Цифровой регулятор скоростиасинхронного двигателя

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.з .С 05 В 11/01 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР но делам изобретениИ н открытий(54) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ АСИНХРОННОГОДВИГАТЕЛЯ Известные регуляторы предусматривают запоминание ошибки системы и ее преобразование в управляющий сигнал в широком диапазоне скоростей, что приводит к неопределенному усложнению узла считывания, блока памяти, преобразователя код-аналог и усилительного звена, хотя для обеспечения процесса регулирования достаточно чтобы пропорциональность выходного сигнала усилительного звена величине ошибки скорости сохранялась в ограниченном диапазоне скоростей. Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть применено в радиотехнических системах, приборостроении и станкостроении.Известны циФровые регуляторы скорости двигателей, содержащие эталонный кварцевый генератор, счетчик импульсов, орган сравнения, устройство памяти, преобразователь код-аналог, усилительное звено, объект регулирования. Ко второму входу органа сравнения подсоединен выход задающего устройства. К объекту регулирования подключен тахогенератор, который через делитель частоты соединен со вторыгл входогл счетчика импульсов г.1 Д,Таким образом, известные регуляторынеоправданно усложнены.Наиболее близким по технической 5сущности к предлагаемому являетсяциФровой регулятор скорости двигателя, содержащий первый Формировательимпульсов, первый выход которого через последовательно соединенные блок 10задания скорости и счетчик подключенк входу первого элемента И, а второйвыход через последовательно соединенные триггер и ключ - к второму входу счетчика, второй вход ключа подсоединен к генератору импульсов, блокпамяти, вход которого подключен к вы ходу второго Формирователя импульсов,а выход - через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, усилитель, коммутатор, асинхронный двигатель и импульсный датчик,скорости - ко входам формирователей импульсов и второй элемент И 2 .В устройстве измеряется длительность интервала, пропорциональногоскорости двигателя и поступающего сдвух регистрирующих устройств импульсного датчика скорости в виде импульсов, задающих начало и конец интервала. Измерение осуществляется посред ством заполнения интервала импульсамиэталонйой частоты генератора и подсчета их с помощью десятичного суммирующего счетчика.Точность измерения определяется двумя величинами: стабильностью частоты эталонного генератора и погрешностью счетчика импульсов. Стабильность частоты эталонного генератора настолько велика, что практически не оказывает никакого влияния на точность цифрового измерителя. При фиксированной частоте эталонного генератора емкость счетчика должна быть мак симальной при минимальной скорости вращения (максимальном промежутке между двумя импульсами импульсного датчика скорости), А так как погреш ность счетчика импульсов обычно составляет одну единицу младшего разряда, то в этом случае достигается максимальная относительная точность измерения. При росте измеряемой скорости 2 О интервал между двумя импульсами уменьшается, а следовательно, уменьшается и относительная точность измерения.Минимально возможная длительность периода следования запускающих импульсов определяется при максимальной скорости двигателяТ:О . 1 +и ,++фпеаек+ст. юсмон 1 где п п,п 1 п - количество импульсовэталонного генератора,заполняющих счетчик отначала счета до началаинтервала регулирования,С - период следования импульигсов эталонного генератора;и - количество импульсовдиап. рЕгэталонного генератора,заполняющих выбранныйинтервал регулированияперек - длительность -переключе.ния элементов регулятора, связанных с переносом информации из счетчика в блок памяти;п- количество импульсов,Ст. тасюнеобходимое для перево- уда счетчика в состояние,соответствующее нижнему пределу диапазона регулирования при наибольшем возможном отклонении скорости;ом- период следования импульсов мультивибратора.Составляющие периода следования пдоп, тип1 Иг"иоп.аег."иг ипеаеп., связанные с записью минимальной ско рости н счетчике и переносом этой ин формации в блок памяти, необходимы для четкой работы регулятора скорости.