Дискретно-цифровой электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике , и м.б. использовано в электроприводах постоянного тока с цифровым управлением. Цель изобретения - увеличение быстродействия и точности регулирования. Электропривод содержит электродвигатель, подключенный к сети переменного тока через тиристорньй преобразователь и преобразователь кода в .сигнал управления. Блок синхронизации формирует стробирующие импульсы в моменты времеш-, соответствующие точкам естественной коммутации тиристоров преобразователя. Блок прерываний формирует команды вызова подпрограммы для подключения групп тиристоров, проводящих ток в фиксированный интервал времени. Прямой цифровой выход на тиристоры преобразователя , исключение промежуточных операций цифроаналогового и аналогоцифрового преобразования, алгоритм управления и использование быстродействующего аналогового компаратора тока обеспечивают формирование оптимальных по быстродействию переходных процессов при ограничении тока. и его производной, нагрева двигателя и малую статическую ошибку. 5 ил. i (Л со ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

00 А "( (19) (11) (5D4 Н02Р 5 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3968 53 2/24-0 7 (22) 25. 10.85 (46) 07, 11.87. Бкп. N - 41 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В,П.Кунинин (53) 621,316. 718 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 738080, кл. Н 02 P 5/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 1042149, кл. Н 02 P 5/06, 1981. (54) ДИСКРЕТНО-ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, и м.б. использовано в электроприводах постоянного тока с пифровым управлением. Цель изобретения увеличение быстродействия и точности регулирования. Электропривод содержиг электродвигатель, подключенный к сети переменного тока через тиристоре ный преобразователь и преобразователь кода в сигнал управления. Блок синхронизации формирует стробирующие импульсы в моменты времени, соответствующие точкам естественной коммутации тиристоров преобразователя. Блок прерываний формирует команды вызова подпрограммы для подключения групп тиристоров, проводящих ток в фиксированный интервал времени ° Прямой цифровой выход на тиристоры преобразователя, исключение промежуточных операций цифроаналогового и аналогоцифрового преобразования, алгоритм управления и использование быстродействующего аналогового компаратора тока обеспечивают формирование оптимальных по быстродействию переходных процессов при ограничении тока и его производной, нагрева двигателя и малую статическую ошибку. 5 ил.

1350800

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электропривЪдам постоянного тока с цифровым управлением.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности р ег улир ов а ни я .

На фиг. 1 представлена блок-схема дискретно-цифрового электропривода постоянного тока; на фиг. 2 — функциональная схема блока синхронизации, на фиг. 3 — функциональная схема блока прерываний; на фиг. 4 — функциональная схема преобразователя кода 16 в сигнал управления; на фиг. 5 — кривые переходных процессов, где I разгон двигателя в системе пропорционального регулирования, II. — то же, в дискретно-цифровом электроприводе, Дискретно-цифровой электропривод содержит электродвигатель 1 постоянного тока, подключенный к сети 2 переменного тока через тиристорный преобразователь 3, преобразователь 4 ко- 25 да в сигнал управления, выходом соединенный с входом тиристорного преобразователя 3 и импульсный датчик 5 скорости, вал которого соединен с валом электродвигателя 1. Кроме того, 30 электропривод содержит первый регистр

6, выход которого соединен с входом второго регистра 7 и первыми входами первого 8, ьторого 9 и третьего

10 сумматоров. Второй вход первого сумматора 8 соединен с выходом второго регистра 7, выход первого сумматора 8 подключен к адресным входам блока 11 постоянного запоминающего устройства, выходом соединенного с вторым входом сумматора 9. Выход второго сумматора 9 соединен с первым входом элемента 12 сравнения, второй вход которого через первый тристабильный буферный регистр 13 соединен с задатчиком 14 скорости, Выход элемента 12 сравнения через D- òðèããåð 15 соединен с первым входом компаратора

16 тока, второй вход которого подсоединен к выходу аналогового датчика

17 тока якоря электродвигателя. Выход компаратора 16 тока через второй тристабильный буферный регистр 18 соединен с входами выбора режима работы реверсивного счетчика 19 и третьего сумматора 10. Первый вход реверсивного счетчика 19 через блок

20 прерываний соединен с выходом блока 21 синхронизации, входом подключенного к сети 2 переменного тока.

