Электропривод

,ЯО 1107241 зсю Н 02 Р 5 16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 ь Ффе 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 748754, кл. Н 02 Р 5/06, 1979.2. Авторское свидетельство СССРВ 826539, кл, Н 02 Р 5/16, 1980.(54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель постоянного тока, снабженный датчиком частоты вращения с формирователем импульсов иподключенный к усилителю мощности,входом связанному с выходом фазовогодискриминатора, вход которого подключен к блоку разделения импульсов,первый вход. которого связан с выходом формирователя импульсов, а второй вход подключен к выходу блоказадания частоты, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности стабилизации частоты.вращения двигателя при линейно изменяющих"ся внешних воздействиях, в него введены последовательно соединенныедискретный преобразователь длительность широтно-импульсного сигнала -частота и второй фазовый дискриминатор, выход которого связан с входомусилителя мощности, второй вход - свыходом формирователя импульсов, апервый и второй входы дискретногопреобразователя длительность широтно-импульсного сигнала-частота подключены соответственно к выходу первого фазового дискриминатора и выходу блока задания частоты.11072412, Электропривод по п, 1, о т л и вателя длительность широтно-импульсч а ю щ и й с я тем, что, с целью ного сигнала - частота и фазовогоповышения точности стабилизации час- дискриминатора, другой вход которогтоты и фазы вращения при внешних воз- . подключен к формирователю импульсов,действиях сложной формы, для которых а другой вход каждого из ш дискретпервые ш производных отличны от нуля, ных преобразователей длительностьмежду выходом второго фазового дискри. широтно-импульсного сигнала - частоминатора и входом усилитечя мощности та подключен к выходу предыдущеговведены ш последовательнвключенных дискретного преобразователя длительгрупп из последовательно соединенных ность широтно-импульсного сигнала -дополнительных дискретного преобразо. частота,Изобретение относится к электротехнике, а именно к области управляе.мых 1 ектроприводов, предназначенныхдля точного регулирования и стабилизации частоты Вращения, работающихв условиях изменяющихся внешних воздействий.Известен электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока, генератор эталонной частоты, фазовый дискриминатор, датчик частотывращения двигателя и преобразователь,подключенный к якорю электродвигателя, а также полупроводниковый ключ,зарядный конденсатор, корректирующийблок, ручной регулятор и два диода,Такая система является астатическойпо скорости 1 ,Недостатком этого электроприводаявляется возникновение ошибки стабилизации частоты вращения при наличии изменяющихся во времени внешних воздействий (напряжения источника питания, момента нагрузки и других), а также изменения параметров двигателя и системы управления. Величина этой ошибки зависит от характера внешнего воздействия, места его приложения и характеристик электропривода.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока, снабженный датчиком частоты вращения с формирователем импульсов и подключенный к усилителю мощности, входом связанному с выходом фазового дискриминатора, вход которого подключен к блоку разделения импульсов, первый вход ко. вращения при изменении момента на 25 грузки по линейному закону вызванопринципом действия описанного электропривода. Ошибка возникает и прилинейном изменении (дрейфе) параметров электропривода,30 Целью изобретения является повышение точности стабилизации частотывращения двигателя при работе в условиях линейно изменяющихся внешнихвоздействий, а также при внешних воздействиях сложной формы, для которыхпервые ш производных отличны от нуля,Поставленная цель достигается тем,что в электпропривод, содержащийэлектродвигатель постоянного тока,4 О снабженный датчиком частоты вращения торого связан с выходом формирователя импульсов, а второй вход подключен к выходу блока задания частоты 2 1,5 В известных электроприводах (замкнутых по углу) при непрерывном ростенагрузки необходимое увеличение напряжения на двигателе возможно лишьза счет такого же роста скважностиподаваемых с усилителя мощности надвигатель импульсов напряжения, т.