Устройство для цифрового управления асинхронным двигателем

(1 11 688974 Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное и авт. свнд-ву 21) 206470824-0 51) Ч. Кл,"- Н 0 Р 1 Я 1 СоР 18 2) Заявлено 20 09 7с присоединениек3) Приоритет3) Опубликовано 30 аявки Ме осударственнык ломите(088.8) О, Бюллстсн: Ъ,з ветенн по делац открытии(45) Дата опубликования описания 30,09.7 72) Автор изобретения А. Баранов(71) Заявитель Институт кибернетики АН Украинской С РАВЛЕНИЯ РОВОГО УПВИГАТЕЛГ 2(54) УСТ РО Й СТВО ДЛ ЯАСИНХРОННЬ Изобретение относится к ооласти вычислительной техники и может быть использовано в высокоточных цифровых следящих системах, в системах автоматического управления электродвигателя.Известны устройства для цифрового управления двигателем, используемые в цифровых системах 1 и в электроприводах 2, содержащие аналоговые элементы сравнения, усилители рассогласования сигналов. Недостатком данных устройств является их низкое быстродействие.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для цифрового управления асинхронным двигателем 3, содержащее источник постоянного тока, соединенный с усилителем постоянного тока с широтно-импульсным модулятором, который через фильтр, преобразователь с задающим генератором, соединен с двигателем.Данное устройство рабстает следующим образом.Сигнал управления подается на вход широтно-импульсного модулятора. За счет особого построения широтно-импульсного модулятора управляющий сигнал преобразуется в высокочастотные прямоугольные импульсы с регулируемой скважностью. Скважность прямоугольных импульсов определ яет время подключения усилителя постоянного тока к источнику постоянного тока, а пх полярность характеризует фазу подводпмого напряжения к двигателю.б Таким образом, усиленные прямоугольные импульсы с выхода усилителя постоянного тока поступают через фильтр, где происходит выделение постоянной составляющей и сглаживание пульсаций, которые выз ваны широтно-импульсным модулятором(ШИМ), к преобразователю с задающим генератором. На выходе преобразователя с задающим генератором образуются прямоугольные импульсы с амплитудой, эквивалентной управляющему сигналу и частотой, необходимой для питания двигателя.Основным недостатком устройства является наличие фильтра, который создает инерционность в цепи управления при прохождении управляющего сигнала. Это приводит к понижению быстродействия устройства, к нежелательным переходным процессам, которые возникают при включении цифрового устройства управления асинхронным двигателем в контур высокочастотных цифровых следящих систем и систем автоматического управления.Целью изобретения является повышениебыстродействия устройства.,30 Поставленная цель достигается тем, что3устройство для цифрового управления асинхронным двигателем, содержащее усилитель постоянного тока, преобразователь код - временной интервал, состоящий из генератора импульсов, подключенного ко входу счетчика-модулятора, к другим входам которого подключены выходы вентилей, а к выходу вход триггера-модулятора, выходами подключенного ко входам вышеуказанных вентилей, другие входы которых подключены ко входу триггера-реверса, а на вход регистра подается сигнал управления, снабжено последовательно соединенными формирователем импульсов, узлом задержки импульсов, синхронизируюшим элементом, триггером тактовой частоты, модулятором управляющего сигнала, причем вход формирователя импульсов соединен с выводом для подключения к сети, выход модулятора управляющего сигнала соединен с входом усилителя постоянного тока, один из входов синхронизирующего элемента соединен с общей точкой соединения выхода генератора импульсов и входа счетчика модулятора, один из входов модулятора управляющего сигнала соединен с выходом триггера-модулятора, а другой его вход - с выходом триггера реверса.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.