В интервале п п, 1 информация о скорости в счетчик не посту- Я пает и не записывается н блоке памяти, поэтому в этом интервале проис- ходит потеря информации о скорости. Следовательно, данная составляющая периода следования импульсов импульсного датчика скорости снижает точность измерения скорости в регуляторе, Л так как основой правильной работы регулятора является точное измерение скорости, то данная составляющая снижает точность работы и всего регулятора скорости двигателя,Цель изобретения - повышение точности регулятора.Поставленная цель достигается тем,что в регулятор введены элемент ИЛИ и последовательно соединенные переключатель и регистр, причем четыре входа переключателя соединены соответственно,с выходом генератора импульсов, выходом второго формирователя импульсов, выходом второго элемента И и первым входом элемента ИЛИ, подсоединенного к выходу первого элемента И, второй вход регистра подключен к первому выходу первого формирователя импульсов, а выходы - соответственно к вкодам второго элемента И и блока памяти, третий вход которогосоединен с выходом второго элемента И, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход - со вторым входом триггера.В предлагаемом регуляторе необходимый диапазон регулирования, который в известном регуляторе формировался в младших декадах счетчика, формируется в небольшом по объему, вынесенному из общего счетчика, регистре.При увеличении или уменьшении скорости двигателя выше или ниже выбранного диапазона регулирования элемент ИЛИ блокировки через триггер и ключ блокирует счетчик соответственно в момент срабатывания второго формирователя или в момент срабатынания первого элемента И, а элементы Ичерез ключ блокируют регистр в одном из крайних положений и н блок памяти поступают данные о выходе скорости двигателя за выбранный диапазон регулиронания. Сформированный сигнал управления уменьшает или увеличивает скорость двигателя и при входе ее в диапазон регулирования блокировка регистра снимается.Так как по получении информации о превышениискорости выше или ниже границ выбранного диапазона регулирования она сразу же переносится н блок памяти (в пределах длительности йеан ), не прибегая к принудительной установке счетчика, при сохранении длительности периода следования запускающих импульсов за счет экономии составляющей периода следования на принудительную установку счетчнка пст. тпсхх син) емкость счетчика. значительно увеличивается.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого цифрового регулятора скорости асинхронного двигателя.Регулятор содержит формирователь 1 импульсов, блок 2 задания скорости, счетчик 3, элемент И 4, триггер 5, ключ 6, генератор 7 импульсов, блок 8 памяти, формирователь 9 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 10, усилитель 11, коммутатор 12, линейО ный асинхронный двигатель 13, импульсный датчик 14 скорости, элемент И15, регистр 16, переключатель 17,длемент ИЛИ 18. Линейный асинхронныйдвигатель содержит индукторы 19 иподвижный элемент 20. 15 В регуляторе измеряется длительность интервала, пропорционального скорости двигателя и поступающего с двух регистрирующих устройств импульс ного датчика 14 скорости в виде двух импульсов, задающих начало и конец интервала.Измерение осуществляется посредством заполнения интервала импульса- ,25 ми опорной частоты от генератора 7 импульсов и подсчета их с помощью суммирующего счетчика 3 и регистра 16. Перед началом работы регулятора с помощью блока 2 задания скорости, представляющего собой либо контактный, либо бесконтактный переключатель, устанавливается заданная скорость, При этом, в блоке 2 задания скорости устанавливается не число вы 35 сокочастотных импульсов генератора 7 импульсов, приходящих в счетчик 3 за время от начала измеряемого интервала до нижнего предела диапазона регулирования, а дополнительное число, т.е., число дополняющее первое до пол ного объема счетчика 3. Величина до- . полнительного числа зависит от выбранного диапазона регулирования, заданной величины скорости двигателя и параметров входного интервала, 45 поступающего с импульсного датчика 14 скорости.Цифровой регулятор работает следующим образом.