Устройство для регулирования скорости электропривода

(51)5 С 05 О ИЗОБРЕТЕН Я ВТОРИЧНОМУ С ов 9 ОСУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР Р 1107241, кл. Н 02 Р 516, 1983.Авторское свидетельство СССР Ф 1322229, кл. С 05 В 11/26, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛ 11 РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛВКТРО 11 РИВОДА(57) Изобретение относится к управляемым системам регулирования скорости электропривода, Целью изобретения является повышение быстродейст вия и точности устройства. Цель дост гается тем, что в устройство для регулирования скорости, содержащее генератор 1 импульсов, первый, второй и третий делители частоты 2,3 и 4, элемент ИЛ 11 10, первый элемент задержки 11, первый триггер 12, блок ,13 расыирения импульсов, первый и второи Формирователи импульс 9 и 14, блок 17 задания скорости, сумматор 16 кодов, преобразователь 15 временной интервал сравнения - код, блок 5 сравнения, выход которого через последовательцо соединенные силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости подключен к входу первого формирователя импульсов 9, введены второй, третий и четвертый триггеры 18, 1 и 20, элемент И 21, второй и тре тий элементы задержки 23 и 24, второй элемент ШП 1 22, выход которого подключен к первому входу преобразователя 15 временной интервал сравнения - код, вход второго триггера 18 подключен к первому выходу второго делителя 3 частоты, а выход соединен с первыми входами элемента И 21. Вве" дение новых элементов и связей позволяет повысить точность электропривода в области низких скоростеи вращения его вала. 2 ил.Изобретение относится к управляемым системам автоматического регулирования скорости и фазы вращения валаэлектроприводя, построенным на основезамыкания системы по разности фазсравниваемых частотных .сигналов, иможет быть использовано в прецизионных устройствах для записи и воспроизведения информации, в частности в 10Фоторегистраторах. Для нормальнойработы этих устройств требуется точное регулирование скорости и текуще,го значения угла (Фазы) вращающегосявала механизма. 15Цель изобретения - повышение быст-,родействия и точности устройствадля регулирования скорости электропривода.:а Фиг. 1 приведена блок-схема 20устройства для регулирования скорости; на Фиг. 2 - временные диаграммыработы устройства.Устройство содержит генератор 1импульсов, первый 2, второй 3 и третий 4 делители частоть 1, блок 5 сравнения, силовой преобразователь 6, ис-полнительный двигатель 7, датчик 8скорости, первый формирователь 9 импульсов, первый элемент ИЗП 10, первый элемент 11 задержки, первый триггер 12, блок 13 расширения импульсов,второй формирователь 14 импульсов,преобразователь 15 временной интервал сравнения - код,сумматор 16 кодов, блок 17 задания скорости, вто 35рой 18, третий 19 и четвертый 20триггеры, элемент И 21, второй элемент ИЛИ 22 н второй 23 и третий 24элементы задержки.Устройство работает следующим образом,Блок 17 задания скорости представляет собой ручное или автоматическое 45 устройство, выдающее и-разрядный двоичный код в форме электрических сигналов высокого и низкого уровней,.В простейшем случае это кнопочный на-. борник кода, при автоматическом зада нии кода - программо-задающее устройство или ЭВМ. Код И с блока 17 задания скорости, соответствующий требуемому значению скорости, поступает ня управляющие входы второго 3 и третьего 4 делителей частоты и на вход сумматор 16 кодов, В соответствии с кодом Из в делителях 3 и 4 частоты устявливаются требуемые знячения коэффициентов деления И и Исоответственно.В первом делителе 2 частоты коэф 1Фициент деления В устанавливается значением кода 11, выдаваемым сумматором 16 кодов. Управляемые делители 2-4 частоты могут быть выполнены как по традиционной схеме, в которой реверсивный счетчик типа СТ 2-ИЕ 7 охвачен обратной связью, например, с выйода: ".6 0".на вход С, так и с использованием счетчиков СТ 2-ИЕ 8,Корректировянняя кодом Мэ эталонная частота Г=-, где 1 ц - частотазкварцевого генератора 1 импульсов,поступает на первый вход логическогоблока 5 сравнения,Сигнал с датчика 8 скорости с числом Е импульсов ня оборот имеет частоту Г =2 +223/21, пропорциональную скорости вращения нала двигателя Я.Э, где й о - частота возбуждения датчикаскорости. Импульсный сигнал частоты 2 р. с выхода первого Формирователя 9поступает на вход элемента 11 задерж, ки и цифровое корректирующее устройство (на фиг. 1 ограничено пунктирной линией), включающее третий делитель 4 частоты, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 расширения импульсов , и второй Формифователь 14 импульсов, которое преобразует частоту Грв новую последовательность импульсов Е, сдвинутых по отношению йр по фазе, и выдает ее на вход третьего триггера 19 и на второй вход блока 5 сравнения, Корректирующее устройство,.