Цифровой модулятор

ЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИ ЕСПУБ 9) 7 08(51) 5 Ия ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТВ итут аринои преульсной о в преГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 1352636, кл. Н 03 К 7/08, 1987,2, Авторское свидетельство СССРВ 147831.6, кл. Н 03 К 7/08,1989.(57) Изобретение относится к импултехнике и может быть использовано в Изобретение относится к имп технике и может быть использован образователях систем управления.Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения управления цифровым модулятором силовых транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя.На фиг.1 представлены временные диаграммы сигналов датчика положения ротора синхронного двигателя и необходимый порядок включения транзисторов силового моста; на фиг,2 - функциональная схема цифрового модулятора; на фиг,3 - функциональная схема схемы ограничения; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.Управление синхронным двигателем осуществляется изменением напряжения в фазах обмоток статора, Это достигается путем широтно-импулЬсной модуляции включенного и выключенного состояний соответствующей пары силовых транзисторных ключей трехфазного моста. Выбор образователях системы управления. Цифровой модулятор содержит генератор прямоугольных импульсов, счетчики, триггер знака, триггер, элементы ИЛИ, инвертор, элементы И, элементы И-НЕ, дешифратор, формирователи импульсов, схему ограничения, схему сброса, выходные шины, шины входного сигнала, шину знака, шины датчика положения ротора синхронного двигателя. Использование данного устройства позволяет обеспечить управление цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, 4 ил., 1 табл,пары работающих транзисторных ключей осуществляется в функции углового положения ротора синхронного двигателя (см. Чернов Е.А., Кузьмин В.П, Комплектные электроприводы станков с ЧПУ. Справочное пособие. - Горький: Волго-Вятское книжнос издательство, 1989 г, - с. 161 - 228),Порядок включения транзисторов в за- ЧО висимости от сигналов встроенного датчика цО положения ротора синхронного двигателя и ) направления вращения вала двигателя приведен на фиг 14Вводя в рассмотрение знак направления вращения и принимая, что направлению "вперед" соответствует логический нуль, а а направлению "назад" - логическая единица, составим таблицу(см.таблицу ) состояния схемы выбора транзисторов. При этом учтем, что фазаа датчика подключена к 1-му(младшему) разряду схему выбора, фаза Ь - код 2-му разряду, фаза с - к 3-му разряду, а знак направления - к 4-му (старшему) разряду, 1798907Следовательно, схема выбора транзисторов должна представлять собой дешифратор с четырьмя входами и шестью выходами. Возьмем за основу технической реализации схемы выбора ключей дешифратор, например, К 155 ИДЗ, позволяющий преобразователь четырехразрядный код в направление низкого логического уровня, появляющееся на одном из шестнадцати выходов Го+Р 15. Причем коду Иа на входе соответствует тот же порядковый номер Ьа выхода. Тогда сигналам выбора транзисторного ключа Як (К = 1,2,.6) соответствуют следующие логические функции Я 1 = Р 1 Р 5 Р 14 Р 10; Я 2 = Г 2 РЗР 12 Г 13 5 = Р 4 Г 5 Г 10 Р 11; Я Я 6 = РКьР 12 Р 14. Цифровой модулятор (фиг.2) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, триггер 4 знака, триггер 5, элементы б и 7 ИЛИ, инвертор 8, элементы 9, 10, 11, 12; 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И, элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-НЕ, дешифратор 26, формирователи 27, 28 и 29 импульсов, схему 30 ограничения, схему 31 сброса, выходные шины 32, 33, 34, 35, 36 и 37, шины 38 входного сигнала, шину 39 знака, шины 40, 41, 42 датчика положения роторэ синхронного двигателя, Выход генератора 1 прямоугольных импульсов соединен со счетным входом счетчика 3 и первыми входами элементов 6 и 7 ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 4 знака, первый вход которого соединен с шиной 39 знака, а второй вход (вход стробирования) - с выходом инвертора 8. Выходы элементов 6 и 7 ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета счетчика 2, выход переноса которого соединен с первым входом элемента 9 И. Разрядные входы счетчика 2 соединены с выходом схемы 3, ограничения, разрядные входы которой соединены с шиной 38 входного сигнала, а знаковый вход - с шиной 39 знака. Разрядные входы счетчика 3 соединеньг с общей шиной, а выход переноса - с первым входом элемента 10 И, выход которого соединен с первым входом элемента 11 И, выход которого соединен с первым входом (входом сброса) триггера 5 и первым входом элемента 12 И, вь 1 ход которого соединен с входами записи информации счетчиков 2 и 3 и входом инвертора 8. Второй вход элемента 10 И соединен с выходом схемы 31 сброса. Прямой вьход триггера 4 знака соединен с первым входом (старший разряд) дешифратора 26 и входом формирователя 27 импульсов, э инверсный выход - с входом формирователя 28 импульсов. Выходы фор мирователей 27 и 28 импульсов соединенысоответственно с первым и вторым входами элемента 13 И, выход которого соединен со вторыми входами элементов 9 и 12 И и входом формирователя 29 импульсов, выход ко-.10 торого соединен со вторым входомэлемента 11 И, Выход элемента 9 И соединен со вторым входом (входом установки) триггера 5, инверсный выход которого соединен с первыми входами элементов 14, 15, 15 16, 17, 18 и 19 И. Второй(3 разряд), третий(2-разряд) и четвертый (1 разряд) входы дешифратора 26 соединены с шинами 40 (фаза с), 41 (фаза Ь) и 42 (фаза а) датчика положения ротора синхронного двигателя. Первый 20 выход (Г 1) дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 20 и 25 И-НЕ. Второй (Е 2) выход дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 21 и 23 И-НЕ.