Автоматический регулятор частоты генерируемого напряжения

(51) Н МЬньвм 1 ЙАР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(53) 621,313322.072.6(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 443450 ф кл. Н 02 Р 9/04, 19742. Авторское свидетельство СССР Р 525218, кл, Н 02 Р 9/04, 1976.3. Авторское свидетельство СССР В 562050, кл. Н 02 Р 9/04, 1977(54)(57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОЩ ГЕНЕРИРУЕМОГО НАПРЯУаЕНИЯг содержащий формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регулируемой частоте, генератор импульсов эталонной частоты, к выходу которого подключена первая логическая схема И, второй вход которой соединен с выходом Формирователя прямоугольных импульсов, а выход подключен к входу прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен схемой анализа состояний счетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором, а счетчик снабжен дополнительным входом обратного счета, подключенным к выходу второй логической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты, к первому входувторой логической схемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через одновибра- эС тор соединен с входом начальной установки счетчика импульсов, выходы которого подключены к входам схемы анализа состояний счетчика, выход ко. С, торой подключен к одному из входов выходной логической схемы И, другой Я вход которой соединен с выходом Формирователя прямоугольных импульсов, а выход выходной логической схемы И является выходом устройства.1 О Изобретение относится к автоматизации режимов работы электроагрегатов переменного тока и может бытьиспользовано для стабилизации частоты передвижных электроагрегатов, вчастности с приводом генератора откарбюраторных двигателей внутреннего сгорания,Известны автоматические регуляторы частоты, реагирующие на отклонение частоты от номинальной, ноимеющие недостаточную чувствительность и быстродействие за счет использования аналоговых принципов .измерения отклонения частоты отзаданной 1) и 2) 15Наиболее близким по техническойсущности.к изобретению является регулятор частоты, в котором определение отклонение частоты от номинальной розводт с помощью точныхцифровых принципов.Известный регулятор частоты содержит формирователь прямоугольныхимпульсов, соответствующих регули-.руемой частоте, генератор. импульсовэталонной частоты, к выходу которогоподключена первая логическая схемаИ, второй вход которого соединен свыходом формирователя прямоугольныхимпульсов, .а выход подключен ко вхо"ду прямого счета счетчика импульсов,вторая логическая схема И, выходнаялогическая схема И 3).Однако этот регулятор частоты неможет обеспечить высокую чувстви.тельность к отклонению частоты, точ-. З 5ность ее поддержания и быстродействие,так как скважность импульсов, поступающих со схем совпадения на аналОговый преобразователь при малыхотклонениях частоты, очень велика: 40при отклонении частоты от номинальнойна 1% скважность импульсов равна100 при отклонении на 2 скважностьимпульсов равна 50 и т.д . Исполнительное устройство, например электро магнит регулятора частоты, не можетобеспечить качественное регулированиепри такой большой скважности импульсов. Поэтому необходимо вводить врегулятор частоты еще аналоговыйпреобразователь, который уменьшаетточность и быстродействие системы,регулирования.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия автоматического регулятора частоты.55Поставлеиная цель достигаетсятем, что автоматический регуляторчастоты. генерируемого напряжения,содержащий Формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регулируемой частоте, генератор импульсов эталонной частота, к выходукоторого подключена первая логическая схема И, второй вход которойсоединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход подключен ко входу прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И,снабжен схемой анализа состоянийсчетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором, а счетчик снабжен дополнительным входом обратногосчета, подключенным к выходу второйлогической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты,к первому входу второй логическойсхемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которогочерез одновибратор соединен с входомначальной установки счетчика импульсов, выходы которого подключены квходам схемы анализа состояний счетчика, выход которой подключен к одному из входов выходной логическойсхемы И, другой вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход выходнойлогической схемы И является выходомустройства.На фиг. 1 приведена структурнаясхема автоматического регуляторачастоты; на фиг. 2 в .временные диаграммы, поясняющие принцип работы )устройства.устройство содержит Формировательпрямоугольных импульсов 1, преобра зовывающий синусоидальное напряжениес частотой, генерируемой объектомуправления, в прямоугольные импульсы (фиг.2), генератор импульсов эталонной частоты 2, включенный черезделитель 3 и логические схемы И 4и 5 на входы прямого счета +1 фи обратного счета -1 счетчикаимпульсов б, и логическую схему 7анализа состояний счетчика б, а такие одновибратор 8, являющийся схемойначальной установки счетчика б, подключенный к входу начальной установки (НУ) счетчика и выходную логическую схему И 9. Выходом устройстваявляется выход логической схемы И 9,Электроагрегат вырабатывает напряжение с частотой Й, которое подается на вход формирователя прямоугольных импульсов 1По переходу синусоиды напряжениячерез нулевое значение формирователь 1 формирует прямоугольные импульсы с периодом Т = 1/Й, поступающие на входы схем И 4 и 5, управляяих состоянием,В течение одной полуволны входного сигнала, соответствующей первой половине периода Т (фиг.2) схема И 4 пропускает счетные импульсыот генератора 2 на вход +1 реверсивного счетчика 6. В этот моментсхема И открыта управляющим сигналом с формирователя 1, а схема И 5закрыта. Для э=ого, например, вход схемы И 5 инвертирует управляющий сигнал (подобное состояние логических схем И можно получить имея два выхода формирователя 1, импульсы йа которых проинвертиронаны друг отно" 5 сительно друга) . Во второй половине периода Т наоборот сигналом с формирователя 1 открыта схема И 5, а схема И 4 закрыта, т.