Второй вход третьего сумматора 10 соединен с выходом третьего регистра

22, Выход третьего сумматора 10 соединен с первым входом четвертого сумматора 23, второй вход которого сое,цинен с выходом реверсивного счетчика 19. Выход четвертого сумматора 23 соединен с входом распределителя 24, выход которого через третий тристабильный буферный регистр 25 соединен с входом преобразователя 4 кода в сигнал управления. Адресный вход распределителя 24 соединен с выходом бло. ка 20 прерываний. Выход импульсного датчика 5 скорости соединен с входом накапливающего счев.тчика ?6 с программным управлением, выход которого через четвертый тристабильный буферный регистр 27 соединен с входом первого регистра б.

Блок 21 синхронизации (фиr, 2) содержит трехфазный синхронизирующий трансформатор 28, первичные оомотки которого подключены к сети 2 перемен-: ного тока, три компаратора 29-31, уходы KQTophIZ соединены с соответствующими вторичными обмотками трехфазного синхронизирующего трансформатора ?8, три формирователя 32 — 34 импульсов, реагируюшие на положительные перепады входного напряжения, и три формирователя 35 37 лмпульсов, реагирующие на отрицательные перепады входного напряжения, причем входы формирователей 32 и 35 импульсов соединены с выходом -;омпаратора 29, hxoды формирователей 33 и 36 — с выходом компаратора 30, а входы формирователей 34 и 37 импульсов — с выходом компаратора 31. Выходы формирователей

32-37, импульсов образуют шестиканальный выход блока 21 синхронизации.

Блок 20 прерываний (фиг, 3) содержит шестиканальный узел 38 формирования запросов на прерывание и регистр

39 формирования команд вызова подпрограмм прерываний. причем шестиканальный вход узла 38 формирования запросов на прерывание соединен с шестиканальным выходом блока 21 синхронизации, à трехразрядный выход — с входом регистра 39 формирования команд вызова подпрограмм прерываний.

Преобразователь 4 кода в сигнал управления (фиг. 4) содержит блок 40 таймеров положительной группы тиристоров с согласуюшими элементами 41, 1350800 блок 42 таймеров отрицательной группы тиристоров с согласующими элементами 43, инвертирующий буфер 44 и тактовый генератор 45, Причем блок 40 таймеров положительной группы тиристоров подключен к шине данных непосредственно, а блок 42 таймеров отрицательной группы THpHcTopoB — через инвертирующий буфер 44. Выходы блоков 40 и 42 таймеров обеих групп подключены к управляющим электродам тиристоров через согласующие элементы 4 1 и 43. Выход тактового генератора 45 соединен с тактовыми входами блоков 40 и 42 таймеров.

Электропривод работает следующим образом.

По запросу на прерывание, формируемому блоком 21 синхронизации, код, 20 пропорциональный текущему значению скорости, из накапливающего счетчика 26 с программным управлением через четвертый тристабильный буферный регистр 27 записывается в первый 26 регистр 6. При этом ранее хранимое в первом регистре 6 значение скорости в предыдущий дискретный интервал времени переписывается.во второй регистр 7. Формирование кода, пропор- 30 ционального скорости, осуществляется ,с помощью импульсного датчика 5 скорости, выходные импульсы которого суммируются в накапливающем счетчике 26 с программным управлением. Измерение скорости осуществляется по

35 принципу подсчета числа импульсов в течение фиксированных промежутков времени, формируемых с помощью блока

21 синхронизации.

