Позиционный электропривод

 

Изобретение относится к злектротехнике . Целью изобретения является улучшение качества регулирования, Позиционный электропривод постоянного тока содержит вентильный электродвигатель 2, на валу которого установлен датчик (ДП) 1 положения ротора , генератор 6 тактовых импульсов. Выход генератора 6 через первый делитель (Д) 4 частоты подключен к входу ДП 1, а через сумматор 7 - к входу второго Д 9. Выход ДП 1 через формирователь 5 прямоугольных импульсов связан с первыми выходами частотного дискриминатора (ЧД) 10, преобразователя (П) 17 разности фаз и первым управля1)Щим входом фазочувствительного демультиплексора (ФД) 20. Два других управляющих входа ФД 20 подключены соответственно к неинвертированному и инвертированному выходам Д 9. Третий вход Д 9 подключен к вторым , входам ЧД IО и П 17. Основной вход

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1270859 А1 (511 4 Н 02 P 6/02 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3820026/24-07 (22) 05.12.84 (46) 15.11.86. Бюл. Ф 42 (72) В.И. Стребков и В.Е. Агеев (53) 62-83.621.313.392(088.8) (56) Трахтенберг Р.М. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением, М.: Энергия 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 843163, кл. Н 03 D 13/00, 1981.

Андрущук В.В.» Шарахни В.Н., Измерение малых колебаний скорости в системах автоматического регулирования. Известия Вузов. Приборостроение, 1966, с. 44-48.

Букреев И.Н., Мансуров Б.М., Горячев В.И. Микроэлектронные схемы цйфровых устройств. М.: Советское радио, 1975, с. 214, рис. 5.49 (б).

Авторское свидетельство СССР

1» 748698,:кл. Н 02 К 29/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 995247, кл. Н 02 P 5/06, 1983. (54) ЧОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение качества регулирования.:

Позиционный электропривод постоянно" го тока содержит вентильный электро» двигатель 2, на валу которого установлен датчик (ДП) 1 положения ротора, генератор 6 тактовых импульсов.

Выход генератора 6 через первый делитель (Д) 4 частоты подключен к входу ДП 1, а через сумматор 7 — к входу второго Д 9. Выход ДП l через формирователь-5 прямоугольных импульсов связан с первыми выходами частотного дискриминатора (ЧД) 10, преобразователя (П ) 17 разности фаз и первым управляыцим входом фаэочувствительного демультиплексора (ФД) 20. Два других управляющих входа ФД 20 подключены соответственно к неинвертированному и инвертированному выходам Д 9.

Третий вход Д 9 подключен к вторым входам ЧД 10 и П 17. Основной вход

1270859

ФД 20 подключен к выходу компаратора (К) 19. Основной вход К 19 подключен к выходу П 17, соединенному с. входом корректирующего звена 16.

Опорный вход К 19 связан с выходом источника потенциала установки нулевого вращающегося момента. Электропривод содержит кольцевое устройство

23 сдвига, два входа которого соедийены с выходами ФД 20, а третий вход с выходом элемента ИЛИ 11. Выходы устройства 23 подключены к управляющим входам мультиплексора (11) 27, Входы элемента ИЛИ 11 соединены с выходом запускающего блока 12 и импульсным выходом ЧД 10. Основные входы

М 27 соединены соответственно с выходом ФД 20, выходом корректирующего звена 16 и релейным выходом ЧД 10.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах позиционного вентильного электропривода.

Цель изобретения — улучшение качества регулирования путем повышения точности фазового согласования в широком диапазоне синхронизируемых частот.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема позиционного электропривода; на фиг. 2 — фазочувствительный демультиплексор.

Позиционный электропривод (фиг.l) содержит датчик 1 положения ротора электродвигателя 2, подключенного к силовому блоку 3, вход датчика положения подключен к выходу первого делителя 4 частоты, а выход соединен с входом формирователя 5 сигнала, генератор 6 тактовых импульсов, выход которого соединен с входом первого делителя 4 частоты и с первым входом сумматора. 7 частот, второй вход когорого подключен к выходу первого логического элемента ИЛИ 8, выход сое динен с входом второго делителя 9 частоты с тремя выходами, первый из которых соединен с первым входом импульсного частотного дискриминатора

I0 с импульсным и релейным выходами, второй вход которого подключен к выходу формирователя 5 сигнала, второй

1О !

