Асинхронный следящий привод

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх республик (i i)877469 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За я 8 < 0 22. 08. 7 9 (21 ) 27 97 203/18 (51) М. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет— ч 05 В 11/14

3Ъеударетеакный комитет

СССР во делам иаабретеник и открытий

Опубликовано д0 1р 81, Бюллетень ¹40

Дата опубликовании описания д0 1р,81 (53) УДК 62-50 (088.8) Н. Н. К ондратьев, Э. Г. Королев, Г. Г. См

А. С. Шаталов, Ю. А. Шаталов, В. A. Яковл (72) Авторы изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени экс исследовательский институт металлоре (7l ) Заявитель (54) АСИНХРОННЫЙ СЛЕПЯЩИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к следящим ф системам и приводам с обратной связью

По положению, исполнительным элементом которых является асинхронный трехфазный двигатель.

Известны системы частотного управле- 5 ния с корректировкой по частоте тока ротора асинхронного двигателя, Обратная связь в этом известном приводе осуществляется с помощью датчика скорости. Qoстоинством такого привода является возможность регулирования в широком диапазоне при высоком KIlll (Ц

Однако в этом приводе не обеспечивается достаточная жесткость механических характеристик, что обусловлено невозмож15 ностью получения достаточно высокого коэффициента усиления корректирующего контура. Поэтому этот привод невозможно йспользовать в качестве точного широко20 диапазонного привода подач рабочего органа металлорежущего станка.

Для повышения точности работы привода целесообразно использовать преобразователь угловых перемещений в код в качестве датчика обратной связи.

Наиболее близким к предлагаемому является привод, содержащий интегратор, последовательно соединенные двигатель, синуспо-косинусный датчик, первый умножитель и первый вычитатель, первый функциональный преобразователь, выход которого связан со вторым входом первого умножителя, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и второй умножитель, второй вход которого связан со вторым выходом синусно-косинусного датчика, а выход соединен со вторым входом первого вычислителя(. Я

Недостатком известного привода является ограниченное быстродействие.

Цель изобретения — повьппение точности и расширение диапозона регулирования асинхронного следящего привода с преобразователем угловых перемещений в код.

Поставленная цель достигается тем, что в асинхронный следящий привод введены третий умножитель, первый сумматор, 3 87 генератор пилообразных сигналов, первь и переключатель кодов, таймер, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и второй сумматор, последовательно соединенные четвертый умножитель, второй вычитатель, пятый умножитель, третий сумматор, первый компаратор, второй переключатель кодов, четвертый сумматор, последовательно соединенные блок задания констант, шестой умножитель, третий функциональный преобразователь, седьмой умножитель, второй компаратор, блок ключей, последовательно соединенные преобразователь код-частота, пятый сумматор и четвертый функциональный преобразователь, последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь восьмой умножитель и третий компаратор, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь, девятый умножитель и четвертый компаратор, последовательно соединенные блок переменных коэффициентов и второй интегратор, первый вход аналого-цифрового пре образователя связан с выходом первого вычитателя, второй вход второго сумматора связан с первым выходом первого интегратора, первый вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход четвертого умножителя связан со вторым выходом первого интегратора, первый вход третьего умножителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с третьим входом третьего сумматора, выходы блока ключей свя заны с обмотками. асинхронного двигателя вход преобразователя код-частота связан с выходом второго переключателя Кодов, выход четвертого функционального преобразователя связан со вторым входом седьмого умножителя, вход пятого функционального преобразователя связан с выходом пятого сумматора, выход третьего компаратора связан со вторым входом блока ключей, выход пятого сумматора связан со входом шестого функционального преобразователя, выход четвертого компаратора связан с третьим входом блока ключей, второй выход первого интегратора связан со входом блока пере менных коэффициентов, выход второго интегратора связан с третьим входом третьего сумматора, первый вход первого сумматора связан с первым выходом первого интегратора, второй вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан со вторым входом второго вычитателя, выход гене7469 4 ратора пилообразных сигналов связан со 1 вторыми входами второго, третьего и четвертого компараторов, первый Bxoll первого переключателя кодов связан с выходом третьего сумматора и с первым входом второго переключателя кодов, второй вход соединен с выходом первого компаратора, а третий вход связан со вторым выходом блока задания констант, вторым входом первого компаратора и третьим входом второго переключателя кодов, а выход соединен со вторым входом третьего функционального преобразователя, выходы таймера связаны со вторыми входами первого интегратора, аналого-цифрового преобразователя, преобразователя кодчастота и второго интегратора, третий вход которого связан с выходом второго вычитателя, второй вход третьего мно-, 20 жительного устройства соединен со вторым выходом блока переменных коэффициентов, третий выход которого связан со вторым входом третьего умножителя, второй выход первого интегратора со25 единен со вторым входом четвертого сумматора, выход которого связан со вторым входом шестого умножителя, третий выход блока задания констант соединен со вторым входом четвертого умножителя, первый выход первого интеграто30 ра связан со вторым входом пятого сумматора, третий вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вторые входы восьмого и девятого умножителей связаны с выходом третьего функционального преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема асинхронного следящего привода с преобразователем угловых перемещений в код.