Третий (Гз) выход дешифратора 26 соединен 25 со вторыми входами элементов И 21 и 25И-НЕ. Четвертый (Г 4) дешифратора 26 соединен с первыми входами элементов 22 и 24 И-НЕПятый (Г 5) выход дешифратора 26 соединен со вторыми входами элементов 20 и 30 24 И-НЕ, Шестой (Р 5) выход дешифратора 26соединен со вторыми входами элементов 22 и 23 И-Н Е. Седьмой (Г 9) выход дешифратора 26 соединен с третьими входами элементов .22 и 23 И-НЕ, Восьмой(Г 1 о) выход дешифра тора 26 соединен с третьими входами элементов 20 и 24 И-НЕ. Девятый (Е 11) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами элементов 22 и 24 И-НЕ; Десятый (012) выход дешифратора 26 соединен с 40 третьими входами 21 и 25 И-НЕ. Одиннадцатый (Е 1 з) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами элементов 21 и 23.И-НЕ, Двенадцатый (Г 14) выход дешифратора 26 соединен с четвертыми входами эле ментов 20 и 25 И-НЕ, Выходы элементов 20,21, 22, 23, 24 и 25 И-НЕ соединены соответственно со вторыми входами элементов 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И, выходы которых соединены соответственно с выходными шинами 50 32, 33,34,35,36 и 37.Генератор 1 прямоугольных импульсовможет быть выполнен, например, на микросхеме К 155 ЛАЗ с кварцевой стабилизацией или с времязэдающим конденсатором.55 Счетчики 2 и 3 реализованы, например, намикросхемах К 155 ИЕ 7, причем выход переноса может быть сформирован подключением на соответствующий выходной разряд одновибратора К 155 АГ 1 или объединением через элемент И штатных выходов переноса, Триггер 4 знака и триггер 5, например, выполнены на микросхемах К 155 ТМ 2, элементы 6 и 7 ИЛИ - на микросхеме К 155 ЛЛ 1, инвертор 8 - на микросхеме К 155 ЛН 1, элементы 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И - на микросхемах К 155 ЛИ 1, элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-НЕ - на микросхемах К 155 ЛА 1, дешифратор 26 - на микросхеме К 155 ИДЗ, формирователи 27, 28 и 29 импульсов - на микросхемах К 155 АГЗ.Схема 30 ограничения (фиг.З) содержит, например, группу 43 элементов ИЛИ, группу 44 элементов И, элемент 45 И-НЕ, элемент 46 ИЛИ, элемент 47 ИЛИ, элемент 48 ИЛИ-НЕ, инвертор 49.В зависимости от величины, на которой должен быть ограничен входной сигнал, и- разрядные входы шины 38 разбиваются на две группы; с 1 до (и - щ) и с (и - т + 1) до и, причем тп. Первая группа разрядов - с 1 до (п - а) соединена с первыми входами группы 43 элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами группы 44 элементов И, выходы которых являются (ив) - младшими разрядами выхода схемы 30 ограничения. Вторая группа разрядных входов шины 38 - с (и - гп+ 1) до и - являются соответствующими разрядами выхода схемы 30 ограничения. Они соединены с в-входами элемента 45 И-НЕ и элемента 46 ИЛИ. Выход элемента.45 И-НЕ соедйнен с первым входом элемента 47 ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами группы 44 элементов И, Выход элемента 46 ИЛИ соединен с первым входом элемента 48 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора 49, а выход - со вторыми входами группы 43 элементов ИЛИ. Второй входэлемента 47 ИЛИ и вход инвертора 49 соединены с шиной 39 знака.Схема 31 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, причем второй вывод резистора присоединяется к шине питания, а второй вывод конденсатора - к общей шине. Вывсд сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 31 сброса.Цифровой модулятор работает следую-. щим образом.После включения напряжения питания схема 31 сброса формирует сигнал, который через элементы 10 и 11 И устанавливает триггер 5 в исходное состояние и далее через элемент 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и далее через инвертор 8 стробирует триггер 4 знака, При этом входной сигнал, пройдя через схему 30 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или в обратном (при от тате на выходе триггера 5 (фиг,4 в)получается сигнал со скважностьюМ1/: - э2 пВ зависимости от соотношения сигна 40 лов датчика положения ротора синхронного двигателя, появляющихся на шинах 40, 41,45 42 (фиг.4 г, д, е, соответственно), дешифратор 26 и элементы 20, 21, 22, 23, 24 и 25 И-НЕ, реализующие логические функции (1), подают сигналы высокого уровня.на входы той или иной пары элементов 14, 15, 16, 17, 18 и 19 И, В результате широтно-модулированный сигнал поступает на соответствующие выходы 32, 33, 34, 35, 36, 37 (фиг.4 ж, з,и, к, л, м) модулятора.Формирователи 27, 28 и 29 импульсов и элемент 13 И необходимы для формирования раздвижки фронтов при перемене знака сигнала задания Таким образом, дополнительное введение в цифровой модулятор формирователя импульсов, элементов И, дешифратора и рицательном знаке сигнала) коде в счетчик2, а код знака этого сигнала записывается втриггер 4 знака.