Первый сумматор 8вычисляет разность между текущим значением скорости и ее значением в предыдущий дискретный интервал времени. Код разности является адресом ячейки памяти блока 11 4ч постоянного запоминающего устройства, в которой хранится код, пропорциональный квадрату производной от скорости, Этот код складывается вторым сумматором 9 с кодом, пропорциональным ско- бб рости в дискретный интервал времени, хранящемся в первом регистре 6. Код с выхода второго сумматора 9 подается на элемент,12 сравнения, где иэ него вычитается код задания N, посту- 55 пающий через первый тристабильный буферный регистр 13 от задатчика 14 скорости. Сигнал с выхода элемента

12 сравнения, несущий информацио о

U R T I +RäI С+1сФ.упри (I ) =max, =Х„К +1с <Рцу при (I ) = О, (2) где К, Т вЂ” активное сопротивление и постоянная времени якорной цепи;

I темп изменения тока якоря двигателя; — время;

k Ф„ — постоянный коэффициент

kg сд — ЭДС двигателя; — максимальный ток двигай тел,я.

Для формирования кода, соответствующего выходному напряжению U тиристорного преобразователя 3, необходимо вычислить алгебраическую сумму кодов, пропорциональных слагаемым правой части выражения (1). Причем первое слагаемое представляет собой постоянное число, не зависящее от режима работы тиристорн зго преобразнаке разности, поступает на вход

D — триггера 15 и запоминается им. С выхода D-триггера 15 логический сигнал подается на вход компаратора 16 тока, где сравнивается с сигналом аналогового датчика 17 тока якоря двигателя. В зависимости от результа- та сравнения компаратор 16 тока формирует на своем выходе сигнал логического нуля или единицы, на основании которого должен формироваться код, соответствующий или положительному темпу изменения тока при логической единице на выходе компаратора 16 тока, или отрицательному при логическом нуле. Нулевое значение темпа изменения тока формируется за счет переключения компаратора 16 тока с частотой следования стробирующих импульсов блока 21 синхронизапии. Так как электродвигатель является фильтром, а частота переключения велика, то колебания тока получаются исчезающе малыми, а среднее значение тока поддерживается на постоянном уровне, Из принципа максимума Понтрягина следует, что для оптимального управления при учете ограничений на нагрев ток должен изменяться по линейному закону с максимальным по модулю или нулевым темпом, При этом выходное напряжение Б„ тиристорного преобразователя 3 должно изменяться в соответствии с выражением

1350800 зователя, которое хранится:в третьем регистре 22. Второе слагаемое — это чусла, равное падению напряжения в якорной цепи двигателя и изменяющееся по линейному закону, поэтому коц, 5 пропорциональный этому числу, в течение каждого фиксированного интер вала времени изменяется на постоянную величину, пропорциональную числу 10

Е„I dt, где М вЂ” фиксированный интервал времени. Код, пропорциональный этому слагаемому, формируется с помощью реверсивного1 счетчика 19, на счетный вхОд EOTopoI 0 поступают за 15 просы на прерывание от блока 20 прерываний. Если на вход выбора режима приходит логический нуль, реверсивныи счетчик 19 вычитает входные импульсы, если единица — суммирует.

Третье слагаемое представляет собой число, равное ЭДС двигателя.

Так как двигатель работает без ослабления магнитного потока, код, пропорциональный третьему слагаемому, 25 равен коду, хранящемуся в первом регистре 6.

Третий сумматор 10складь1вает коды, считанные из первого 6 и третьего

22 регистров. Если на вход выбора ре- 30 жима третьего сумматора 10 приходит сигнал логического нуля, то содержимое третьего регистра 22 воспринимается с обратным знаком. Полученный код с выхода третьего сумматора 10 поступает на первый вход четвертого сумматора 23, где складывается с кодам, считанным из реверсивного счетчика 19.

Вычисленный код с выхода четверто- 40 го сумматора 23 через распределитель

24 и третий тристабильный буферный регистр 25 поступает в преобразовав тель 4 I<0@a I3 cHr Hair -управления,, где формируется временной интервал, равный углу управления тиристорным преобразователем 3.