Выход М 27 соединен с силовым блоком

3, подключенным к вентильному электродвигателю 2. Первый управляющий вход M 27 соединен с одним входом элемента И, второй вход которого связан с источником 14 коррекции частоты. Выход элемента И 15 подключен к одному входу элемента ИЛИ 8, другой вход которого соединен с выходом источника 13 синхронизации. Выход элемента ИЛИ 8,подключен к второму входу сумматора 7. В позиционном электроприводе исключается ошибка при определении нейтрального фазового поло><ения, устраняется люфт и неоднозначность статической характеристики за счет обеспечения линейности выходной характеристики П 17. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. логический элемент ИЛИ 11, первый вход которого подключен к выходу запускающего блока 12, источник 13 синхронизирующего сигнала, выход которого соединен с одним входом первого логического элемента ИЛИ 8, другой вход которого подключен к выходу источника 14 корректирующей частоты через двухвходовой логический элемент

И 15, корректирующее звено 16, преобразователь 17 разности фаз в аналоговый сигнал, источник 18 потенциала установки нулевого вращающего момента, компаратор 19 с импульсным выходом, фазочувствительный демультиплексор 20 с перным 2I и вторым 22 выходами, кольцевое устройство 23 сднига с первым 24, вторым 25 и третьим 26 выходами и мультиплексор 27. При этом второй вход первого логического элемента И 15 подключен к первому выходу 24 кольцевого устройства 23 сдвига. Второй вход второго логического элемента ИЛИ ll подключен к импульсному выходу импульсного частотного дискриминатора 10 фиксирующему момент равенства частот. Преобразователь 17 разности фаз в аналоговый сигнал подключен к выходу формирона— тели 5 сигнала датчика положения ротора и первому выходу второго делителя 9 частоты, а выход указанного преобразователя подключен к входу

1270859 з корректирующего звена и основному входу компаратора 19, опорный вход которого соединен с источником 18 потенциала установки нулево.-о вращающего момента. Основной вход фазочув- 5 ствительного демультиплексора 20 подключен к выходу компаратора 19.

Три управляющих входа соединены соответственно с выходом формирователя

5 сигнала положения датчика ротора, вторым и третьим выходами второго делителя 9 частоты. Первый, второй и третий входы кольцевого устройства 23 сдвига подключены соответственно к выходу второго логического элемента <5

ИЛИ 11, первому 21 и второму 22 выходам фазочувствительного демультиплексора 20, управляющие входы муль— типлексора 27 подключены к выходам кольцевого устройства 23 сдвига. Пер-20 вый, второй и третий основные входы мультиплексора 27 подключены соответственно к выходу источника 18 потенциала установки нулевого вращающе-, го момента, к выходу корректирующего 25 звена 16 и к релейному выходу импульсного частотного дискриминатора

10. Выход мультиплексора 27 соединен с управляющим входом силового блока 3. 30

Фазочувствительный демультиплексор

20 (фиг. 2) содержит второй 28, третий 29, четвертый 30, пятый 31 логические элементы И и триггер 32 с раздельными входами. При этом первые З входы второго 28 и третьего 29 элементов И объединены и образуют основной вход демультиплексора, подключенный к выходу компаратора 19, первые входы четвертого 30 и пятого 31 40 элементов И объединены с образуют ,первый управляющий вход демультиплексора, подключенный к выходу формирователя 5 сигнала датчика положения ротора. Вторые входы четвертого 30 45 и пятого 31 элементов И служат вторым и третьим управляющими входами демультиплексора, подключенными соответственно. к второму и третьему выходам второго делителя 9 частоты. 50

Раздельные входы триггера 32 соединены с выходами четвертого 30 и пятого 31 логических элементов И. Выходы триггера 32 подключены к вторым входам второго 28 и третьего 29 логи-15 ческих элементов И, выходы которых являются первым 21 и вторым 22 выходами демультиплексора соответственно.

Датчик 1 положения ротора представляет собой фазовращатель, который запитывается частотой f /N, Частота

6 ,выходного сигнала отличается от частоты входного на величину, пропорциональную частоте вращения ротора.

Формирователь 5 частоту не меняет, а служит для подавления помех и формирования прямоугольных импульсов.

Позиционный.электропривод работает следующим образом.

С выхода генератора 6 тактовые импульсы с частотой Г поступают на входы сумматора 7 и делителя 4 частоты. На выходе делителя 4 частота определяется выражением (1) где N — коэффициент деления делителя 4.

Сигнал f поступает на датчик I положения ротора, частота выходного сигнала которого так же, как и на выходе формирователя 5, определяется выражением

=Г =1+РГ = — - + РГ

Г (2) вР N — >p н где Г,р — частота вращения;

P — коэффициент (знак определяется направлением вращения).

