Устройство для регулирования скорости электропривода

 

Изобретение относится к управляемым системам регулирования скорости электропривода. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности устройства. Цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости, содержащее генератор 1 импульсов, первый, второй и третий делители частоты 2,3 и 4, элемент ИЛИ 10, первый элемент задержки 11, первый триггер 12, блок 13 расширения импульсов, первый и второй формирователи импульсов 9 и 14, блок 17 задания скорости, сумматор 16 кодов, преобразователь 15 временной интервал сравнения-код, блок 5 сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости подключен к входу первого формирователя импульсов 9, введены второй, третий и четвертый триггеры 18,19 и 20, элемент И 21, второй и третий элементы задержки 23 и 24, второй элемент ИЛИ 22, выход которого подключен к первому входу преобразователя 15 временной интервал сравнения-код, вход второго триггера 18 подключен к первому выходу второго делителя 3 частоты, а выход соединен с первыми входами элемента И 21. Введение новых элементов и связей позволяет повысить точность электропривода в области низких скоростей вращения его вала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕОЪБЛИН

А1 (19) (11) (51)5 G 05 Ъ -11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (г, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4357004/24-24 (22) 04.01.88 (46) 30.01.90. Бюл ° 1(4 (72) А.С.Белов и А.B.Бестугин (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1107241,,кл. Н 02 Р 5/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1322229, кл. С 05 В 11/26, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛ, 1 РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОИРИВОДА (57) Изобретение относится к управляемым системам регулирования скорости электропривода. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности устройства. Цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости, содержащее генератор 1 импульсов, первый, второй и третий делители частоты 2,3 и 4, элемент ИЛИ 10, первый элемент задержки 11, первый триггер 12, блок ,13 расыирения импульсов, первый и

2 второй формирователи импульсов 9 и 14, блок 17 задания скорости, сумматор 16 кодов, преобразователь 15 временной интервал сравнения — код, блок 5 сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь 5, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости подключен к входу первого формирователя импульсов 9, введены второй, третий и четвертый триггеры 18, 19 и 20, элемент И 21, второй и третий элементы задержки 23 и 24, второй элемент ШП(22, выход которого подключен к первому входу преобразователя 15 временной интервал сравнения — код, вход второго триггера 18 подключен к первому выходу второго делителя 3 частоты, а выход соединен с первыми входами элемента И 21. Введение новых элементов и связей позволяет повысить точность электропривода в области низких скоростей вращения его вала. 2 ил.

3 1539725 4

Изобретение относится к управляемым системам автоматического регулирования скорости и фазы вращения вала электропривода, построенным на основе замыкания системы по разности фаз сравниваемых частотных .сигналов, и может быть использовано в прецизионных устройствах для записи H воспроизведения информации, в частности в ip фоторегистраторах. Дпя нормальной работы этих устройств требуется точное регулирование скорости и текуще,го значения угла (фазы) вращающегося вала механизма. 15

Цель изобретения — повышение быст-, родействия и точности устройства ! для регулирования скорости электропривода.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования скорости; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, первый 2, второй 3 и тре- 25 тий 4 делители частоты, блок 5 сравнения, силовой преобразователь 6, ис- полнительный двигатель 7, датчик 8 скорости, первый формирователь 9 импульсов, первый элемент ИЗП1 10, первый элемент 11 задержки, первый триггер 12, блок 13 расширения импульсов,. второй формирователь 14 импульсов, преобразователь 15 временной интервал сравнения — код, сумматор 16 кодов, блок 17 задания скорости, вто35 рой 18, третий 19 и четвертый 20 триггеры, элемент И 21, второй элемент ИЛИ 22 н второй 23 и третий 24 элементы задержки.

Устройство работает следующим образом.

Блок 17 задания скорости представляет собой ручное или автоматическое 45 устройство, выдающее и-разрядный двоичный код в форме электрических сигналов высокого и низкого уровней..

