Следящий привод

 

СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий трансформатор, первый и второй конденсаторы , первый, второй, третий и четвертый диоды, cy №1aтop-мoдyлятор , первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом источника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного постоянного напряжения, а выход - с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод - с общей ишной привода и с третьим выводом усилителя мощности, первый и второй выводы электродвигателя соединены с первыми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного постоянного напряжения , отличающийся тен, что, с целью удешевления, упрощения привода, повышения, его надежности и устранения зоны нечувствительности привод, в нем дополнительно установлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводом уси§ лителя мощности и с первыми выводами первого и второго конденсаторов, О) и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-модулятора , второй вывод первого переменного резистора соединен с вторым выводом первого конденсатора и через третий диод - с четвертым выводом усилителя мощности, второй вывод со сг второго переменного резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и через четвертый диод - с пятым выводом усилителя мощности, шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с первым .вы:д водом трансформатора, а седьмой - с вторыми вьйодами второгодйода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соединены с первым и вторым выводами электродвигателя .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(511 0 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3571427/24-24 (22) 30.03.83 (46) 23.01.85. Бюл. Р 3 (72) В.П.Николаев.Л.В.Семенцов, Ю.И.Семушкин, Л.В.Соколов и Э.М.Тужилин (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Электронная техника в автоматике. Сборник статей под редакцией

I0.È. Конева, вып. 5. М., "Советское радио", 1973, с. 47.

2 Панкратьев A.Ä. и др. Импульсные и релейные следящие приводы постоянного тока с полупроводниковыми усилителями. М., "Энергия", 1968, с. 54-55 (прототип). (54)(57) СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содеРжащий трансформатор, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий и четвертый диоды, сумматор-модулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входи которого соединены соответственно с выходом источника задающего напряжения, с выходом:источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного постоянного напряжения, а выход — с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод — с общей шиной привода и с третьим выводом усилителя мощности, первый и второй выводы электродвигателя соединены с первнми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью удешевления, упрощения привода, повышения его надежности и устранения зоны нечувствительности привода, в нем дополнительно установлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводом усилителя мощности и с первыми выводами первого и второго конденсаторов, и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-модулятора, второй вывод первого переменного резистора соединен с вторым выводом первого конденсатора и через третий диод — с четвертым выводом усилителя мощности, второй вывод второго переменного резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и через четвертый диск — с пятым выводом усилителя мощности, шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с первым,выводом трансформатора, а седьмой вк вод — с вторыми вь1водами второго диода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соединены с первым и вторым выводами электродвигателя.

1136105

Изобретение относится к следящим приводам постоянного тока и может быть использовано при автоматизации технологических и производственных процессов в тех случаях, когда в качестве-исполнительного механизма используется регулируемый по скорости реверсивный сериесный электродвигатель постоянного тока.

Известен следящий привод, содержащий датчик и блок обратной связи, выходами подключенные к соответствующим входам широтно-импульсного модулятора, первый и второй выходы которого соединены соответственно через первый и второй усилители с соответ- 15 ствующими входами мостового переключающего устройства, в одну диагональ которого включен якорь электродвигателя, .а в другую через дроссель — силовой источник питания (1) . . 20

Недостатком такого привода является его конструктивная сложность, связанная с необходимостью применения четырех каналов управления транзисторами мостового переключающего устройства и, следовательно, его низ,кая надежность °

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является следящий привод, содержащий сумматормодулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого сое-. динены соответственно с выходом ис- точника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного по- 40 стоянного напряжения, а выход — с вторым выводом предварительного уси» лителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя 45 мощности, а пятый вывод — с общей шиной привода н с третьим выводом усилителя мощности, четвертый и пятый выводи которого соединены с первыми выводами соответственно первого и 50 второго диодов и соответственно с первым и вторым выводами электродвигателя, третий вывод которого через первый резистор соединен с вторыМи выводами первого и второго диодов и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, первыйи второй выводы первого резистора соединены через преобразователь, содержащий трансформатор, четыре диода, четыре транзистора и два конденса 0 тора,с шестым и седьмым выводами ,усилителя мощности (2) .

Недостатками известного привода являются его констРуктивная слож- 65 ность, связанная с наличием двух каналов усиления для обеспечения реверса электродвигателя, а значит нысокая стоимость и низкая надежность.

E(poMe того, сумматор-модулятор из вестного привода ныполнен таким образом, что при нулевом значении его суммарного входного сигнала скважность импульсов выходного сигнала равна нулю, н оба триггера, входящие н состав этого сумматора-модулятора закрыты, потому что они имеют некоторый порог срабатывания, который определяет зОну нечувствительности известного привода.

Цель изобретения — удешевление, упрощение, повышение надежности и устранение зоны нечувствительности привода.

I.

