Моментный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных системах. Целью изобретения является повышение стабильности момента по углу поворота и улучшение динамических характеристик . С этой целью в моментный вентильный электродвигатель введены m дополнительных постоянных запоминающих устройств 27-30, каждый канал формирователя оптимальных значений фазных токов снабжен дополнительным перемножителем 26, а сумматор. 21 каждого канала - дополнительным входом, подключенным к выходу перемножителя 26. Входы постоянных запоминающих устройств 27-30 подключены к выходу дробной части разделителя 7 сигналов на целую и дробную части, а выход каждого из постоянных запоминающих устройств - к объединенным вторым входам одноименных перемножителей 27-30 каналов управления. Первые входы перемножителей 27-30 в каждом канале соединены соответственно с выходами m регистров 17-20 этого же канала. В результате появляется возможность вырабатывать готовые значения сплайн-функций и выполнять параллельно операции перемножения для каждой фазы якорной обмотки 2 синхронной машины 1, повышая быстродействие и уменьшая динамические погрешности . 3 ил. со с

СОЮЗ COBFTCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s Н 02 К 29/06

ГОСУДАРСТВЕН-Ы Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4440881/07 (22) 11.04.88 (46) 30.09.91. Бюл. N. 36 (71) Казанский авиационный институт им. А. Н. Туполева (72) А. Ю. Афанасьев и И. Ю, Маинская (53) 62-13:621.313.022(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1345292, кл. Н 02 К 29/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 1554084, кл. Н 02 К 29/06, 1987. (54) МОМЕНТНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионн ых системах. Цел ью изобретения я вля ется повышение стабильности момента по углу поворота и улучшение динамических характеристик. С этой целью в моментный вентильный электродвигатель введены m допол нител ьных постоя н ных запоминающих устройств 27 — 30, каждый канал форми„„. Ы„„1681366 А1 рователя оптимальных значений фазных токов снабжен дополнительным перемножителем 26, а сумматор,21 каждого канала— дополнительным входом, подключенным к выходу перемножителя 26. Входы постояннык запоминающих устройств 27-30 подключены к выходу дробной части разделителя 7 сигналов на целую и дробную части, а выход каждого из постоянных запоминающих устройств — к объединенным вторым входам одноименных перемножителей

27 — 30 каналов управления. Первые входы перемножителей 27 — 30 в каждом канале соединены соответственно с выходами m регистров 17-20 этого же канала. В результате появляется возможность вырабатывать готовые значения сплайн-функций и выполнять параллельно операции перемножения для каждой фазы якорной обмотки 2 синхронной машины 1, повышая быстродействие и уменьшая динамические погрешности. 3 ил.

1681366

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в прецизионных следящих системах.

Целью изобретения является повышение стабильности момента по углу поворота ротора и улучшение динамических характеристик.

На фиг. 1 представлена блок-схема моментного вентильного электродвигателя; на фиг. 2 — графики сигналов; на фиг. 3 — графики функций з (а),... зд(а) .

Моментный вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с

m-фазной якорной обмоткой 2 и ротороминдуктором 3, на валу которого установлен датчик 4 положения ротора. КаЖдая фаза якорной обмотки 2 через соответствующий датчик 5 тока подключена к выходу одного из m усилителей 6, инвертирующий вход которого подключен к выходу датчика 5 тока. Выход датчика 4 положения ротора подключен к входу данных разделителя 7 сигнала на целую и дробную части, синхронизирующий вход которого объединен с синхронизирующим входом первого двоичного счетчика 8 импульсов и подключен к выходу первой логической схемы О 9, вход данных которого соединен с выходом целой части разделителя 7 сигнала, а суммирующий вход — с выходом второй логической схемы И 10, Первые входы логических схем

И 9, 10 подключены соответственно к инверсному и прямому выходам RS-триггера 11, а их вторые входы объединены с входами инвертора 12, второго двоичного двухразрядного счетчика 13 импульсов и подключены к выходу генератора 14 импульсов.

Электродвигатель содержит также дешифратор 15 с четырьмя выходами, вход данных и синхронизирующий вход которого подключены соответственно к выходам второго двоичного двухразрядного счетчика 13 и инвертора 12. Первый вход дешифратора

15 и его четвертый вход подключены к S u R входам RS-триггера 11.

В состав электродвигателя входит также m-канальный формирователь оптимальных значений фазных токов, каждый канал которого составлен из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 16, четырех — регистров 17-20, сумматора 21, основного перемножителя 22, трех дополнительных перемножителей 23-25 и введенного дополнительного перемножителя 26. Сумматоры 21 снабжены дополнительным входом, Входы сумматора 21 в каждом канале подключены к выходам дополнительных перемножителей 23-26 соответственно, а выход сумматора соединен с первым входом основного перемножителя 22 данного канала, выход которого соединен с управляющим входом одного из усилителей 6. Входы данных регистров 17-20 в каждом канале объе5 динены и подключены к выходу ПЗУ 16 данного канала, синхрониэирующие входы одноименных регистров всех каналов попарно объединены между собой и подключены к одному из четырех выходов

10 дешифратора 15, Выходы каждого регистра

17-20 в каждом канале подключены к первому входу одного из дополнительных перемножителей 23 — 26 этого же канала.