Отсюда следует

5 (3) где % — фаза входного сигнала датчика, т.е. на выходе делителя 4; р, — фаза выходного сигнала датчика 1; Р— фаза выходного сигнала формирователя 5; угловое положение ротора.

Такой сигнал обеспечивает высокую частоту поступления информации об угловом положении и частоте вращения ротора в неограниченном диапазоне частоты вращения, в том числе и при

Р =О.

Частота выходного сигнала сумматора 7 частот определяется выражением ., =г-, +f (4) где à — частота генератора 6 тактоб вых импульсов; частота выходного сигнала

3 логического элемента ИЛИ 8 (знак определяется заданным направлением вращения).

U,, =U„(Ì), при д 1» =У, и в частном случае (8) U =О.

На выходе компаратора 19 появляется короткий импульс в момент выполнения равенства его входных сигналов,50 т.е. при Ц1„ И< сигнал отсутствует, при U =U появляется короткий им12»8 пульс. (ii)

Таким образом, как следует из (8), (10), (11) короткие импульсы 55 появляются на выходе компаратора при прохождении рабочей точки через ...0,»», 2»»,.... (10) 45

S 12708

Соответственно на выходе делителя

9 частота определяется выражением (5) з N N где N — - коэффициент деления делителя

9, такой же, как и делителя 4.

Сигналы (2) и (5) поступают на входы импульсного частотного дискриминатора 10, который имеет два выхо- 10 да. Релейный выход имеет характеристику: при f < f на релейном выходе

5 сигнал +U; и ри f > f < на релейном выходе сигнал -U. (6)

На импульсном выходе, фиксирующем 15 момент равенства частот, появляется короткий импульс при прохождении через точку равенства частот т.е. при f Pf сигнал отсутствует, 5 при f =f появляется короткий им- 20

5 9 пульс. (7)

Сигналы (2) и (5) поступают на входы преобразователя !7 разности фаз в аналоговый сигнал, который на интервале (О-2 ) определяется выраже- 25 нием

U1 ()=К»7 (dV- ) (8) где К вЂ” коэффициент

»7 разность фаз, определяется выражением 30

5 9 (9) где Ч. — фаза выходного сигнала делителя 9;

Ч» — фаза выходного сигнала фор5 мирователя 5, 35

Сигнал (8) поступает на корректирующее звено 16 и на основной вход компаратора 19 с импульсным выходом.

На опорный вход компаратора 19 поступает сигнал с выхода источника 18 по- 40 тенциала установки нулевого вращающего момента. Этот потенциал определяется выражением

Эти импульсы поступают на основной вход фазочувствительного демультиплексора 20, т.е, на первые входы элементов И 28 и 29 (фиг. 2).

От делителя 9 частоты на второй вход элемента И 31 поступают неинвертированные импульсы. На второй вход элемента И 30 от делителя 9 поступает инвертированный сигнал.

Сначала совпадают по времени входные импульсы элемента И 31, а потом, в связи с йзменением д {», — входные импульсы элемента И 30. В результате сначала импульсы с выхода элемента

И 31, а потом с выхода элемента И 30 устанавливают триггер 32 соответственно в состояние "О" и "1".

Выходные сигналы триггера управляют элементами И 28 и 29. При этом поступающие на них с выхода компаратора 19 импульсы разделяются на две последовательности, соответствующие двум выходам 21 и 22 демультиплексора 20: при дЧ» Ойп Т Uz„ =U z =О; при дЧ» =О+п2% 1„ =О; U,„ „ ==1 — короткий импульс; при Р =7iyп2Y U =О; U =1 короткий импульс; где п.=0,1,2,3....

В момент включения t.=Î на выходе запускающего блока 12 появляется импульс, который, проходя через логический элемент ИЛИ 11, устанавливает кольцевое устройство 23 сдвига в состояние "1". На его выходе 24 появляется сигнал "1", а на выходе 25 и

26 — сигнал "О". Эти сигналы, поступая на управляющие входы мультиплексора 27, устанавливают последний в состояние "1", при котором через него на управляющий вход силового блока 3 проходит сигнал с источника 18 потенциала П ;У„=О, (12) что приводит к выключению питания двигателя 2. Сигнал "1" с выхода 24 открывает. элемент И 15, через который при этом проходят короткие импульсы с источника 14 частоты на вход, элемента ИЛИ 8. На другой вход этого элемента поступают короткие импульсы от источника lI3 синхронизирующего сигнала. На выходе элемента ИЛИ 8 .средняя частота равна сумме входных частот.

