Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента
Изобретение относится к злектротехнике, а именно к средствам автоматического регулирования электропривода . Цель изобретения - повьппение точности регулирования частоты вращения исполнительного элемента. Устройство содержит кварцевый генератор (КГ) 1, счетчик 2 импульсов (СИ), задатчик 3 частоты вращения, усилитель 4 мощности, злектромагнитный исполнительный злемент (ИЭ) 5, импульсный датчик (ИД) .6 .частоты врас $ О) с
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО. ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3815582/24-07 (22) 22.11.84 (46) 23.06.86. Бюл. У 23 (71) Всесоюзный ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт легкого и текстильного машиностроения (72) В.П.Хавкин, А.Л.Балашов, В.Г.Лещенко, М.Б.Сенекин и А.А.Алексеев (53) 621.319. 12.024.07 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
1Ф 917302, кл. Н 02 Р 15/00, 1980.
Богорад Г.В., Киблицкий В.А. Цифровые регуляторы и измерители скорости. M-,Ë,: Энергия, 1 966, с.. 89-92.
„,SUÄÄ 1239830 А1. 1, 4 Н 02 P 15/00, G 05 D 13/62 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ
ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЕХАНИЧЕСКОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам автоматического регулирования электропривода. Цель изобретения — повышение точности регулирования частоты вращения исполнительного элемента. Устройство содержит кварцевый генератор (КГ) 1, счетчик 2 импульсов (СИ), задатчик 3 частоты вращения, усилитель 4 мощности, электромагнитный исполнительный элемент (ИЭ) 5, импульсный датчик (ИД) .6 частоты вра1239830
15 щения. В устройство введены первый 7
-и второй 8 D-триггеры, элементы И-НЕ
9 и 10, одновибратор 11, элемент 12 задержки, источник 13 сигнала логической единицы, размыкающий ключ 14 .
Частота вращения ИЭ 5 характеризуется поворотом выходного вала на определенный угол. Заданное значение периода (f>), соответствующее заданной скорости, представляется в виде заданного количества импульсов опорной частоты КГ 1. Действительное значение периода (T ), соответствуюИзобретение относится к электротехнике, а именно к средствам автоматического регулирования частоты вращения электропривода и может быть использовано в системаМ;регулирова ния частоты вращения с электромеханическими муфтами скольжения.
Целью изобретения является повы; шение точности регулирования частоты вращения электромагнитного исполнительного элемента.
На фиг.1 изображена принципиальная блок-схема устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента; на фиг.2 — диаграммы выходных сигналов элементов устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента при заданной частоте вращения, изменяемой от минимального п „„ до среднего и значения; на фиг.3 — аналогичные диаграммы при заданной частоте вращения, из1 .меняемой от среднего и, до максимального n . „; значения.
Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента содержит кварцевый генератор 1, связанный с входом счетчика 2 импульсов, задатчик 3 частоты вращения, усилитель 4 мощности, выход которого, соединен с выводами, предназначенными для .подключения управляющего входа электромагнитного исполнительного элемента 5, импульсный датчик 6 частощее действительной скорости, опреде.ляется как время между двумя после,довательными импульсами с выхода
ИД 6. Сравнение указанных значений осуществляется в СИ 2. Введенные узлы уменьшают длительность управляющего импульса в интервале регулирования; введение во всем диапазоне регулирования импульса, пр6порционального разности Т,НТ „улучшает динамические свойства системы регулирования, т.е, повышает точность.
3 ил ° ты вращения электромеханического исполнительного элемента, первый 7 и второй 8 D-триггеры, первый 9 и второй 10 элементы И-НЕ, одновибратор.11, элемент 12 задержки, источник 13 сигнала логической единицы, размыкающий ключ 14.
Счетчик 2 импульсов выполнен реверсивным, выход |импульсного датчика 6 частоты вращения электромеханического исполнительного элемента соединен со сбрасывающим R-входом одновибратора 11 с С-входами второ1 0 D òðèããåðà 8 и реверсивного счетчика 2 импульсов, а также через элемент 12 задержки — с первым входом первого элемента И вЂ” НЕ 9 и с С-входом первого D-триггера 7, Р-вход которого подключен к источнику 13 сигна_#_ ла логической единицы, R-вход — к выходу "<0" реверсивного счетчика 2 импульсов, Я-выход к D-входу второго
D-триггера 8 и к первому входу второго элемента И"НЕ 10, à Q-выходк управляющему входу размыкающего ключа 14, через который осуществлена связь между кварцевым генератором 1 и входом "-1" реверсивного счетчика 2 импульсов, второй вход
30 первоro элемента И-НЕ 9 соединен. с
Я-выходом второго D"òðèããåðà 8, а выход — с запускающим D-входом одно" вибратора 11, второй вход второго элемента И,-HR 10 подсоединен к выходу одновибратора 11, а выход - к входу усилителя 4 мощности, задат" чик = частоты вращения соединен с
1239830 рактеризуется временем поворота выходного вала электромеханического исполнительного элемента на определенный угол, %.е. периодом вращения
Т, который связан со скоростью соотношением:
Т п р .8.