Устройство содержит последовательно соединенные формирователь импульсов 1, узел задержки 2, синхронизпрующий элемент 3, триггер тактовой частоты 4, модулятор управляющего сигнала 5, усилитель постоянного тока 6. Вход формирователя импульсов 1 соединен с сетью переменного тока 7, а входы синхронизирующего элемента 3 и модулятора управляющего сигнала 5 соединены с преобразователем код - временной интервал 8, Выход модулятора управляющего сигнала 5 через согласующий трансформатор соединен с управляющей обмоткой двигателя 9, обмотка возбуждения двигателя через фазосдвигающую емкость соединена с сетью переменного тока 7. Выход генератора импульсоз 10 преобразователя код в временн интервал 8 соединен с входом синхронизирующего элемента 3, а выходы триггера-модулятора 11 и триггера реверса 12 преобразователя код в временн интервал 8 соединены со входом модулятора управляющего сигнала 5,Преобразователь код - временной интервал 8 состоит из генератора импульсов 10, счетчика-модулятора 13, триггера-модулятора 11, вентилей 14, 15, регистра 16, на вход которого подается сигнал управления и триггера реверса 12,Элементы преобразователя код в временной интервал 8 выполняют следующие функции.00 05 пики,5 10 15 20 25 30 35 -10 45 50 4Регистр 16 принимает сигнал управления в виде параллельного цифрового кода, вентили 14 служат для записи прямого кода из регистра 16 в счетчик 13, а вентили 15 - для записи обратного кода из регисгра 16,Преобразование происходит в два этапа.На первом этапе сигнал управления переписывается из регистра 16 в счетчик 13 в прямом двоичном коде, Затем импульсы от генератора 10 начинают поступать на вход счетчика 13, суммируясь с установленным в нем число. Когда все разряды счетчика 13 будут в положении О, с последнего триггера счетчика 13, который является триггером-модулятором 11, выйдет импульс переполнения, означающий окончание первого этапа преобразования, Импульсом переполнения начинается второй этап преобразования.Импульс с триггера-модулятора 11 открывает систему вентилей 15, и обратный код управляющего сигнала переписывается из регистра 16 в счетчик 13. После начала второго этапа импульсы генератора 1 О снова начинают заполнять счетчик 13, суммируясь в нем с обратным кодом управляющего сигнала. Когда все разряды счетчика 13 снова принимают состояние О, то новый импульс переполнения стазит триггер- модулятор 11 в первоначальное положение (в нуль), что обеспечивает нову 1 о запись прямого кода управляющего сигнала в счетчик 13, и цикл повторяется. Слсдовательно, время, в течение которого триггер- модулятор 11 стоит в одном состоянии (в единице) пропорционально коду управляющего сигнала.Устройство работает следующим образом,Формирователь импульсов 1 организует импульсы при переходе через нуль с 11 нусоидального напряжения сети переменного тока (фиг. 2, а), которые, поступая в узел задержки импульсов 2, задерживаются на время 1,1 мс (сдвиг соответствует частоте сети 50 Гц (см. фиг. 2, б). Это необходимо для создания такой формы управляющего сигнала, подводимого к обмотке управления двигателя, которая пе содержит третьей гармонической составляющей (фиг. 2, в). Далее импульсы поступают в элемент 3, где они синхронизируются с импульсами генератора. Синхронизация необходима для разделения во времени импульсов тактовой частоты, получаемых с выхода триггера тактовой частоты 4 и управляющего сигнала, яолучаемого с выхода триггера-модулятора 11. С выхода узла синхронизации 3 импульсы (фиг. 2, б) поступают на вход триггера тактовой частоты 4. На выходе триггера тактовой частоты 4 образуются прямоугольные перепады напряжения (фиг. 2, в), формы которых, в отличис от прототипа, не содержит третьей гармод о 1 з Прямоугольные импульсы, получаемые на выходе триггера тактовой частоты 4 (импульсы большей длительности, имеют частоту и фазу, равные соответственно частоте и фазе сети переменного тока. Это вызвано тем, что обмотка возбуждения двигателя подключена к сети переменного тока. Импульсы с выхода триггера тактовой частоты 4 поступают на вход модулятора управляющего сигнала 5. Другие входы модулятора управляющего сигнала 5 соединены с триггером-модулятором 11 и триггером знака (реверса) 12.