Устройство для регулирования скорости электропривода

 

Изобретение относится к автоматике и может использоваться в прецизионных устройствах для регулированияскорости электропривода. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электропривода при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях. Цель достигается введением в устройство дополнительного контура регулирования, состоящего из преобразователя временной интервал - код 15, сумматора кодов 16, блока задания скорости 17, позволяющего увеличить добротность устройства . Дополнительный контур позволяет формировать управляющий широтно-импульсный сигнал как за счет изменения частоты и фазы сигнала fj, , так и за счет изменения частоты и фазы эталонного сигнала fj одновременно. Устройство содержит генератор импульсов 1, управляемые делители частоты 2, 3 и 4, логический блок сравнения 5, силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик скорости 8, формирователи импульсов 9, 14, элемент ИЛИ 10, элемент задержки 11, триггер 12, блок расширения импульсов 13. 3 ил. i (Л СлЭ to to ю со fe./

СВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„1322229

А1 (др 4 G 05 В 11/26 G 05 D 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4024214/24-24 (22) 02.01.86 (46) 07.07.87. Бюл. Н 25 (72) А.С.Белов и А.В.Бестугин (53) 62.50(088.8) (56) Трахтенберг P.М. Импульсные ас" татические системы электропривода с дискретным управлением. — М.: Энергоиздат, 1982, с. 160.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1107241, кл. Н 02 Р 5/16, 1983.

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 2. М.: Мир, 1983, с. 372.

Авторское свидетельство СССР

Ф 559226, кл. G 05 D 13/00, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к автоматике и может использоваться в прецизионных устройствах для регулирования. скорости электропривода. Цель изобретения — повьппение быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электропрнвода при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях. Цель достигается введением в устройство дополнительного контура регулирования, состоящего из преобразователя временной интервал — код 15, сумматора кодов 16, блока задания скорости 17, позволяющего увеличить добротность устройства. Дополнительный контур позволяет формировать управляющий широтно-импульсный сигнал как эа счет изменеI ния частоты и фазы сигнала f, так и за счет изменения частоты и фазы

1 эталонного сигнала f одновременно.

Устройство содержит генератор импульсов 1, управляемые делители частоты

2, 3 и 4, логический блок сравнения

5, силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик скорости 8, формирователи импульсов 9, 14, элемент ИЛИ 10, элемент задерласи 11, триггер 12, блок расширения импульсов 13. 3 ил.

1 13222

Изобретение относится к управляемым системам автоматического регупирования скорости электропривода, построенным на основе замыкания системы по разности фаз сравниваемых частотных сигналов, и может быть использовано в прецизионных устройствах, к которым предъявляются высокие точностные требования по управлению и стабилизации частоты и фазы вращения 10 выходного вала.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электроприво- 15 да при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях в широком диапазоне.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования скорости электропривода; на фиг. 2 — граф-ра- 20 боты и временные диаграммы, поясняющие работу логического блока сравнения, на фиг. 3 — структурная схема устройства для регулирования скорости электропривода (— схема известного регулятора скорости; 6 — схема, отражающая логическую сущность работы устройства, В- отражающая динамику системы).

Устройство для регулирования ско- 30 рости электропривода содержит генератор 1 импульсов, делители 2 4 частоты, логический блок 5 сравнения, силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости, первый формирователь 9 импульсов, элемент ИЛИ 10, элемент 11 задержки, триггер 12, блок 13 расширения импульсов, второй формирователь 14 импульсов, преобразователь 15 временной 40 интервал — код, сумматор 16 кодов и блок 17 задания скорости.

Работа устройства для регулирования скорости основана на принципах импульсных астатических систем элект- 45 ропривода с дискретным управлением, основной контур которых замкнут по разности фаз сравниваемых частотных сигналов эталонной частоты f и час3 тоты f с датчика скорости. 50

Устройство работает следующим образом.

Блок 17 задания скорости представляет собой ручное или автоматическое устройство, вещающее и разрядш Й дво- 55 ичный KAIl, в форме злектрических сигналов вьн окове и низкого уровней.

В простейшем случае — это кнопочныйй наборнпк кода, при автоматичес29 ком задании кода — программо-задающее устройство ипи 3ВМ.

Блок 17 задания скорости выдает код о, соответствующий требуемому значению скорости на управляющие входы управляемых делителей 3 и 4 частоты и на вход сумматора 16 кодов. В соответствии с заданным кодом во втором 3 и третьим 4 делителях частоты устанавливаются требуемые значения коэффициентов деления N N „ соответственно. В первом делителе 2 частоты коэффициент деления N устанавливается значением кода q вьщаваер 1 мым сумматором 16 кодов.

Управляемые делители 2-4 частоты могут быть выполнены по традиционной схеме, в которых реверсивный счетчик типа СТ2 охвачен обратной связью, с выхода О на вход С. ГЯ

Эталонная частота f — — где и

7 частота кварцевого генератора 1 ги импульсов, поступает на первый вход логического блока 5 сравнения.

