Реверсивный управляемый электропривод

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электроприводами в гибких автоматизированных производствах , промышленных роботах и станках. Целью изобретения является повышение точности позиционирования. Изобретение позволяет повысить точность позиционирования электропривода с самотормозящимися электродйигателем за счет импульсного подведения его к заданной позиции без использования датчиков текущих значений скорости и положения путем контроля аналога скорости электродвигателя - выходного напряжения блока 21 модели (Л г7 UMUKC

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (50 4 Н 02 Р 5/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AST0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3902055/24-07 .(22) 23.05.85 (46) 07.12.86 Бюл. В 45 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Б.Х.Левин (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1020934, кл. Н 02 P 5/50, 1983.

Шубенко В.А., Браславский И.Я, Тиристорный асинхронный электропри.вод с фаэовым управлением. — М.:

Энергия, 1972, с. 169-173, рис. 5-1. (54) РЕВЕРСИВНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электроприводами в гибких автоматизированных производствах, промышленных роботах и станках. Целью изобретения является повышение точности позиционирования.

Изобретение позволяет повысить точность позиционирования электропривода с самотормозящимися электродвигателем за счет импульсного подведения его к заданной позиции без использования датчиков текущих значений gêîрости и положения путем контроля аналога скорости электродвигателя — вы-. ходного напряжения блока 21 модели1 рования достижения заданной частоты вращения электродвигателя. Устройство содержит RS-триггеры 1, 2, 3, 4„ соединенные с логическими элементами 11, 12, 13, 14, 15, 16,, 17, 18„ схему совпадения 19, элемент задержки 20, блок 21 моделирсйания достижения заданной частоты вращения, ча

275729 выходе которого .включен сдвоенный компаратор 22, и RS-триггер 23. По сигналам RS-триггера 23 через логические элементы 13, 17, 14, 18 и блок усилителей 24 осуществляется управление силовым коммутатором 25, включенным в цепь питания электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электро" технике и может быть использовано для управления электроприводами в гибких автоматизированных производствах,промышленных роботах и станках, Цель изобретения — повьппение точности позиционирования„

На фиг. 1 приведена принципиальная схема реверсивного управляемого электропривода; на фиг ° 2 — схема силового коммутатора с электродвигателем; на фиг. 3 — временные диаграммы работы системы управления элек троприводом.

Реверсивный управляемый электропривод содержит четыре RS-триггера

1-4, путевые выключатели 5-8, кнопку 9 управления "Вперед" и кнопку 10 управления "Назад", четыре логических элемента 2И-HE 11-14, первый и второй логические элементы НЕ 15 и

16, два логических элемента ЗИ-НЕ

17 и 18, схему 19 совпадения, элемент 20 задержки, блок 21 моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя, сдвоенный компаратор 22 с триггером 23 на выходе, блок 24 усилителей сигналов управления, соединенный выходами . с управляющими цепями силового коммутатора 25, построенного, например, на оптронных симисторах 26-29 и включенного в цепь питания самотормозящегося электродвигателя ЗО..Блок 21 моделирования достижения заданной частоты вращения электроцвигателя содержит третий логический элемент

HE 31, последовательно соединенные первый резистор 32, источник 33 постоянного напряжения, зарядный транзисторный ключ 34: и конденсатор 35, параллельно которому подключен транзисторный стабилизатор 36 разрядного тока, цепь управления которого соединена через второй резистор 37 с выходом третьего логического элемента НЕ 31, Последовательно соединенные первый 5 и второй 6 путевые выключатели подключены к объединенным первым входам первого 11 и второго 12 логических элементов 2И-НЕ, выходы которых соединены с R-входами соответственно первого 1 и второго 2 триггеров. Вторые входы первого 11 и второго 12 логических элементов 2И-НЕ соединены с инверсными выходами соответственно третьего 3 и четвертого 4 триггеров, К-входы которых подключены соответственно к третьему 7 и четвертому 8 путевым выключателям, а S-входы соединены с прямыми выходами соответственно первого 1 и второго 2 триггеров. S-входы первого 1 и второго 2 триггеров соединены соответственно с кнопками 9 и 10 управления "Вперед" и "Назад".