Управляющий сигнал, снимаемый с триггера-модулятора 11, подается на вход модулятора управляющего сигнала 5 и представляет собой широтно-импульсную модуляцию прямоугольных импульсов с нес;о- метричным законом управления (фпг,2,г). В модуляторе управляющего сигнала 5 происходит модуляция управляющего сигнала (фиг. 2, г) прямоугольными импульсами, получаемыми с единичного пли нулевого выходов триггера тактовой частоты 4 (фиг, 2, в). В результатена выходе модулятор управляющего сигнала 5 образуется управляющий сигнал (фиг, 2, д), частота которого равна частоте сети переменного тока, а фаза зависит, от какого выхода (единичного или нулевого) триггера тактовой частоты 4 происходит модуляция. Подключение единичного или нулевого выхода триггера тактовой частоты 4 к модулятору управляющего сигнала 5 определяет триггер реверса 12, который позволяет осуществлять реверсирование асинхронного двигателя,Следовательно, выходной сигнал модулятора управляющего сигнала 5 представляет собой периодический сигнал (фиг. 2,д), период которого заполняется высокочастотными импульсами переменной скважностп 5. Скважность 5 импульсов пропорциональная величине управляющего сигнала (меняется от 0 до 1), а их количество, входящее в период, характеризуется коэффициентом заполнения где Т; - период сигнала управления(см. фпг. 2, г);Т, - период сети переменного тока(фиг. 2, а) .Коэффициент заполнения л пз соотношения (1) выбирается таким образом, чтобы в подводимом сигнале управления к двигателю содержалось минимум высокочастотных гармоник, наличие которых, особенно в высокочастотных системах управления, приводит к вибрациям ротора двигателя (при малых моментах нагрузки)."о г -) 3 О Зб 4 О 4 э 50 э 5 оо Выходной сигнал модулятора управляющего сигнала 5 представляет средние значения напряжения, которое, усиливаясь по амплитуде в усилителе постоянного тока 6, через согласующий трансформатор подводится к управляющей обмотки двигателя. Амплитуда управляющего сигнала, подводимого к двигателю, эквивалентна величине сигнала управления.Таким образом, требуемый положительный эффект, т, е. повышение быстродействия устройства, упрощение конструкции, достигается исключением из цепи управления фильтра, путем создания формы управляющего сигнала, близкой к синусоидальной. Формула изобретения Устройство для цифрового управленияасинхронным двигателем, содержащее усилитель постоянного тока, преобразователькод - временной интервал, состоящий из генератора импульсов, подключенного ковходу счетчика-модулятора, к другим входам которого годключены выходы вентилей,а к выходу - вход триггера-модулятора,выходами подключенного ко входам указанных вентилей, другие входы которыхподключены к выходам регистра, другимвыходом подключенного ко входу триггерареверса, а на вход регистра подается сигнал управления, отличающееся тем,что, с целью повышения быстродействия,оно снабжено последовательно соединенными формирователем импульсов, узлом задержки импульсов, синхронизирующим элементом, триггером тактовой частоты, модулятором управляющего сигнала, причемвход формирователя импульсов соединен сподключениямодулятора управляющего сигнала соединен с входом усилителя постоянного тока,один из входов спнхронизпрующего элемента соединен с общей точкой соединения выхода генератора импульсов и входа счетчика-модулятора преобразователя код в временной интервал, один из входов модулятора управляющего сигнала соединен с выходом триггера - модулятора преобразователя код в временн интервал, а дрязгой еговход - с выходом триггера реверса.Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе1. Патент США3340447, кл. 318 - 16,1967.2. Патент США3612974, кл. 318 в 3,1971.3. Хасаев О, И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. М., Наука,1966, гл. 11, с. 130 - 138.Типография, пр. Сапунова,Заказ 2204/10НПО Поискз Г Изд. Ио 567 Тираж 866рственного комитета СССР по делам изобретени 13035, Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5 одписно открыти