35 где P — параметр импульсного датчика частоты вращения электромеханического элемента (ИД4В), определяющий .,число периода на оборот выходного вала (например, при фотоэлектронном датчике число прорезей обтюратора) .
Заданное значение периода Т>, соответствующее заданной скорости и,, .представляется в виде заданного количества импульсов N опорной частоты f кварцевого генератора 1 в соответствии с формулой
Т з
Установка заданной частоты вращения осуществляется путем записи числа
N no D-входу в реверсивный счетчик
2 импульсов. 55
Действительное значение периода
Т, соответствующее действительной скорости п, определяется как время
D-входом реверсивного счетчика 2 импульсов.
В качестве электромеханического исполнительного элемента 5 может быть использована электромагнитная муфта скольжения.
На фиг.2 и 3 показаны зависимости величин сигналов U на выходе датчика бчастоты вращения,на выходе элемента 12 задержки, на счетном вхо- 10 де реверсивного счетчика 2, на выходе "60" реверсивного счетчика 2, на
Q- u Q-выходах первого D-триггера 7, на Q-выходах второго D- триггера Б, первого элемента И-HE 9, одновибра- 15 тора 11, второго элемента И-НЕ, 10 от времени t, где показаны Т, — ааданный, Т вЂ” действительный периоды вращения электромеханического исполнительного элемента,,t« — моменты времени, в которые изменяются состояния элементов устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительнОго элемента.
Устройство работает следующим об- 25 разом.
Частота вращения электромеханического исполнительного элемента хамежду двумя последовательными импульсами с выхода ИД4В.
Сравнение действительного и эаданного периодов осуществляется в реверсивном счетчике импульсов (РСИ)
2.
При Т„«Т» т.е. при п> пз, управляющий,ймпульс формируется и частота вращения электромеханического исполнительного элемента увеличивается, пРи Т8 Таким образом, устройство обеспечивает работу объекта регулирования в режиме автоколебаний около заданной частоты вращения. Подробно работу устройства можно рассматривать с помощью диаграмм, приведенных на фиг. 2 и 3. Поскольку режим работы устройства при Т Т Т существенно отличаср - 8 рюкс ется от режима работы при Т Т с мин — 8 Т,Р, где Т„„„, Т» Т„„„, — периоды вращения, соответсвующие частотам вращения и „„„, и., n „,„„с, оба режима рассматриваются отдельно. Первому соответствует диаграмма, изображен ная на фиг.2, а второму диаграмма на фиг.3. Рассмотрим работу устройства на участке диапазона регулирования, на котором заданный период Т, находится в интервале Т, Т, Т иокс ИД4В 6 в начале каждого периода вращения вырабатывает короткий импульс. Через интервал времени, составляющий приблизительно 0,001 Т, импульс ИД4В повторяется на выходе элемента 12 задержки. В первом периоде (t=O; t=t„) эти импульсы формируются соответственно в моменты времени t=O, Поступая одновременно на С-вход РСИ и на С-вход второго D-триггера 8, импульс с выхода ИД4В при t--0 обус-! ловливает запись по D-входам соответственно в РСИ 2 информации с задатчика 3 частоты вращения, т.е. чис-а N соответствующего Т, а во з э второй D-триггер 8 — логической единицы с Q-выхода первого D-триггера 7, записанной в предыдущем периоде в соответствии с результатом измерения Т сТ,, т.е. íà Q-выходе второго Dтриггера устанавливается логический нуль. 1239830 При t = t, по окончании действия импульса с выхода ИД4В на вход " -1" РСИ начинают поступать импульсы опорной частоты с кварцевого генератора 1, уменьшая число 11, записанное по D-входу. При t = t импульс с выхода элей мента 12 задержки подтверждает единичное состояние на Q âûõîäå первого D-триггера 7, соответствующее результату измерения Т Т, в предыдущем периоде. Поскольку в данном периоде Тч)ТЗ при t = t, РСИ обнуляется и на его выходе "<О". формируется короткий импульс, перебрасывающий первый D триггер 7 по R-входу в состояние, при котором на Q-выходе имеет место логический нуль, а íà Q-вььходе — логическая единица. При этом размыкающий ключ 14 закрывается, блокируя поступление импульсов с кварцевого генератора 1 на вход "-1" 1?СИ 2. В интервале времени (t=t,; t=t„) на выходе второго элемента И-НЕ 10 устанавливается единичный уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналов ЗО соответственно единичного уровня с одновибратора 11 и нулевого уровня с Q-выхода первого 0-триггера 7. В момент времени t=t, т.