Электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе для стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в устройствах записи и считывания информации. Целью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока. В электроприводе с помощью программируемого одновибратора формируется заданная выдержка времени, необходимая для погашения избытка энергии, накопленной при интенсивном разгоне двигателя. Коррекция сигнала управления в установившемся режиме работы осуществляется с помощью блока сравнения временных интервалов при неравенстве периодов частот импульсов обратной связи и задания, что позволяет повысить динамическую точность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК!

58 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к выходу усилителя 2 мощности, датчик 3 скорости, задающий генератор 4, соединенный выходом с входом программируемо. го делителя 5 частоты. Информационные входы программируемого делителя

5 частоты через информационную шину соединены с задающим устройством

6, а выход через первый формирователь 7 коротких импульсов соединен с первым входом первого логического элемента И-HE 8, второй вход которого соединен с выходом второго,погического элемента И-FIF. 9 ° Входы второго логического элемента И-НЕ 8 подключены к выходам первого и второго

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4243601/24-07 (22) 18,05.87 (46) 15.10.89. Бюл. !1- 38 (71) Кировский политехнический институт (72) В.М.Сбоев, F..Н.Малышев, Н.А.Завражньж и А.П.Протасов (53) 621.316,718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СС1,Р !! 1176433, кл. H 02 P 5/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1280685, кл. Н 02 P 5/06; 1984. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе для стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе дпя стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в устройствах записи и считывания информации.

Целью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока, На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 — эпюры электрических сигналов, поясняющие работу электропривода постоянного тока..,80,,» 1515311 А.!

2 устройствах записи и считывания информации. Целью изобретения является повышение динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока. В электропрнводе с помощью программируемого одновибратора формируется заданная выдержка времени, необходимая для погашения избытка энергии, накопленной при интенсивном разгоне двигателя, Коррекция сигнала управления в установившемся режиме работы осуществляется с помощью блока сравнения временных интервалов при неравенстве периодов частот импульсов обратной связи и задания, что позволяет повысить динамическую точность устройства. 1 э.п. ф-лы, 2 ил. инверторов 10 и ll, входами подключенных к соответствующим выходам реверсивного счетчика 12 и входам третьего логического элемента И-HE 13.

Выход третьего логического элемента

И-НЕ 13 соединен с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ 14, второй вход которого подключен к вьг ходу второго формирователя 15 коротких импульсов, Выход четвертого логического элемента И-НЕ 14 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 12, вычитающий вход которого соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ 8, Выход второго инвертора 11 через переключатель

16 соединен с входом усилителя 2 мощности. Первый выход 17 блока 18 сравнения временных интервалов подключен к входу программируемого одновибратора 19. Второй выход блока 18 сравнения временных интервалов соединен с вторым входом переключателя

16. Выход программируемого одновибратора 19 подключен к установочному входу реверсивного счетчика 12. Ин, формационные входы блока 18 сравнения временных интервалов соединены через информационную шину с задавшим устройством 6, Кроме того, электропривод содержит второй программируемый усилитель 20 частоты, преобразователь

21 код — напряжение. Выход программируемого одновибратора 19 соединен с вторым входом первого программируемого делителя 5 частоты, третьим входом переключателя 16 и первым входом блока 18 сравнения временных интервалов, второй вход которого объединен с входом второго формирователя

15 коротких импульсов и выходом второго программируемого делителя 20 частоты. Вход второго программируемого делителя 20 частоты соединен с выхо- дом датчика 3 скорости, Информационные входы программируемого одновибратора 19, преобразователя 21 код — напряжение, второго программируемого делителя 20 частоты через информационную шину подключены к задающему устройству 6, третий вход 22 блока

l8 сравнения временных интервалов подключен к выходу первого формирователя 7 коротких импульсов, а третий выход — к входу готовности задающего устройства 6, Четвертый вход переключателя 16 соединен с входом 23

Пуск" и через информационную шиВ качестве задающего устройства 6 может быть использован микропроцессор с пультом управления.

Электропривод постоянного тока работает следующим образом, 45 В зависимости от заданной скорос— ти задающее устройство 26 рассчитывает код периода частоты импульсов задания по формуле

k.k, тэ где k,=IN1 коэффициент деления частить. импульсов обратной связи, необходимый для расширения диапазона регулирования часkf таты вращения двигану — с задавшим уст ройст:. ом 6. Пятый вход переключателя 16 соединен с первым входом программируемого одновиб5 ратора 19. Выход преобразователя 21 код — напряжения подключен к второму входу усилителя 2 мощности.