Комбинация тиристоров, проводящих ток в данный фиксированный интервал времени Определяется камандОН Bbls0 50 ва подпрограммы прерывания,. поступающей на адресный вход распределителя из блока 20 прерываний по запросам блока 21 синхронизации в моменты времени, соответствующие точкам естественной коммутации тиристоров. Причем число разрядов выхода блока 21 синхронизации равно числу тиристоров одной группы, а в каждом р азр яде формирует ся,по гическая единица за исключением разряда, соответствующего данной комбинации проводящих тиристоров, на котором устанавливается логический нуль. Этот код с помощью блока 20 прерываний преобразуется в код команды вызова подпрограммы прерывания, определяющий комбинацию проводящих тириcTopов, Блок 21 синхронизации (фиг. 2} формирует стробирующие импульсы в моменты времени, соответ:твующие точкам естественной коммутации твристоров тиристорного преобразователя 3. Цг1я этого в него введен синхронизирующий трансформатор 28 „ первичные обмотки которого лодкл1очены к сеII-: 2 переменного тока. Причем группа соединения ега обмоток дол 1;на обеспечивать с отставание па фазе на 30 напряжения вторичных обмоток по стношению к входному HGIlpHæåíèo тиристорног0 преобразователя 3. Момент перехода напряжения вторичных обмоток синхронизирующего трансформатора 28 через нуль фиксируется компараторами 293 1, выходные напряжения которых подаются на вхацы формирователей импульсов. Причем формирователи 32-34 реагируют на положительный перепад входного напряжения., а формирователи

35-37 — на отрицательный. При поступ" лении с выхода. блока ?О преры11аний команд вызова подпрограммы прерывания формирователи 32-37 сбрасываются

Н0 входу "Сброс" в исходное состояние

Импульсы напряжения с выходов фсрмиравателей 32--37 импульсов поступают на вход блока 20 прерываний,.

Блок 20 прерываний (фи:.†. 3}формирует команды вызова г;одпраграимы форМИР 0 В BHHH УП Р ЯВЛЯ 10 1ГИХ И1П1",УЛ Ь С ОЗ ДЛЯ группы тиристаров, которые должны проводить ток в,цанный фиксированный интервал времени, Центральный процессор 110жет принять только один запрос на прерывание, а

I.p HïH тиристарав „котОрые дОлжны проводить ток в данный фиксированный интервал времени, спределяется по одному из шести заг1росав на прерывание, поступающих с выходов формирователей 32--37 имг1ульсов блока 21 синхронизации, Поэтому необходимо использовать узел, осуществляющий формирование команды выза за подпро-" граммы, соответствующей одному из шести запросов на г:рерывание.

1350800

Увеличение быстродействия уменьшает динамическое падение скорости и энергетические потери на восстанов55 ление скорости. Динамическое падение скорости уменьшается в 2-3 раза при прежнем уровне максимального зна.чения темпа изменения тока якоря.

С выхода блока 21 синхронизации на вход узла 38 формирования запросов на прерывание поступает код, число разрядов- которого равно числу тиристоров одной из групп тиристорнрго преобразователя 3. В каждом разряде этого кода формируется сигнал логической единицы за исключением разряда, соответствующего данной ком- 1р бинации проводящих тиристоров. На выходе узла 38 формирования запросов на прерывание формируется трехбитовый код. Так как шина данных имеет в предлагаемом электроприводе восемь 15 разрядов, трехбитовый код необходимо дополнить недостающими пятью разрядами, содержащими логические единицы.

Эта операция производится в регистре

39 формирования команд вызова подпро- 20 грамм прерываний.

Преобразователь 4 кода в сигнал управления (фиг. 4) отсчитывает интервал времени, пропорциональный поступившему коду, а в конце интервала 25 формирует импульс, управляющий парой тиристоров, которые должны проводить ток в данный фиксированный интервал времени. Максимальный угол управления в реверсивном приводе составляет око- gp ло 180, причем в интервале 90 одна группа тиристоров выпрямляет ток, а вторая — работает в режиме инвертирования при согласованном управлении или блокируется при раздельном управ35 лении. Пусть для режима выпрямления положительной группы тиристоров соответствует код Х, тогда для режима инвертирования второй группы соответствует инверсный код Х.

Код, соответствующий углу управления тиристорным преобразователем, через третий тристабильный буферный регистр записывается в блок 40 таймеров положительной группы тиристоров. В блок 42 таймеров отрицательной группы тиристоров этот код записывает. ся через инвертирующий буфер 44. Причем при раздельном управлении рабоо та одного из блоков таймеров блоки50 руется распределителем. Блокируемый блок таймеров определяется по знаку

1 слагаемого К„ Х из выражения (1) .