е. в на- . чале второго периода, на выходе ИД4В 6 формируется следующий импульс, ко35 торый вновь поступает одновременно на С-вход РСИ 2 и на С-вход второго D-триггера 8, обусловливает запись по D-входам соответственно в РСИ информации с задатчиков 3 частоты вра40 щения, а во втором D-триггере логического нуля с.Q-выхода первого Dтриггера 7, соответствующего результату измерения в предыдущем перио45 де, т.е. íà Q-выходе второго р-триггера 8 устанавливается логическая единица. При = t первый Р-триггер 7 в соответствии с единичным логическим уровнем на его D-входе, обеспечивае5Î мым источником сигнала логическои единицы и импульсом, поступающим на С-вход с элемента 12 задержки, устанавливается в исходное состояние, у при котором на Q-выходе — логическая единица. В интервале времени (=, t=t ) на выходе первого элемента И-НЕ 9 устанавливается нулевой уровень сигнала, соответствующий инверсии логиче<:кого произведения сигналов единичных уровней с выхода элемента 12 задержки и Я-выхода второго 1)-триггера 8. Отрицательным перепадом на пряжения на выходе первого элеменга И-НЕ при t = t запускается одно5 вибратор 11, длительность импульса которого установлена равной Тд, т.е. - ср В интервале времени (t=t ; = ) на выходе второго элемента И-НЕ 10 устанавливается единичный уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналов с О-выхода первого D-триггера 7 и выхода одновибратора 11, в интерва.пе (t = t ; t = t ) соответственнонулевой уровень сигнала, В третьем периоде (t = t111 t = tз) на выходе второго элемента Й-НЕ аналогичным образом устанавливается нулевой уровень сигнала, а в четвертом периоде (t = t<, t = 6,Д ) в интервале времени (t = t t = t„) единичный и на интервале () — нулевой уровень сигнала. Таким образом, в рассмотренном интервале (=О; t=t, ) на выходе второго элемента И-HE 10, а следовательно, и на выходе усилителя мощнос. ти формируются два управляющих импульса, первый из которых находится в интервале (t = t ; t = t „-) и сойеРжит пропорциональную составляющую (t = t ; t = t ) и дополнительный импульс (t = t ; t = t ),,а втоРой находится в интервале (с t ) и содержит только дополнительный импульс. Длительность дополнительного импульса на этом участке диапазона регулирования T ° е 1IpH T
И-НЕ 10 формируется только в случае, если в предыдущем периоде Т зТз, а пропорциональный — только в случае, если в данном периоде Т >Т1. . При увеличении регулйруемой величины заданного значения Т, или при их равенстве, что имеет место в течение периодов (t = 0; t = t<) и (t =.,; t = 1: ) (фиг.2), на выходе второго элемента И-HE 10 формирует1239830 ся импульс, длительность которого соответствует интервалам времени (бзi 7) (зi и частота вращения увеличивается. При уменьшении регулируемой величины от заданного значения в течение периода (t = ; t = t ) управляющий импульс на выходе второго эле- мента И-НЕ 10 не формируется, что 1Р, соответствует интервалу (t = t» t — Ьа) и частота вращения электромеханического исполнительного элемента уменьшается. Таким образом, устройство для ре- 15 гулирования частоты вращения электромеханического исполнительного эле1мента обеспечивает работу электромеханического исполнительного элемента в режиме автоколебаний около эа- . Zp данной частоты вращения. На фиг.3 приведены диаграммы сигналов элементов устройства на участке диапазона регулирования, при котором заданный период Т, находится 25 в интервале Т„„„ Т, .Т Формирование пропорциональной составляющей в интервале ( „) происходит так же, как и на рассмотренном участке диапазона регулирования. Режим работы устройства на участке диапазона регулирования Т „ Т, < <Т отличается от рассмотренного ре. жима тем, что длительность импульса одновибратора ограничивается в каждом случае продолжительностью действительного периода Т . В данном случае запуск одновибратора 11 осуществляется так же, как и при Т,р 4p Т Т „, например, во втором периоиакд де (t. = t,; t = tq) при г- = С, отРицательным перепадом напряжения на выходе первого элемента И-HE 9, а сброс одновибратора осуществляется при С = t по сбрасываемому R-входу г импульсом с выхода ИД4В. В результате этого длительность дополнительного импульса на