Следящий привод

.968, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКУ си(56) 1. Электронная техника в автоматике. Сборник статей под редакциейЮ.И. Конева, вып. 5. М., "Советскоерадио", 1973, с, 47,2 Панкратьев А.Д. и др. Импульсные и релейные следящие приводы постоянного тока с полупроводн иусилителямиМ., "Энергия", 1с. 54-55 (прототип).(54)(57) СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащийтрансформатор, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третийи четвертый диоды, сумматор-модулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входи которого соединенысоответственно с выходом источниказадающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валомэлектродвигателя, с выходом первогоисточника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходомисточника отрицательного постоянногонапряжения, а выход - с вторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым ивторым выводами усилителя мощности,а пятый вывод - с общей шиной привода и с третьим выводом усилителя мощности, первый и второй выводы электродвигателя соединены с первыми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью удешевления, упрощения привода, повышения его надежности и устранения зоны нечувствительности привода, в нем дополнительно установлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводом усилителя мощности и с первыми вывода- е1 ми первого и второго конденсаторов, и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-моду- %аеа лятора, второй вывод первого переменного резистора соединен с вторым вы- Я водом первого конденсатора и через третий диод - с четвертым выводом усилителя мощности, второй вывод второго переменного резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и через четвертый диск - с пятым выводом усилителя мощности, шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с первым,выводом трансформатора, а седьмой вывод - с вторыми вьВодами второго дйода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соединены с первым и вторым выводами электродвига- ф теля.Изобретение относится к следящим приводам постоянного тока и может быть использовано при автоматизации технологических и производственных процессов в тех случаях, когда в качестве исполнительного механизма используется регулируемый по скорости реверсивный сериесный электродвигатель постоянного тока.Известен следящий привод, содержащий датчик и блок обратной связи, 10 выходами подключенные к соответствующим входам широтно-импульсного модулятора., первый и второй выходы которого соединены соответственно через первый и второй усилители с соответ ствующими входами мостового переключающего устройства, в одну диагональ которого включен якорь электродвигателя, .а в другую через дроссель - силовой источник питания 1 .20Недостатком такого привода является его конструктивная сложность, связанная с необходимостью применения четырех каналов управления транзисторами мостового переключающего устройства и, следовательно, его низ,кая надежностьНаиболее близким к изобретению по технической сущности является следящий привод, содержащий сумматор- модулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого сое-. динены соответственно с выходом ис- точника задающего напряжения, с выходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связи с валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом предварительного усилителя, с выходом источника отрицательного по стоянного напряжения, а выход - с вторым выводом предварительного уси лителя, третий и четвертый выводы которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя 45 мощности, а пятый вывод - с общей шиной привода н с третьим выводом усилителя мощности, четвертый и пятый выводы которого соединены с первыми выводами соответственно первого и 50 второго диодов и соответственно с первым и вторым выводами электродвигателя, третий вывод которого через первый резистор соединен с вторыМи выводами первого и второго диодов и выходом второго источника положительного постоянного напряжения, первый . и второй выводы первого резистора соединены через преобразователь, содержащий трансформатор, четыре диода, четыре транзистора и два конденса 0 тора,с шестым и седьмым выводами ,усилителя мощности 2 .Недостатками известного привода являются его конструктивная сложность, связанная с наличием двух каналов усиления для обеспечения реверса электродвигателя, а значит нысокая стоимость и низкая надежность.Кроме того, сумматор-модулятор из,вестного привода ныполнен таким образом, что при нулевом значении егосуммарного входного сигнала скважность импульсов выходного сигналаравна нулю, н оба триггера, входящие н состав этого сумматора-модуля.тора закрыты, потому что они имеютнекоторый порог срабатывания, который определяет зону нечувствительности известного привода.Цель изобретения - удешевление,упрощение, повышение надежности иустранение зоны нечувствительностипривода.1,Поставленная цель достигается тем, что н следящем приводе, содержащем трансформатор, первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий н четвертый диоды, сумматор- модулятор, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом источника задающего напряжения, свыходом источника переменного напряжения, через датчик обратной связис валом электродвигателя, с выходом первого источника положительного постоянного напряжения и первым выводом преднарительного усилителя, с выходом источника отрицательного постоянного напряжения, а выход - свторым выводом предварительного усилителя, третий и четвертый выводи которого соединены соответственно с первым и вторым выводами усилителя мощности, а пятый вывод - с общей шиной природа и с третьим ныводом усилителя мощности,.