Если знак положительный, работает положительная группа, а вторая блокируется, если отрицательный — наоборот.

Импульсы, поступающие с тактового генератора 45, декрементируют со! держимое таймеров . В момент раве нства кулю содержимого таймера на его вы ходе формируется импульс напряжения, Выходы блоков 40 и 42 таймеров обеих групп подключены к входам согласующих элементов 41 и 42, осуществляющих согласование с тиристорным преобразователем 3.

Накапливающий счетчик 26 (фиг, 1) с программным управлением служит для подсчета числа импульсов1 поступающих от импульсного 5 датчика скорости за фиксйрованный интервал времени. После считывания из накапливающего счетчика 26 с программным управлением кода, пропорционального скорости привода, счетчик 26 программно сбрасывается в нуль ° Так как таймер работает на вычитание, его следует подключать к шине данных через инвертирующий буфер. поэтому первый тристабильный буферный регистр 13 в этом случае должен быть инвертирующим. Разрешающая способность импульсного датчика

5 скорости выбирается из условия, что при максимальной скорости привода в течение фиксированногo интервала времени накапливающий счетчик

26 не переполняется.

Прямой цифровой выход на тиристоры вентильного преобразователя, исключение промежуточных операций цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования, алгоритм управления и использование быстродействующего аналогового компаратора 16 тока обеспечивают формирование оптимальных по быстродействию переходных процессов при ограничении тока и его производной, нагрева- двигателя и малую статическую ошибку. Обеспечение неизменности по абсолютной величине темпа изменения тока якоря дает возможность исключить медленно изменяющиеся участки кривой тока и сократить в 1,5-2,0 раза время переходных процессов как при управлении, так и при приложении нагрузки (фиг, 5).

1350800 Миерооросеессороое устрой стйс формулаизобретения

Дискретно-цифровой электр опривод постоянного тока, содержащий электро5 двигатель постоянного тока, подключенный к сети переменного тока через тиристорный преобразователь, преобразователь кода в сигнал управления, выход которого соединен с входом тиристорного преобразователя, импульсный датчик скорости, вал которого соединен с валом двигателя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности 15 регулирования, в него введены три регистра, четыре сумматора, элемент сравнения, блок постоянного запоминающего устройства, реверсивный счетчик, распределитель, накапливающий ечетчик с программным управлением, четыре тристабильных буферных регистра, компаратор тока, D-триггер, блок синхронизации, аналоговый датчик тока якоря двигателя, блок пре- 25 рываыяй, причем выход первого регистра соединен с входом второго регистра, первым входом первого сумматора, первым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, 30 второй вход первого сумматора соединен с выходом второго регистра, выход. первого сумматора соединен с адресным входом блока постоянного запоминающего устройства, выход которого

35 соединен с вторым входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с первым входом элемента сравнения,, второй вход которого через первый тристабильный оуферный регистр соединен с задатчиком скорости, выход элемента сравнения через D-триггер соединен с первым входом компаратора тока, второй вход которого соединен с выходом аналогового датчика тока якоря двигателя, выход компаратора тока через второй тристабильный буферный регистр соединен с входами выбора режима работы реверсивного счетчика и третьего сумматора, первый вход реверсивного счетчика через блок прерываний соединен с выходом блока синхронизации, вхсд блока синхронизации подключен к сети переменного тока, второй вход третьего сумматора соединен с выхоцом третьего регистра, выход третьего сумматора соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выхоцом реверсивного счетчика, выход четвертого сумматора соединен с входом распределителя, выход которого через третий тристабильный буферный регистр соединен с входом преобразователя кода в сигнал управления,.адресный вход распределителя соединен с выходом блока прерываний„ выход импульсного цатчика скорости соединен с входом накапливающего счетчика с программным управлением., выход которого через четвертый тристабильный буферный регистр соединен с входом перво-. го регистра.

1350800

Составитель Т.Рожкова

P едакт ор И, Шулла Т ехр ед И. Be рес . Корректор С.Шекмар

Заказ 6171 Тираж 659 Подписное

ВНИИЛИ 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