Устройство для регулирования скорости электропривода

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 ПИСАНИЕ РЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВ К ТОРСОНОМ(57) Иэобр тике и мох цизионных ния скорос иэобретени я к автоматение относи т использова стройствах дл и электроприв - повьппение ься в пре регулирода. Цельыстродейс ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Трахтенберг Р.М, Импульсные ас" татические системы электропривода с дискретным управлением. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 160.Авторское свидетельство СССР Ф 1107241, кл. Н 02 Р 5/16, 1983.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 2. М.: Мир, 1983, с. 372.Авторское свидетельство СССР Ф 559226, кл, С 05 р 13/00, 1977.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНСКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 801322229(50 4 С 05 В 11/26 С 05 Р 13/00 вия и точности устройства для регулирования скорости электропрнвода при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях. Цель достигается введением в устройство дополнительного контура регулирования, состоящего из преобразователя временной интервал - код 15, сумматора кодов 16, блока задания скорости 17, позволяющего увеличить добротность устройства. Дополнительный контур позволяет формировать управляющий широтно-импульсный сигнал как за счет измене 1 ния частоты и фазы сигнала Е , так и за счет изменения частоты и фазы1 эталонного сигнала Гп одновременно. Устройство содержит генератор импульсов 1, управляемые делители частоты 2, 3 и 4, логический блок сравнения 5, силовой преобразователь 6, испол- ( нительный двигатель 7, датчик скорости 8, формирователи импульсов 9, 14, элемент ИЛИ 10, элемент задержки 11, триггер 12, блок расширения импульсов 13. 3 ил. Ю1 13222Изобретение относится к управляемым системам автоматического регулирования скорости электропривода, построенным на основе замыкания системы по разности фаз сравниваемых частотных сигналов, и может быть использовано в прецизионных устройствах, к которым предъявляются высокие точностные требования по управлению и стабилизации частоты и фазы вращения 1 О выходного вала. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства длярегулирования скорости электропривода при изменяющихся внешних возмущающих воздействиях в широком диапазоне.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования скоростиэлектропривода, на фиг. 2 - граф-работы и временные диаграммы, поясняющие работу логического блока сравнения, на фиг. 3 - структурная схемаустройства для регулирования скорости электропривода ( м - схема известного регулятора скорости, 6 - схема,отражающая логическую сущность работыустройства, В- отражающая динамикусистемы).Устройство для регулирования скорости электропривода содержит генератор 1 импульсов, делители 2 4 частоты, логический блок 5 сравнения, силовой преобразователь 6, исполнительный двигатель 7, датчик 8 скорости,первый формирователь 9 импульсов,элемент ИЛИ 10, элемент 11 задержки,триггер 12, блок 13 расширения импульсов, второй формирователь 14 импульсов, преобразователь 15 временной 40интервал - код, сумматор 16 кодов иблок 17 задания скорости,Работа устройства для регулирования скорости основана на принципахимпульсных астатических систем электропривода с дискретным управлением,основной контур которых замкнут поразности фаз сравниваемых частотныхсигналов эталонной частоты Г и частоты Г с датчика скорости. 50Устройство работает следующим образом.Блок 17 задания скорости представляет собой ручное или автоматическое устройство, выдающее и-разрядный дво ичный код в форме злектрических сигналов вьн оного и низкого уровней,В простейшем случае - это кнопочный наборнпк кода, при автоматичес 29ком задании кода - программо-задающее устройство ипи ЭВМ.Блок 17 задания скорости выдает код о , соответствующий требуемому значению скорости на управляющие входы управляемых делителей 3 и 4 частоты и на вход сумматора 16 кодов. В соответствии с заданным кодом во втором 3 и третьим 4 делителях частоты устанавливаются требуемые значения коэффициентов деления М и Ксоответственно, В первом делителе 2 частоты коэффициент деления Из устанавливается значением кода 1 вьщавае 1мым сумматором 16 кодов.Управляемые делители 2-4 частоты могут быть выполнены по традиционной схеме, в которых реверсивный счетчик типа СТ 2 охвачен обратной связью, с выхода О на вход С. Эталонная частота Г -- гдеи ф7 Г, частота кварцевого генератора 1 гиимпульсов, поступает на первый вход логического блока 5 сравнения.