+f (13)

8 1 -И

Сигнал (13) поступает на вход сумматора 7 частот.

Как следует из (2), (5), (i3) разность частот выходных сигналов форми1270859 8 я 1ри этом иэ (17 ) (2) (51 следучто рователя 5 сигнала датчика и делител

9 частоты определяется выражением ж= -а- — 13 — т pF

f +f (14) р — .1Х Р Г11 (19)

5 В установившихся режимах величина

Р отслеживает изменяющуюся частоту синхронизирующего сигнала

13

В момент, когда рабочая точка проходит через 27, т.е. выходит из зоны

О фазового регулирования, на выходе 22 демультиплексора 20 появляется импульс, который переключает кольцевое устройство 23 сдвига в состояние, при котором на выходе 26 появляется сиг5 нал "Т", а на выходах 24 и 25 — сигII (! налы 0 . Эти сигналы, поступая на управляющие входы мультиплексора 27, устанавливают его в состояние, при котором через, него на управляющий вход силового блока 3 проходит сигнал с релейного выхода импульсного частотного дискриминатора 10, т.е. включается режим частотной автоподстройки (ЧАП). При этом на двигатель подается полное напряжение питания.

Б момент, когда частота вращения достигает новой заданной величины, частоты на входах дискриминатора 10 выравниваются и на его импульсном выходе появляется импульс, который переключает кольцевое устройство 23 сдвига в состояние "1". в частности, при частоте вращения .в момент включения =0 и заданной величине f =0 она. равна 4 f= < - . (15)

f(13 N

В момент включения разность фаз

44 (9) — случайная величина и да.атее 1 меняется в соответствии с величиной

4Г, т.е. происходит подстройка фазы (ПФ).

Скачок рабочей точки происходит в момент, соответствующий переходу из одной зоны фазового регулирования в другую. При этом, в соответствии с (11) на выходе 22 демультиплексора

20 появляется импульс, который не может изменить состояние кольцевого устройства 23 сдвига.

В момент, когда рабочая точка проходит через%, на выходе 21 демультиплексора 20 появляется импульс, который переключает кольцевое устройство 25

23 сдвига в состояние, при котором на выходе 25 появляется сигнал "1", а на выходах 24 и 26 — сигналы "0".

Эти сигналы, поступая на управляющие входы мультиплексора 2? устанавлиЭ 30 вают его в состояние, при котором через него на управляющий вход силового блока 3 проходит сигнал с выхода корректирующего звена 16, т.е.

1. -U,q . (16) включается режим фазовой автопод35 стройки (ФАП).

llри этом сигнал "0" с выхода 24 закрывает элемент И 15. Частота сигнала на выходе элемента ИЛИ 8 опреде- о ляется теперь равенством

6 13 (17) т.е. на сумматор 7 частот поступает только синхронизирующий сигнал источника 13. Если частота источника 13 синхронизирующего сигнала равна нулю, т.е. задана нулевая частота вращения, то двигатель 2 стопорится и работает как электромеханическая пружина, сопротивляясь повороту вала. При этом электромеханический момент М пропорционален величине F . Если при включении задана некоторая частота вращения, то двигатель начинает вращаться.

В установившемся режиме входные частоты преобразователя 17 разности фаз в аналоговый сигнал равны, т.е.

1, =-1; (18), В этом состоянии на выходе 24 появляется сигнал "1", а на выходах

25 и 26 — сигналы "0". Эти сигналы, поступая на управляющие входы мультиплексора 27, устанавливают его в состояние, при котором его.выходной сигнал определяется выражением (12), что приводит к выключению питания двигателя. Происходит быстрая подстройка фазы.

B момент, когда рабочая точка проходит 3, на выходе 21 демультиплексора 20 появляется импульс, который переключает кольцевое устройство 23 сдвига. Включается режим ФЛП, при котором после окончания переходного процесса устанавливается некоторая постоянная величина4ч, соответствующая установившемуся электромеханическому моменту и частоте вращения.

Если подавать одиночные импульсы, то электропривод отрабатывает их, как шаговый электропривод. Действительно, при подаче импульса от источника 13 фаза сигнала на выходе делителя 19 изменяется на величину

127

Ь Р (20)

На эту величину смещается рабочая точка относительно нейтрального поло. жения Г. Это вызывает вращающий момент и поворот вала до компенсации аф„, т.е. поворот на угол Фи л (А

Р

Из (20) .и (21) следует, что вели..чина шага равна ь о(= . (22)

ЗБО

NP

Переход в шаговый режим осуществляется включением ФАП и происходит после подстройки фазы в моменты, ког да величина % проходит через нейтральное фазовое положение..

