Цифровой электропривод постоянного тока

 

1. ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД .ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком и измерителем частоты вращения, подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, входом соединенного с широтно-импульсным модулятором , подключенным к выходам m старших разрядов цифрового регулятора частоты, первый вход которого соеди нен с выходом блока задания, а второй - с выходом измерителя частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, в него введен блок накопления младп их разрядов, входы которого подключены к выходам п младших разрядов цифрового регулятора частоты, а выход к другому входу широтно-импульсного модулятора. 2. Электропривод по п.1, о т л и чающийс .я тем, что блок накопления младших разрядов содержит (Л последовательно соединенные сумматор , п входов которого образуют входы блока накопления младших разрядов , первый элемент задержки и триггер, выход которого образует выход блока накопления младших разрядов , а к входу сброса триггера подключен второй элемент задержки.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

3QI) Н 02 P 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

-й

ЗСГЖЖЗ ::;. Я

Д „ ;31) 1

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ,,":1;"-.. и ; ;.,:-;-тл, Мй: »= .- ..(54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД .ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком и измерителем частоты вращения, подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, входом соединенного с широтно-импульсным модулято1 (21) 3502122/24 07 (22) 09. 07.82 (46) 07.10.84. Бюл. И 37 (72) M.Ï. Белов, С.Н. Баранов, Г.Ф. Иихальченок, В.А. Новиков 1 и В.Е. Суслов (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 612.316. 715.5(088.8) (56) 1. Патент ФРГ 9 3110937, кл. Н 02 P 5/16, 1980.

2. Фахриддинов Х.Т., Смирнов А.И.

Цифровая система управления двигателя постоянного тока с широтно-импульсным преобразователем, ЛД НТП, Л., 1981, с. 75-79. ром, подключенным к выходам m старших разрядов цифрового регулятора частоты, первый вход которого соеди нен с выходом блока задания, а второй — с выходом измерителя частоты вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос ти регулирования частоты вращения, в него введен блок накопления младших разрядов, входы которого подключены к выходам и младших разрядов цифрового регулятора частоты, а выход— к другому входу широтно-импульсного модулятора.

2. Электропривод по п.1, о т л ич а ю щ и и с,я тем что блок наЭ ® копления младших разрядов содержит последовательно соединенные сумматор, и входов которого образуют входы блока накопления младших разря- С дов, первый элемент задержки и триггер, выход которого образует выход блока накопления младших разрядов, а к входу сброса триггера подключен второй элемент задержки.

1 111780

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах числового программного управления электроприводами постоянного тока, в цифровых высокоточных системах стабилизации скорости.

Известен цифровой электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к транзисторному преобразователю и снабженный 10 импульсным датчиком угла поворота вала. Требуемая частота вращения электродвигателя задается здесь в цифровом виде с помощью микропроцессора. При высокой частоте вращения регулирование осуществляется путем подсчета числа импульсов датчика угла поворота вала за заданное время измерения, при низкой — определением длительности периода. Микропроцессор 20 используется для расчета фактических значений определяемых параметров, для выдачи алгоритмов управления и формирования сигналов. управления (1) .

Недостатком данного электропривода является низкая точность регулиро» вания частоты вращения. электродвигателя .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком и измерителем частоты вращения, подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, входом соединенного с широтно-импуль- 3S сным модулятором, подключенным к выходам ш старших разрядов цифрового регулятора частоты, первый вход которого соединен с выходом блока задания, а второй — с выходом измерителя частоты вращения )2J .

Недостаток известного электропривода также заключается в низкой точности регулирования частоты вращения.

Цифровой широтно-импульсный модулятор с двусторонней модуляцией имеет восьмиразрядный вход, определяющий длину "выходного слова" цифрового регулятора частоты, а также значение шага квантования относитель-50 но длины импульса =1/256. Наличие квантования с указайной разрядностью

"выходного слова" цифрового регулятора частоты неизбежно приводит к автоколебаниям с амплитудой не менее 55 одной дискреты, что составляет 0,47, от всего диапазона регулирования напряжения на якоре электродвигателя. 2

Кроме Гогою разрядность выходного слова" в известном электроприводе жестко связана с динамическими свойствами широтно-импульсного преобразователя (ШИП) и цифрового регулятора частоты.

Увеличение же разрядности, с одной стороны, ограничено быстродействием микросхем, с другой — ростом тейло" вых потерь при переключении силовых ключей в ШИЦе.

Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой эл ектропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком и измерителем частоты вращения, подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя, входом соединенного с широтно-импульсным модулятором, подключенным к выходам m старших разрядов цифрового регулятора частоты, первый вход которо-, го соединен с выходом блока задания, а второй — с выходом измерителя частоты вращения, введен блок накопления младших разрядов, входы которого подключены к выходам и младших разрядов цифрового регулято" ра частоты, а выход — к другому входу широтно"импульсного модулятора.