Поставленная цель достигается тем, что н следящем приводе, содержащем трансформатор, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий н четвертый диоды, сумматормодулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом источника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного rioстоянного напряжения, а выход — с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводи которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод — с общей шиной природа и с третьим ныводом усилителя мощности,.первый и второй выводы электродвигателя соединены с первыми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, дополнительно установлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводом усилителя мощности и с первыми выводами первого и второго конденсаторон, и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-модулятора, второй вывод первого переменного резистора соединен с вторым выводом первого конденсатора и через третий диод - с четвертым выво.дом усилителя мощности, второй вывод второго переменного резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и через четвертый диод— с пятым выводом усилителя мощности, l

1136105 шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с первым выводом трансформатора, а седьмой вывод — с вторыми выводами второго диода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соединены с первым и вторым выводами электродвигателя.

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема привода, на фиг.2 — осциллограммы входных и вы- 10 ходного сигналов.

Привод содержит сумматор-модулятор 1, предварительный усилитель 2, тран исторы 3-5, усилитель б мощности, транзисторы 7-10, резисторы 11 15 и 12, трансформатор 13, электродвигатель 14, пятый, шестой, третий и четвертый диоды 15-18, первый и второй конденсаторы 19 и 20, первый и второй переменные резисторы 21 и 22, 2О первый и второй диоды 23 и 24, датчик 25 обратной связи, источник 26 переменного напряжения, источник. 27 задающего напряжения, резисторы 2832, операционный усилитель 33, ре- 25 зисторы 34-39, первый и второй источники 40 и 41 положительного постоянного напряжения, источник 42 отрицательного постоянного напряжения, первая и вторая обмотки 43 и 44 трансформатора 13, первая и вторая обмотки 45 и 46 и.якорь 47 электродвигателя 14. — выходной сигнал i-го элемента привода.

В состав усилителя-молулятора 1 входят резисторы 28-31, 32 и операционный усилитель 33.

В состав предварительного усилителя 2 входят транзисторы 3-5 и резисторы 34-39.

В состав усилителя б мощности входят транзисторы 7-10 и резисторы 11 и 12 °

В качестве исполнительного двигателя в предлагаемом приводе исполь- 45 зуется сериесный электродвигатель 14, который содержит обмотки 45 и 46 и якорь 47.

Резисторы 11 и 12 выполняют роль элементов обратной связи по току. 5О

Конденсаторы 19 и 20 выполняют роль интегрирующих элементов.

Переменные резисторы 21 и 22 предназначены для формирования, сигналов обратных связей по току.

Указанные на фиг.2 осцилограэви разделены по,времени на четыре зоны: в Х зоне выходные напряжения источника задающего сигнала и датчика обратной связи равны нулю; во II зоне 60 задается положительное ступенчатое напряжение на .выходе источника 27 задающего сигнала; в III зоне задается отрицательное ступенчатое напряжение на внходе источника 27 эадающего сигнала; в IV зоне отрицательное напряжение на выходе ис- . точника 27 задающего сигнала уравновешивается положительным напряжением на выходе датчика 25 обратной связи.

Привод работает следующим образом.

Напряжение U<< от источника 26 переменного напряжения, например генератора пилообразного напряжения, (фиг.2) поступает на вход сумматора-модулятора 1, который выполнен на операционном усилителе 33.

Это напряжение через резистор 32 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 1. Пусть источник 27 задающего напряжения и датчик 25 обратной связи представляют собой потенциометры, запитанные постоянным напряжением. При условии равенства выходных напряжений источника 27 задающего напряжения и датчика 25 .обратной связи, т.е. при нулевом напряжении рассогласования,,сумматор-модулятор 1 вырабатывает переменное выходное напряжение прямоугольной Формы со скважностью 0,5, которое поступает на вход предварительного усилителя 2 (Зоны Т и IV приведенных на фиг.2 осциллограмм).

Импульсы положительной полярности через резисторы 34 и 35 открывают транзисторы 3 и 4 предварительного усилителя 2, при этом транзистор 5 предварительного усилителя 2 через резистор 38 закрывается. В итоге на четвертом (неинвертирующем) выводе предварительного усилителя 2 .(на коллекторе транзистора 5) формируется положительное напряжение, на третьем (инвертирующем) выводе предварительного усилителя 2 (на коллекторе транзистора 3) — нулевой уровень напряжения. Импульсы отрицательной полярности закрывают транзисторы 3 и 4, и характер напряжений на выходах усилителя 2 меняется на противоположный.

Указанные импульсы с выводов предварительного усилителя 2 поступают на первый и второй выводы усилителя б мощности, открывая и закрывая на равные промежутки времени в течение периода его плечи, выполненные на составных транзисторах 7 и 8 и

9 и 10. При этом через обмотки трансформатора 13 протекает переменный ток с частотой источника 26 переменного напряжения, а через якорь 47 электродвигателя 14 — импульсы тока постоянного напряжения.