Таким образом, при определении нейтрального фазового положения не возникает характерной для прототипа ошибки, так как указанное фазовое положение определяется по сигналу (8), содержащему только пропорциональную составляющую, не вызывающую динамических искажений, В режиме ФАП не возникают характерные для прототипа люфт и повышающее энергопотребление высокочастотное реверсирование привода, так как вызывающая их неоднозначность статистической зависимости входного управляющего сигнала силового блока от углового положения ротора исключается линейной на интервале фазового регулирования характеристикой (8) преобразователя разности фаз в аналоговый сигнал. (21),Формула изобретения

Позиционный электропривод, содержащий датчик положения ротора электродвигателя, подключенного к силовому блоку, вход датчика положения подключен к выходу первого делителя час. тоты, а выход соединен с входом формирователя сигнала, генератор тактовых импульсов, выход которого соедиКроме того, аналоговая форма входного управляющего сигнала силового блока является более удобной и универсальной и позволяет применить в электроприводе электродвигатели с бо. лее совершенными характеристиками, .что улучшает эксплуатационные характеристики электропривода.

0859

10 нен с входом первого делителя частоты и первым входом сумматора частот, второй вход которого подключен к выходу первого логического элемента

ИЛИ, а выход соединен с входом второго делителя частоты с тремя выходами, первый из которых соединен с первым входом импульсного частотного дискриминатора с импульсными релейным выхо10 дами, второй вход которого подключен к выходу формирователя сигнала, второй логический элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу запускающего блока, источник синхрони-

15 зирующего сигнала, выход которого соединен с одним входом первого логического элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу источника корректирующей частоты через двух20 входовой логический элемент И, а также корректирующее звено, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования путем повышения точности фазового со25 гласования в широком диапазоне синхронизируемых частот, в него введены мультиплексор с основными и управляющим и входами, кольцевое устройство сдвига, фазочувствительный демульти-.

30 плексор с основным и тремя управляющими входами, преобразователь разности фаз в аналоговый сигнал, компаратор и источник потенциала установки нулевого вращающего момента, .при этом второй вход двухвходового логического элемента И подключен к первому выходу кольцевого устройства сдвига, второй вход второго логического элемента ИЛИ подключен к щ импульсному выходу импульсного частотного дискриминатора, входы преоб. разователя разности фаз в аналоговый сигнал подключены соответственно к выходу формирователя сигнала и первому выходу второго делителя частоты а выход преобразователя разности фаз подключен к входу корректирующего звена и основному входу компаратора, опорный вход которого соединен с источником потенциала установки нулевого вращающего момента, основной вход фазочувствительного демультиплексора подключен к выходу компаратора, а три управляющих входа демультиплексора соединены соответственно с выходом формирователя сигнала, вторым и третьим выходами второго делителя частоты, первый, и второй и тре1270859

Составитель М. Сон

Техред К. Ходанич Корректор Е. Рошко

Редактор И. Касарда

Заказ 6251/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ll тий входы кольцевого устройства сдвига подключены соответственно к выходу второго логического элемента ИЛИ, первому и второму выходам фазочувствительного демультиплексора, уп- S равляющие входы мультиплексора подключены к выходам кольцевого устройства сдвига, первый, второй и третий основные входы мультиплексора подключены соответственно к выходу ис- 10 точника потенциала и .установки нулевого вращающего момента, к выходу корректирующего звена и к релейному выходу импульсного частотного дискриминатора, а выход мультиплексора сое-iS динен с управляющим входом силового блока.

2. Электропривод по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем,что фазочувствительный демультиплексор содер-20: жит второй, третий, четвертый, пятый логические элементы И и триггер с раздельными входами, при этом первые входы второго и третьего элементов И объединены и образуют основной вход демультиплексора, первые входы четвертого и пятого логических элементов И объеДинены и образуют первый управляющий вход, а вторые раздельные входы четвертого и пятого элементов И служат вторым и третьим управляющими входами демультиплексора, раздельные входы триггеры соединены с выходами четвертого и пятого логических элементов И, а выходы триггера подключены к вторым входам второго и третьего логических элементов

И, выходы которых являются первым и вторым выходами демультиплексора соответстван