Импульс, поступающий с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в формирователе 1 импульсов переносит задание, записанное в блоке 2 задания скорости, в счетчик 3 и одновременно устанавливает регистр 16 в исходное состояние. Через время задержки, необходимое для установки счетчика 3, импульсом иэ Формирователя 1 импульсов переключается триг гер 5. При этом открывается ключ 6 и в счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 7 импульсов.По заполнении счетчика 3 до полного объема срабатывает элемент И 4 45 нижнего предела диапазона регулирования и через элемент ИЛИ 18 блокировки переключает триггер 5. При этом закрывается ключ б, который запрещает поступление импульсов с генератора 7 в счетчик 3. Одновременно выходной импульс элемента И 4 открывает ключ 17 и в измерительный регистр 16 начинают поступать импульсы генератора 7. Счет заканчивается с поступлением с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости импульса, задающего конец измеряемого интервала в Формирователь 9 импульсов. Импульс формирователя 9 закрывает ключ 17 и прекращает поступлениемпульсов генератора 7 на управляюий вход регистра 16. Через время задержки с формирователя 9 импульсов поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 16, в блок 8 памяти.Информация, записанная в блоке 8 пагляти, непрерывно превращается в преобразователе 10 в аналоговую величину и с выхода преобразователя 10 подается на усилитель 11 для усиления и преобразования до величины мощности, достаточной для запитки индукторов 19 линейного асинхронного двигателя (ЛАД) 13.Индукторы 19 ЛАД 13 в зависимости от величины и направления мощности, поступающей с усилителя 11, создают бегущее магнитное поле одного либо цругого направления, которое, воздействуя на элемент 20 ЛАД 13, вращает его, создавая вращающий или тормозящий момент для увеличения или уменьшения скорости вращения.Схема поиска и поддержания постоянным и однозначным диапазоном регулирования в цифровой Форме работает следующим образом.Пусть, например, скорость двигателя выше верхнего предела установленного диапазона регулирования.Импульс, поступающий с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в формирователе 1 импульсов переносит задание, записанное в блоке 2 задания скорости в счетчик 3, устанавливает регистр 16 в исходное состояние и через триггер 5 открывает ключ 6. В счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 7. Так как скорость двигателя выше верхнего предела диапазона регулирования, импульс с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего конец измеряемого интервала, поступает на вход формирователя 9 импульсов еще до полного заполнения счетчика 3.Импульс формирователя 9 через элемент ИЛИ 18 и триггер 5 закрывает ключ 6 и прекращает поступление в счетчик 3 импульсов генератора 7. Одновременно запрещающий импульс с Формирователя 9 блокирует ключ 17 в закрытом состоянии, не допуская прохождения импульсов с генератора 7 на вход регистра 16, Через время задержки с формирователя 9 поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 16. А так как регистр 16 находится в исходном состоянии, эта информация и будет перенесена в блок 8 памяти.10Таким образом, в блоке 8 памяти будет записываться информация исходного состояния регистра 16 независимо от того, насколько скорость двигателя выше верхнего предела установленного диапазона регулирования. При 15 этом, на выходе преобразователя 10 удет минимальное напряжение и усилитель 11 через коммутатор 12 подает полную мощность соответствующего напряжения на индукторы 19 ЛАД 13, ко О торые создадут полный тормозящий момент, уменьшающий скорость двигателя до тех пор, пока она не уменьшится ниже верхнего предела диапазона регулирования. 25По достижении скорости двигателя верхнего предела диапазона регулирования счетчик 3 заполняется полностью и через элемент И 4 открывает ключ 17 регистра и на вход регистра 16 поступают импульсы генератора 7, переключая регистр 16 в соответствующее положение обычным способом. При скорости двигателя ниже нижнего предела, установленного диапазона регулирования, импульс, поступающий с регистрирующего устройства импульсного датчика 14 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в Формировате О ле 1 установки переносит задание, записанное в блоке 2 задания скорости в счетчик 3, устанавливает регистр 16 в исходное состояние и через триггер 