В зависимости от знака входного сигна 5 ла импульсы генератора 1 с частотой 10 проходят либо через элемент б ИЛИ (знакположительный) либо через элемент 7 ИЛИ(знак отрицательный) и поступают соответ-ственно либо на вход обратного счета, либо10 на вход прямого счета счетчика 2, В зависимости от величины М входного сигнала навыходе переноса счетчика 2 через интервалвремениИ15 оо=после стробирования появится отрицательный импульс (фиг,4 а)л. Этот отрицательныйимпульс с выхода счетчика 2, пройдя черезэлемент 9 И поступает на вход установки20 триггера 5, на инверсном выходе которогои ри этом появляется сигнал низкого уровня(фиг.4 в). Через интервал времени2 пюг= - ,огде и - количество разрядов двоичного счетчика, после стробирования на выходе счетчика 3 появится отрицательный импульс(фиг.4 б), который, пройдя через элементы 10и 11 И,устанавливает на инверсном выходетриггера 5 сигнал высокого уровня, .Этот же отрицательный импульс с выхода переноса счетчика 3 через элементы 10,11 и 12 И стробирует счетчики 2 и 3 и далеечерез инвертор 8 - триггер 4 знака, Процессформирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3 и триггера 5 повторяется. В резуль 17989075 10 15 20 30 35 40 45 50 элементов И-НЕ с соответствующими связями позволяет обеспечить в нем способность управления транзисторными ключами в силовой цепи синхронного двигателя.Формула изобретения Цифровой модулятор, содержащий первый и второй счетчики, триггер знака, генератор прямоугольных импульсов, триггер, первый и второй элементы ИЛИ, инвертор, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый и второй формирователи импульсов, схему ограничения и схему сброса, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера знака, первый вход которого соединен с шиной знака, а второй вход- с выходом инвертора, вход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков, выход переноса первого счетчика соединен с первым входом первого элемента И, разрядные входы второго счетчика:соединены с общей шиной, а выход переноса - с первым входом второго элемента И, разрядные в ходы первого счетчика соединены с выходами схемы ограничения, разрядные в ходы которой соединены с шинами входного сигнала, а знаковый вход - с шиной знака, выход схемы сброса соединен с вторым входом второго элемента И, о т л и ч а ю щ и йс я темчто, с целью расширения области применения за счет обеспечения управления цифровым модулятором транзисторных ключей в силовой цепи синхронного двигателя, в него дополнительно введены третий формирователь импульсов, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый элементы И, дешифратор.и первый; второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами обратного и прямого счета первого счетчика, выход генератора прямоугольных импульсов соединЕн со счетным входом второго счетчика, выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входами триггера и четвертого элемента И, выход которого соединен с входами записи информации первого и второго счетчиков, прямой выход триггера знака соединен с первым входом дешифратора и входом первого формирователя импульсов, а инверсный выход - с входом второго формирователя импульсов, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами пятого элемента И, выход которого сОединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И и входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с вторым входом триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одинадцятого элементов И, второй, третий и четвертый входы дешифратора соединены с шинами датчика положения ротора синхронного двигателя, первый выход дешифратора соединен с первыми входами первого и шестого элементов ИНЕ, второй выход дешифратора соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И-НЕ, третий выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и шестого элементов И-НЕ, четвертый выход дешифратора соединен с первыми входами третьего.и пятого элементов И-НЕ, пятый выход дешифратора соединен с вторыми входами первого и пятого элементов И-НЕ, шестой выход дешифратора соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, седьмой выход дешифратора соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, восьмой выход дешифратора соединен с третьими входами первого и пятого элементов И-НЕ, девятый выход дешифратора соединен с четвертыми входами третьего и пятого элементов И-НЕ, десятый выход дешифратора соединен с третьими входами второго и шестого элементов И-НЕ, одиннадцатый выход дешифратора соединен с четвертыми входами второго и четвертого элементов И-НЕ, двенадцатый выход дешифратора соединен с четвертыми входами первого и шестого элементов И-НЕ, выходы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с вторыми входами шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого элементов И, выходы которых соединены с выходными шинами,,Ц фиг,Ф;,Составитель С.ГалицковТехред М.Моргентал Корректор А,Козори Реда но-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 Произв аз 779 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5