Электродвигатель снабжен дополни15 тельными ПЗУ 27 — 30, выход каждого из которых подключен к объединенным вторым входам одноименных дополнительных перемножителей 23-26 каналов, а объединенные входы ПЗУ 27 — 30 соединены с выходом

20 дробной части разделителя 7 сигнала на целую и дробную части.

В ПЗУ 16 по адресу азаписаны соответственно значения функций Ок (а — 1), к=1,...., m, определяемых равенством

25 и сы1к w 7 (I (a)

30 где функции зк (а) связывают электромагнитный момент Мэ синхронного электродвигателя 1 с токами i< фаз 2 обмотки якоря:

1ъ = . к(4 ig)

В ПЗУ 27 — 30 второй группы по адресу а хранятся значения сплайн-функций: л л б, = 0 -0,.5 ь - — g,5Я.

5 = 1 —,5M + <5с, (3)

53 = 0,5 К ° а ОС вЂ” (.5X.

".7, = 05,З О5 а

45 где а- целая часть а;

/М а — дробная часть а.

Электродвигатель работает следующим образом.

С выхода датчика 4 положения ротора по50 ступаетсигнал, пропорциональный углу а поворота ротора-индуктора 3, на разделитель

7 сигнала на целую а и дробную а части.

Дробная часть поступает на входы ПЗУ 27—

30, а целая — на информационный вход установки начального значения двоичного счетчика 8. Генератор 14 импульсов вырабатывает на выходе (фиг. 2а) прямоугольные импульсы ГИ (14) высокой частоты (100 кГц-1 МГц), поступающие на вход второго

1681366 двухраэрядного счетчика 13. На его выходе получается последовательность двоичных кодов СИ 2 (13) чисел 0 — 1 — 2 — 3 — 0 — 1 — 2 — 3... (фиг. 2б). Через схему И 10 импульсы поступают при единичном состоянии RS-триггера 11 на суммирующий вход прямого счета двоичного счетчика 8, на выходе которого вырабатываются двоичные коды чисел а,а+1,а+2,а+З,а+1,..., где а— начальное значение счета (фиг. 2 в). Эти коды подаются на адресные входы постоянных запоминающих устройств 16, С выхода генератора 14 импульсы ГИ (14) поступают на инвертор 12, с выхода которого инвертированные импульсы подаются на синхронизирующий вход дешифратора 15. На четырех выходах дешифратора 15 формируются поочередно импульсы Р115 Р215, Р315, Р4>5 (фиг. 2 Г-Ж).

С первого и четвертого выходов дешифратора 15 импульсы подаются на S u R соответственно входы RS — триггера 11, устанавливая его в состояние "1" и "0" (фиг. 2 э).

Когда RS-триггер 11 находится в состоянии "0", с его инверсного выхода поступает сигнал RS — Tin "1" на схему И 9, пропускающую импульс генератора 14 на синхронизирующий вход двоичного счетчика 8, в котором устанавливается значение а, Импульсы с выходов дешифратора 15 поступают на синхронизирующие входы регистров 17 — 20 соответственно в периоды времени, когда на адресные входы постоянных запоминающих устройств поданы коды a — а + 3 соответственно (фиг. 2 г-ж), при этом в регистры 17 — 20 К-ro канала управления — величины Uê(а-1)..., Ок(а+2). С выходов регистров 17 — 20 всех каналов управления коды поступают на перемножите. ли 23 — 26 соответствующих каналов управления. На вторые входы этих перемножителей поступают соответствующие значения сплайн-функций, которые записаны в постоянных запоминающих устройствах

27-30. Перемножители 23 — 26 совместно с сумматорами 21 и перемножителями 22 вычисляют оптимальные значения i токов фаз 2 обмотки якоря согласно формуле „= М(5,(о ) 0 Я- iI S,(410„(са + .5,(й и„(й. ),() ц„(а a),,f}

V = i),„rn, Сигналы i K поступают на входы усилителей 6, которые с помощью датчиков 5 тока поддерживают в фазах якорной обмотки 2 якорные токи 1к, близкие к оптимальным. В результате электродвигатель развивает момент Мэ, равный требуемому значению М, 2i, +% 5,(са) = 0 б) 25 Ri 9 5„,(о 1 =О

Из равенств (2), (6), получим,о М5к(ь )

1к =,„—. k=i)..., М

5i (о 1

j =-1

Введение четырех дополнительных постоянных запоминающих устройств и rn

35 перемножителей позволяет с высокой точностью и стабильностью по времени вычислять оптимальные значения токов.

