Устройство стабилизации частоты вращения вала

(9 51) 5 С 11 В 15/43 Е 1 ЛЫЗАЦИИ ЧАС(54) УСТРОИСТ ТОТЫ ВРАЩЕ (57) Изобретен ению и може БО СТАБИЯ БАЛАе относиьг ь испо с 0 к приборострользовано в устрой На фиг, 1гаемого устроиальная схемафиг, 3 - эпюрьна элементахплитудным у оказана блок-с ства; на фиг, 2 Выполнения ус электрическиххемы; на фиг, равлением пье ; на фиг,5 - сх хема предла - принципитройства; на напряжений4 - схема с зоэлектричеема с частотамско о двигэте ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗС АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский политехн 1 ческий институт им, 50-летия Великой Октчбрьской социалистической революции(56) Авторское свиретельства СССР М 758319, кл. 6 11 В 15/43, 1980.Электронный стабилизатор-переключатель частоты вращения двигателя. - Радио, 1979, М 12, с, 38 и 39. Изобретение относится к области приборостроени 0, в частности к электронным системам стабилизации частот вр.щения ведущего вала лентопротяжного механизма аппаратов магнитной записи,Целью изобретения является увеличение точности стабилизации частоты вращения вала в широкой полосе частот возмущений и уменьшение акустических шумов,ствах стабилизации частоты вращения ведущего вала лентопротяжных механизмов. Целью изобретения является увеличение стабильности частоты вращения в широкой полосе частот возмущений и уменьшение акустического шума. Для этого частотный детектор содержит синхронизированный формирователь эталонных импульсов, соединенный с одним входом схемы однозначного вычетания, другой вход которой соединен с выходом формирователя импульсов скорости, а выход через вентиль подключен к ИС-цепи, а также запоминающий конденсатор, который включен параллельно выходу частотного детектора. Причем параллельно конденсатору подключен управляемый ключ, вход управления которого соединен со схемой формирования разрядного импульса. 5 ил. м управлением пьезоэлектрического двигателя,Устройство (фиг. 1) содержит электрический двигатель 1 с валом 2 и датчиком 3 частоты вращения. Последний соединен с формирователем 4 прямоугольных импульсов, выход которого подключен к частотному детектору 5, а его выход соединен со схемой 6 управления частотой вращения электрического двигателя.Частотный детектор 5 содержит синхронизирующий формирователь 7 эталонных импульсов, соединенный с первым входом 8 схемы 9 вычитания, второй вход 10 которой соединен с выходом формирователя 4 импульсов, а выход 11 через однополупериодный выпрямитель (вентиль) 12 подключен кЭлектрической двигатель 1 может быть двигателем постоянного тока либо пьезоэлектрическим двигателем, На валу 2 двигателя закреплено колесо датчика 3 с магнитными метками, а чувствительнь.м элементом является магнитная головка (МГ), соединенная с формирователем 4 импульсов, представляющим собой ограничитель на операционном усилителе (ОУ 2). Формирователь 4 формирует прямоугольные импульсы 18 напряжения (фиг, 3), частота которых пропорциональна частоте вращения вала 2, а длительность равна Тс. Абсолютное значение частоты сигнала датчика зависит от диаметра магнитного диска и применяемого магнитного материала. Практически она может быть в 100-500 раз выше частоты вращения вала 2.Синхронизированный Формирователь 7 эталонных импульсов состоит из дифференцирующей В 5 С 2-цепи (фиг, 2) и одиовибратора АС 2, АС 3, С 1. Дифференцирующаяцепь (ВьС 2) выделяет импульсы 19 (Фиг. 3) соответствующие переднему Фронту импульсов 18. Эти импульсы запускают одновибратор, вырабатывающий эталонные импульсы 20 со строго постоянной длительностью Тэ, несколько большей длительности Тс при номинальной частоте вращения вала 2.Выход формирователя 7 соединен с первым входом 8 схемы 9 вычитания, второй вход которой 10 соединен с формирователем 4. Схемой 9 вычитания служит логическая схема ИЛИ-НЕ (ЛС 1). 1020 2530 ВС-цепи, содержащей зарядный резистор13 и запоминающий конденсатор 14.Последний подключен параллельно выходу частотного детектора 5. Параллельноконденсатору 14 включен управляемый. 5ключ 15, вход 16 управления которого соединен со схемой 17 Формирования разрядного импульса,ляемый ключ 15, выполненный на транзисторе, база которого соединена с входом 16 управления, который подсоединен к схеме 17 формирования разрядного импульса 22 (фиг. 3).Схема 17 Формирования разрядного импульса содержит дифференциальную В 4 Сзцепь и усилитель АС 4, Формирующие короткий разрядный импульс 22 по заднему фронту импульсов скорости.Выход частотного детектора 5 подключен к схеме 6 управления частотой вращения двигателя 1, выполненного на мощном операционном усилителе.В начальный момент времени конденсатор 14 разряжен и схема 6 подает на двигатель 1 все напряжение источника питания. Вал 2 двигателя 1 начинает раскручиваться. При этом датчик 3 и схема начинают вырабатывать импульсы скорости 18, длительность которых Тс постепенно уменьшается. При достижении номинальной частоты вращения длительность импульсов скорости Тс становится равной длительности эталонных импульсов Тэ, а затем несколько меньшей их, что приводит к появлению зарядных импульсов Тзар. заряжающих конденсатор 14 через резистор 13. Поскольку постоянная времени этой цепи выбрана малой, то процесс зарядки конденсатора происходит за время гораздо меньшее Тэ, При этом уровень напряжения 0 упр, до которого заряжае 1 ся конденсатор 14, определяется длительностью зарядного импульса Тзар, т.е. фактически длительностью Тс или частотой вращения вала 1.