Цифровой регулятор

(51) С 05 В 11 26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ДВТ 0 Р 0 У СИДТЛЬСТВУт п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46 ) 15.07.83. Бюл. Ф 26 (72) В.И. Ольшевский и Б.А. Фурман (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина(56 ) 1. Батоврин А,А, и др. Цифровые системы управления. электроприводами. Л., "Энергия", 1977,.с, 18,2. Авторское свидетельство СССР Р 768866, кл. 0 21 Г 7/06, 1978 (прототип).(54)(57) ЦИФРОВОИ РЕГУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делитель частоты, блок сравнения, преобразователь коднапряжение, блок управления и двигатель,. вал которого механически связан с преобразователем скорость- частота, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности регулятора, в него введены инверторы, счетчики импульсов, элементы 2 И-ИЛИ, Р 5 -триггеры, элементы И формирователи импульсов и элемент ИЛИ, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, а первый и второй входы - соответственно к выходам первого.и второго формирователей импульсов, вход первого формирователя импульсов соединен с первым выходом преобразователя. скорость-частота, с первым входом первого счетчика импульсов и через первый инвертор - с первым входом второго счетчика импульсов, а вход второго формирователя импульсов с вторым выходом преобразователя скорость-частота, с первым входом; третьего счетчика импульсов и через второй инвертор - с первым входом четвертого счетчика импульсов, вторые входы счетчиков импульсов подключены к выходу преобразователя код-частота, выходы первого и в срого счетчиков импульсов через ервый элемент 2 И-ИЛИ соединены с 5-входом первого Р 5 -триггера, а выходы третьего и четвертого счетчи- Я ков импульсов через второй элемент 2 И ИЛИ соединены с 5 -входом второго фЛ Я 5-триггера,к -входы первого и вто- %УФ рого Й 5-триггеров подключены к уп- С равляющему входу регулятора, прямые выходы - соответственно к первым входам первого и второго элементов И, а инверсные выходы - к вторым Фаей входам первого и второго элементов еь, И, выходы которых соединенысоответ- аГ ственно с 5 -входом и Й -входом тре- Я тьего Й 5-триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к управляющим входам фаей :,второго и первого формирователей ймпульсов, первый и второйсигналь- фф ные выходы регулятора подключены Я) к прямому выходу первого Р 5 -тригге-. ра и к инверсному выходу второго Я 5-триггера.Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в устройствах для управления электроприводом.Известен цифровой регулятор скорости, содержащий задатчик скорости, блок управления, двигатель,измеритель скорости и преобразователи частоты 11.Однако известный регулятор характеризуется недостаточной надежностью.Наиболее близким к изобретениюявляется цифровой регулятор, содержащий последовательно соединенныегенератор опорной частоты, преобразователь код-частота, делитель частоты, блок сравнения, преобразователь код-напряжение, блок управления и двигатель, вал которого механически связан с преобразователемскорость-частота 2 .Данный регулятор также недоста"точно надежен,Целью изобретения является повышение надежности регулятора.Указанная цель достигается тем,что в цифровой регулятор введеныинверторы, счетчики импульсов, элементы 2 И-ИЛИ, Я 5 -триггеры, элементыИ, формирователи импульсов и элемент ИЛИ, выход которого подключен 30к .второму входу блока сравнения, апервый и второй входы - соответ-ственно к выходам первого и второгоформирователей импульсов, вход первого формирователя импульсов соединен с первым выходом преобразователя скорость-частота, с первымвходом первого счетчика импульсови через первый инвертор - с первымвходом второго счетчика импульсов,а вход второго формирователя импульсов - с вторым выхоДом преобразователя скорость-частота, с первымивходами третьего счетчика импульсови через второй инвертор - с первымвходом четвертого счетчика импуль 45сов, вторые входы счетчиков импульсов подключены к выходу преобразователя код-частота, выходы первого и второго счетчиков импульсовчерез первый элемент 2 И-ИЛИ соеди.