Сигнал с частотного датчика 8 скорости с числом импульсов Е на оборот вала двигателя 7 с помощью первого формирователя 9 импульсов и второго делителя 3 частоты с коэффициентом деления Нр преобразуется в частотуГ ЯЕР ч 2 Дпропорциональную скорости вращения Й вала исполнительного двигателя 7, которая поступает на входы элемента 11 задержки и корректирующего устройства (фиг. 1, пунктирная рамка). Корректирующее устройство, содержащее третий делитель 4 частоты, элемент ИЛИ 1 О, триггер 12, блок 13 расширения импульсов и второй формирователь 14 импульсов, преобразует частоту Г в новую последовательность импульсов Гр,сдвинутую по фазе по отношению к Гр, которая поступает на второй вход логического блока 5 сравнения. Частотный датчик 8 скорости 8 предназначен для выработки частотного сигнала, строго пропорционального скорости вращения вала двигателя 7,Формирователь 9 импульсов усиливает периодический сигнал с датчика 8 скорости, преобразует его в частоту и обычно состоит из операционного усилителя и компаратора.Корректирующее устройство, как и в непрерывных системах, предназначено13222для обеспечения устойчивой работы устройства для регулирования скорости и придания ему желаемых динамических свойств.Получение сигнала сводится к двум операциям: выявлению отклонения периода частоты ГР от эталонного периода частоты Г и расширению полученногоэотклонения (импульса) в необходимое число раэ, определяемое из условия 10 устойчивости системы.Расширение импульса, осуществляемое блоком 13 расширения импульсов, может быть осуществлено известным образом. Получение стабильного вре менного интервала Т производится путем вычитания иэ периодов частоты Г периодон частоты Г, выдаваемых третьим делителем 4 частоты, коэффициент деления которого М по отношению 20 к коэффициенту деления М первого делителя 2 частоты определяется соотношениемМк 2 ЕРМ, 21 с25где Е - коэффициент расширения блоРка 13 расширения импульсов,Регулирование временного интервала Тк во всем диапазоне рабочих ско ростей устройства происходит синхронно с изменением эталонной частоты Г, в соответствии с сигналами с блока 17задания скорости за счет изменения коэффициента деления М делителя 4 частоты. Компаратор и блок разделения импульсов объединены в логический блок 5 сравнения, который производит сравнение ло фазе импульсов частотыГ и ГР , поступающих на его входы, и по результатам этого сравнения формируют широтно-импульсный сигнал (фиг. 2 б), который поступает на вход силового преобразователя 6.На фиг, 2 а представлен рациональ ншй алгоритм работы блока 5 пропорционального типа в виде направленного графа, обеспечивающий нормальную работу устройства при всех возможных комбинациях частот на его входах при разгоне, торможении и в установившемся режиме синхронных скоростей, когда Р э эНапример, при пуске двигателя естьГ, и нет ГР. Блок 5 переходит в состояние Ь, идет разгон, редко появляются Г, т,е, Гр (с Г, происходит кратковременный переход иэ ЬЬЬ .1 Двигатель разгоняется, приходят под 29 4ряд дна импульса 1 , при этом блок 5 переходит из Ь - Ь - Ь , Устацовцвгшийся режим, когда Г Р = Г имеют место переходы Ьг- Ь, - Ь, - Ь, и т,д т.е, разгон, торможение. При фазовом рассогласонании большем периода Г блок 5 занимает дна крайних состояЬ, или Ь в кодор осуществляется блокировка сигнала от опрокидынания,Силовой преобразователь 6 производит усиление широтно-импульсного сигнала, поступающего с выхода блока 5,и подает его на якорную обмотку двигателя 7. Силовой преобразователь бработает н ключевом режиме,Из временных диаграмм, иллюстрирующих работу устройства (фиг, 2 б),следует, что относительная длительность широтно-импульсцого сигналавозрастает с увеличением момента нагрузки Мс на валу исполнительного двигателя, Причем изменениепроисходит только за счет изменения частоты и фазы сигнала ГР или тоже самоеза счет ошибок стабилизации скоростии фазы вращения вала исполнительногодвигателя, Величина этих ошибок н основном определяется величиной коэффициента усиления П или добротностьюсистемы. Аналогичная картина формирования у происходит и н случае изменения управляющего ноздействия, т.е. изменение установки скорости определяемойДополнительный контур регулирования, состоящий из блока 17 задания скорости, сумматора 16 кодов и преобразователя 15 временной интервал код позволяет формировать управляющий широтно-импульсный сигнал у как за счет изменения частоты и фазы сигнала ГР, так и за счет изменения частоты и фазы эталонного сигнала Г од-. нонременно. Такое управление регулятором увеличивает быстродействие привода и существенно уменьшает ошибки стабилизации скорости и фазы вращения двигателя.Временные диаграммы, иллюстрирующие формирование широтно-импульсного сигнала Т в устройстве, приведены на фиг. 2 в для наглядности при коэффициенте суммирования ошибки К -- 1,физическая сущность и реализациядополнительного контура заключаетсян следующем.