Цифровой регулятор

,СССР вв девам взебретввкЯ н етармтнЯ(54). ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР 1Изобретение относится к автоматичес.комууправлению и может быть применено в радиотехнических системах, приборостроении и станкостроении.. Известен цифровой регулятор скорости двигателя, содержащий блок задания и блок измерения скорости, подключенные к счетчику, младшие декады которого через бща памяти подключены ко входу10 пифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен. к исполнитель- наму двигателю. Кроые того, регулятор содержит мультивибраторы, ключи, триггеры и элементй И нижнего и верхнего пределов абсолютного диапазона регули. рования, причем управтайтцие входы элементов И подключены к выходам разрядов счетчика, а выходы через соответствующие триггеры к одним из входов,то ключей, другие входы которых соединены с выходом блока, измерения скоростей, а выходы через соответствующие мультивнбраторы - с входами установки разря 2дов счетчика, соответствующими выбранному диапазону,Применение в приведенном цифровомрегуляторе дополнительных мультивибраторов, ключей, триггеров и элементов Инижнего и варнего пределов абсолютноМ дивпазона регулирования позволяетвыбрать и поддерживать постояйным необходимый диапазон регулирования. Недозаполнение или перезаполнение счетчикаимпульсами генератора импульсов иэ-аазначительного отклонения действительнойскорости двигателя от заданнойвызываетсрабатывание элементов И, триггеров,ключей и мультивибраторов нижнего иливерхнего пределов абсолютного диапазонарегулирования и принудительную установку счетчика соответственно, в нижний иливерхний предел. На выходе цтфро-аналогового преобразователя поддерживается минимальное или максимальное напряжениедо тех пор, пока скорость двигателя неуменьшится или увеличится до величины,входящей в выбранный диапазон регули 3 1 бб 4 й ровьаия. Это позволяет упростить, узел считывания, блок памяти ицифро-анвло говый преобразователь.В данном регуляторе измеряется длительность интервала, пропорционального скорости двигателя и поступающего с двух регистрирующих устройств частотного тахогенератора в виде двух импуль сов, задающих начало и конец интервала, Измерение осуществляется посредством заполнения интервала импульсами эталонной частоты и подсчета их с помощью десятичного суммирующего счетчика 11Однако минимально возможная длитель ность периода следования запускающих импульсов определяется при максимальной скорости, так как составляющие перйода следования, связанные с записью минимальной скорости и переносом этой информации в блок памяти, необходимы для четкой работы регулятора скорости, В интервале, связанном с принудительной установкой мультивцбратором счетчика в состояние, соответствующее нижнему пределу диапазона регулирования д прн наибольшем возможном отклонении скорости, информация о скорости в счетчик не поступает и не записывается в блок памяти, поэтому в этом интервале происходит .потеря информации о скорости. З 0Данная составляющая периода следования импульсов частотного тахогецератора снижает точность измерения скорооти в регуляторе и точность работы всего регулятора, скорости двигателя, что35 является его основным недостатком.Наиболее близким к изобретению техническим решением является цифровой регулятор, содержащий первый формирователь импульсов, первый выход которого40 через последовательно соединенные блок задания скорости, первый счетчик импульсов, первый элемент И, первый переключатель и регистр подключен к первому входу блока. памяти, а второй выход чь 45 рез последовательно соединенные первый триггер и ключ - ко второму входу первого.счетчика импульсов, второй вход ключа подсоединен к выходу генератора импульсов, соединенного со вторым входом первого переключателя; второй формирователь импульсов, первый, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно ко второму входу блока памяти, через второй триггер - к третьему входу первого переключателя и к первсму входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - со вторым 67 4входом первого триггера, второй элемент И, выход которого соединен с четвертым. входом первого переключателя и с третьим входом блока памяти, а входы - со вторыми выходами регистра, второй вход которого соединен с первым выходом первого формирователя импульсов и с вторым. входом второго триггера, а также последовательно соединенные коммутатор и двигатель, связанный с датчиком скорости, выходы которого подключены ко входам соответствующих формироват лей импульсов.