Блок 18 сравнения временных интервалов содержит узел 24 формирования доб;:вок, узел 25 вьщеления модуля и знака, преобразователь 26 модуль код и узел 27 готовности ° Информационные входы узла 24 формирования добавок и узла 25 вьщеления модуля и знака и информационные выходы преобразователя 26 модуль — код через информационную шину соединены с задающим устройством 6. Первый вход блока 18 сравнения временных интервалов

20 подключен к первому входу преобразо— вателя 26 модуль — код и первому входу узла 27 готовности. Второй вход блока 18 сравнения временных интервалов соединен с входом узла 25 вьще25 ления модуля и знака. Третий вход 22 блока 18 сравнения временных интервалов подключен к второму входу узла 27 готовности. Третий вход узла 27 готовности соединен с вторым входом

30 узла 25 вьщеления модуля и знака и вторым входом 28 преобразователя 26 модуль — код. Выход 17 узла 25 вьще,пения модуля и знака является первым выходом блока 18 сравнения временных интервалов. Выход узла 24 формирова35 ния добавок является вторым выходом блока 18 сравнения временных интервалов, а выход узла 27 готовности третьим его выходом.

1515311

k k,f э

N, NT

У (2) т де МТэ

Um и

2 -1

NU —-ПоТ

1НТ(С 2 с> +4U„), тели, учитывающий скорость задания

v, минимальное значение частоты фазового дискриминатора иэ условия допус" тимой пульсации частоты вращения двигателя; !О

Г!d Р

k= †. — — постоянный коэффици1 2 ент, учитывающий диаметр ведущего ролика лентопротяжного

I5 механизма d передаточное число редуктора i, число меток z импульсного датчика скорости;

INT - функция выделения целой части выражения

f. - эталонная частота задающего генератора 4, Рассчитанный код NT передается по информационной шине на информационные входы первого программируемого делителя частоты (ПДЧ) 5 и узла 25 формирования модуля и знака (УФМЗ) 25

30 (фиг. 1). Затем рассчитывается код временного интервала N 7 для программируемого одновибратора 19 по формуле код периода частоты импульсов задания; амплитуда напряжения, подводимого к двигателю 1;

2»

1 — -- — по с тоянный ко эффициент

У учитывающий число меток z датчика скорости, коэффипи- 45 ент передачи двигателя и передается по информационной шине на информационные входы программируемого одновибратора 19, 50

Код амплитуды рабочего импульса напряжения NU определяется по фор 11 муле где n. — число разрядов цифроаналогового преобразователя (ЦАП) входящего в состав преобра6 вователя 21 код — напряжение (ПКП) 21;

U, — максимальное напряжение на выходе ЦАП;

- желаемая скважность в диапазоне 0,5-0,75;

à — конструктивный коэффициент двигателя; заданная частота вращения двигателя;

dU — падение напряжения в якорной цепи двигателя при номинальном режиме работы, I

TNT — функция выделения целой части выражения.

Код амплитуды рабочего импульса напряжения NU передается по инфорционной шине на информационные входы

ПКН 21.

Коэффициент деления k, частоты импульсов обратной связи по информационной шине передается на информационные входы второго ПДЧ 21.

Все необходимые расчеты могут быть произведены предварительно на ЭВМ и храниться в памяти задающего устройства 6.

Задающее устройство 6 переводится в состояние ожидания внутренними сигналами и включается в работу сигналами внешних устройств, Конкретные случаи установки задающего устройства 6 в состояние ожидания и перевод в состояние готовности рассматриваются ниже, Задающее устройство 6 посредством информационной шины подает на вход переключателя 16 сигнал 23 "Пуск", прн этом двигатель I через усилитель мощности 2 подключается к питающему напряжению и разгоняется до заданной частоты вращения, а задающее устройство 6 переводится в состояние ожидания.

После пуска s блоке 18 сравнения временных интервалов с помощью УФМЗ

25 происходит сравнение периодов частот задания Тэ и обратной связи Т, .

По выходу 17 УФМЗ 25 выдает сигнал логической единицы при T„ >T3 и логического нуля при Т„< Т . В момент первого перехода сигнала 17 из логической единицы к логическому нулю, что свидетельствует о достижении двигателем заданного значения частоты вращения, осуществляется запуск программируемого одновибратора 19, который формирует заданную выдержку времени, l 515 31 I необходимую для погашения избытка энергии, накопленной при интенсивном разгоне двигателя.