е.непрерывного увеличения фазового рассогласования заданной и действительной частот вращения за счет непрерывного отставания вала двигателя от вра.щающегося с заданной скоростью эталонного вала. Такое непрерывное отставание по углу вала двигателя есть,очевидно, уменьшение его частоты вра 20 щения и появление ошибки в стабилизаФцни заданного значения частоты.Таким образом, наличие установившейся ошибки стабилизации частотыс формирователем импульсов и подключенный к усилителю мощности, входомсвязанному с выходом фазового дискриминатора, вход которого подключен кблоку разделения импульсов, первыйвход которого связан с выходом формирователя импульсов, а второй входподключен к выходу блока заданиячастоты, введены последовательносоединенные дискретный преобразователь длительность широтно-импульсного сигнала - частота и второй фазовый дискриминатор, выход которогосвязан с входом усилителя мощности,второй вход - с выходом формирователя импульсов, а первый и второй входы дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала - частота подключены соответственно к выходу первого фазового дискриминатора и выходу блока задания частоты,Кроме того, между выходом второгофазового дискриминатора и входомусилителя мощности введены т последовательно включенных групп из последовательно соединенных дополнительныхдискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала -частота и фазового дискриминатора,другой вход которого подключен кформирователю импульсов, а другойвход каждого из ш дискретных преобразователей длительность широтно-импульсного сигнала - частота подключен к выходу предыдущего дискретногопреобразователя длительность широтно-импульсного сигнала - частота.На фиг. 1 представлена блок-схемаэлектропривода; на фиг. 2 - диаграммы работы устройства,Электропривод содержит электродвигатель 1 постоянного тока, снабженный датчиком 2 частоты вращения сформирователем 3 импульсов и подключенный к усилителю 4 мощности, входом связанному с выходом фазовогодискриминатора 5, вход которого подключен к блоку 6 разделения импульсов, первый вход которого связан свыходом формирователя 3 импульсов,а второй вход подключен к выходублока 7 задания частоты, одновременно подключенному к дискретному преобразователю 8 длительность широтно-импульсного, сигнала - частота, которыйсоединен последовательно с вторымфазовым дискриминатором 9, второйвход которого связан с формирователем 3 импульсов, Другой вход дискретного преобразователя 8 длительностьширотно-импульсного сигнала - частотасоединен с выходом фазового дискрими натора 5, Выход второго фазового дискриминатора 9 связан с входом усилителя 4 мощности, Между ними может бытьвведено ш последовательно включенныхгрупп из последовательно соединенныхдополнительных дискретного преобразователя 10 длительность широтно-им- пульсного сигнала - частота и фазового дискриминатора 11, Другие входыфазовых дискриминаторов 11-11 соединены с формирователем 3 импульсов,а другие входы дискретных преобразователей 10-10 длительность широтноимпульсного сигнала - частота - свыходами соответствующих предыдущихдискретных преобразователей 8-10длительность широтно-импульсного сиг.нала - частота.Электропривод работает следующимобразом.С блока 7 задания частоты, представляющего собой генератор эталонной частоты, на один из входовблока 6 разделения импульсов поступает последовательность импульсов, ЗО а на другой через формирователь 3импульсов с датчика 2 частоты вращения - последовательность импульсовс частотой , пропорциональной частоте вращения двигателя 1 постоянного 35 тока.