Использование дополнительных четырех

ПЗУ позволяет вырабатывать готовые зна40 чения сплайн-функций и выполнять параллельно четыре операции перемножения для каждой фазы обмотки якоря, что повышает быстродействие схемы и уменьшает динамические погрешности. Все функцио45 нальные элементы, входящие в схему электродвигателя, выпускаются серийно в виде интегральных микросхем. Разделитель сигнала на целую и дробную части может быть собран из регистра для хранения це50 лой части и устройства вычитания в случае цифрового датчика положения ротора. В случае аналогового сигнала а разделитель сигнала состоит из аналого-цифрового, цифроаналогового преобразователей и устрой55 ства вычитания.

Формула изобретения

Моментный вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с

Al-ôàçíîé якорной обмоткой и р,.пером-индуктором, на валу которо!о установлен дапри минимальных потерях в якорной обмотке.

Выражения (3), (4) определяют аппроксимацию функций

„= V U,(1, =1,,„, Выражения (1), (5) получаются в результате решения методом множителя Лагранжа задачи на условный экстремум: найти

10 токи i<, ......4, создающие требуемый электромагнитный момент М при минимальных потерях в обмотке якоря; 2 Z

1, + ... „— ni,, 5 1 +1;s(s) = М

Функция Лагранжа и условия ее стационарности имеют вид:

20 У= + i т e(,,(СС)+ +<п,5т(K)-)l) 16813бб чик положения ротора, m усилителей, m датчиковв тока, каждый из которых включен между выходом соответствующего усилителя и одной из фаз якорной обмотки синхронной машины, выход каждого датчика тока

Соединен с инвертирующим входом соотВетствующего усилителя, разделитель сигнала на целую и дробную части, вход

Данных которого соединен с выходом датчиКа положения ротора, а синхрониэирующий

bxop, объединен с синхрониэирующим входом первого двоичного счетчика импульсов

И подключен к выходу первой логической схемы И, первый вход которой соединен с инверсным Выходом BS-триггера, прямым выходом подключенного к первому входу второй логической схемы И, вторые входы логических схем И обьединены с входами инвертора и второго двоичного двухразрядного счетчика импульсов и подключены к выходу генератора импульсов, выход второй логической схемы И соединен с суммирующим входом первого двоичного счетчика импульсов, вход данных установки начального значения которого подключен к выходу целой части упомянутого разделителя сигналов, дешифратор с четырьмя выходами, вход данных и синхрониэирующий вход которого подключены соответственно к выходам второго двоичного двухразрядного счетчика импульсов и инвертора, m-канальный формирователь оптимальных значений фаэных токов, каждый канал которого составлен иэ постоянного запоминающего устройства, четырех регистров сумматора, основного перемножителя и трех дополнительных перемножителей, выходы которых подключены к входам сумматора, выходом соециненного с первым входом основного перемножителя, выход которого подключен к управляющему входу соответствую!),а. о усилителя, вторые входы основных перемнажителай всех каналов управления формирователя обьединены и образуют вход задания момента вентильного электродвигателя, входы постоя IHblx запоминающих "тройсто каналов формирователя оптимальных значений фазных токов обьединены и подключены к выходу первого дВОичнОГО счетчика импульсов, В каждом канале указаннОГО формирОВателя ВхОды данных регистров объединены и подключены к выходу постоянного запоминающего устройства данного канала, синхронизирующие входы одноименных регистров m каналов соединены между собой и подключены соответственно к выходам,цешифратора, первый и че«ертый выходы которого соединены c S- u R-входами упомянутого триггера, каждое постоянное запоминающее устройство выполнено с воэможно5 стьюзаписифункцийU»(а-1), отл ича юшийся тем, что, с целью повышения стабильности момента по углу поворота ротора и улучшения динамических характеристик, введены четыре дополнительных

10 постоянных запоминающих устройства, каждый канал формирователя оптимальных значений фазных токов снабжен одним дополнительным перемножителем, а сумматор этого канала — дополнительным

15 входом, подключенным к выходу введенного дополнительного перемножителя, при этом в каждом канале первый вход каждого иэ четырех дополнительных перемножителей подключен к выходу одного из соответ20 ствующих регистров данного канала, вторые выходы одноименных дополнительных перемножителей обьединены и подключены к выходу одного из четырех дополнительных запоминающих устройств, 25 обьединенные входы которых подключены к выходу дробной части упомянутого разделителя сигналов управления, каждое из дополнитеflbHblx постоянных запоминающих устройств выполнено с возможностью запи30 си функции л р

- 05 ®- 0,5

Р

- )2 = — 2,5 oC +,5

35 5э= 050 Q,-

5 = 05 э05

> где

40 () К ) )= I

45 к=1...,,, m; а — угол поворота ротора-индуктора синхронной машины; зк (й) — функция, связывающая электромагнитный момент синхронной машины с

50 токами i» обмотки якоря, определяемая из выражения

Vn .M = Z к к (t» .) а — целая часть угла а; а — дробная часть угла а, 1681366

1б813бб

Составитель А.Головченко

Редактор А,Маковская Техред М.Моргентал Корректор О,Кравцова

Заказ 3315 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101