Сигнал с частотного датчика 8 скорости с числом импульсов Z на оборот вала двигателя 7 с помощью первого формирователя 9 импульсов и второго делителя 3 частоты с коэффициентом деления Np преобразуется в частоту

Е

27 N F, пропорциональную скорости вращения

Л,1 вала исполнительного двигателя

7, которая поступает на входы элемента 11 задержки и корректирующего устройства (фиг. 1, пунктирная рамка).

Корректирующее устройство, содержащее третий делитель 4 частоты, элемент ИЛИ 1О, триггер 12, блок 13 расширения импульсов и второй формирователь 14 импульсов, преобразует частоту f в новую последовательность

I импульсов f<,сдвинутую по фазе по отношению к fp, которая поступает на второй вход логического блока 5 сравнения. Частотный датчик 8 скорости 8 предназначен для выработки частотного сигнала, строго пропорционального скорости вращения вала двигателя 7.

Формирователь 9 импульсов усиливает периодический сигнал с датчика

8 скорости, преобразует его в частоту и обычно состоит из операционного усилителя и компаратора.

Корректирующее устройство, как и в непрерывных системах, предназначено

13222 для обеспечения устойчивой работы устройства для регулирования скорости и придания ему желаемых динамических свойств.

Получение сигнала сводится к двум операциям: выявлению отклонения периода частоты fp от эталонного периода частоты f и расширению полученного э отклонения (импульса) в необходимое число раз, определяемое из условия 10 устойчивости системы.

Расширение импульса, осуществляемое блоком 13 расширения импульсов, может быть осуществлено известным образом. Получение стабильного вре- 15 менного интервала Т„ производится путем вычитания иэ периодов частоты fp периодон частоты f„, выдаваемых третьим делителем 4 частоты, коэффициент деления которого N< по отношению 20 к коэффициенту деления N первого делителя 2 частоты определяется соотношением

N» 2k 1

N 2k 25 где k — коэффициент расширения блоP ка 13 расширения импульсов.

Регулирование временного интервала Т» во всем диапазоне рабочих ско- 30 ростей устройства происходит синхронно с изменением эталонной частоты f, в соответствии с сигналами с блока 17 задания скорости за счет изменения коэффициента деления N делителя 4 частоты. Компаратор и блок разделения импульсов объединены в логический блок 5 сравнения, который производит сравнение ло фазе импульсов частоты !

f u fp, поступающих на его входы, и по результатам этого сравнения формируют широтно-импульсный сигнал (фиг. 2б), который поступает на вход силового преобразователя 6.

На фиг. 2а представлен рациональ- 45 ншй алгоритм работы блока 5 пропорционального типа в виде направленного графа, обеспечивающий нормальную работу устройства при всех возможных комбинациях частот íà его входах при разгоне, торможении и в установившемся режиме синхронных скоростей, когда

Е =й =й

P э

Например, при пуске двигателя есть !

f, и нет f p Блок 5 переходит в состояние Ь, идет разгон, редко появляются Ч„, т.е. f р (i f происходит кратковременный переход иэ Ь Ь Ь .

Двигатель разгоняется, приходят под29 4 ряд дна импульса t при этом блок 5 переходит из Ь - 1! Ь . Установив-! з г шийся режим, когда f p = f имеют место переходы Ьг Ь, Ь, - b, и т.д., т.е. разгон, торможение. При фазовом рассогласонании большем периода блок 5 занимает дна крайних состоя— ния Ь или b, в которых осуществляется блокировка сигнала от опрокидынания.

Силовой преобразователь 6 производит усиление широтно-импульсного сигнала, поступающего с выхода блока 5, и подает его на якорную обмотку двигателя 7. Силовой преобразователь 6 работает н ключевом режиме.

Из временных диаграмм, иллюстрирующих работу устройства (фиг. 2б), следует, что относительная длительность широтно-импульсного сигнала возрастает с увеличением момента нагрузки М на валу исполнительного двигателя. Причем изменение происходит только за счет изменения часто1 ты и фазы сигнала fp или тоже самое за счет ошибок стабилизации скорости и фазы вращения вала исполнительного двигателя. Величина этих ошибок н основном определяется величиной коэффициента усиления D или добротностью системы. Аналогичная картина формирования у происходит и н случае изменения управляющего ноздействия, т.е. изменение установки скорости определяемой

Дополнительный контур регулирования, состоящий из блока 17 задания скорости, сумматора 16 кодов и преобразователя 15 временной интервал код позволяет формировать управляющий широтно-импульсный сигнал у как за счет изменения частоты и фазы сигна-! ла f<, так и за счет изменения частоты и фазы эталонного сигнала f од3 нонременно. Такое управление регулятором увеличивает быстродействие привода и существенно уменьшает ошибки стабилизации скорости и фазы вращения двигателя.