Блок 6 разделения импульсов исключает возможность прихода на вход фазового дискриминатора 5 импульсов синтервалом следования меньшим, чем 40 разрешающая способность входных элементов фазового дискриминатора 5, который выявляет разность фаз поступающих на него последовательностей импульсов с частотамии. Выявлен ная величина фазового рассогласования Ч поступает на вход дискретногопреобразователя 8 длительность широтно-импульсного сигнала - частота, который обеспечивает запоминание вели чины Ч до момента прихода следующего импульса частотын выдачу втечение следующего периода 1 последовательности импульсов, частота следования которых 1 пропорциональна 55 фазовому рассогласованию частотиПоследовательность импульсов час.тоты 1 поступает на первый вход фаЧзового дискриминатора 9, на второйвход которого поступает последова 3 110724 тельность импульсов частотыс форР мирователя 3 импульсов. фазовый дискриминатор 9 выявляет разность фаз еееЗ частот , и , Сигнал ф через усилитель 4 мощности постуйает на двигатель 1, При этом изменение величины фазового рассогласования. М при 9 водит к пропорциональному изменению средней величины напряжения на двигателе Вор, определенному как10 где 1)- максимальное напряжениеусилителя 4 мощности.При постоянном моменте нагрузки 15 (фиг, 2, часток 1) частоты 1, и ,равны и сдвинуты по фазе на некоторый угол Е, Широтно-импульсный сигнал с выхода фазового дискриминатора 9 (фиг,1) поступает через усили тель 4 мощности двигатель 1. Величина 9 з определяется уровнем частоты вращения и момента сопрс гивления: 25где М о- постоянная составляющая момента сопротивления;М - темп роста момента, для поддержания постоянства частоты вращения электродвигателя 1 необходимо изменять напряжение на выходе усилителя 4 мощности следующим образом: М Со ДМ10 к юоцсс д М моек с 9кРеализация закона изменения напряжения усилителя 4 мощности вида (6) возможна лишь при соответствующем изменении сигнала фазового дискриминатора 9:, гй дмЭ 0 2 М где 99 о определяется из уравнения (2) при Мс=МСеИзменение е по закому (7) обеспе. чивается в том случае, если ГР ( е причем величина последней определяется каке.-е,+ьм/м,(8) Р ЬМ 231 ( )К 35илиВ то же время частоты Г и Р равны и сдвинуты на некоторый угол М 5. Широтно-импульсный сигнал с выхода фазового дискриминатора 5 поступает на вход дискретного преобразователя длительность широтно-импульсного сигнала - частота, частота на выходе которого равнаЕ, =КУ 2 П, (51 где К - коэффициент передачи дискретного преобразователя 8 длительность широтно-импульсного сигнала - частота. 40Так как в установившемся режиме при постоянном моменте нагрузкито величина фазового рассогласования Ч 5 определяется из уравнения (3) как 45 У = 2 л Г /7 к, (Ф)Из выражения (4) следует, что величина фазового рассогласования между импульсными последовательностями 50 сигналов блоказадания частоты и датчика 2 частоты вращения пропорциональна величине частоты задания и не зависит от параметров электропривода и момента сопротивления.При непрерывном изменении момента сопротивления по законуЧс ф Согласно уравнению (3) величина фазового рассогласования на выходе фазового дискриминатора 5 определяется выражением У 5 - Ч 5 о д Ч 5 (10)Фгде й =дМ 271/ ЛК МЧ 50 определяется по формуле (4) .Из уравнения (10) следует, что при линейном изменении момента сопротивления при поддержании постоянства частоты вращения электродвигателя1 возникает дополнительный фазовый сдвиг между последовательностями импульсов блока 7 задания частоты и датчика 2 частоты вращения Р, В то же время частоты 1 и 1 р остаются равными по величине, что свидетельствует о том, что изменение момента со. противления согласно формуле (5) не приводит к появлению ошибки стабилизации уровня частоты вращения электродвигателя 1.Таким образом, данный электропривод обеспечивает полное устранение установившейся ошибки стабилизациипреобразователя 10 длительность щиротно-импульсного сигнала - частотаизменяется по закону к В соответствии с уравнениями (4)и (4) величина фазового рассогласо О вания на выходе фазового дискриминатора 111 1 равна 15где К коэффициент передачи диретного преобразователя 10 длительн ость широтно-импульсного сигналаВчастота. При этом частота на 20 выходе дискретного преобразователя10длительность широтно-импульсного сигнала - частота равна . а величина фазового рассогласованияна выходе фазового дискриминатора 112,30 Частота на выходе дискретного пре.