Широтно-импульсцьй сигнал, поступающий ца вход преобразователя 155 13222временной интервал - код с блока 13расширения импульсов Т = ЬТКР, гдеЬТ = ТР - Т - временной интервалнформируемый на выходе триггера 12,тР и т периоды чЯстоты ГР и часто 5ты Г , получаемой с выхода третьегоделителя 4 частоты. В установившемсярежиме работы устройства, когда частоты Г " Е " Г = Г временнойР уинтервал Т, = ЬТ 0 КР выбирается из 10условия получения симметричной характеристики регулятора равным половине периода частоты Г , т.е,ТЯк кЯк В этОм режиме ТР = Тэ, тоЬТ -Т, -Т.В случае, когда йГ и Т ) Тто имеет место отклонение по скорости, величина которого пропорциональна временному интервалу сРТ = ТР - Тр20Тогда выражение для широтно-импульского сигнала Т может быть записанов,виде Т= ьТК = Т /2 + К 7.Из полученного выражения следует,что Щиротно импульсный сигнал Т р 25поступающий на вход преобразователя15 временной интервал - код иэ блока13 расширения импульсов, содержит информацию об отклонении скорости иможет изменять свою величину в линейной зоне регулятора в пределах О .сТ ТПреобразователь 15 временной интервал - код выполнен по традиционнойсхеме и в простейшем случае содержит35генератор частоты заполнения Г , элемент И, счетчик импульсов и регистр.В этом преобразователе длительность широтно-импульсного сигнала Тпреобразуется в и-разрядный двоичныйкод, численное значение которого, Ч =КиРТЕ, где К - коэффициент преобразователя - выбирается таким, чтов установившемся режиме при ТР = Тз,значение кода Ч в точности равно 45икоду Ч , выдаваемому блоком 17 задания скорости. В частности при использовании для заполнения частоты генератора 1 импульсов Г, = Г,К= 2.Полученные в преобразователе 15коды Ч и Ч поступают на входы суммаитора 16 кодов, который с ними вычисляет разность ьЧ = Ч, - Ч, а такжеалгебраическую сумму Ч = Ч, в . к ьЧГде 1 = 1,2.и - коэффициент суммирования ошибки.Сформированный таким образом кодЧ поступает на информационные входыпервого делителя 2 частоты, изменяя 29 6его коэффициент деления И =ЛМа следовательно, и эталонную частотуОчевидно, в установившемся режимеработы устройства, когда ошибка поскорости равна нулю, имеют место1и 1 Чр 1 ррЭталонная частота Гр изменяет своювеличину пропорционально выявленномуотклонению скорости, причем измене 1ние частоты Гр происходит всегда в направлении, обратном изменениючаыт,е, еслиР ( рГ , и наоборот.9Сумматор кодов может быть выполнен по традиционной схеме с использованием любых микросхем типа БМ,Введение дополнительных элементови связей (фиг.3 б, в) увеличивает добротность системы устройства в (1 + + К К) раз, не повьппая порядка ее астатиэма.В этом случае устойчивость системы обеспечивается соответствующим выбором величины коэффициента расширения КР устройства коррекции.Повьппение точностных качеств электропривода устройства осуществляется не только благодаря увеличению добротности системы в (1 + Кр К) Раз, но главным образом за счет фазовогосдвига эталонной частоты и в переходных режимах, которая участвует в формировании сигнала управления т темэффективнее, чем вьппе значение К,Формула изобретенияУстройство для регулирования скорости электропривода, содержащее генератор импульсов, первый, второй и третий делители частоты, элемент ИЛИ,элемент задержки, триггер, блок расширения импульсов, первый и второйформирователи импульсов, логический блок сравнения, выход которого черезпоследовательно соединенные силовойпреобразователь, исполнительный двигатель, датчик скорости, первый формирователь импульсов подключен квходу второго делителя частоты, выходкоторого соединен с входом сбросатретьего делителя частоты, с первымвходом элемента ИЛИ и через элементзадержки - с входом сброса триггера, подключенного выходом через последовательно соединенные блок расширения импульсов и второй формирователь им1322229 1 пульсов к второму входу логическогоблока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого делителя частоты, подключенного входомк выходу генератора импульсов и квходу третьего делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу триггера, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства для регулирования скорости электропривода, в него введены блок задания скорости, сумматор кодов и преобразователь временной интерваЛ код, вход которого соединен с выходом блока расширения импульсов, а выход - с первым входом сумматора кодов, второй вход которого подключен к выходу блока задания скорости и к управляющим входам второго и третьего делите лей частоты, причем управляющий входпервого делителя частоты соединен с выходом сумматора кодов.1322229 Составитель Е.Власов Техред Л. Олийнык К ектор Г.Решетник едактор О.Голов Заказ 2863 43 писноР комитета С и открытий д. 4 ская н венно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Прои ВНИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, аж 863 енного етении -35, Р