первый и второй выводы электродвигателя соединены с первыми выводами соответственно пятого и шестого диодов, вторые выводы которых соединены с третьим выводом электродвигателя и выходом второго источника положительного по"стоянного напряжения, дополнительноустановлены первый и второй переменные резисторы, первые выводы которых соединены с третьим выводомусилителя мощности и с первыми выво" дами первого и второго конденсаторон,и первого и второго диодов, а подвижные выводы соответственно с шестым и седьмым входами сумматора-модулятора, второй вывод первого переменного резистора соединен с вторымвыводом первого конденсатора и через третий диод - с четвертым выво.дом усилителя мощности, второй вывод второго переменного резистора соединен с вторым выводом второгоконденсатора и через четвертый диод -с пятым выводом усилителя мощности,шестой вывод которого соединен с вторым выводом первого диода и с первым выводом трансформатора, а седьмой вывод - с вторыми выводами второго диода и трансформатора, третий и четвертый выводы которого соединены с первым и вторым выводами электродвигателя.На фиг.1 показана пРинципиальная электрическая схема привода, на фиг.2 - осциллограммы входных и вы ходного сигналов.Привод содержит сумматор-модулятор 1, предварительный усилитель 2, транзисторы 3-5, усилитель б мощности, транзисторы 7-10, резисторы 11 15 и 12, трансформатор 13, электродвигатель 14, пятый, шестой, третий и четвертый диоды 15-18, первый и второй конденсаторы 19 и 20, первый и второй переменные резисторы 21 и 22, 20 первый и второй диоды 23 и 24, датчик 25 обратной связи, источник 26 переменного напряжения, источник. 27 задающего напряжения, резисторы 28- 32, операционный усилитель 33, ре зисторы 34-39, первый и второй источники 40 и 41 положительного постоянного напряжения, источник 42 отрицательного постоянного напряжения, первая и вторая обмотки 43 и 44 трансформатора 13, первая и вторая обмотки 45 и 46 и.якорь 47 электродвигателя 14.Б, - выходной сигнал -го элементапривода. 35В состав усилителя-молулятора 1 входят резисторы 28-31, 32 и операционный усилитель 33.В состав предварительного усилителя 2 входят транзисторы 3-5 и резисторы 34-39.В состав усилителя б мощности входят транзисторы 7-10 и резисторы 11 и 12В качестве исполнительного двигателя в предлагаемом приводе исполь" 45 зуется сериесный электродвигатель 14, который содержит обмотки 45 и 46 и якорь 47.Резисторы 11 и 12 выполняют роль элементов обратной связи по току. 50Конденсаторы 19 и 20 выполняют роль интегрирующих элементов,Переменные резисторы 21 и 22 предназначены для формирования, сигналов обратных связей по току. 55Указанные на фиг.2 осцилограмьи разделены по,времени на четыре зоны: в 1 зоне выходные напряжения источника задающего сигнала и датчикаобратной связи равны нулю; во 11 зоне 60 задается положительное ступенчатое напряжение на .выходе источника 27 задающего сигнала; в 111 зоне задается отрицательное ступенчатое напряжение на вюоде источника 27 эа дающего сигнала; в 1 Ч зоне отрицательное напряжение на выходе ис- . точника 27 задающего сигнала уравновешивается положительным напряжением на выходе датчика 25 обратной связи.Привод работает следующим образом.Напряжение О от источника 26 переменного напряжения, например генератора пилообразного напряжения, (Фиг.2) поступает на вход сумматора-модулятора 1, который выполнен на операционном усилителе 33.Это напряжение через резистор 32 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 1.Пусть источник 27 задающего напряжения и датчик 25 обратной связи представляют собой потенциометры, запитанные постоянным напряжением. При условии равенства выходных напряжений источника 27 задающего напряжения и датчика 25 .обратной связи, т.е. при нулевом напряжении рассогласования, ,сумматор-модулятор 1 вырабатывает переменное выходное напряжение прямоугольной Формы со скважностью 0,5, которое поступает на вход предварительного усилителя 2 (Эоны 1 и 1 Ч приведенных на Фиг.2 осциллограмм). Импульсы положительной полярности через резисторы 34 и 35 открывают транзисторы 3 и 4 предварительного усилителя 2, при этом транзистор 5 предварительного усилителя 2 через резистор 38 закрывается. В итоге на четвертом (неинвертирующем). выводе предварительного усилителя 2 .(на коллекторе транзистора 5) Формируется положительное напряжение, на третьем (инвертирующем) выводе предварительного усилителя 2 (на коллекторе транзистора 3) - нулевой уровень напряжения. Импульсы отрицательной полярности закрывают транзисторы 3 и 4, и характер напряжений на выходах усилителя 2 меняется на противоположный.Указанные импульсы с выводов предварительного усилителя 2 поступают на первый и второй выводы усилителя б мощности, открывая и закрывая на равные промежутки времени в течение периода его плечи, выполненные на составных транзисторах 7 и 8 и 9 и 10. При этом через обмотки трансформатора 13 протекает переменный ток с частотой источника 26 переменного напряжения, а через якорь 47 электродвигателя 14 - импульсы тока постоянного напряжения.