нен с 5 -входом первого Й 5-триггера,а выходы третьего и четвертого счетчиков импульсов через второй элемент 2 И-ИЛИ соединены с Ь-входомвторого Й 5-триггера, Р -входы первого и второго РЬ-триггеров подключены к управляющему входу регулятора, прямые выходы - соответственнок первым входам первого и второгоэлементов И, а инверсные выходы -к вторым входам первого и второго.элементов И, выходы которых соединены соответственно с 3-входом иЙ- входом третьего Кб-триггера, йрямой и инверсный выходы которого65 подключены соответственно к управ"ляющим входам второго и первого формирователей импульсов, а первый ивторой сигнальные выходы регулятораподключены к прямому выходу первогок 5-триггера и к инверсному выходу второго Р 5 -триггера,На фиг. 1 приведена Функциональная схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Регулятор содержит генераторопорной частоты 1, преобразователькод-,частота 2, делитель частоты 3,блок сравнения 4, преобразователькод-напряжение 5, блок управления6, двигатель 7, преобразовательскорость-частота 8, импульсные датчики обратной связи 9 и 10, формирователи импульсов 11 и 12, элемент ИЛИ 13, инверторы 14 и 15счетчики импульсов 16 - 19, элементы 2 И-ИЛИ 20 и 21, Й 5 -триггеры 22 -24, элементы И 25 и 26, управляющий вход регулятора 27, сигнальныевыходы регулятора 28 и 29.Регулятор работает следующимобразом.Сигнал задания вырабатывается ввиде частоты импульсов с генератора опорной частоты 1, преобразованной в соответствии с уставкой: впреобразователе 2 и уменьшенной всоответствии с коэффициентом деления Кб делителя частоты 3. Сигналобратйой связи вырабатывается импульсными датчиками обратной связи 9 и 10 в .виде двух последовательностей прямоугольных импульсовсо скважностью, равной двум. Указанные последовательности сдвинутыдруг относительно друга на 90 О.Через .Формирователи импульсов 11и 12 и элемент ИЛИ 13 импульсыподаются на вход блока сравнения 4.формирователи импульсов 11 и 12снабжены управляющими входами, позволяющими блокировать прохождениесигнала на вход элемента ИЛИ 13.Частотные сигналы сравниваютсяв блоке сравнения 4, код ошибкипреобразуется в напряжение преобразователем 5 и поступает в блок управления 6, включающий усилительмощности и управляющий скоростьюисполнительного двигателя постоянного тока. Точность регулирования,частоты вращения в установившемся режиме определяется только стабильностью генератора опорной частоты 1С целью повышения надежностиработы регулятора в промышленныхусловиях применено резервированиенаиболее ненадежного звена - датчика импульсов преобразователя частоты вращения, устанавливаемогона вращающемся механизме. Резервирование осуществляется благодаря использованию в преобразователе скорости двух упомянутыхдатчиков 9 и 10и двух формирователей импульсов 11и 12, из которых один ( резервный .)нормально заблокирован сигналом, поступающим с Р 5 -триггера 24. При отклонении режима работы основного датчика. за допустимые пределы схемаавтоматически переключает основнойканал на резервный путем переключения блокировки формирователей импульсов 11 и 12. Переключение каналов происходит лишь в тех случаях,когда контроль состояния резервного канала подтверждает его исправ.ность,указанные функции реализуютсяследующим образом,На Р -входы установки нуля счетчиков 14 - 17 поданы прямые и инвертированные сигналы датчиков 9 и 10.Счетчики оказываются заблокированными в те полупериоды работы соответствующих датчиков, когда на их й, -входы поступает уровень сигнала,соответствующий логической "1" инаходятся в режиме счета импульсовв противоположные полупериоды. Насчетные входы всех счетчиков подана выходная частота генератораопорной частоты 1 Гаы 2. Емкость .каждого счетчика Мо равна емкостиделителя частоты 3, т.