В простейшем случае это кнопочный наборник код», при автоматическом зада- 0 нии кода — программо-задающее устройство или ЭВМ. Код М с блока 17 задания скорости, соответствующий требуемому значению скорости, поступает ня управляющие входы второго 3 и третьего 4 IPJIHTPJIPA частоты и на вход сумматор» 16 кодов. В соответствии с кодом Мз в делителях 3 и 4 частоты уст»я»вливаются требуемые знячения коэффициентов деления И и N „ соответственно.

В первом делителе 2 частоты коэфI фициент деления N устанавливается значением кода М., выдаваемым сумматором 16 кодов. Управляемые делители

2-4 частоты могут быть выполнены как по традиционной схеме, в которой реверсивный счетчик типа СТ2-ИЕ7 охвачен обратной связью, например, с выйода: "--60".на вход С, так и с использованием счетчиков 072-ИЕ8.

Корректировянняя кодом Мэ эталонная .частота f =g -, где 1 ц — частота з кварцевого генератора 1 импульсов, поступает на первый вход логического блока 5 сравнения.

Сигнал с датчика 8 скорости с числом Е импульсов ня оборот имеет частоту Й =f +223/21, пропорциональную скорости вращения нала двигателя Я., где f — частота возбуждения датчика скорости. Импульсный сигнал частоты

fz, с выхода первого формирователя 9 поступает на вход элемента 11 задерж, ки и цифровое корректирующее устройство (на фиг. 1 ограничено пунктирной линией), включающее третий делитель 4 частоты, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 расширения импульсов, и второй формьфователь 14 импульсов, которое преобразует частоту fpa новую последовательность импульсов Е, сдвинутых по отношению и по фазе, и выдает ее на вход третьего триггера 19 и на второй вход блока 5 сравнения. Корректирующее устройство,. как и в непрерывных системах, предназначено для обеспечения устойчивой работы устройства для регулирования скорости и придания ему желаемых динамических качеств. Работа корректирующего устройства заключается в выявлении отклонения периода частоты Й от эталонного периода частоты f> и в расширении пблученного отклонения (импульса) в необходимое число Кр раз, определяемое из условия устойчивости системы.

Полс чение временного интервала, содержащего информацию об отклонении скорости,.получают на триггер 12 путем вычитания из периода частоты йр э периодов частоты гк, выдаваемых третьим делителем 4 частоты. Коэффициент деления которого N „ связан с ко5 153 эффициентОм BTopo! О де.11ителя 3 час

ТОтЫ Иэ СООТНОШЕНИЕМ

Й, 2К, где 1 tt — коэффициент расширения блока 13 расширения импульсов.

Изменение N» во всем диапазоне изменения рабочих скоростей происходит синхронно с N в соответствии с кодом И блока 17 задания скорости.

В иячестве частотного датчика 9 могут быть использованы бесконтактные сельсины или многоиолюсные вращающиеся трансформаторы в режиме фазовращателей с частотой f заиитки синуснокосинусных обмоток, например такие как ДУ-100 с Z=2p-64. Формирователь 9 импульсов усиливает периодический аналоговый сигнал с датчика 8 скорости и преобразует его в импульсный сигнал частоты и обычно состоит из операционного усилителя и компаратора ° Логический блок 5 сравнения производит сравнение частотных .сигналов Й и 1.„, поступающих на его входы, и по результатам этого сравнения формирует широтно-импульсный сигнал

,. который поступает на вход силового преобразователя 6.

На фиг. 2я представлен рациональный алгоритм работы блока 5 пропорционального тина в виде направленного графя, обеспечивающегo нормальную работу устройства ири всех возможных комбинациях частот на его входах ири разгоне, торможении в устано-. с вившемся режиме, когд» ..<=f =Йэ=fz, Например, ири пуске двигателя есть f u HPT fp блок 5 пеРехоДИт в состояние b, идет pasгон, редко

IIOHB JIHIOTCR f p IlpOHCXOJ1H T кратковременный переход из Ь -т Ьд- Ь .