Блок накопления младших разрядов содержит последовательно соединенные сумматор, п входов которого образуют входы блока накопления младших разрядов, первый элемент задержки и триггер, вход которого образует выход блока накопления младших разрядов, а к входу сброса триггера подключен второй элемент задержки.

На фиг. 1 изображена блок-схема цифрового электропривода постоянного тока; на фиг. 2 " структурная схема блока накопления младших разрядов и широтно-импульсного модулятора.

Цифровой электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1 с импульсным датчиком 2 и измерителем

3 частоты вращения, подключенный к выходу широтно-импульсного преобразователя 4, входом соединенного с широтно-импульсным модулятором 5, подключенным к выходам m старших разрядов цифрового регулятора 6 частоты, первый вход которого соединен с блоком задания (не показан), а второй09 б число его разрядов (входов) . Это происходит следующим образом. На кодовые входы регистра 12 (фиг. 2) и сумматора 8 подается кодовая информация в виде параллельного кода раз" рядности m+n разрядов, причем п разрядов (младшие) — на входы сумматора 8, à m разрядов (старщне) - на

) входы регистра 12,m-й разряд которого з 11178 с выходом измерителя 3 частоты вращения. Блок 7 накопления младших . разрядов входами подключен к выходам и младших разрядов цифрового регулятора 6 частоты, а выходом — к другому входу широтно-импульсного модулятора 5. Блок 7 накопления младших разрядов содержит последовательно соединенные сумматор 8, и входов которого образуют входы блока 7 накоп- 10 ления младших разрядов, первый элемент 9 задержки и триггер 10, выход которого образует выход блока 7 накопления младших разрядов, а к входу сброса триггера 10 подключен второй элемент 11 задержки, связанный с шиной "Пуск" широтно-импульсного мо" дулятора, который может быть выполнен, например, на регистре 12, входы которого образуют m входов широтноимпульсного модулятора 5, подключенных в месте со счетчиком 13 к шине

"Пуск", при этом выходы регистра 12 .и счетчика 13 соединены с блоком 14 сравнения, связанным с логическим элементом 2И-ИЛИ 15 и с D-триггером

16, подключенным к двум логическим элементам И 17 и 18, образующим выход широтно-импульсного модулятора

5, и к генератору 19. Другие входы логических элементов И 17 и 18 связаны соответственно с регистром 12 непосредственно и через логический элемент НЕ 20.

Цифровой электропривод постоянного тока работает следующим обра35 зом.

На вход цифрового регулятора 6 частоты (фиг. 1) поступает информация о коде задания частоты вращения 40 и реальной (фактической) частоте вращения электродвигателя 1 ° Цифровой регулятор 6 частоты, обработав полученную информацию, выдает управляющее воздействие в виде кода раз- 45 ря,юностью m+n разрядов, причем m старших разрядов подаются на входы широтно-импульсного модулятора 5 (ш-й разряд вццеляется под знаковый), а и младшчх — на входы блока 7 накоп-5О ления младших разрядов. Информация с блока 7 накопления младших разрядов поступает на вход широтно-импуль" сного модулятора 5 через К-периодов (циклов), причем число К определяет- 55 ся из выражения К. M > 2", где M— число, заданное на входах блока 7 накопления младших разрядов, а п — . выделяется под знаковый. Затем подается команда "Пуск", по которой происходит запись старшей части кода в регистр 12, прибавление мпадшей части к содержимому сумматора 8, установка счетчика 13 в состояние "0" (триггер 10 памяти досчета находит.— ся в состоянии "0") и с помощью логического элемента 2И-ИЛИ 15 (на входы которого поступает команда

"Пуск" и строб с второго выхода генератора 19) формируется импульс записи по входу С D-триггера 16. Команда "Пуск" поступает от цифрового регулятора 6, роль которого выполняет микро-ЭВИ.

В момент записи кодовой информации в регистр 12 и поступления счетных импульсов с первого выхода генератора 19 на первый вход счетчика 13 на первом выходе блока 14 сравнения вырабатывается сигнал (как несравнение кодов, поступающих с регистра 12 и счетчика 13), который, например, в виде "1" высоким уровнем поступает на вход D D-триггера

16. Одновременно с этим вырабатывается импульс записи с выхода логического элемента 2И-ИЛИ 15 по команде

"Пуск" и стробу, поступающему с второго выхода генератора 19. Таким об- . разом, в D-триггер 16 записывается информация о начале временного интервала. Эта информация (в примере

"1") с выхода D-триггера 16 поступает на вторые входы логических элементов И 17 и 18. В зависимости от состояния знакового разряда регистра

12 срабатывает логический элемент

И 17 (или 18), и на его выходе появляется сигнал.