участке диапазона регулирования Т„„„ < Т,<Т всегда равна действительному периоду Та При увеличении Т по отношению к заданной величине Т в период (t=0; 1„) или при их равенстве в пери- 55 од (t = t t = t ) на выходе второго элемента И-НЕ 10 формируется управляющий импульс, длительность которого соответствует интервалам време 7), (t = t8; C = t ) и частота вращения п увеличивается, а при уменьшении в период (t t„) управляющий импульс не формируется (интервал времени (t г. ) и частота вращения п уменьшается. Таким образом, обеспечиваются автоколебания п около заданного значения п, . В известном устройстве продолжительность управляющего импульса равна периоду вращения. В интервале изменения Т зТ CT„ „,. автоколебания частоты вращения и> имеют большую амплитуду, чем в интервале Т „ « Е » В предлагаемом устройстве длительность управляющего импульса в интервале регулирования Т < Т Т„„„, имеет меньшее значение, чем в известс ном, что уменьшает амплитуду автоколебаний частоты вращения и> и повышает точность регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного органа по сравнению с известным устройством. Кроме того, уменьшение длительности управляющего импульса в интервале регулирования Т,р а Тэ еТ„„и введение во всем диапазоне регулирования, управляющего импульса, пропорционального разности Т и Т улучшает динамические свойства систе мы регулирования, что также повышает точность регулирования частоты вращения. Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным обеспечивается более высокая точность регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента. Формула изобретения Устройство для регулирования частоты вращения электромеханическсго исполнительного элемента, содержащее кварцевый генератор, связанный с входом счетчика импульсов, задатчик частоты вращения, усилитель мощ-. 1239830 Выход дагпчика (б) частоты дращенир Выход элемента (12) задержки Выход одноИратора 11 Выход оторого, лерлент И бЕ (10) () Фиг. Г ности, выход которого соединен с выводами, предназцаченными для подключения управляющего входа электро магнитного исполнительного элемента, импульсный датчик частоты враще= ния электромеханического исполнительного элемента, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, в него введены первый и второйО -триггеры, первый и второй элементы И-НЕ„ одновибратор, элемент задержки, источник сигнала логической единицы, размыкающий ключ, счетчик импульсов выполнен реверсивным, выход импульсного датчика частоты вращения электромеханического исполнительного элемента. соединен со сбрасывающим R -входом одновибратора, с С-входами второго б-триггера и реверсивного счетчика импульсов, а также через элемент Число на редерсио ном счетчике (2) Выход „<0" резерв сионого счетчика(2) Выход Q первого Дв триггера (7) Выход Я пероого Дтриггера (7) Выход Ы оторогоД триггера (В) Выход первого элемента И-ИЕ (9) задержки - с первым входом перйого элемента И-НЕ и с 1-входом первого D-триггера, D -вход которого подключен к источнику сигнала логической единицы, Й -вход к выходу 0 реверсивного счетчика импульсов, 6.-выход — к D -входу второго Ь -триггера и к первому входу второго элемента 10 НЕ, à Q -выход — к управляющему входу размыкающего ключа, через который осуществлена связь между кварцевым генератором и входом "-1" реверсивного счетчика импульсов, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с Q. — Bûõîäîì второго Э -триггера, а выход — с запускающимЗ -входом одновибратора, второй вход второго элемента И-HE подсоединен к 20 выходу одновибратора,,а выход — к входу усилителя мощности, задатчик частоты вращения соединен сЭ -входом реверсивного счетчика импульсов. 1239830 Вь!ход датчика (б) цас|ло|пы 8ращеицн ВЫхад „4.0" РЕВЕРСи бнаго счетчика 2) Выход Второго ялемеита И-ИЕ (10) 1| г 41| 4 6 < 7 Фиг. 3 Редактор А.Шандор Заказ 3406/55 Тираж 631 Подписное ВНЩ4ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., p,.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул.Проектная, 4 Выход элемента (12) задерркни Число иа реоерсидном счетчике (2) Выход Я |.|ероого Дтригеepa (7) Выход Q пербого Ятриггера 7 Выход Q. оторого Дтриггера (8) Выход пероого элемеи|ла И-ИЕ (9) Выход однойдралюра (11) Составитель А.Акимов Техред;О.Солко Корректор 0 Луговая Р»