как и в непрерывных системах, предназначено для обеспечения устойчивой работы устройства для регулирования скорости и придания ему желаемых динамических качеств. Работа корректирующего устройства заключается в выявлении отклонения периода частоты 2 от эталонного периода частотыи в расширении полученного отклонения (импульса) в необходимоечисло Кр раз, определяемое из условия устойчивости системы,Полс чение временного интервала, содержащего информациюоб отклонении скоростиполучают на триггер 12 путем вычитания из периода частоты 1 р периодов частоты гк, выдаваемых третьим делителем 4 частоты. Коэффициент деления которого Исвязан с ко 5 153 эффициРнтом Второ 0 де,11 итРля 3 час тоты 11 э соотно 1;РниемБ бакр фгде 1 р - коэААициент расширения блока 13 расширения импульсов.Изменение И 1, во всем диапазонеизменения рабочих скоростей происходит синхронно с Ив соответствии с кодом И блока 17 задания скорости.В 1;ачестве частотного датчика 9могут быть использованы бесконтактные сельсины или многополюсные вращающиеся трансАорматоры в режиме фазовращателей с частотой Г запитки синуснокосинусных обмоток, например такие как ДУс Е=2 р. Формирователь 9 импульсов усиливает периодический аналоговый сигнал с датчика 8 скорости и преобразует его в импульсный сигнал частоты и обычно состоит изоперационного усилителя и компаратора.Логический блок 5 сравнения производит сравнение частотных .сигналов Г и 1, поступающих на его входы, и по результатам этого сравнения формирует широтно-импульсный сигнал,. который поступает на вход силового преобразователя 6.На фиг, 2 а представлен рациональный алгоритм работы блока 5 пропорционального тина в виде направленного графа, обеспечивающего нормальную работу устройства при всех возможных комбинациях частот на Рго входахпри разгоне, торможении в устано-.свившемс режиме когдаНапример, при пуске двигателя есть Й и нет Гр, блок 5 переходИт в состояние Ь, идет разгон, редко появляются Гр, происходит кратковременный переход из Ь -т Ьд-фЬ. Двигатель разгоняется, приходят подряд два импульса Гр, при этом блок 5 переходит из Ь - Ь-Ъ, УстановившейсЯ Режим, когд импУльсы Гр=Йэ, имеют место переходы Ь-ф Ь- Ь гЬи т.д.11 ри Ааэовом рассогласовании, большем периода частоты 1 э, блок 5 занимает два крайних состояния Ьэ или Ь 4.Сило: Ой преобразователь б производит усиление широтно-импульсного сигнала , посту 1 Нющего с выхода блока 5, и ПО 11 ает его на якорную обмотку двигателя 7. 11 сравнительного анализа врел 1 ПП 1 лх,1 нагр 11 л 1 м, поясняю 9725щих работу предлагаемого устройства(фиг. 2 в), видим, что относительнаяДЛИТРЛЬНОСТЬ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО СИГ5нала м возрастает с увеличением момента нагрузки 11 на валу исполнительного двигателя. Причем в переходном режиме работы устройства имеютместо ошибки как по скорости ЬЙ, так10 и по углу ЬФИ) (фазе). В установившемся режиме ошибка по скоростиД 1=0, а ошибка по углу (фазе) Ь ==к-равна приращению фазовогосдвига межцу частотами,15 С целью повышения точности стабилизации скорости и угла (Аазы) вращения вала электродвигателя при внешних задающем и возмущающем воздействиях в устройство для регулирования20 скорости введены второй 18, третий.19 и четвертый 20 триггеры, элементИ 21, второй элемент УШ 22 и второй 23 и третий 24 элементы задержки, которые в совокупности с преоб 25 раэователем 15 временной интервал -код, сумматором 16 кодов и первымделителем 2 частоты Образуют в предлагаемом устройстве дополнительныхконтур системы управления электро 30 приводом 7. Работа дополнительногоконтура происходит следующим образом.Второй 18 и третий 19 триггеры,выходы которых через элемент И 21соединены с входами сброса этих триггеров, образуют фазовый дискриминатор, который измеряет разность фазмежду входными сигналами в соответствии с выражением402",1(1 э р)1"Причем, если первым приходит импульс частоты ЙЭ, а вторым Г то.1Гэ,р 70 и первым срабатывает триггер 18, а затем и триггер 19, в мо 45 мент срабатывания обоих триггеров навыходе элемента И 21 появляется сигнал, который устанавливает Оба триггера в исходное нулевое состояние.Таким образом, на выходе триггера 1850 появляРтся импортно импульсный сигнал +, длительность которого равнафаэовол 1 У сДвигУ частот Гэ и ГР/В другом случае, когд 1: - 1: О, то,очевидно, сигнал -Появится теперьна выходе триггера 19. При Гэ -ГР сигнал =0. В соответствии СО знакомфазового сдвига, Опреде 11 яемого-1 О, четвертый триггер 20, вы 11 ол 1539725н;ющий функцию знакового преобразователя, сигналами с выходов триггеров 18-19 через элементы 23-24 задержкиустанавливается н единичное или нулевое состояние. Здесь элементы 23-245 выполняют роль .фильтров, не пропуская короткие импульсы. Эти элементы задержки выполняются довольно просто с помощью элемента И и нечетного чис- о ла инверторов, суммарное время срабатывания которых больше в 2-2,5 раза, чем время срабатывания триггера 18 или 19. Ыиротно-импульсные сигналы + или - через второй элемент Ю 1 И 22 поступают на первый вход преобразователя 15 временной интервал - код.