Одновременно с передним фронтом зарядного импульса иа управляющий вход 16 ключа 15 приходит короткий разрядный импульс 22, в результате чего ключ 15 предварительно разряжает конденсатор 14 до нуля.Процес.: зарядки конденсатора 14 ха50 При совпадении нулей серии импульсов 18 и 20 схема 9 вырабатывает серию зарядных импульсов 21 с длительностью Тиар. Совпадение нулей происходит в том случае,если Тс становится меньше Тр, т.е. придостижении валом 2 номинального значения частоты вращения. Длительность зарядного импульса Тзар равна разности длительностей эталонного импУльса Тэ и импульса скоРОсти Тс.Выход 11 схемы 9 соединен через вен,тиль 12 с зарядной ВС-цепью, постоянная времени которой выбрана много меньше длительности эталонного импульса Тэ, Запоминающий конденсатор 14 соединен с выходом частотного детектора 5, Параллельно этому конденсатору включен управрактеризуется эпюрой 23 (фиг, 3). Это процесс происходит каждый период следования импульсов скорости, причем конденсатор 14 запоминает новое значение напряжения управления Оупр, соответствующее новому значению частоты вращения вала 2. На зпюре 22 пунктиром показаны значения изменения управляющего напряжения Оупр без сдвига картины во времени,Напряжение управления Оупр поступает на вход схемы 6 управления частотой вращения двигателя 1, уменьшая электрическое напряжение на нем, в результате чего частота вращения вала 2 уменьшается. Это приводит к уменьшению длительности импульсов скорости Тс. Привод входит в режим стабилизации частоты вращения вала 2, Приэтом, так как время заряда запоминающегоконденсатора 14 весьма мало по сравнениюс длительностью Т и, следовательно, с длительностью Тс в режиме номинальной частоты вращения, то сглаживающий фильтр в 5таком частотном детекторе не требуетсяили его постоянная может быть достаточномалой величины,Предлагаемое устройство представляетсобой статическую систему авторегулирова. 10ния, максимальный коэффициент стабйлизации которой определяется отношениемдвух первых постоянных времени системы:первая постоянная времени является постоянной времени электрического двигателя, 15вторая - постоянная времени сглаживающего фильтра частотного детектора. Уменьшение постоянной времени частотногодетектора позволяет пропорционально узеличить коэффициент усиления системы, а 20следовательно, и коэффициент стабилизации привода до частоты, определяемой второй постоянной времени.В предлагаемом устройстве постояннаявремени фильтра частотного детектора равна периоду следования импульсов скорости.Для уменьшения массы и габаритов вкачестве электрического двигателя можетбыть использован пьезоэлектрический двигатель. Применение такого двигателяуменьшает первую псстояннуа системы,что приводит к необходимости уменьшенияобщего коэффициента усиления по цепи обратной связи. Однако, так как начальная 35стабильность работы пьезоэлектрическихдвигателей в диапазоне часто 1 возмущенийвыше, чем у обычных электромагнитныхдвигателей, то это позволяет получить аналогичные параметры по стабильности рабаты устройства,При этом схема управления частотойвращения может быть построена на основеиспользования амплитудного ре;-,лирования (фиг. 4). Эта схема содержит автогенератор, собранный, например, на основедвух транзисторов Т 1 и Тг, частота которогозадается пьезоэлементом двигателя, а амплитуда выходного напряжения изменяетсяс помощью управляемого регулятора пропорционально управляющему напряжениюЬупр,Кроме того, при применении пьезоэлектрического двигателя может быть использовачо частотное регулирование(фиг,5),Эта схема содержит управляемый напряжением генератор, (например, генератор на мосте Вина на базе ОДНОГО операционного усилителя ОУЗ и усилитель-ограничитель ОУ 4). Частотное регулирование использует частотную зависимость частоты вращения пьезоэлектрического двигателя от частоты возбуждающего напряжения,Использование частотного регулирования позволяет уменьшить энергопотребление устройс ва, так как в этом случае отсутствуют потери на регулирующем каскаде, а регулирование производится путем согласования по частотной характеристике пьезоэлектрического .двигателя. Практически при частотном регулировании энергопотребление может быть уменьшено на 50; по сравнению с амплитудным.Эормула изобретения Устройство стабилизации частоты вра щения вала, содержащее электрический двигатель с датчиком частоты вращения, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, схему управления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности стабилизации частоты вращения вала и уменьшения акустического шума, в него дополнительно введены синхронизированный формирователь этаолнных импульсов, схема вычитания, однополупериодный выпрямитель, схема формирования разрядного импульса, управляемый ключ и РС-цепь, запоминающий конденсатор которой включен параллельно входу схемы управления, к которому подключены выходы управляемого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом схемы формирования разрядного импульса, вход которой объединен с вторым входом схемы вычитания и входом синхронизированного формирователя эталонных импульсов и подключен к выходу формирователя импульсов, выход синхронизированноГо формирователя эталонных импульсов соединен с первым входом схемы вычитания, выход которой через однополупериодный выпрямитель соединен с входом КС-цепи, 1 б 44219Составитель С. Ботуэехред М,Моргентал Корректор Н, Ренская Бобков акта Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина,Заказ 1244 Тираж 355 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при 113 О 35, Москва, Ж; Раущская наб., 4/5