Нарастание тока якоря 47 электродвигателя 14 в течение каждого полупериода определяется индуктивностью обмоток 45 и 46 и якоря 47 электродвигателя 14. Индуктивность обмоток 45 и 46 возбуждения электродви-

1136105 гателя 14 невелика по сравнению с индуктивностью якоря 47. Если электродвигателЬ 14 включить в качестве нагрузки усилителя 6 мощности без трансформатора 13, то при нулевом напряжении рассогласования и при неподвижном якоре 47 электродвигате= ля 14 через якорь 47 протекает максимальный постоянный ток, определяемый величиной выходного напряжения источника 41 положительного постоянного напряжения и активным сопротивлением обмоток 45 и 46 электродвигателя 14, что приводит либо к перегреву и выходу из строя электродвигателя 14, либо к нарушению режима рабо- 15 ты и выходу из строя транзисторов 710 усилителя 6 мощности.

Трансформатор 13 имеет одинаковое количество витков обеих обмоток 43 и 44 и выбирается таким образом, 2Q чтобы в режиме нулевого напряжения рассогласования ток якоря 47 электродвигателя 14 составлял порядка 10% от его номинального тока, При появлении напряжения рассогласования изменяется скважность импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 и через обмотки 43 и 44 трансформатора 13 и обмотки 45 и 46 электродвигателя 14 вместе с переменной составляющей частоты источника 26 переменного напряжения протекает постоянная составляющая, которая приводит элект родвигатель 14 во вращение, причем направление вращения определяется полярностью напряжения рассогласования. Второе требование к выбору трансформатора 13 — минимальные потери в обмотках 43 и 44 трансформатора 13 при номинальном токе якоря 47 4 электродвигателя.14.

Таким образом, введение в привод трансформатора 13 с двумя одинаковыми обмотками 43 и 44 позволило использовать в приводе с усилителем б мощности симметричный закон управления, одноканальный предварительный усилитель и исключить зону нечувствительности по заданному напряжению, присущую известному устройству.

Для ограничения тока электродвигателя 14 при больших напряжениях рассогласования в привод введены дополнительные элементы, увеличивающие глубину отрицательной обратной связи по току. Они образованы диода- 55 ми 17 и 18, конденсаторами 19 и 20 и регулируемыми резисторами 21 .и 22.

Диоды 17 и 18 предотвращают разряд конденсаторов 19 и 20 в каждый полупериод через ниэкоомные элементы об- щ ратной связи по току — резисторы 11 и 12 усилителя б мощности. Регулируемые резисторы 21 и 22 позволяют установить необходимую глубину отрицательной обратной связи по току, т.е. ограничить ток электродвигателя 14 на любом заданном уровне.

Диоды 23 и 24 установлены для предохранения транзисторов 7-10 усилителя 6 мощности от перенапряжения при прерывании протекания тока через обмотки 43 и 44 трансформатора 13. Они работают следующим образом. Пусть произошло закрытие транзисторов 7 и 8 и прервался ток через первую обмотку 43 трансформатора 13, при этом индуцируется ЭДС о6ратного знака во второй обмотке 44 трансформатора 13, которая вызывает протекание тока через диод 24 и внутреннее сопротивление второго источника 41 положительного постоянного напряжения. Аналогично, при прерывании протекающего тока через транзисторы 9 и 10 замыкание тока, вызванного индуктируемой ЭДС, йроисходит через диод 23.

При появлении на выходе источника 27 задающего напряжения положительного напряжения увеличивается ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1, и уменьшается соответственно ширина отрицательных импульсов (зона II на фиг.2). Эти импульсы госле усиления предварительным усилителем 2 и усилителем 6 мощности вызывают протекание по обмоткам 43 и 44 электродвигателя 14 переменного тока, имеющего постоянную составляющую, создающую магнитный поток возбуждения.

Электродвигатель 14 приходит во вращение и перемещает ось датчика 25 обратной связи таким образом, что на его выходе появляется отрицательное напряжение (Фиг.2, зона II), По мере нарастания этого напряжения ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 уменьшается, отрицательных — возрастает, постоянная составляющая тока электродвигателя 14 при этом уменьшается и при равенстве напряжений датчика 25 обратной связи и источника 27 задающего напряжения электродвигатель 14 останавливается.

При появлении на выходе источника 27 задающего напряжения отрицательного напряжения уменьшается ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 и увеличивается соответственно ширина отрицательных импульсов (зона III на фиг.2). Эти импульсы после усиления предварительным усилителем 2 и усилителем 6 мощности вызывают протекание по обмоткам 43 и 44 электродвигателя 14 переменного тока, имеющего постоянную составляющую уже другого знака, и электродвигатель 14 вращается в противоположную сторону, перемещая ось датчика 25 обратной

1136105 связи таким образом, что íà его выходе появляется положительное напряжение (фиг.2,.зона III). По мере нарастания этого напряжения ширина положительных и отрицательных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 уравнивается, постоянная составляю-, щая тока эчектродвигателя 14 при этом уменьшается, и при равенстве выходных напряжений датчика 25 обратной связи и источника 27 задающего напряжения электродвигатель 14 останавливается (зона IV на фиг.2).

Таким образом, указанные отличительные признаки предлагаемого технического решения позволяют примерно на ЗОВ удешевить и упростить предлагаемый привод, устранить в нем зону нечувствительности и примерно в

6 раэ повысить его надежность.

ВЧИИПИ Заказ 10284/34

Тираж 8бЗ Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä,ул.Проектная,4