Прямой выход третьего триггера

3 через первый логический элемент НЕ

15 соединен с первым входом третьего логического элемента 2И-HE 13, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента

ЗИ-НЕ 17. Прямой выход четвертого триггера 4 через второй логический элемент НЕ 16 соединен с первым входом четвертого логического элемента

2И-HE 14 выход которого подключен

I к первому входу второго логического элемента ЗИ-НЕ 18, Вторые входы перaoro и второго логических элементов

ЗИ-НЕ 17 и 18 соединены с прямыми выходами соответственно первого 1и второго 2 триггеров, а третьи входы

1275729 первого и второго логических элементов ЗИ-HE 17 и 18 соединены с инверсными выходами соответственно второго

2 и первого 1 триггеров. Выходы первого 17 и второго 18 логических элементов ЗИ-НЕ подключены к входам блока 24 усилителей сигналов управления и входам схемы 19 совпадения, выход которой через элемент 20 задержки подключен к входу блока 21 моделиро- 1О вания достижения заданной частоты вращения электродвигателя 30 °

Выход блока 21 моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя 30 через сдвоенный 15 компаратор 22 с триггером 23 на выходе подключен к объединенным вторым входам третьего 13 и четвертого 14 логических элементов 2И-HE. Вход третьего логического элемента HE 31 N и управляющая цепь зарядного транзисторного ключа 34 объединены и образуют вход блока 21 моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя 30. Выходом ука- 2> эанного блока 21 моделирования является общая точка соединения коллектора транзистора стабилизатора 36 разрядного тока, одного из выводов первого резистора 32 и отрицатель- Зо ной обкладки конденсатора 35. При этом источник 33 постоянного напряжения в блоке 21 моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя 30 выполнен в виде нестабилизированного выпрямителя трансформированного напряжения сети питания электродвигателя 30 °

На фиг. 3 показаны диаграммы включения кнопки 9 управления "Вперед"

U>, путевых выключателей 7 и 5 Uq и.U, выходные aH a aepaoro логического элемента НЕ 15 U, первого триггера 1 U<, логических элементов

ЗИ-НЕ 17 Uä,, ЗИ-НЕ 18 У,а, схемы 19.gs совпадения U и элемента 20 задержки Uùa, а также сигналы на входах сдвоенного компаратора 22 U«„, U„„«, U и на входах и выходе триггера 23 цвоенного компарат

Пгз °

Реверсивный управляемый электропривод работает следующим образом.

Триггеры 1 и 2 в исходном состоянии имеют на прямых выходах логичес кие "0" и устанавливаются в "1" кнопками 9 (пуск "Вперед" ) или 10 (пуск

"Назад") управления. Триггеры 3 и 4 в исходном сострянии имеют на прямых выходах логические "1" и устанавливаются в "0" путевыми выключателями

7 (торможение вперед) или 8 (торможение назад). Путевые выключатели 5 и 6 предназначены для подачи команды

II If

Стоп путем воздействия через логические элементы 2И-HE 11 и 12 на триггеры 1 и 2.

Сигналы с выхода логических элементов ЗИ-НЕ 17 и 18 через блок 24 усилителей сигналов управления управляют ключами силового коммутатора 25, включенного в цепь питания электродвигателя 30 и выполненного, например, на оптронных симисторах

26-29 (фиг. 2), светодиоды которых с теми же номерами показаны на фиг.1.

Симисторы 27 и 29 подключают обмотку электродвигателя 30 к 3-фазной сети, обеспечивая движение электродвигателя 30 вперед с прямым порядком чередования фаз, а симисторы 26 и 28 обеспечивают обратный порядок чередования фаз и движение электродвигателя 30 назад.

Выходы логических элементов ЗИ-HE

1? и 18, кроме того, соединены с входами схемы 19 совпадения, которая через элемент 20 задержки управляет зарядным транзисторным ключом 34, а через логический элемент НЕ 31 — стабилизатором 36 разрядного тока на транзисторе в схеме с общей базой.

Транзисторы 34 и 36 - управляемые элементы блока 21 моделирования.

Электрическая постоянная времени зарядной цепи конденсатора 35 равна механической постоянной времени нагруженного электродвигателя 30, а ток разряда конденсатора 35 через переход коллектор - база транзистора 36 обеспечивает темп разряда конденсатора, равнпй постоянному замедлению электродвигателя при его механическом торможении за счет силы трения тормозной накладки об опорную поверхность.