Двигатель разгоняется, приходят подряд два импульса fp, ири этом блок 5 переходит из Ь- Ь -Ъ, . Установившейся режим, когдя импульсы fp=f, HMeIOT MeCTO tlap& xOItIt b Ь,- Ь - Ь l и т.д.

При фазовом ряссогл»совянии, большем периода частоты f, блок 5 занимает двя крайних состояния Ьз или Ь .

Сидо: Ой преобразователь 6 производит усиление ыиротtln-импульсного сигнала lent, поступ»ющ1 го с выхода блока 5, и подает его ня якорную обмотку лвигятеля 7. 111 сравнительного анализа време1и1ь1х,1н»грямм, поясняю9725 щих работу предлагаемого устройства (фиг. 2в), видим, что относительная

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ШИроТНО ИМПУЛЬСНОГО СИГ

5 наля lit возрастяет с увеличением момента нагрузки 11@ на валу исполнительного двигателя. Причем в переходном режиме работы устройства имеют место ошибки как по скорости hf, так

1р и ио углу ИЯ20) (фазе). В установивыемся режиме ошибка по скорости

hf=U, я оыибка по yI.JIy (фазе) h$ =

= 1„- 1» равна приращению фазового сдвига межцу частотами.

15 С целью повыыения точности стабилизации скорости и угла (фазы) вращения вала электродвигателя при внеыних задающем и возмущающем воздействиях в устройство для регулирования

20 скорости введены второй 18, третий.

19 и четвертый 20 триггеры, элемент

И 21, второй элемент УШ 22 и второй 23 и третий 24 элементы задержки, которые в совокупности с преоб25 раэователем 15 временной интервалкод, сумматором 16 кодов и первым делителем 2 частоты образуют в предлагаемом устройстве дополнительных контур системы управления электро3р приводом 7. Работа дополнительного контура происходит следующим образом.

Второй 18 и третий 19 триггеры, выходы которых через элемент И 21 соединены с входами сброса этих триггеров, образуют фязовый дискриминатор, который измеряет разность фаз между входными сигналами в соответствии с выражением

40 < 2" (э fp)<1tПричем, если ttepBbta приходит им1 и-, льс частоты f, я вторым f >, то

-1

fs-fp 0. и первьнt срабатывает триггер 18, а затем и триггер 19, в мо45 мент срабатывания обоих триггеров на выходе элемента И 21 появляется сигнал, который устанавливает Оба триггера в исходное нулевое состояние.

Таким образом, на выходе триггера 18

5р ПОявляется имиортнО импульсный сиг нал +, длительность которого равна фаэовому сдвигу чистот fz u fp

В другом случае, когд» f — f О, то, очевидно, сигнал — 1 появится теперь на выходе триггер» 19. При fs fp=p сигнал =0. В соответствии со знаком фазового сдвига, О11реде 1яемого

1 U, четвертый триггер 20, BItttoJI1539725 н>,.ющий функцию знакового преобразователя, сигналами с выходов триггеров

18- 19 через элементы 23-24 задержки устанавливается н единичное или нулевое состояние. Здесь элементы 23-24

5 выполняют роль .фильтров, не пропуская короткие импульсы. Эти элементы задержки выполняются довольно просто с помощью элемента И и нечетного чис- о ла инверторов, суммарное время срабатывания которых больше в 2-2,5 раза, чем время срабатывания триггера 18 или 19. Ыиротно-импульсные сигналы +g или -g через второй элемент KIH 22 поступают на первый вход преобразова-. теля 15 временной интервал - код.

В качестве генератора частоты заполнения использован. второй делитель

3 частоты, первый выход которого выдает на вход второго триггера 18 эталонную частоту

N f qq

f =f +- —-э о 2п,д1 ь а с его второго выхода поступает на второй вход преобразователя 15 временной интервал — код частота заполнения

f %art ИЭ1 и /2 где и ц,20 — частоты генератора 1 импульсон и возбуждения датчика 8 скорости соответственно; п — число управляемых входов делителя частоты, равное числу разрядон И, И я — коэффициент деления неуправляемой части делителя.

