Цифровой модулятор

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях системы управления. Цифровой модулятор содержит генератор прямоугольных .импульсов, счетчики, триггер знака, триггер, элементы ИЛИ, инвертор, элементы I/I. элементы W-HE, дешифратор, формирователи импульсов, схему ограничения , схему:сброса, выходные шины, шины входного сигнала, шину знака, шины датчика положения ротора синхронного двигателя . Использование данного устройства позволяет обеспечить управление цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, 4 ил., 1 табл. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 03 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. С В ИДЕТЕЛ Ь СТВУ (21) 4917300/21 (22) 05.03.91 (46) 28,02.93. Бюл. N. 8 (71) Самарский политехнический институт им, В;В.Куйбышева (72) С.Я.Галицкое. С,Н.Лысов и А.В.Стариков (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 1352636, кл. Н 03 К 7/08, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР

М 147831.6, кл. Н 03 К 7/08,1989. (54) ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯТОР (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях систем управления.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения управления цифровым модулятором силовых транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя.

На фиг.1 представлены временные диаграммы сигналов датчика положения ротора синхронного двигателя и необходимый порядок включения транзисторов силового моста; на фиг,2 — функциональная схема цифрового модулятора; на фиг.3 — функциональная схема схемы ограничения; на фиг.4 — временные диаграммы работы устройства.

Управление синхронным двигателем осуществляется изменением напряжения в фазах обмоток статора. 3TQ достигается путем широтно-импулЬсной модуляции вклю. ченного и выключенного состояний соответствующей пары силовых транзисторных ключей трехфазного моста. Выбор

„„Ы2„„1798907 А1

2 образователях системы управления. Цифровой модулятор содержит генератор прямоугольных импульсов, счетчики, триггер знака, триггер, элементы ИЛИ, инвертор, элементы И, элементы И-НЕ, дешифратор, формирователи импульсов, схему ограничения, схему сброса, выходные шины, шины входного сигнала, шину знака, шины датчика положения ротора синхронного двигателя. Использование данного устройства позволяет обеспечить управление цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, 4 ил., 1 табл. пары работающих транзисторных ключей осуществляется в функции углового положения ротора синхронного двигателя (см. Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ. Справочное пособие. — Горький: Волго-Вятское книжнос издательство, 1989 г, — с. 161 — 228).

Порядок включения транзисторов в зависимости от сигналов встроенного датчика положения ротора синхронного двигателя и направления вращения вала двигателя приведен на фиг.1.

Вводя в рассмотрение знак направления вращения и принимая, что направлению

"вперед" соответствует логический нуль, а направлению "назад" — логическая единица, составим таблицу(см.таблицу ) состояния схемы выбора транзисторов. При этом учтем, что фаза а датчика подключена к 1-му(младшему) разряду схему выбора, фаза Ь вЂ” код

2-му разряду, фаза с — к 3-му разряду, а знак направления — к 4-му (старшему) разряду.

1798907

Следовательно, схема выбора транзисторов должна представлять собой дешифратор с четырьмя входами и шестью выходами. Возьмем за основу технической реализации схемы выбора ключей дешифратор, например, К155ИДЗ, позволяющий преобразователь четырехразрядный код в направление низкого логического уровня, паявля ощееся на одном из шестнадцати выходов Го- Г15. Причем коду Na на входе соответствует тат же порядковый номер

Fga выхода. Тогда сигналам выбора транзисторного ключа Як {К = 1,2,.„6) соответствуют следующие логические функции

81 = F1Р5Р14Р10; S2 = Г2РзР12Г13, S5 Р4Г5Г10Р11, S6 Р1РЗг 12Р14, Цифровой модулятор (фиг.2) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, триггер 4 знака, триггер 5, элементы 6 и 7 ИЛИ, инвертор 8, элементы

9, 10, 11, 12; 13, 14, 15, 16, 17, 18 и l9 И, элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-НЕ, дешифратор 26, формирователи 27, 28 и 29 импульсов, схему 30 ограничения, схему 31 сброса, выходные шины 32, 33, 34, 35, 36 и

37, шины 38 входного сигнала, шину 39 знака, шины 40, 41, 42 датчика положения раторэ синхронного двигателя. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен са счетным входом счетчика 3 и первыми входами элементов 6 и 7 ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 4 знака, первый вход которого соединен с шиной 39 знака, а второй вход (вход страбирования) — с выходом инвертора 8. Выходы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета счетчика 2, выход переноса которого соединен с первым входом элемента 9 И. Разрядные входы счетчика 2 соединены с выходом схемы 3, ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной 38 входного сигнала, а знаковый вход — с шиной 39 знака.