40 Асинхронный следящий привод содержит синусно-косинусный датчик 1 угла, асинхронный двигатель 2, первый и второй умножители 3 и 4, первый вычитатель 5, аналого-цифровой преобразова45 тель 6, первый интегратор 7, таймер 8, второй сумматор 9, первый и второй функциональные преобразователи 10 и 11, первый сумматор 12, второй вычитатель

13, четвертый и пятый умножители 14

50 и 15, второй интегратор 16, третий сумматор 17, третий умножитель 18, первый компаратор 19, второй и первый переключатели 20 и 21, блок 22 задания констант, четвертый сумматор 23, пре»

55 образователь 24 код-частота, шестой умножитель 25, третий функциональный преобразователь 26, пятый сумматор 27, четвертый, пятый и шестой функциональВыход второго переключателя 20 ко50 дов связан с первыми входами четвертого сумматора 23 и преобразователя 24 код-частота. На второй вход сумматора

23 со второго выхода первого цифрового интегратора 7 поступает код частоты вращения ротора асинхронного двигателя 2. На второй вход преобразователя

24 код-частота поступает непрерывная

5 8774 ные преобразователи 28-30, соответственно, седьмой, восьмой и девятый умножители 31-33, второй, третий и четвертый компараторы 34-36, генератор 37 пилообразных сигналов, блок 38. ключей и блок 39 переменных коэффициентов.

Асинхронный следящий привод с преобразователем угловых перемещений в код работает следующим образом.

Сигнал с первого выхода синусно- 10 косинусного датчика 1 угла, кинематически связанного с ротором асинхронного двигателя 2, поступает на вход первого умножителя 3, а сигнал со второго выхода датчика 2 угла поступает на первый вход второго умножителя 4, выход котора го связан с первым. входом первого вычитателя 5.

Второй вход первого вычитателя 5 связан с выходом первого умножителя 3, а выход вычитателя 5 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого поступает на первый вход первого цифрового интегратора 7. Постоянная интегрирования первого интегратора 7 задается таймером 8, первый выход которого соединен со вторым входом интегратора 7. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 и первый выход первого интегратора 7 связаны соответственно с первым и вторым входами второго сумматора

9, выход которого связан со входами первого и второго функциональных пре.образователей 10 и 11. На выходах первого и второго функциональных преобразо35 вателей 10 и 11 формируются двоичные коды, представляющие собой квадратурные симметричные треугольные функции содержимого второго сумматора 9.

Выходы функциональных преобразователей 10 и 11 связаны со вторыми входами первого и второго умножителей 3 и 4 соответственно. Блоки 1, 3-7 и

9-11 образуют преобразователь угловых перемещений ротора асинхронного двига 45 теля 2 в код, причем содержимое второго сумматора 9 соответствует текущему значению угла поворота, содержимое первого интегратора 7 — частоте вращения, а код на выходе аналогс -цифрового преобразователя 6 » ускорение ротора асинхроннога двигателя 2.