Частоту Кз 1я. Выбирают, исходя из

40 следующих сообряжений. Угловая Ошибка г поворота вала двигателя ЬЧ1=Ф вЂ . не

"2 зависит От скорости его вращения и

211 при ф=+1, 64 = h1 ; †;, вЂ, учитывая, что

2 .э

=И/Тэ, где Тэ — период эталонной чястоты, то угловой ошибке 511можно

М поставить в соответствие временнои интерВял ЬТ KoTopbIH и поступает на вход преобразователя 15.

В преобрязователе 15 временной интервал l9. преобразуется н ко11 углоВои Ошибки 11:1 11 Йэ011a

N период эталонной частоты Тэ жТ=-1/ о

И, ЧТО В УСТЯНОВИВШРМСЯ СОСТОЯНИИ

Ез Тэ =11э, То мОжнО зя11исять что ." =- 1.

Некоторая погрешность в воспроизведении кода ошибки, вследствие принятых допущений, не существенна, так как она проявляется только в изменеНии коэффициента передачи К 11р преобразователя 15, Причем эта погрешность проявляется только в области высоких скоростей вращения двигателя и редко превышает более 5Х, что соизмеримо с пределами изменения коэффициента передачи электродвигателя вследствие нелинейной зависимости его электромеханических характеристик. В области средних и низких скоростей эта погрешность .составляет десятые и даже сотые доли процента, что особенно важно, так как в этих режимах работы устройства наиболее трудно обеспечить требуемую точность.

Полученный в преобразователе 15 код 5И ошибки поступает на вход сумматора 16 кодов,,где с учетом знака суммируется или вычитается с кодом

Иэ скорости, Сформированный таким образом код

Иэ=И тЦ1э поступает на управляющие входы первого делителя частоты, изменяя его коэффициент деления, а следовательно, и эталонную частоту Йэ=

=f «Яэ . Очевидно, что в установившемся режиме имеют место соотношения

f = f y= fp= f p > =О; $ И=О; И, =И,.

Формула и.нобретения

Устройство для регулирования скорости электропривода, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий делители частоты, первый элемент ИЗП1, первый элемент задержки, первый триггер, блок расширения импульсов, первый, второй формирователи импульсов, блок задания скорости, сумматор кодов, преобразователь временной интервал - код, блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь, исполнительный двигатель и датчик скорости подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого соединен с входом сброса третьего делителя частоты, с первым входом первого элемента ИЛИ и через первый элемент задержки -. с входом сброса первого триггера, подключенного выходом через последовательно соединенные блок расширения импульсон и второй формирователь нм1

1539725

1р

Тс маженое

1р

Р/

7p рПЗгОИ

Фиг. 2

Составитель Г. Нефедова

Редактор М.Недолуженко Техред Л.Олийнык Корректор O.цнпле

Тираж 650

Заказ 217

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 пульсон к первому входу блока сравнения, второи с выходом первого делителя частоты, подключенного входом к выходу генератора импульсов и к входу третьего делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первогo элеMpH та ИЛИ, подключенного выходом к информационному входу первого триггера, выход преобразователя временной интервал — код соединен с первым входом сумматора кодов, второй вход которого нодключен 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства, введены второй, третий и четвертый триггеры, элемент И, второй и третий элементы задержки и второй элемент ИЗШ, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя временной интервал — код, информационный вход второго триггера подключен к первому выходу второго делителя частоты, выход второго триггера соединен с ltppными входами элемента И, второго элемента ШЫ и через второй элемент. задержки — с информационным входом четвертого триггера, причем выход 3Jlpмента И соединен с входами сброса второго триггера и третьего триггера, вход которого подключен к ныходу второго формирователя импульсов, а выход соединен с вторыми входами элемента

И, второго элемента ИЗИ и через третий элемент задержки — с входом сброса четвертого триггера, подключенного выходом к третьему входу суммато-, ра кодов, причем информационный вход греобразонателя временной интервал— код подключен к второму выход5 второго делителя частоты, первый вход ко-. торого соединен с выходом генератора

25 импульсов.