Разрядные входы счетчика 3 соединеньг с общей шиной, а выход переноса — с первым входом элемента 10 И, выход которого соединен с первым входом элемента 11 И, выход катарога соединен с первым входом (входам сброса) триггера 5 и первым входом элемента 12 И, выход которого соединен с входами записи информации счетчиков 2 и

3 и входом инвертора 8. Второй вход элемента 10 И соединен с выходом схемы 31 сброса. Прямой выход триггера 4 знака сае50

32, 33, 34, 35, 36 и 37.

Генератор 1 прямоугольных импульсов может быть выполнен, например, на микросхеме К155ЛАЗ с кварцевой стабилизацией или с времязэдающим конденсатором.

Счетчики 2 и 3 реализованы, например, на микросхемах К155ИЕ7, причем выход переноса может быть сформирован подключением на соответствующий выходной разряд адновибратора К155АГ1 или объединением через элемент И штатных выходов перенодинен с первым входом (старший разряд) .дешифратора 26 и входом формирователя

27 импульсов, э инверсный выход — с входом формирователя 28 импульсов. Выходы фор5 мирователей 27 и 28 импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами элемента 13 И, выход которого соединен со вторыми входами элементов 9 и 12 И и входам формирователя 29 импульсов, выход ко-.

10 торого соединен со вторым входом элемента 11 И. Выход элемента 9 И соединен со вторым входом (входом установки) триггера 5, инверсный выход которого соединен с первыми входами элементов 14, 15, 15 16, 17, 18 и 19 И. Второй.(3 разряд), третий (2-разряд) и четвертый (1 разряд) входы дешифратора 26 соединены с шинами 40 (фаза с), 41 (фаза Ь) и 42 (фаза а) датчика положения ротора синхронного двигателя. Первый

20 выход (F<) дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 20 и 25 И-НЕ. Второй {ГД выход дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 21 и 23 И-НЕ.

Третий (Гз) выход дешифратора 26 соединен

25 со вторыми входами элементов И 21 и 25

И-НЕ. Четвертый (F4) дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 22 и 24

И-НЕ..Пятый (F5) вьчход дешифратора 26 соединен со вторыми входами элементов 20 и

30 24 И-НЕ, Шестой (F5) выход дешифратора 26 соединен со вторыми входами элементов 22 и 23 И-НЕ. Седьмой (Fg) выход дешифратора

26 соединен с третьими входами элементов .

22 и 23 И-НЕ, Восьмой (Г1а) выход дешифра35 тора 26 соединен с третьими входами элементов 20 и 24 И-НЕ. Девятый (F>>) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами элементов 22 и 24 И-НЕ; Десятый (012) выход дешифратора 26 соединен с

"0 третьими входами 21 и 25 И-НЕ. Одиннадцатый (F1g) выход дешифраторэ 26 соединен с четвертыми входами элементов 21 и 23.

И-НЕ. Двенадцатый (Г14) выход дешифратара 26 соединен с четвертыми входами эле45 ментов 20 и 25 И-НЕ. Выходы элементов 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-HE соединены соответственна со вторыми входами элементов 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И, выходы которых соединены Соответственно с выходными шинами

1798907 са, Триггер 4 знака и триггер 5, например, выполнимы на микросхемах К155ТМ2, элементы 6 и 7 ИЛИ вЂ” на микросхеме К155ЛЛ1, инвертор 8 — на микросхеме К155ЛН1, элементы 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19

И вЂ” на микросхемах К155ЛИ1, элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-НŠ— на микросхемах

К155ЛА1, дешифратор 26 — на микросхеме

К155ИДЗ, формирователи 27, 28 и 29 импульсов — на микросхемах К155АГЗ.

Схема 30 ограничения (фиг.З) содержит, например, группу 43 элементов ИЛИ, группу 44 элементов И, элемент 45 И-НЕ, элемент 46 ИЛИ, элемент 47 ИЛИ, элемент 48

ИЛИ-НЕ, инвертор 49.

В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, иразрядные входы шины 38 разбиваются на две группы; с 1 до (n - m) и с (n - m + 1) до и, причем m

Выход элемента.45 И-НЕ соедйнен с первым входом элемента 47 ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами группы

44 элементов И. Выход элемента 46 ИЛИ соединен с первым входом элемента 48

ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора 49, а выход — со вторыми входами группы 43 элементов ИЛИ. Второй входэлемента47 ИЛИ и вход инвертора

49 соединены с шиной 39 знака.

Схема 31 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора — к общей шине. Вывсд сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 31 сброса.

Цифровой модулятор работает следующим образом.

После включения напряжения питания схема 31 сброса формирует сигнал, который через элементы 10 и 11 И устанавливает триггер 5 в исходное состояние и далее через элемент t2 И стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 8 стробирует триггер 4 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 30 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или в обратном (при оттате на выходе триггера 5 (фиг.4в) получается сигнал со скважностью

1/ б

2п

В зависимости от соотношения сигна40 лов датчика положения ротора синхронного двигателя, появляющихся на шинах 40, 41, 45 42 (фиг.4г, д, е, соответственно), дешифратор 26 и элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25

И-НЕ, реализующие логические функции (1), подают сигналы высокого уровня.на входы той или иной пары элементов 14, l5, 16, l7, 18 и 19 И. В результате широтно-модулированный сигнал поступает на соответствующие выходы 32, 33, 34, 35, 36, 37 (фиг.4ж, з, и, к, л, м) модулятора.