На первый вход первого сумматора 12 поступает Kolj задания от системы ЧПУ, а второй и третий входы этого сумматора 12 связаны соответственно с выходом первогб интегратора 7 и с BbtxostoM аналого-цифрового преобразователя 6, причем содержимое сумматора 12 соответствует коду рассогласования между заданием и отработкой. Второй abocoa первого интегратора 7 связан с первым входом четвертого умножителя 14, выход которого связан с первым входом второго вычитателя 13, а выход первого сумматора 12 связан со вторым входом второго вычитателя 13, выход которого связан с первыми входами пятого умножителя 15 и второго цифрового интегратора 16.

Постоянная интегрированич второго интегратора 16 задается таймером 8, второй выход которого соединен со вторым входом второго интегратора 16. Выходы пятого умножителя 15 и второго интегратора 16 связаны соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора 17, третий вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя 6 через умножитель 18.

На выходе третьего сумматора 17 формируется код управления, который описывается следующим выражением

1 дд Д 1 АЬ 5 Д& 4Яд Дф%> (J где 8 — код управления; — задание, поступающее от системы ЧПУ;

- угол поворота ротора асинхронного двигателя 2, Ъ Ч вЂ” частота вращения ротора двигателя 2;

u - ускорение ротора двигателя 2, g,y

15, 14и 18, - постоянная интегрирования второ го интегратора 16, Кодовой сигнал с выхода сумматора

17 поступает на первые входы первого компаратора 19 и второго и первого переключателей 20 и 21 кодов. Выход первого компаратора 19 связан со вторыми входами первого и второго переключателей 21 и 20 кодов. Третьи входы переключателей 20 и 21 кодов и второй вход первого компаратора 19 связаны с первым выходом блока 22 задания констант, 7 87746 последовательность импульсов с третьего выхода таймера 8.

Выход четвертого сумматора 23 связан с первым входом умножителя 25, на второй вход которого со второго выхода блока 22 задания констант поступает эталонный сигнал. Выход шестого умножитепя 25 связан с первым входом третьего функционального преобразователя 26, второй вход которого связан с выходом 10 первого переключателя 21 кодов.

Выход преобразователя 24 код-частота связан с первым входом пятого сумматора. 27, второй вход которого соединен с первым выходом первого цифрового интегратора 7. а третий ахоп связан с выходом аналого-цифрового преобразователя 6, Выход пятого сумматора 27 поступает на первые входы четвертого, пятого и шестого функциональных преобразователей 28, 29 и 30, на выходах которых формируются двоичные коды, представляющие собой симметричные треугольные функции содержимого пятого сумматора

27 и имеющие относительный фазовый сдвиг 2У/3. Выходы четвертого, пятого и шестого функциональных преобразователей 28, 29 и 30 поступают соответственно на первые входы седьмого, восьмого и девятого умножителей 31, 32 и

33, вторые входы которых связаны с выходом третьего функционального преобразователя 26.

Выходы седьмого, восьмого и девятого умножителей 31; 32 и ЗЗ связаны

35 соответственно с первыми входами второго, третьего и четвертого компараторов

34, 35 и 36, вторые входы которых подключены к выходу генератора 37 пилообразных сигналов. Выходы второго, тре40 тьего и четвертого компараторов 34, 35 и 36 связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами блока 38 клю чей, выходы которого подключены ко входным обмоткам асинхронного двигателя 2.

Разрядность сумматора 27 выбрана

45 такой, что при отсутствии сигналов на его- первом входе содержимое этого сумматора (М ) соответствует текущему значению угла поворота вала синусно-коси50 нусного датчика 1 угла, кинематически связанного с ротором асинхронного двигателя 2. Коэффициент передачи седьмого, восьмого и девятого умножителей 31„32

И ЗЗ в этом случае описываются следую55 шими зависимостями

Ky„= ks< (vp + /з), 9

raeK,К и К

- коэффициенты передачи соответственно умножителей 31, 32 И 33, — угол поворота ротора асинхронного двигателя 2, К - коэффициент пропорциональности»

Сигналы с выходов седьмого, восьмого и девятого умножителей 31, 32 и ЗЗ и напряжение пилообразного сигнала, поступающего с выхода генератора 37 пилообразных сигналов, сравниваются соответственно на втором, третьем и четвертом компараторах 34,„35 и 36. На выходах этих компараторов формируются прямоугольные сигналы, модулированные по длительности в соответствии с соотношением (2j, Эти сигналы управляют силовыми транзисторными ключами блока 38 ключей, При этом огибающие прямоугольных сигналов, поступающих с выходов блока 38 ключей на обмотки асинхронного двигателя 2, изменяются в соответствии с соотношением