Временные диаграммь!, иллюстрирующие формирование широтно-импульсного сигнала т в устройстве, приведены на фиг. 2в для наглядности при коэффициенте суммирования ошибки К вЂ” — 1. физическая сущность и реализация дополнительного контура заключается н следующем.

Широтно-импульсный c игнал, поступающий на вход преобраз! вателя 15

5 13222 временной интервал — код с блока 13 расширения импульсов Т„ = dT„Kр, где

ЬТ = Тр — Т вЂ” временной интервал

М формируемый на выходе триггера 12, Тр и T„— периоды uac o bt Гр ты f, получаемой с выхода третьего делителя 4 частоты. В установившемся режиме работы устройства, когда частоты f f f = f временной

Р у интервал Т„, = Ь То К выбирается из 10 условия получения симметричной характеристики регулятора равным половине периода частоты f, т.е.

Так как в этОм Режиме Т р = Т3 ТО

dT

В случае, когда f tt f и Т Т то имеет место отклонение по скорости, величина которого пропорциональна временному интервалу срТ = Тр — T> .

Тогда выражение для широтно-импуль ского сигнала Т„ может быть записано в виде Т„= аТ„К = Т /2 + KP.

Из полученного выражения следует, чтО Щиротно импульсный сигнал Т поступающий на вход преобразователя

15 временной интервал — код иэ блока

13 расширения импульсов, содержит информацию об отклонении скорости и может изменять свою величину в линейной зоне регулятора в пределах О . ст„с Т

Преобразователь 15 временной интервал — код выполнен по традиционной схеме и в простейшем случае содержит

35 генератор частоты заполнения Е, элемент И, счетчик импульсов и регистр.

В этом преобразователе длительность широтно-импульсного сигнала Т„ преобразуется в и-разрядный двоичный 40 код, численное значение которого. q„ =

К„ Т„f, где К вЂ” коэффициент преобразователя — выбирается таким, что в установившемся режиме при Тр = Т, значение кода О в точности равно 4S и коду q, выдаваемому блоком 17 задания скорости. В частности при использовании для заполнения частоты генератора 1 импульсов f, = f,„K „= 2.

Полученные в преобразователе 15 50 коды q q поступают на входы суммаи тора 16 кодов, который с ними вычисляет разность dq = q, — q„, а также алгебраическую сумму q = q, †. к дц, rpe k = 1,2,..., и — коэффициент сум- 55 мирования ошибки.

Сформированный таким образом код

q поступает на информационные входы р первого делителя 2 частоты, изменяя

29 6 его коэффициент деления N = N 1 л N а следовательно, и эталонную частоту — f, f

Очевидно, в установившемся режиме работы устройства, когда ошибка по скорости равна нулю, имеют место

1 р

q9 Ч„инр Ир, f Ер Ер

Эталонная частота fð изменяет свою величину пропорционально выявленному отклонению скорости, причем изменеI ние частоты f3 происходит всегда в направлении, обратном изменению ! t частоты Гр, т. е. если f р (f °, то

f > f, и наоборот.

Сумматор кодов может быть выполнен по традиционной схеме с использованием любых микросхем типа SM, Введение дополнительных элементов и связей (фиг.3б, в) увеличивает добротность системы устройства в (1 +

+ К„р К ) раз, не повьппая порядка ее астатиэма.

В этом случае устойчивость системы обеспечивается соответствующим выбором величины коэффициента расширения Кр устройства коррекции.

Повьппение точностных качеств электропривода устройства осуществляется не только благодаря увеличению добротности системы в (1 + К„р К ) раз, но главным образом за счет фазового сдвига эталонной частоты и в переходных режимах, которая участвует в формировании сигнала управления т тем эффективнее, чем вьппе значение К .

Формула изобретения

Устройство для регулирования скорости электропривода, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий делители частоты, элемент ИЛИ, элемент задержки, триггер, блок расширения импульсов, первый и второй формирователи импульсов, логический блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь, исполнительный двигатель, датчик скорости, первый формирователь импульсов подключен к входу второго делителя частоты, выход которого соединен с входом сброса третьего делителя частоты, с первым входом элемента ИЛИ и через элемент задержки — с входом сброса триггера, подключенного выходом через последовательно соединенные блок расширения импульсов и второй формирователь им1322?29

1р 1

1 11 пульсов к второму входу логического блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, подключенного входом к выходу генератора импульсов и к входу третьего делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу триггера, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электропривода, в него введены блок задания скорости, сумматор кодов и преобразователь временной интервал код, вход которого соединен с выходом блока расширения импульсов, а выход— с первым входом сумматора кодов, второй вход которого подключен к выходу блока задания скорости и к управляющим входам второго и третьего делителей частоты, причем управляющий вход первого делителя частоты соединен с выходом сумматора кодов.

1322229

Составитель E.Âëañîâ

Техред Л.Олийнык Корректор Г.Решетник

Редактор О.Головач

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2863/43

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