Формирователи 27, 28 и 29 импульсов и элемент 13И необходимы для формирования раздвижки фронтов при перемене знака сигнала задания

1 аким образом, дополнительное введение в цифровой модулятор формирователя импульсов, элементов И, дешифратора и рицательном знаке сигнала) коде в счетчик

2, а код знака этого сигнала записывается в триггер 4 знака.

В зависимости от знака входного сигна5 ла импульсы генератора 1 с частотой 4 проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный) либо через элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответ- ственно либо на вход обратного счета, либо

10 на вход прямого счета счетчика 2, В зависимости от величины N входного сигнала на выходе переноса счетчика 2 через интервал времени

15 т = после стробирования появится отрицательный импульс (фиг,4а)л. Этот отрицательный импульс с выхода счетчика 2, пройдя через элемент 9И поступает на вход установки

20 триггера 5, на инверсном выходе которого и ри этом появляется сигнал низкого уровня (фиг.4a). Через интервал времени

2п юг = —. о где n — количество разрядов двоичного счетчика, после стробирования на выходе счетчика 3 появится отрицательный импульс (фиг.4б), который, пройдя через элементы 10 и 11 И,устанавливает на инверсном выходе триггера 5 сигнал высокого уровня, .

Этот же отрицательный импульс с выхода переноса счетчика 3 через элементы 10, 11 и 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 8 — триггер 4 знака, Процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3 и триггера 5 повторяется. В резуль1798907

25

35

45

50 элементов И-HE с соответствующими связями позволяет обеспечить в нем способность управления транзисторными ключами в силовой цепи синхронного двигателя.

Формула изобретения

Цифровой модулятор, содержащий первый и второй счетчики, триггер знака, генератор прямоугольных импульсов, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, инвертор, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый и второй формирователи импульсов, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход- с выходом инвертора, вход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков, выход переноса первого счетчика соединен с первым входом первого элемента

И, разрядные входы второго счетчика:соединены с общей шиной, а выход переноса — с первым входом второго элемента И, разрядные в ходы первого счетчика соединены с выходами схемы ограничения, разрядные в ходы которой соединены с шинами входного сигнала, а знаковый вход — с шиной знака, выход схемы сброса соединен с вторым входом второго элемента И, о т л и ч а ю щ и йс я тем„что, с целью расширения области применения за счет обеспечения управления цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, в него дополнительно введены третий формирователь импульсов, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый элементы И, дешифратор.и первый; второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета первого счетчика, выход генератора прямоугольных импульсов соединЕн со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входами триггера и четвертого элемента И, выход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков, прямой выход триггера знака соединен с первым входом дешифратора и входом первого формирователя импульсов, а инверсный выход — с входом второго формирователя импульсов, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами пятого элемента И, выход которого сОединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И и входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с вторым входом триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одинадцятого элементов И, второй, третий и четвертый входы дешифратора соединены с шинами датчика положения ротора синхронного двигателя, первый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и шестого элементов ИНЕ, второй выход дешифратора соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И-НЕ, третий выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и шестого элементов И-НЕ, четвертый выход дешифратора соединен с первыми входами третьего.и пятого элементов И-НЕ, пятый выход дешифратора соединен с вторыми входами первого и пятого элементов M-НЕ, шестой выход дешифратора соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, седьмой выход дешифратора. соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, восьмой выход дешифратора соединен с третьими входами первого и пятого элементов И-НЕ, девятый выход дешифратора соединен с четвертыми входами третьего и пятого элементов И-НЕ, десятый выход дешифратора соединен с третьими входами второго и шестого элементов И-НЕ, одиннадцатый выход дешифратора соединен с четвертыми входами второго и четвертого элементов И-НЕ, двенадцатый выход дешифратора соединен с четвертыми входами первого и шестого элементов И-НЕ, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с вторыми входами шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого элементов И, выходы которых соединены с выходными шинами, 1798907 ау р

ЯЕигирра ср с ЕЛЮс2»

/ г/еФ7 юФ гг

2S Рмг. 2 зв I t

1 сгеню

nice»wehtAt ге gr я.г я.у л л Х- & & к ю rr к а2 ЗЯ у, ду ЮЬ яР1798907 фЯ

Фиг.Ф;, Составитель С.Галицков

Техред М.Моргентал: Корректор А.Козориз

Редактор

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

Заказ 779 Тираж - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб„4/5