{2. ), т, е. при отсутствии сигналов на первом входе пятого сумматора 27 угловая скорость вращения в пространстве поля статора асинхронного двигателя 2 равна угловой скорости вращения его ротора, Если сигнал управляющего воздействия на выходе третьего сумматора 17 не пре восходит по абсолютной величине эталонное значение постоянного сигнала, поступающего с первого выхода блока 22 задания констант, то на выходе первого компаратора 19 вырабатывается положительный сигнал управЛения первым и вторым переключателями 21 и 20 кодов. В этом случае кодовый сигнал управления с выхода третьего сумматора 17 через второй переключатель 20 кодов поступает на первые входы четвертого сумматора 23 и преобразователя 24 код-частота, а эталонный кодовый сигнал с первого выхода блока 22 задания констант через первый переключатель 21 кодов поступает на вход третьего функционального преобразователя 26.

B этом режиме частота импульсов, формируемых на выходе преобразователя 24 код-частота, пропорциональна величине управляющего воздействия. B зависимости от знака управляющего воздействия эти импульсы поступают на суммирование или вычитание на первый вход пятого сумматора 27.

При этом справедливо следующее соотношение

УВ У "+С Я14 (Ь) 877469 10 величины, пропорциональной квадратному корню от управляющего воздействия, формируемого на выходе третьего сумматора 17.

Вход блока 39 переменных коэффициен тов связан со вторым выходом первого интегратора 7, Первый и второй выходы блока 39 преобразования коэффициентов связаны соответственно со вторыми входами пятого и третьего умножителя 15 и 18, а третий выход блока преобразования коэффициентов связан с третьим входом интегратора 16.

Блок 39 переменных коэффициентов в зависимости от частоты вращения ротора двигателя 2 изменяет коэффициент передачи третьего и пятого множительных устройств и постоянную интегрирования второго интегратора 16 для обеопечения высоких статических и динами2о ческих характеристик привода в широком диапозоне скоростей. достоинством предлагаемого технического решения является реализация цифроаналогового следящего асинхронного привода, имеющего высокие, статические и1 динамические характеристики в широком диапозоне скоростей при|большом КПЙ. где f - частота вращения в пространстве поля статора асинхронного двигателя 2, — частота врашения ротора асинхронР ного двигателя 2>

5 — частота импульсов на выходе преобразователя 24 коп частота, - коэффициент пропорциональности, определяемый разрядностью пятого сумматора 27. 1о

Сигнал на выходе четвертого сумматора 23 соответствует частоте вращения в пространстве поля статора асинхронного двигателя 2. Величина этого сигнала определяется коэффициентом передачи умножителя 25. При этом в приводе реализуется закон частотного регулирования, описываемый зависимостью

rae U<- амплитудное значение напряжения огибающей модулированного по длительности ВЧ-сигнала на одном из выходов блока ключей, — частота вращения в пространстве

С поля статора асинхронного двигателя 2

Если сигнал управляюшего воздействия на выходе третьего сумматора 17 превосходит по абсолютной величине эталонное значение постоянного сигнала, поступающего с первого выхода блока 22 задания констант, то на выходе первого компаратора 19 вырабатывается отрицательный сигнал управления первым и вторым пере- as ключателями 21 и 20 кодов. В этом случае на первые входы четвертого сумматора 23 и преобразователя код-частота с первого выхода блока 22 задания констант через второй переключатель 20 ко- 4о дов поступает эталонный сигнал, обеспечивающий получение такой постоянной разности между скоростями вращения в пространстве поля статора асинхронного двигателя 2 и ротора этого двигателя, при 45 которой достигается оптимальное соотношение между током ротора и магнитным потоком, а следовательно, между потерями в меди и стали двигателя.