Напряжение конденсатора 35 поступает на вход сдвоенного компаратора

22. Оно сравнивается с постоянными напряжениями, соответствующими нулевой скорости электродвигателя (U®z„ ) и максимально допустимой начальной скорости механического торможения (Uö „ ), при которой тормозной путь равен допустимой ошибке позиционирования.

1275729

Пусть (в соответствии с диаграммой фиг. 3) нажатием кнопки 9 управления подана команда Пуск вперед" . Это приводит к установке 1" на прямом выходе триггера 1, Исходные состояния триггеров "-4 не меняются, а "О" на инверсном выходе триггера 1 осуществляет запрет на включение оптронных симисторов 26 и 28 и держит на выходе логического элемента

ЗИ-НЕ 18.

Конденсатор 35 не заряжен, на Квходе и на выходе триггера 23 — "О".

Поэтому на входах логических элементов 2И-НЕ 13 и 14 — "О", на всех трех входах логического элемента

ЗИ-НЕ 17 - "1" и на его выходе — "О".

Это приводит к срабатыванию соответствующего усилителя в блоке 24 усилителей сигналов управления, через светодиоды оптронных симисторов 27 и 29 протекает ток, они открываются, и к электродвигателю 30 приклацывается питающее напряжение, За время, равное времени зацержки (t ), задаваемое элементом 20, двигатель выходит из заторможенного состояния, и идет разгон его в заданном направлении.

К этому времени на выходе элемента 20 задержки оказывается "1", зарядный ключ 34 открывается, транзистор 36 запирается и конденсатор 35 заряжается через резистор 32 от нс" точника 33 с темпом, равным темпу разгона электродвигателя ЗО, Чем больше напряжение питающей сети, тем выше темп разгона электродвигателя

30 и темп заряда конденсатора 35.

Когда напряжение конденсатора 35 превысит уровень U„«,, на S-входе триггера 23 появится "О", íà его выходе — " 1". При подходе электродвигателя (перемещаемого им механизма) к зоне позиционирования срабатывает путевой выключатель 7 (тор.можение вперед). На прямом выходе триггера 3 появляется "О", а на вхо" дах логических элементов 2И-НЕ 11 и 13 — "1". Так как на выходе триггера 23 сохраняется "1", на выходе логического элемента 2И-НЕ 13 появляется "О", а на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 17 — "1". В результате на выходах схемы 19 совпадения и (с задержкой) элемента 20 появляется "О", транзистор 34 запирается, 25

4О

55 а конденсатор 35 разряжается постоянным током через переход коллектор— база транзистора 36.

В это же время прекращается ток через светодиоды оптронных снмисторов 27 и 29,. Они запираются, отклю-, чая с электродвигателя 30 питающее напряжение, и через интервал времеэлектродвигатель переходит в режим механического торможения.

Когда напряжение на конденсаторе

35 оказывается меньше, чем U (что соответствует остановке электродвигателя), на К-входе триггера 23 и на его выходе появляется "О", на выходе логического элемента 2И-НЕ 13—

"1", а на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 17 — "О", Это вызывает включение симисторов 27 и 29, разгон электродвигателя 30 и рост напряжения.на конденсаторе 35.

Когда напряжение на конденсаторе

35 достигает U „ „ на выходе триггера 23 появляется "1" и через интервал времени, равный t, электродвигатель переходит в режим механического торможения, а конденсатор 35 начинает разряжаться.

Таким образом, электродвигатель работает в режиме импульсного питания с ограничением максимальной скорости. В какой бы момент времени этого режима работы электродвигатель ни вышел в заданную позицию, где установлен путевой выключатель 5, скорость двигателя будет не больше максимально допустимой начальной скорости механического торможения, при которой тормозной путь равен допустимой ошибке позиционирования. Этим обеспечивается требуемая точность позиционирования.

Срабатывание путевого выключателя

5 устанавливает "1" на первом входе логических элементов 2И-НЕ 11 и 12.

К этому времени в результате срабатывания путевого выключателя 7 на втором входе логического элемента 2И-НЕ

11 установлена "1" и íà его выходе появляется "О", устанавливающий триггер 1 в исходное состояние и отключающий питающее напряжение с двигателя ЗО.

Подобным же образом функционирует электропривод при задании кнопкой 10 управления движения в противополож7 1275 ном направлении (назад) и торможении после срабатывания путевого выключателя 8.