е. М = Кб иЪЮХ 2 э ЬВ установившемся режиме частотазадания Г на выходе делителя час 3тоти 3 равна частоте следованияимпульсов обратной связи Г . Вэтом случае, как видно из диаграммыфиг, 2 ), при скважности следования прямоугольных импульсов датчика обратной связи, равной двум, всоответствующем из счетчиков импульсов за время полупериода записывается число, равное й: - , приМоскважностиравной 3/4, - М: 34 Мр,Отклонение скважности следования импульсов датчиков обратной связи от номинальйого значения равного двум, в ту или иную сторонуявляется характерным признаком нарушения режима работы датчиков и вы. зывается как изменением характеристик элементов, так и консхруктивными нарушениями (напримеризменением рабочего зазора вследствие ослабления крепления датчиковпри вибрации и т.п. ).В то,же время, как правило, пбизменению скважности можно судитьо появившейся тенденции к нарушению работы еще задолго до аварий-.ного состоянияТаким образом, некоторое предельное значение числа М, записываемое в счетчик 14 - 7 за 3 полупериод работы датчика импульсов обратной связи, может служить призна-ком. Появление предельного значенияЙ , фиксируется в любом из четырех счетчиков 14 - 17. Фиксация произ-водится путем дешифрации состояния старших разрядов счетчика с помощью элементов 2 И-ИЛИ, входы кото"рых подключены к единичным выходам старших разрядов счетчиков.Так, например, при Кб= МО=,16 факт 1 О записи,.числа 12 и более (коэффициентзаполнения )0,75) однозначно фикси-.руется при появлении единицы в двухстарших разрядах четырехразрядно-го двоичного счетчика. Контроль 15 как прямых, так и инвертированныхсигналов датчиков позволяет фиксировать в данном случае границы допустимого изменения коэффициентазаполнения от 0,25 до 0,75. При вы- О ходе одного из датчиков на укаэанныеграницы на выходе элемента 2 И-ИЛИ20 (или 21) Формируется сигнал, ус":танавливающий триггер 22. (или. 23)в состояние единицы, что Фиксируетналичие ситуацйи, близкой к аварийной, в данном канале обратнойсвязи. Если при этом триггер друго-го канала 23 (или 22) находитсяв исходном (нулевом) состоянии,то через элемент И 25 (или 26) из- ЗО менение состояния триггера 22 (2)передается по установочному входуна триггер 24, управляющий форин"рователями импульсов 11 и 12. Происходит изменение состояния триг гера 24 и переключение каналов саварийного на резервный. В случаеже, когда на втором канале ужезафиксирована аварийность, перекрестная блокировка по вторым входам 4 О элементов И 25 и 26 запрещает переключение каналов. В этом случаевыдается команда на световую (предупредительную ) сигнализацию (выходы 28 и 29 ) с выходов 28 и .29триггеров. Как видно из работы регулятора, неисправности датчиков, выражающиеся в отсутствии на их выходах импульсной последовательности (постоянный уровень нуля илиединицы либо обрыв цепи ), также вос принимаются как частные случаи,соответствующе предельным.значениям максимальной и минимальнойскважности.Так как переключение происходит 55 на Фронте импульса обратнойсвязи,.а фазовый сдвиг между импульсамиосновного (в данный момент )и резервного каналов составляет 90 О,то очевидно, что переключение ка О налов происходит без потерь инфор"маций.Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает резервирова-.ние элемента, находящегося в наиболее тяжелых уСловиях эксплуатаЦйи, - датчика обратной связи, выражающееся в предупредительной сигнализации и автоматическом переключении,регулйтора с аварийного на резервный канаЛ обратной связи.Таккак в принципе работы блока контро-,ля неисправностей заложено предотвращение аварийной ситуации (например при .граничных значениях коэффициента заполнения 0,25 и 0,75еще обеспечивается нормальная работа регулятора ), то даже, есливышел из строя резервный канал, нарушение работы регулятора, а значит и техиологического оборудования, как правило, не наступает присвоевременной реакции обслуживающегоперсонала на световую сигнализацию.