Устройство для программного управления положением вала электродвигателя

Союз СоветсиикСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 п 907512(и)м. Кл 6 05 В 19/40 3 Ъвуаарстианный квиитвт СССР нв дилан изобретений н открытийДата опубликования описания 23.02.82 В. Д. Савченко, В. А. Барабаш, Г. В. Пысенок,Д. И. Павлович, Г. Р. Крючок и Ж. Г. Кириллова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Изобретение относится к вобласти ав- томатического регулирования, а именно к системам стабилизации скорости электродвигателей с дополнительным регулированием фазового положения вала и может найти различное применение в автомати 3 ке, в частности в устройствах, в которых необходимо обеспечить синхронное и синфазное врашение валов нескольких электродвигателей.1 ОИзвестно устройство для программного управления положением вала электродвигателя, содержащее фазовый дискриминатор, блок управления, электродвигатель, на валу которого установлены датчик ско 1 рости, датчик положения, фазовый дискриминатор, делитель частоты, элемент ИЛИ, триггер, генератор опорной частоты и генератор эталонных частот11.Недостатком такого устройства является невозможность фаэирования положения ватта электродвигателя при низких скорос тях или при низкой частоте опорных импульсов. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для программного управления положением вала электродвигателя, позволяющее с большой точностью фаэировать положение вала электродвигателя относительно опорных импульсов в широком диапазоне частот и скоростей.Устройство содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор, блок управления и электродвигатель, на валу которого установлены датчик скорости и датчик положения, выход датчика скорости соединен с одним иэ входов фазового дискриминатора, другой вход кото. рого через делитель частоты подключен к выходу элемента ИЛИ, выход датчика положения подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и входом формирователя импульсов, а выход последнего подключен к обнуляющему входу реверсивного счетчика, первый вход первого элемента И и вход элемента за держки соединены со вторым и третьимвходами генератора этапонных частот,один из входов элемента ИЛИ соединенс вычитаюшим входом реверсивного счетчика, а его выходы подкпючены ко входам формироватепя управпяюшего сигнапа 2,Недостатком данного устройства явпяется его невысокое быстродействие,обусловленное невозможностью фазирова- Юиия попокения вала эпектродвигатепя вдвух направлениях относитепьно опорныхимпульсов в зависимости от знака фазового рассогласованияппюс - меньпте 180,минус - бопьше 180). 1 б- цепь изобретения - увеличение быстродействия устройства. Поставленная цепь достигается тем, что в устройство для программного управления попожением вала эпектродвигатети, содержащее поспедоватеттьно соединенные первый эпемент ИЛИ, депптепь частоты и дискриминатор, связанный вторым входом с датчиком скорости вапа электродвигатепя, а выходом - с блоком управления, генератор эталонных частот, подкпюченный первым и вторым выходами соответственно ко входу эпемента задержки и первому входу первого эпемента И, соединенного вторым входом с выходом триггера, связанного первым входом с выходом датчика положения вапа эпектродвигателя, а вторым входом - с выходом генератора опорной частоты и со35 входом формирователя импульсов, подкпюченного выходом к первому входу реверсивного счетчика, соединенного выходами со входами первого формироватепя управляющих сигнапов, введены формирова 49 тель числа импуньсов, второй эпемент ИЛИ, второй и третий эпементы И и второй формирователь управляющих сигнапов, соединенный входом с выходом триггера, а прямым и инверсным выходами - с пер 4 выми входами соответственно второго и третьего эпементов И, подкпючещгых вторыми входами к выходу элемента задержки, третьими входами - к выходу первого формирователя управпяюших сигналов,5 О выход третьего элемента И связан с вычитающим входом реверсивного счетчика и с первым входом первого эпемента ИЛИ, подкпюченного вторым входом к выходу формирователя чиспа импульсов, соединенного первым входом с третьим выходом генератора эталонных частот, а вторым входом - с выходом второго эаемента И и первым входом второго эпемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого эпемента И, а выходомс суммирующим входом реверсивного счет-шка.На чертеже дана схема предлагаемого устройства.