5 открывает ключ б. В счетчик 3 45 начинают поступать импульсы генератора 7. По заполнении счетчика 3 до полного объема срабатывает элемент И 4 нижнего предела диапазона регулирования и через элемент ИЛИ 18 5 О переключает триггер 5, При этом закрывается ключ б и прекращается поступление импульсов с генератора 7 в счетчик 3, Одновременно выходной импульс элемента И 4 открывает ключ 17 и в регистр 16 начинают поступать импульсы генератора 7. По заполнении регистра 16 до полного объема срабатывает элемент И 15, закрывает ключ 17 и прекращает поступление импульсов генератора 7 на управляющий вход ре гистра 16. Одновременно с элемента И 15 поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 16, в блок 8 памяти. Л так как регистр 16 полностью заполнен, то эта 65 информация и будет перенесена в блок 8 памяти.Таким образом, в блоке 8 памяти будет записываться информация полно. стью заполненного регистра 16 независимо от того, насколько скорость двигателя ниже нижнего предела установленного диапазона регулирования, При этом, на выходе преобразователя 10 будет максимальное напряжение и усилитель 11 через коммутатор 12 подает полную мощность соответствующего направления на индукторы 19 ЛАД 13, которые создадут полный тяговый момент, увеличивающий скорость двигателя до тех пор, пока она не увеличится выше нижнего предела диапазона регулирования.При превышении скорости двигателя выше нижнего предела диапазона регулирования регистр 16 полностью не заполняется и элемент И 15 перестает блокировать ключ 17. Блокировку ключа 17 и выдачу разрешающего импульса на перенос информации с регистра 16 в блок 8 памяти осуществляет формирователь 9 обычным способом.Исследования и испытания макетного образца цифрового регулятора скорости линейного асинхронного двигателя подтвердили его работоспособность и положительные качества.Точность предлагаемого цифрового регулятора скорости линейного асинхронного двигателя по сравнению с известным цифровым регулятором скорости двигателя при выполнении их на одинаковой. элементной базе и включении в их состав импульсных датчиков скорости, имеющих одинаковые частотные характеристики, увеличена примерно в два раза.Выделение регистра из счетчика в предлагаемом цифровом регуляторе скорости двигателя позволяет выполнить его в виде сдвигающего регистра, в котором в зависимости от информации срабатывает только один элемент, а следовательно, значительно упрощается блок памяти и последующие элементы преобразователя отклонения скорости двигателя от заданной в управляющий сигнал.Формула изобретенияЦифровой регулятор скорости асинхронного двигателя, содержащий первый формирователь импульсов, первый вь 1 ход которого через последовательно соединенные блок задания скорости и счетчик подключен к входу первого элемента И, а второй выход через последовательно соединенный триггер и ключ - к второму входу счетчика, второй вход ключа подсоединен к генератору импульсов, блок памяти, вход которого подключен к выходу второго10 849137 О/60 Тираж 940 Подписно НИИПИ Зака лиал ППППатентф,г.ужгород,ул.Проектна формирователя импульсов, а выход -через последовательно соединенныйцифроаналоговый преобразователь, усилитель, коммутатор, асинхронный двигатель и импульсный датчик скорос,ти - ко входам формирователей импульсов и второй элемент И, о т л ич а ю и и й с я тем, что, с цельюпотяжения точности регулятора, в него введены элемент ИЛИ и последовательно соединенные переключатель ирегистр, причем четыре входа. переключателя соединены соответственно свыходом генератора импульсов, выходом второго формирователя импульсов,выходом второго элемента И и первымвходом элемента ИЛИ, подсоединенногок выходу первого элемента И, второй вход регистра подключен к первому выходу первого формирователя импульсов,а выходы - соответственно к входамвторого элемента И. и блока памяти,третий вход которого соединен с выхо"дом второго элемента И, второй входэлемента ИЛИ соединен с выходом второго Формирователя импульсов, а выход - со вторым входом триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеф 1. Богорад Г.З. и Миблицкий В.А.Цифровые регуляторы и измерителискорости. М.-Л., "Энергия", 1966,с 87 и 90, рис. 34 и 35.2. Авторское свидетельство СССР5 9 312235, кл 6 05 В 11/06, 1971