Нарастание тока якоря 47 электродвигателя 14 в течение каждого полу- периода определяется индуктивностью обмоток 45 и 46 и якоря 47 электродвигателя 14. Индуктивность обмоток 45 и 46 возбуждения электродви-гателя 14 невелика по сравнению синдуктивностью якоря 47. Если электродвигателЬ 14 включить в качественагрузки усилителя 6 мощности безтрансформатора 13, то при нулевомнапряжении рассогласования и при неподвижном якоре 47 электродвигате-.ля 14 через якорь 47 протекает макси.мальный постоянный ток, определяемыйвеличиной выходного напряжения источника 41 положительного постоянного напряжения и активным сопротивлением обмоток 45 и 46 электродвигателя 14, что приводит либо к перегревуи выходу из строя электродвигателя 14, либо к нарушению режима работы и выходу из строя транзисторов 710 усилителя 6 мощности,Трансформатор 13 имеет одинаковоеколичество витков обеих обмоток 43и 44 и выбирается таким образом, 2 Очтобы в режиме нулевого напряжениярассогласования ток якоря 47 электродвигателя 14 составлял порядка 10от его номинального тока, При появлении напряжения рассогласования изменяется скважность импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 и черезобмотки 43 и 44 трансформатора 13и обмотки 45 и 46 электродвигателя 14 вместе с переменной составляющей частоты источника 26 переменного напряжения протекает постояннаясоставляющая, которая приводит электродвигатель 14 во вращение, причемнаправление вращения определяетсяполярностью напряжения рассогласования. Второе требование к выборутрансформатора 13 - минимальные потери в обмотках 43 и 44 трансформатора 13 при номинальном токе якоря 47электродвигателя.14.Таким образом, введение в приводтрансформатора 13 с двумя одинаковыми обмотками 43 и 44 позволило использовать в приводе с усилителем бмощности симметричный закон управления, одноканальный предварительныйусилитель и исключить зону нечувствительности по заданному напряжению,присущую известному устройству.Для ограничения тока электродви Огателя 14 при больших напряженияхрассогласования в привод введены дополнительные элементы, увеличивающиеглубину отрицательной обратной связи по току, Они образованы диодами 17 и 18, конденсаторами 19 и 20и регулируемыми резисторами 21 и 22.Диоды 17 и 18 предотвращают разрядконденсаторов 19 и 20 в каждый полупериод через ниэкоомные элементы об Оратной связи по току - резисторы 11и 12 усилителя б мощности. Регулируемые резисторы 21 и 22 позволяютустановить необходимую глубину отрицательной обратной связи по току,т.е. ограничить ток электродвигателя 14 на любом заданном уровне.Диоды 23 и 24 установлены для предохранения транзисторов 7-10 усилителя 6 мощности от перенапряжения при прерывании протекания тока через обмотки 43 и 44 трансформатора 13, Они работают следующим образом, Пусть произошло закрытие транзисторов 7 и 8 и прервался ток через первую обмотку 43 трансформатора 13, при этом индуцируется ЭДС обратного знака во второй обмотке 44 трансформатора 13, которая вызываетпротекание тока через диод 24 и внутреннее сопротивление второго источника 41 положительного постоянного напряжения. Аналогично, при прерывании протекающего тока через транзисторы 9 и 10 замыкание тока, вызванного индуктируемой ЭДС, йроисходит через диод 23.При появлении на выходе источника 27 задающего напряжения положительного напряжения увеличивается ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1, иуменьшается соответственно ширина отрицательных импульсов (зона 11 на Фиг.2,1. Эти импульсы госле усиления предварительным усилителем 2 и усилителем 6 мощности вызывают протекание по обмоткам 43 и 44 электродвигателя 14 переменного тока, имеющего постоянную составляющую, создающую магнитный поток возбуждения.Электродвигатель 14 приходит во вращение и перемещает ось датчика 25 обратной связи таким образом, что на его выходе появляется отрицательное напряжение (фиг.2,зона 11), По мере нарастания этого напряжения ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 уменьшается, отрицательных - возрастает, постоянная составляющая тока электродвигателя 14 при этом уменьшается и при равенстве напряжений датчика 25 обратной связи и источника 27 задающего напряжения электродвигатель 14 останавливается.При появлении на выходе источника 27 задающего напряжения отрицательного напряжения уменьшается ширина положительных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1 и увеличивается соответственно ширина отрицательных импульсов (зона 111 на Фиг,2). Эти импульсы после усиления предварительным усилителем 2 и усилителем 6 мощности вызывают протекание по обмоткам 43 и 44 электродвигателя 14 переменного тока, имеющего постоянную составляющую уже другого знака, и электродвигатель 14 вращается в противоположную сторону, перемещаяось датчика 25 обратной1136105 связи таким образом, что на его выходе появляется положительное напряжение (фиг.2,.зона 111). По мере нарастания этого напряжения ширина положительных и отрицательных импульсов на выходе сумматора-модулятора 1уравнивается, постоянная составляю-,щая тока эчектродвигателя 14 при этомуменьшается, и при равенстве выходных напряжений датчика 25 обратной связи и источника 27 задающего напряжения электродвигатель 14 останавливается (зона 1 у на фиг.2).Таким образом, указанные отличительные признаки предлагаемого технического решения позволяют примерно на 30 удешевить и упростить предлагаемый привод, устранить в нем зону нечувствительности и примерно в 6 раэ повысить его надежность. ЧИИПИ Заказ 10284/34 ираж 8 б 3 Подписно филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул,Проектная,4