Устройство содержит генератор эталонных частот 1, формироватепь 2 чиспа импульсов, первый 3 и второй 4 эпементы ИЛИ, депитепь 5 частоты, фазовый дискриминатор 6, бпок 7 управления, эпектродвигатепь 8, датчик 9 скорости вапа электродвигатепя, датчик 10 попожения вапа электродвигатель, генератор 11 опор ной частоты, триггер 12, первый, второй и третий элементы И 13-15, формироватепь 16 импупьсов, реверсивный счетчик 17, первый и второй формироватепи 18 и 19 управаяюшего сигнапа и эпемент 20 задержки,Устройство работает саедуюшим образом.Генератор 1 подает три стабипьные синхронизированные поспедоватепьности коротких импупьсов (, 1, ). Пусть на ттервый вход дискриминатора 6 посту . пают импульсы частоты ЦИ,где И - коэффициент депения депителя 5. На другой вход дискриминатора 6 поступают импупьсы с датчика 9 скорости, который допжен генерировать достаточно бопьшое число импульсов за один оборот вала. Если частота импупьсов 1 л 1 И на первом входе дискриминатора 6 больше, чем на втором, то напряжение на его выходе максимальное, и скорость вращения вапа эпектродвигатепя 8 увепичивается.Если частота импупьсов ЕИ меньше частоты импупьсов с датчика 9, то напряжение на выходе дискриминатора 6 равно нупю, и скорость вращения вала уменьшается, В установившемся режиме вап эпектродвигатепя 8 вращается с такой скоростью, что частота импульсов с датчика 9 равна частоте ГИПри этом аналоговое напряжение на выходе дискриминатора 6 зависит от сдвига по фазе между сигналами, подаваемыми на его входы. Это напряжение через бпок 7 так управпяет электродвигатепем 8, что фаза сигнала с датчика 9 скорости следит за фазой сигнапа на входе дискриминатора 6. Такая работа соответствует вхождению вапа эпектродвигатепя 8 в синхронный режим, однако фазовое положение вала относитепьно фазы частоты опорных импульсов %оп может быть произвопьным.Дпя изменения фазового попожения вала в устройстве используется метод дискретного изменения фазы, заключающийся в добавпении импульсов в поспедоватепьность импульсов частоты 1 ипи удапе нии импульсов из этой последовательности.В резупьтате этого фаза импульсов частоты 1 И на входе дискриминатора 6 изменяется дискретно на 360 И град. в одном из двух направпений в зависимости 1 о от знака рассогласования,Дискретность изменения фазы и частоты добавпения 1 (фазирования) выбираются такими, чтобы устройство не выходило из синхронизации по скорости и опредепяются экспериментапьно. Частота добавпения ипи удапения определяет время фазирования и зависит, в основном, от быстродействия эпектродвигатепя. Фор-,о мироватепь 19 управляющего сигнапа определяет знак фазового рассогпасования между импупьсами генератора 11 опорной частоты и импупьсами датчика 10 попожения. Еспи знак фазового рассогпасования плюс, что соответствует сдвигу фаз меньше 180 град. ипи коэффициенту заполнения импульсов на выходе триггера 12 меньше 0,5, на инверсном выходе управляющего устройства 19 присутствует, логическая " 1", В этом случае открыт эпемент И 15, а эпемент И 14 закрыт. Если знак фазового рассогласования минус, что соответствует сдвигу фаз больше 180 град, ипи коэффициенту запопнеЭ 5 ния импульсов на выходе триггера 12 больше 0,5,на прямом выходе управляющего устройства 19 присутствует погическая 1", и теперь уже открыт элемент И 14, а элемент И 15 закрыт. Датчик4 О 10 попожения выдает один импупьс за один оборот вапа. Импульсы с этого датчика поступают на один из входов триггера 12, на другой вход которого поступа ют импульсы с генератора 11. По перед 45 нему фронту импульса опорной частоты триггер 12 устанавливается в единичное состояние, а формирователь 16 формирует короткий импупьс, устанавпиваюший реверсивный счетчик 17 в нупевое50 состояние, При этом эцемент И 13 откры-. вается, и импуньсы частоты заполнениячерез эпемент ИЛИ 4 поступают на суммирующий вход счетчика 17. Частота запопнения выбирается такой, чтобы при максимапьном фазовом рассогпасовании55 в счетчик могпо быть запопнено число И И, где И- чиспо импупьсов с датчика 10 эа один оборот вала. При этом коэффициент пересчета счетчика 17 выбирается равным. Пуст знак фазового рассогпасования плюс, тогда формироватепь 2числа импупьсов пропускает на свой выход всю поспедоватепьность импупьсовча тоты .11, так как отсутствуют импупьсы на выходе закрытого эпемента И 14,Одновременно с суммированием импульсовчастотыпроисходит считывание инфор.