П11П "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

9 l1 следует, что при работе электропривода в условиях внешних воздействий, для которых m первых производных отдичны от нуля, возникает дополнитель. ный фазовый сдвиг между последовательностями импульсов блока 7 задания частоты и датчика 2 частоты вра. щения. Величина дополнительного фазового сдвига пропорционал; на величине высшей производной внешнего воздействия и обратно пропорциональна добротности системы. В то же время частоты и Е, хотя и сдвигаются по фазе, но остаются постоянными и равными по величине. Это свидетельствует о том, что изменение внешнего воздействия, когда m и рвых его производных отличны от нуля, не приводит к появлеI

07241 10 нию ошибки стабилизации частоты вращения электродвигателя 1.

Так как величина фазового рассогласования между последовательностями импульсов блока задания частоты и датчика частоты вращения является интегралом от ошибки по частоте вращения, то при работе системы при внешних воздействиях, для которых

1О (m-1) первых произвопных отличны от нуля, отсутствует дополнительная ошибка фазы вращения электродвигателя относительно заданного положения.

Отсюда следует „ что при таких условиях работы обеспечивается более высокая точность стабилизации фазы врашения по сравнению с известными системами.