В этом режиме управления с корректировкой по частоте тока ротора. сигнал управления с выхода третьего сумматора

17 через первый переключатель 21 ко- дов поступает на. второй вход третьего функционального преобразователя 26. При этом сигнал на выходе третьего функционального преобразователя 26 пропорционален произведению величины выходного сигнала восьмого умножителя и

Применение предлагаемого устройства в промышленности позволяет заменить дефицитные и сложные в изготовлении высокомоментные двигатели, применяемые, например, в приводах подач станков с ЧПУ, на дешевые и простые в изготовлении асинхронные двигатели.

Формула изобретения

Асинхронный следящий привод, содержащий первый интегратор, последовательно соединенные асинхронный двигатель, синусно-косинусный датчик угла, первый умножитель и первый вычитатель, первый функциональный преобразователь, выход которого связан со вторым входом первого умножителя, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и второй умножитель, вто рой вход которого связан со вторым вы-. ходом синусно-косинусного датчика угла, а выход соединен со вторым входом первого вычитателя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирова*ия привода, в него введены третий умножитель, первый сумматор, генератор пилообразных сигналов, первый переключатель кодов, таймер, последовательно

877469

12 соединенные аналого-цифровой преобразователь и второй сумматор, последовательно соединенные четвертый умножитель, второй вычитатель, пятый умножитель, третий сумматор, первый компаратор, второй переключатель кодов, четвертый сумматор, последовательно соединенные блок задания констант, шестой умножитель, третий функциональный преобразователь, седьмой умножитель второй компаратор, блок ключей; последовательно соединенные преобразователь кодчастота, пятый сумматор и четвертый функциональный преобразователь, последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь, 5 восьмой умножитель и третий компаратор, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь, девятый умножитель и четвертый компаратор, последовательно соединенные блок переменных коэффициентов и второй интегратор, первый вход аналогь-цифрового преобразователя связан с выходом первого вычитателя, второй вход второГо сумматора связан с первым выходом первого интегратора, первый вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход четвертого умножителя связан со вторым выходом первого интегратора, первый вход третьего умножителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с третьим входом третьего сумматора, выходы блока ключей связаны с обмотками асинхронного двигателя, вход преобразователя кодчастота связан с выходом второго пере35 ключателя кодов, выход четвертого функ ционального преобразователя связан со вторым входом седьмого умножителя„вход пятого функционального преобразователя о связан с выходом пятого сумматора, выход третьего компаратора связан со вторым входом блока ключей, выход пятого сумматора связан со входом шестого функционального преобразователя, вьасод чеч вертого компаратора связан с третьим входом блока ключей, второй выход первого интегратора связан со входом блока переменных коэффициентов, выход второго интегратора связан с третьим входом третьего сумматора, первый вход первого сумматора связан с первым выходом первого интегратора, второй вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан со вторым входом второго вычитателя, выход генератора пилообразных сигналов связан со вторыми входами второго, третьего и четвертого компараторов первый вход первого переключателя кодов связан с выходом. третьего сумматора и с первым входом второго переключателя кодов, второй вход соединен с выходом первого компаратора, а третий вход связан со вторым выходом блока задания констант, вторым входом первого компаратора и с третьим входом второго переключателя кодов, а выход соединен со вторым входом третьего функционального преобразователя, выходы таймера связаны со вторыми входами первого интегратора, аналого-цифрового преобразователя, преобразователя код-частота и второго интегратора, третий вход которого связан с выходом второго вычитателя, второй вход третьего множительного устройства соединен со вторым выходом блока переменных коэффициентов, третий выход которого связан со вторым входом третьего умножителя, второй выход первого интегратора соединен со вторым входом четвертого сумматора, выход которого связан со вторым входом шестого умножителя, третий выход блока задания констант соединен со вторым входом четвертого умножителя, первый выход первого интегратора связан со вторым входом пятого сумматора, третий вход которого соединен с выходом аналого- цифрового преобразователя, вторые входы восьмого и девятого умножителей связаны с выходом третьего функционального преобразователя, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Грузов В.А. и др. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. Л., «Энергия", 1970, с. 121.

2. Авторское свидетельство СССР

_#_o 2693501/24, кл, 805 B 11/14, 1978 (прототип) 877469

gyp низшзт шр

Составитель А. Лащев

РедактоР Ю, Ковач ТехРед М.Голинка Корректор М. Щароши

Заказ 9611/70 Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4