По окончании выдержки времени т.. сигналом с выхода программируемого одновибратора 19 с помощью переключателя 16 снимается блокировка по выходу фазового дискриминатора с выхода инвертора 11 и производится синхрониэа10 ция фазового дискриминатора сигналом, поступающим на установочный вход С реверсивного счетчика 12. При этом сигналом логической единицы с выхода реверсивного счетчика 12 через инвертор ll переключатель 16 и усилитель мощности 2 двигатель 1 подключается к питающему напряжению.

Одновременно сигналом с выхода программируемого одновибратора 19 раз- 0

20 решается формирование импульсов задаI ниЯ на выходе пеРвого ПДЧ 5, работа преобразователя 26 модуль — код, снимается блокировка по выходу сигнала готовности с узла 27 готовности. 25

На этом процесс разгона двигателя до заданной частоты вращения завершен.

С помощью фазового дискриминатора двигатель работает в режиме стабилизации частоты вращения с пропорциональ- З0 ным управлением среднего напряжения питания в функции угла рассогласования между импульсами задания и обратной связи °

С помощью УФМЗ 25 в процессе разгона двигателя вырабатываются сигналы модуля / <>/ (выход 28) и знака SIGN (hu)) (выход 17) ошибки по скорости.

Однако величина ошибки по скорости не влияет на переходный процесс пуска 40 двигателя вследствие запрещения работы преобразователя 26 модуль — код.

Знак ошибки по скорости не поступает по информационной шине в задающее устройство 6, последнее по-прежнему нахо-45 дится в состоянии ожидания.

Коррекция сигнала управления фазового дискриминатора в установившемся режиме работы электропривода постоянного тока осуществляется с помощью блока 18 сравнения временных интервалов, В режиме стабилизации частоты вращения двигателя УФМЗ 25 также сравнивает периоды частоты импульсов обратной связи и задания, формирует на выходе 28 величину ошибки по скорости

/йю/Т -T q и на выходе 17 — знак этой ошибки SIGN(йы) . По окончании импульса ошибки Ilo скорости у:-IJ?UH 27 готовности вырабатывается си|.,ал, который переводит задающее устройство

6 в состояние готовности. С помощью преобразователя 26 модуль — код величина ошибки по скорости /d

После установки в состояние готовности впадающее устройство 6 по информационной шине производит прием кода ошибки по скорости N(du) иэ преобразователя 26 модуль — код. Затем по информационной шине производится прием знака ошибки по скорости Б?СИ(лы), который анализируется задающим устройством, Например, на первом интервале

Т, — Т -0 (фиг ° 2) ° знак ошибки отрицательный, что соответствует повышению частоты вращения двигателя относительно заданного значения. Необходимо уменьшить частоту вращения двигателя. Это производится следующим образом. Код ошибки по скорости

N/йы/ умножается на постоянный коэффициент Ь, и полученный код добавки

/Ц /=Ь/ ы/ сохраняется в задающем устройстве 6, которое устанавливается в состояние ожидания до прихода импульса зАдания в начале следующего такта работы фазового дискриминатора, С приходом импульса задания через узел 27 готовности задающее устройство 6 устанавливается в состояние готовности и передает по информационной шине код добавки в узел 24 формирования добавок, который преобразует код в интервал времени добзвки, и посредством переключателя 16 задерживается поступление рабочего импульса напряжения фазового дискриминатора на вход усилителя

2 мощности на время добавки, вследствие чего частота вращения двигателя уменьшается до заданного значения.

Аналогично вводится коррекция в следующем такте рабогы фазового дискриминатора (фиг. 2). При отсутствии рассогласования, когда Т,-Т;-О, рабочий импульс сигнала управления, формируемый фазовым дискриминатором, без коррекции проходит через переключатель 16 на вход усилителя 2 мощности (четвертый такт).

1- пятом такте диаграммы (фиг. 2)

Т „-Т >0, при этом частот» вращения двигателя меньше ээданпой и необходимо увеличйть ее, lln окончании

15155»11

iO импульса добавки задающее устройство устанавливается в состояние готовности, производит прием кода N/аы/ из преобразователя 26 модуль — код—

5 по информационной шине, приЕм знака

ВАГИ(ам) по выходу 17 из УФМЗ 21, код К(а»») умножается на постоянный коэффициент, и полученный код добавки /g / по информационной шине поступает на вход узла 24 формирования добавок, где преобразуется во временной интервал добавки, и посредством переключателя 16 увеличивается на время добавки рабочий импульс сигна- 15 ла управления на выходе фазового дискриминатора.