Блок 21 моделирования и элементы на его входе (19 и 20) и выходе (22 и 23) работают независимо от направления перемещения электродвигателя в соответствии с приведенным выше описанием.

В результате повышается точность 10 позиционирования самотормозящегося электродвигателя за счет импульсного подведения его к заданной позиции без использования датчиков текущих значений скорости и положения путем контроля аналога скорости электродвигателя — выходного напряжения бло.ка 21 моделирования, Блок 21 моделирования выполнен упрощенным, так как самотормозящийся 20 электродвигатель начинает движение, имея установившийся ток и момент (усилие), а механическое торможение его происходит всегда с одинаковым постоянным замедлением.

Дополнительное повышение точности позиционирования обеспечивается за счет компенсации нестабильности сетевого напряжения нестабильностью источника зарядного тока в блоке 21 0 моделирования и учета реального speмени перехода между двигательным и тормозным режимами работы самотормозящегося двигателя, 35

Формула изобретения

1. Реверсивный управляемый электропривод, содержащий самотормозящийся электродвигатель, подключенный че-40 рез силовой коммутатор к питающей сети, блок усилителей сигналов управления, выходы которого соединены с цепями управления силового коммутатора, первый и второй RS-триггеры,. входы 45 которых связаны с кнопками управления "Вперед" и "Назад" и с первым и вторым путевыми выключателями, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности позициониро-50 вания, в него введены третий и четвертый RS-триггеры, третий и четвертый путевые выключатели, четыре логических элемента 2И-НЕ, два логи-ческих элемента ЗИ-НЕ, два логичес- 55 ких элемента НЕ, схема совпадения, элемент задержки, сдвоенный компаратор с триггером на выходе, блок мо729 делирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя, последовательно соединенные первый и второй путевые выключатели, подключенные к объединенным первым входам первого и второго логических элементов 2И-HE выходы которых соединены с R-входами соответственно первого и второго триггеров, вторые входы первого и второго логических элементов 2И-НЕ соединены с инверсными выходами соответственно третьего я четвертого триггеров, R-входы которых подключены соответственно к третьему и четвертому путевым выключате- лям, а S-входы соединены с прямыми выходами соответственно первого и второго триггеров, S-входы первого и второго триггеров соединены соответственно с кнопками управления

"Вперед" и "Назад", прямой выход третьего три :ера через первый логический элемент HE соединен с первым входом третьего логического элемента 2И-HE выход которого соединен с первым входом первого логического элемента ЗИ-HE прямой выход четвертого триггера через второй логический элемент НЕ соединен с первым входом четвертого логического элемента

2И-НЕ, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента ЗИ-НЕ, вторые входы первого и второго логических элементов

ЗИ-НЕ соединены с прямыми выходами соответственно первого и второго триггеров, а третьи входы первого и второго логических элементов ЗИ-НЕ соединены с инверсными выходами соответственно второго и первого триггеров, выходы первого и второго логических элементов ЗИ-НЕ подключены к входам блока усилителей сигналов управления и входам схемыосовпадения, выход которой через элемент задержки соединен с входом блока моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя, выход которого подключен к входу сдвоенного компаратора, выход триггера сдвоенного компаратора соединен с объединенными вторыми входами третьего и четвертого логических элементов

2И-НЕ.

2. Электропривод по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя

Os

bp

Составитель С.Позднухов

Редактор В.Петраш Техред Д.Олейник, Корректор А.Обручар

Заказ б579/55 Тираж б31 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4

9 1275 содержит третий логический элемент

НЕ, последовательно соединенные первый резистор, источник постоянного напряжения, зарядный транзисторный ключ и конденсатор, параллельно которому подключен транзисторный стабилизатор разрядного тока, эмиттер транзистора стабилизатора разрядного тока через второй резистор подключен к выходу третьего логического 10 элемента НЕ, вход которого объединен с управляющей цепью зарядного транзисторного ключа и образует вход бло729 10 ка моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя, объединенные коллектор транзистора стабилизатора разрядного тока, один из выводов первого резистора и отрицательная обкладка конденсатора образуют выход блока моделирования достижения заданной частоты вращения электродвигателя, а источник постоянного напряжения выполнен в виде нестабилизированного выпрямителя трансформированного напряжения сети питания электродвигателя.