е. схема И 5 пропускает импульсы с делителя 3 на вход -1 реверсивного счетчика б. Одновременно по началу периода Т (по переднему фронту прямоуголь ного управляющего импульса с формирователя 1) одновибратор 8 Формирует короткий импульс, поступающий на вход НУ счетчика 6 и осуществляющий установку его в исходное состояние. С той же целью (в качестве схемы начальной установки счетчика б) могут использоваться другие устройства такие, как худущий мультивибратор, формирователь коротких импульсов и т.п.На вход прямого счета +1 в первой половине периода Т поступают 25 с генератора эталонной частоты 2 импульсы с периодом То через открытый логический элемент Й 4, и к началу второй половины периода Т счетчик б отсчитывает от исходного состояния 30 (во) количество импульсов, равное Т/2 То. В первой половине периода Т логический сигнал на выходе устройства не зависит от состояний счетчика б, которые определяют значение 35 выходного сигнала схемь 1 анализа 7, так как логическая схема И 9 по ее инвертирующему входу закрыта логическим сигналом (единичным) с формирователя 1. 40Во второй половине периода Т логическая схема И 4 закрыта, схема И 5 открыта и выходная схема И 9 также оТкрыта. Счетные импульсы с генератора 2 в этом случае, пройдя через делитель частоты 3, расширяются в К раз (К равно коэффициенту деления делителя 3) и через логическую схему И 5 поступают на вход обратного счета -1 счетчика б и вычитаются из отсчитанного по входу 50 +1 ф числа Т/2 То, т.е. с учетом исходного состоянйя во из состояния счетчика що+Т/2 То.Логическая схема анализа состояний счетчика 7, представляющая собой 55 в простейшем исполнении схему совпадения с иннертирующим выходом, включенную на определенное число (от Ь до и) последних выходов (ОьЯ) счетчика б, анализирует две области состояния счетчика в ) 1 и в с 1, где в - текущее состояние счетчика. Граница областей 1 равна числуи + 2 п+2 (фиг, 1), где Ь и и - целые числа, обозначающие ной 5 мера выходов счетчика в порядке возрастания их весон.Количество последних выходов счетчика 6, подключенных к схеме совпадения (и-Ь) зависит от значения 1+щ, =1, где 1 - Фиксированная величйна, а во начальное состояние счетчика и определяется из соотношения 2" + 2" ++ 2=1+в Например, при 1=1=3072 (в =О), Из соотношения 2 + 2" ++ 2 =3072 определяем и 3072=2 +2 1 о, следовательно п=11, и=Ь 10. Из этого следует, что к схеме совпадения должны быть подключены 10-ый и 11-ый выходы двенадцатиразрядного счетчика с нумерацией от 0 до 11 разряда, а в качестве схемы анализа состояния счетчика может быть использована двухвходовая схема совпадения. Когда щ 1 на выходе схемы 7 одно значение логического сигнала (нулевой уронень), а прн в с 1 - другое (единичный уровень) .На выход устройства логический сигнал со схемы 7 проходит через схему И 9, которая пропускает снгнал со схемы 7 только но второй полонине периода Т.Параметры регулятора частоты (частота эталонного генератора 2, коэфФициент деления делителя 3, емкость счетчика б, значение що) выбираются такими, чтобы при номинальной частоте напряжения, поступающего на вход формирователя 1, момент в=1 приходился на середину второй половины периода Т, Как видно величина 1 параметры элементов регулятора при этом связаны соотношением 1 =Т Ти: в " -- + щ , где К - коэффи 2 То 4 КТо оциент деленйя делителя частоты 3, Тогда при отклонении регулируемой частоты в сторону ее уменьшения (длительность Т и число Т/2 То увеличиваются) состояния счетчика щ с 1 могут быть (н зависимости от величины отклонения) от середины нторого полупериода Т до его конца,а длительность импульса на выходе схемы 7, соответственно от Т =Т/4 до т =О,При отклонении регулируемой частоты в сторону ее увеличения (длительность Т и число Т/2 То уменьшаются) состояния счетчика щ с 1 могут быть от начала второго полупериода до его середины, а длительность импульса на выходе 7, соответственно от =Т/2 до с =Т/4При Т=О осущестнляется максимальное воздействие на механизм подачи энергоносителя с целью увеличения частоты (например, за счет сжатия пружины), а при Ф=Т/2 - максимальное воздействие с целью уменьшения частоты (например электромагнитом, растягивающим пружину).Составитель О.Наказактор Т.Парфенова Техред О,Неце орректор А.Дзятк Тираж 667арственногоизобретенийва, Ж, Р Подписно 3/4 2 ВНИИПИ Гасу по делам 113035, МосЭаказ комитета СССРи открытийушская наб., д, 4/ илиал ППП 1 Патент, г. Ужгород, ул. Проектна При отклонениях частоты, близких к нулю, с выхода схемы 7 один раз за период на механизм топливо- подачи энергоносителя поступают импульсы длительностью, близкой к =Т/4 (ошибка дискретности, равная величине К То, ничтожна, так как Т Ъ То)Меняя коэФфициент деления делителя частоты 3, можно выбрать любой диапазон отклонения частоты, в которомизменяется от 0 до Т/2, например в зоне д й=+1%й. В выбранном диапазоне сохраняется линейность зависимости =2(дТ) . Вне выбранного диапазона длительность импульсов равна длительности на соответствующей границе диапазона,т.е. =0 или ь=Т/2.Таким образом, предлагаемый автоматический регулятор частоты позволяет повысить быстродействие ре гулирующего воздействия (за счетисключения запаздывания аналоговогопреобразователя) до величины одногопериода генерируемого напряжения,а также точность поддержания номи нальной частоты за счет линейнойзависимости Г=Е(дТ) в заданной зоне,причем крутизна этой зависимостиодинакова как при положительном,так и при отрицательном знаке отклонения частоты от номинальной,что позволяет обеспечить высокоекачество переходных процессов.