Таким образом, корректирующее действие добавок проявляется при неравенстве периодов частот импульсов 2Q обратной связи и задания.

Электропривод обеспечивает повышение быстродействия в пусковых режимах во всем диапазоне регулирования частот вращения электродвигателя, по- 25 эволяет увеличить долю полезно используемой пленки для записи информации, что ведет к экономии пленк1» с записью одного н того же объема инфор:»ации, 30

В синхронном р жиме работы электропривод о уществляет стабилизацию частоты вращения с пропорцнона ьным управлением средним напряжением питания двигателя в функции угла рассогласования между импульсами задания и имгульсами обратной связи (" грубый канал). При этом введение коррекции в сигнал управления в функции рассогласования мгновенного значения 4Q частоты вращения двигателя от заданного э»»аче»»1»я позволяет повысить динамическую точность устройства в 1520 раэ.

45 формулаиэобретения

1, Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к выходу усилителя мощнос- 5Q ти, датчик скорости, задающий генератор, выходом соединенный с входом программируемого делителя частоты, информационные входы которого через информационную шину соединены с зада- 55 ющим устройством, выход — через первый формирователь коротких импульсов соеэ»»нен с первым входом первого логическо.-о элемента И-НЕ, второй вход которого со».лнн."-н с выходом второго логического элемента И-НЕ, входы которого подключены .к выходам первого и второго инверторов, входами подключенных к соответствующим выходам реверсивного счетчика и входам третьего логического элемента И-НЕ, выходом соединенного с первым входом четвертого логического элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу второго формирователя коротких и» пульсов, выход четвертого логического элемента И-НЕ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом первого логического элемента

И-НЕ, выход второго инвертора через переключатель соединен с входом усилителя мощности, первый выход блока сравнения временных интервалов подключен к входу программируемого одновибратора, а второй выход — к второму входу переключателя, выход программируемого одновибратора подключен к установочному входу реверсивного счетчика, информационные входы блока сравнения временных интервалов соединены через информационную шину с запающим устройством, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьппени . динамической точности и быстродействия в пусковых режимах в широком диапазоне регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, в него дополнительно введены второй программируемый делитель частоты, преобразователь код — напряжение, а усилитель мощности, переключатель и программируемый одновибратор снабжены дополнительными входами, выход программируемого одновибратора соединен с вторым входом первого программируемого делителя частоты, третьим входом переключателя и первым входом блока сравнения временных интервалов, второй вход которого объединен с входом второго формирователя коротких импульсов и выходом второго программируемого делителя частоты, входом соединенного с выходом датчика скорости, информационные входы программируемого одновибратора, преобразователя код — напряжение, второго программируемого делителя часто ты через информационную шину подклю1чены к задающему устройству, третий ,вход блока сравнения временных интервалов подключен к выходу первого фор-

1 5! 531!

l2 мирователя коротких импульсов, а третий выход — к входу готовности задающего устройства, четвертый вход переключателя подключен к входу Пуск" и через информационную шину соединен с задающим устройством, пятый вход переключателя соединен с первым входом программируемого одновибратора, выход преобразователя код — напряже- !О ние подключен к второму входу усилителя мощности, 2, Электропривод по п, 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок сравнения временных интервалов содержит узел формирования добавок, узел выделения модуля и знака, преобразователь модуль — код и узел готовности, при этом информационные входы узла зО формирования добавок и узла выделения модуля и знака и информационные выходы преобразователя модуль — код

I через информационную шину со дни ны с задающим устройством, первый вход блока сравнения временных интерBàëîв подключен к первому входу преобразователя модуль — код и первому входу узла готовности, второй вход блока сравнения временных интервалов соединен с входом узла выделения модуля и знака, третий вход блока сравнения временных интервалов подключен к второму входу узла готовности, третий вход узла готовности соединен с вторым входом узла выделения модуля и знака и вторым входом преобразователя модуль — код, выход узла выделения модуля и знака является первым выходам блока сравнения временных интервалов, выход узла формирования добавок является вторым выходом блока сравнения временных интервалов, в выход узла готовности — третьим его выходом, 1515311

ФадС д асхад 6

НикИ 1Ю

Фиг. Г

Редактор Л.Веселовская

Заказ 6290/53 Тирам 551 Подп ис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, М-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 диод 7 хааа 15

Составитель Т.Рожкова

Техред А.Кравчук Корректор С.Черни