В качестве генератора частоты заполнения использован второй делитель 3 частоты, первый выход которого выдает на вход второго триггера 18 эталонную частотуМйчГ =й +- - Э о 2 ьь, Д 1 ьа с его второго выхода поступает на 25 второй вход преобразователя 15 временной интервал - код частота заполненияэ 1 п =Мэры/2где ц ь 20 - частоты генератора 1 импульсон и возбуждениядатчика 8 скорости соответственно;п - число управляемых входовделителя частоты, равноечислу разрядон Мэь11 н - коэффициент деления неуправляемой части делителя.Частоту Гз 1 я, выбирают, исходя из40 следующих сообряжений. Угловая ошибкагповорота вала двигателя ЬЧ=й в . ней 2зависит От скорости его вращения и211при ф =ф 1, 64 = Ь Ю, - ; ;, - , учитывая, чтоС=ЬТ/Тэь ГдЕ Т Э - ПЕрИОд ЭТНЛОННОйчястоты, то угловой ошибке И можнопоставить в соответствие временноиинтерВял ЬТ который и поступает навход преобразователя 15.В преобрязователе 15 временнойинтервал Ю. преобразуется н код углоВОЙ Ошибки ДМ ЬТ Гэйд аУчитыВян, что при о:ФМэ/2ььь"ипериод эталонной частоты Тэ жТ =1/"оИь ЧТО В УСТЯНОВИВШРМСЯ СОСТОЯНИИузап Тэ=Мь то можно записать, чтоздп =1 Некоторая погрешность в воспроизведении кода ошибки, вследствие принятых допущений, не существенна, так как она проявляется только в изменеНии коэффициента передачи К 11 р преобразователя 15, Причем эта погрешность проявляется только в области высоких скоростей вращения двигателя и редко превышает более 5 Иь что соизмеримо с пределами изменения коэффициента передачи электродвигателя вследствие нелинейной зависимости его электро- механических характеристик. В области средних и низких скоростей эта погрешность, составляет десятые и даже сотые доли процента, что особенно важно, так как в этих режимах работы устройства наиболее трудно обеспечить требуемую точность.Полученный в преобразователе 15 код 91 ошибки поступает на вход сумматора 16 кодовгде с учетом знака суммируется или вычитается с кодом Ма скорости,Сформированный таким образом код1МЭ=МтЦ 1 э НОступаЕт на управляющие входы первого делителя частоты, изменяя его коэффициент деления, а следовательно, и эталонную частоту Й= =Г Мэ . Очевидно, что в установившемся режиме имеют место соотношенияй йОь 4 М О М =МФормула и.зо бретенияУстройство для регулирования скорости электропривода, содержащее генератор импульсов, первыйь второй и ь третий делители частоты, первый элемент ИЗП 1 ь первый элемент задержки, первый триггер, блок расширения импульсов, первый, второй формирователи имйульсовь блок задания скорости, сумматор кодов, преобразователь временной интервал - код, блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные силовой преобразователь, исполнительный двигатель и датчик скорости подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого соединен с входом сброса третьего делителя частоты,с первым входом первогЬ элемента ИЛИи через первый элемент задержки в . с входом сброса первого триггера, подключенного выходом через последовательно соединенные блок расширенияимпульсов и второй формирователь нмЪРектоР О, Пггггле одписно ираж 650 Заказ 217ВНИИПИ Госуд и открытиям при ГКНТ СССРб., д. 4/5 с т ве и ного комитет 113035, Москва,по изобретени -35, Раушская оизводстненно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,101 пульсон к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединенс выходом первого делителя частоты,подключенного входом к выходу генератора импульсов и к входу третьего делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, подключенного выходом к информационному входу первого триггера, выход преобразователя временнойинтервал - код соединен с ггерным входом сумматора кодов, второй вход которого иодключен к выходу блока задания скорости и к управляющим входамвторого и третьего делителей частоты,причем управляющий вход первого делителя частоты соединен с выходом сумматора кодов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства, введены второй, третий и четвертый триггеры, элемент И, второй и третий элементы задержки и второй элемент ИЗП,выход которого ггодключен к управляющему входу преобразователя временнойинтервал - код, информационный входв 1.орого триггера подключен к первомувыходу второго делителя частоты, выход второго триггера соединен с первыми входами э.ггелгента И, второго элемента ШЫ и через второй элемент. задержки - с инФормационным входом четвертого триггера, причем выход элемента И соединен с входами сбросавторого триггера и третьего триггера,вход которого подключен к ныходу второго формирователя импульсов, а выходсоединен с вторыми входами элементаИ, второго элемента ИЛИ и через третий элемент задержки - с входом сброса четвертого триггера, подключенного выходом к третьему входу суммато-,ра кодов, причем информационный входгреобразонателя временной интервал -код подключен к второму выход 5 второго делителя частоты, первый вход ко-.торого соединен с выходом генератора25 импульсов,