В момент сравнения кода, записанного в регистре 12 с кодом, поступающим со счетчика 13, блок 14 сравне- ния вырабатывает на первом выходе сигнал (для данного случая "0"), который поступает на вход D D-триггера 16, а на втором выходе — сигнал, который, проходя через логический

7809 щегося усилителем мощности, поступает широтно-модулированный сигнал широтно-импульсного модулятора 5 с длительностью импульсов Т,, опреде-.

5 ляемой старшей частью входного кода и состоянием триггера 10 памяти досчета.

При нулевом состоянии триггера 10 памяти досчета Т1 = T0 N. При еди10 ничном состоянии триггера 10 памяти досчета возникает один импульс длительности. Т **Т (0+1)-Т Н+Т, -Т +То, где Т вЂ” период следования импульсов генератора 19; N — число, запи15 санное в старшие разряды входного кода.

Таким образом, сигнал с широтноимпульсного модулятора 5 можно представить в виде суммы двух сигналов

20 с импульсами длительности Т, следующих с частотой

T1 Тф Nt где Т - период следования импульО сов генератора 19

N — число, соответствующее стар-. шим m разрядам входного кода широтно-импульсного мо-, дулятора 5.

Поступленйе следующей команды

"Пуск" (следует с постоянной такто-, вой частотой цифрового регулятора 6 частоты) вызывает повторение цикла формирования временного интервала

Т . При этом содержимое сумматора 8 накапливается. Через К периодов (циклов) модуляции на выходе сумматора 8 появляется сигнал, который л через промежуток времени c, определяемый элементов 9 задержки, устанав- З5 ливает триггер 10 памяти досчета в состояние "1". Поступление следующей команды "Пуск" устанавливает счетчик

13 в состояние ". 1" (все разряды счетчика устанавливаются в состояние " 1"). л

Через интервал времени (меньший л

t,1) определяемый элементом 11 задерж" ки, триггер 10 памяти досчета сбрасывается в исходное состояние "0" и подготавливается к запоминанию следующего сигнала переполнения сумматора 8.

Таким образом, для заполнения счет чика 13 до совпадения с кодом, записанным в регистре 12 (соответствующим m старшим разрядам цифрового регулятора 6 частоты), потребуется дополнительный период частоты генератора 19, и на выходе широтно-импульсного модулятора 5 формируется временной интервал Т, .

Таким образом, на вход широтноимпульсного преобразователя 4, являю1 М Е

f с

Таким образом, основная составляющая напряжения U образуется сигналом с высокой частоты широтно-импульсного модулятора 5, обеспечивающей допусS 111 элемент 2И-ИЛИ 15, одновременно со стробом, поступающим с второго выхода генератора 19, формирует им"„ пульс записи для входа С D-триггера

16. Таким образом, в D-триггер 16 записывается информация о конце временного интервала. Эта информация как запрет (в примере "0") с выхода

В-триггера 16 поступает на вторые входы логических элементов И 17, и 18 и снимает сигнал на их выходах.

Таким образом, на выходе формируется временной интервал Т1, соответствующий коду, записанному в регистре 12 (старшей части входного кода) и определяемый выражением

1 1 1

f =

Tî 2"

= — = const и одиночных импульсов длительностью

То с переменной частотой, зависящей от числа, записанного в младшие разряды

С выхода широтно-импульсного модулятора 5 сигнал поступает на широтноимпульсный преобразователь 4, напря" жение которого управляет электродвигателем 1.

Среднее значение напряжения на якоре двигателя 1 является суммой двух напряжений со средними значениями

01 = Т To N Uo f ° T N= о

U = — Т

П V, М

KТ о 2 2щ

Полное выражение для среднего

I значения напряжения на двигателе 1 имеет вид

П П, +U И+ (Н+- -) v. v,м v, м

2" 2 2 " 2"

1117809 тимые колебания частоты вращения двигателя 1, по которым и выбирается разрядность старших m, Точная подрегулировка частоты вращения двигателя 1 производится напряжением U среднее значение которого формируется короткими импульсами с длительностью импульсов, равной периоду следования импульсов высокой частоты генератора 19, следующих с более низкой частотой по сравнению с основным сигналом.

Информация о частоте вращения двигателя 1 фиксируется импульсным датчиком 2 и обрабатывается измерителем

3 частоты вращения, с выхода которого информация поступает на цифровой регулятор б частоты.

Таким образом, введение блока накопления младших разрядов позволяет повысить точность работы цифрового

1и электропривода постоянного тока без существенного увеличения пульсаций мгновенной частоты вращения двигателя.

1117809

ВНИИПИ Зака з 7274/42 Тираж 666 Подписное

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