образователя 10 д 2 равна35В(мИ -ЛдМп 1-2 Э Ктпгп К Рассуждая далее аналогично полу чаем, что частота на выходе дискретного преобразователя 101 длительность широтно-импульсного сигнала -частота: 7 1107241 угловой скорости при работе системы в условиях линейно изменяющихся внеш них воздействий.При внешних воздействиях сложной формы, к уоторых ш первых производных 5 не равны нулю, электропривод работает следующим образом.Рассматривая установившийся режим работы электропривода, когда момент сопротивления постояненследует отметить, что величина фазового рассогласования Чщ частот датчика 2 (частоты вращения Гр и дискретного преобразователя 10 н 1 длительность широтно-импульсного сигнала - частота Й определяется по выражению (2). В то же время частоты на выходе дискретных преобразователей 101-1.0 длитель. ность широтно-импульсного сигнала - частота одинаковы и равны по величинет , поэтому величина фазового рассогласованияпоследовательностей импульсов блока 7 задания частоты и датчика 2 частоты вращения, выявленная фазовым дискриминатором 5, опре деляется выражением (4). Отсюда следует, что величина фазового рассогласования частот Х и 1 Р не зависит от параметров двигателя и момента сопротивления.При непрерывном изменении внешнего воздействия, например момента сопротивления, по законуМ =М +дй 1, (11) где д И - т-я, лроизводная момента сопротивления, все производные от момента сопротивления с номерами, большими ш, равны нулю. Для поддержа. ния постоянства частоты вращения электродвигателя 1 необходимо изменять напряжение на выходе усилителя 4 мощности следующим образом: Зй годМ е Ю(п, 0 2 К М(15)п К м(пд 11 м гп -1 + 1, (1 ЬК 2 Т п(п) дМ щРеализация закона изменения напряжения на выходе усилителя 4 мощности вида (12) возможна при изменении фазового рассогласования на выходе фазового дискриминатора 1 1, по законукщ,где М,о определяется из формулы (2) при шс=1"1 соИзменение М по закону (13) обесмпечивается, если частота дискретногоВеличина фазового рассогласования 50 М 5 на выходе фазового дискриминатора 5 определяется как2 зд М 55 5 50 М 3 ("-1) П К; . (1 Э 1к 1:о 1=1Выражение (19) аналогично ранееполученному выражению (10). ОтсюдаСоставитель Н.Кореедактор И.Николайчук Техред Т.Фанта Корректор Н.Яцол 73/40 Тираж ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, ЖПодпис.нокомитета СССРоткрытий Заказ 4/5 ская наб.,Филиал П 1 И 1 "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,9 11 следует, что при работе электропривода в условиях внешних воздействий, для которых ш первых производных отдичны от нуля, возникает дополнитель ный фазовый сдвиг между последОвательностями импульсов блока 7 задания частоты и датчика 2 частоты вра щения, Величина дополнительного фазо. вого сдвига пропорциональна величине высшей производной внешнего воздействия и обратно пропорциональна добротности системы. В то же время частоты э и 1, хотя и сдвигаются по фазе, но остаются постоянными и равными по величине. Это свидетельствует о том, что изменение внешнего воздействия, когда т и рвых его производных отличны от нуля, не приводит к появле 07241 10нию ошибки стабилизации частоты вращения электродвигателя 1.Так как величина фазового рассогласования между последовательностями импульсов блока задания частотыи датчика частоты вращения являетсяинтегралом от ошибки по частоте вращения, то при работе системы привнешних воздействиях, для которых 1 О (ш) первых производных отличны отнуля, отсутствует дополнительнаяошибка фазы вращения электродвигателя относительно заданного положения.Отсюда следует что при таких усло виях работы обеспечивается более высокая точность стабилизации фазы врашения по сравнению с известными системами.