мации со счетчика 17 импульсами частоты 1 поступающими на его вычитаюшийвход через открытый эпемент И 15,Этиже импульсы поступают на второй входэлемента ИЛИ 3, изменяя фазовое попожение вала эпектродвигатепя 8. Черезвремя, равное фазовому рассогпасованию,на другой вход триггера 12 поступаетимпульс с датчика 10 и по его переднему фронту триггер 12 устанавпивается внулевое состояние, В резупьтате эпементИ 13 закрывается, иимпупьсы частоты.- на суммирующий вход счетчика 17 непоступают, а считывание информации поего вычитаюшему входу продопжается.При каждом появлении опорного импупьса происходит уточнение записанной информации в счетчике 17 о фазовом рассогпасовании. Добавление импульсов, а значит и изменение фазового попожения вала,происходит до тех пор, пока число в счетчике 17 не станет меньше И, поспе чегона выходе первого формирователя 18 устанавливается логический фО. При этомэлемент И 15 закрывается, запрещая прохождение импульсов частоты . на добавпение, и фазирование попожения валаотносительно опорных импульсов заканчивается. Если знак фазового рассогпасования минус, работа устройства отничаетсятем, что одновременно с суммированиемимпульсов частотыпроисходит считывание информации со счетчика 17 импульсами частотыпоступающими наего суммирующий вход через открытыйвторой элемент И 14 и второй элементИЛИ 4. Эти импульсы поступают на второй вход формирователя 2 числа импупьсов, изменяя фазовое положение ванаэлектродвигатепя 8 в другом направпении. Поспе полного эапопнения счетчикапоспедующий импульс частотысбрасывает его в нупевое состояние, при этомсрабатывает первый формироватепь 18управляющего сигнапа, и появившийся погический "0" на его выходе закроет эпемент И 14. При этом происходит запрещение прохождения импульсов частотына управляющий вход формирователя 2чиспа импупьсов, суммирующий вход счетчика 17, и фазирование положения вапа заканчивается. Эпемент 20 задержки необходимо для того, чтОбы импульсные последовательности частоты 1 и 1 на вы- Б ходе счетчика 17 и частотина входах элемента ИЛИ 3 не перекрывались во времени. Требуемую скорость вращения вала эпектродвигатепя 8 устанавливают пропорциональным изменением фикси рованных частот К, и Х генератора 1.Предлагаемое устройство позвопяет уменьшить время фазирования положения вапа электродвигателя, т.е. увеличить быстродействие устройства в два раза. В 15 спучае ,нарушения сфазированного состояния под действием помех, требуется меньше времени дпя его восстановления.2 ОФ орму па изо брете нияУстройство дпя программного управ- пения попожением вала электродвигатепя содержащее поспедоватепьно соединенные д первый элемент ИЛИ, депитель частоты и дискриминатор, связанный вторым входом с датчиком скорости вапа эпектродвигателя, а выходом - с бпоком управпения, генератор эталонных частот, пода- зО кпюченный первым и вторым выходами соответственно ко входу эпемента задержки и первому входу первого эпемента И, соединенного вторым входом с выходом триггера, связанного первым входом е выходом датчика положения вана эпектрсьдвигатеия, а вторым входом - с выходом генератора. опорной частоты и со входам формироватепя импупьсов, подкпючениого выходом к первому входу реверсивногосчетчика, соединенного выходами со входами первого формирователя управпяюшихсигналов, от пи чающее ся тем,что, с целью повышения быстродействияустройства, в него введены формирователь чиспа импупьсов, второй элементИЛИ, второй и третий эпементы И и второй формирователь управпяюших сигнапов,соединенный входом с выходом триггера, а прямым и инверсным выходами -с первыми входами соответственно второго и третьего элементов И, подключенных вторыми входами к выходу элементазадержки, третьими входами - к выходупервого формирователя управцяюших сигналов, выход третьего элемента И связан с вычитаюшим входом реверсивногосчетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, подкпюченного вторым входом к выходу формироватепя числа импульсов, соединенного первым входом стретьим выходом генератора эталонныхчастот, а вторым входом - с выходом второго элемента И и первым входом второго эпемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого эпемента И, авыходом - с суммирующим входом реверсивного счетчика,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сб. "Система стабилизации скорости с фазовым управлением и система фазирования прецизионного электропривода",Л., 1 ИНТП, 1971.2. Авторское свидетельство СССР708310, кп, б 05 В 19/40, 1977Составитель Н. ГорбуноваРедактор В. Данко ТехредТ, Маточка Корректор Е, РошкоЗаказ 588/56 Тираж 908 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, уп. Проектная, 4