В данюм регуляторе в узле обратной связи применен импульсный датчик скорости, с двух регистрирующих устройств которого поступает информация в виде двух импульсов, задающих начало и конец интервала, пропорционального скоростиКроме того, в этом цифровом регуляторе уставка вводится в счетчик в виде числового кода,.а орган сравнения представляет собой цифровое арифметическое устройство (счетчик). формируемая этим устройством разность в цифровом виде является величиной, пропорциональной ошибке регулятора. Записанная в блоке памяти в цифровом виде ошибка преобразуется цифро-аналоговым преобразо-вателем в аналоговый сигнал, воздействующий через усилитель на двигатель. Регулирование скорости асинхронного двио гателя осуществляется импульсным. методом регулирования, при котором обмотки двигателя подключаются коммутатором к питающей сети на определенное время.В зависимости от отклонения действительной скорости двигателя от заданной длительность подключенного состояния обмоток двиг теля к сети изменяется от нуля до длительности периода коммутации."При этом действующее напряжение, подводимое к обмоткам двигателя, изменяется от нуля до полного напряжения питающей сети Г 21Данный известный регулятор характеризуется недостаточной точностью, вследствие наличия цифро-аналогового преобразователя и генератора опорного напряжения, нестабильность параметров которых значительнаЦель изобретения - повышение точности и стабильности регулятора.Указанная цель достигается тем, что в цифровой регулятор введены делитель частоты, реверсивный счетчик импульсов, второй счетчик импульсов, второй переключатель, третий и четвертый триггеры,5 10049 выходы которых подключены к соответствующим входам коммутатора, первые входы - к соответствующим выходам второго переключателя, а третьи входы - к выходу реверсивного счетчика импульсов, первые входы которого соединены с соответствующими выходами блока памяти, второй вход через делитель частоты - с выходом генератора импульсов, а третий вход - с выходом второго счетчика им О пульсов и с первым входом второго переключателя, второй и третий входы которого подключены к выходам старшего разряда блока памяти, а вход второго счетчика импульсов соединен с выходом делителя частоты.При этом число разрядов реверсивного счетчика импульсов и второго счетчика на единицу, меньше числа разрядов блока памяти. ОВ предложенном регуляторе вместо генератора опорного напряжения применен счетчик импульсов, получаемых от генератора импульсов через. делитель частоты, дающий стабильную опорную частоту. 25Реверсивный счетчик импульсов в зависимости от знака и величины ошибки регулятора, записанной в цифровом виде в блоке памяти, переключаясь в прямом или обратном направлении синхронно со зо вторым счетчиком импульсами с делителя частоты, через переключатель формирует совместно со вторым счетчиком на выходе третьего или четвертого григгеров импульсы .регулируемой длительнос 35 ти.Этими импульсами через коммутатор осуществляется управление величиной и направлением мощности, подводимой кдвигателю, который создает вращающий или тормозной момент для . увеличения или уменьшения скорости вращения.На чертеже приведена блок-схема предложенного цифрового регулятора.45Схема содержит первый формирователь 1 импульсов, блок 2 задания скорости первый счетчик 3 импульсов, первый элемент И 4, первый переключатель 5, ре- . гистр 6, блок 7 памяти, первый триггер8, ключ 9, генератор 10 импульсов,50Второй формирователь 11 импульсов,второй триггер 12, элемент ИЛИ 13,второй. элемент И 14, коммутатор 15, двигатель 16, датчик 17 скорости, делитель 18 частоты, реверсивный счетчик19 импульсов, второй счетчик 20 импульсов, второй переключатель 21, третий ии четвертый триггеры 22 и 23. Двигатель, в свою очередь, содержит индукторы 24 и подвижный элемент 25.В регуляторе измеряется длительность интервала, пропорционального скорости двигателя и поступающего с двух регистрирующих устройств имптьсного датчика 17 скорости в виде двух импуль сов, задающих начало и конец интервала.Измерение осуществляется посредством заполнения интервала импульсами опорной частоты от генератора 10 и подсчета их с помощью счетчика 3 и регистра 6.Перед началом работы регулятора с помощью блока 2 задави скорости, представляющего собой либо контактный либо бесконтактный переключатель, устанавливается не число высокочастотных импульсов генератора 10, приходящих в счетчик 3 за время работы от начала измеряемого интервала до нижнего предела диапазона. регулирования, а дополнительное число, т.е. число, дополняющее первое до полного объема счетчика 3.Величина дополнительного числа зависитот выбранного диапазона регулирования,заданной величины скорости двигателя и параметров входного интервала, поступающего с импульсного датчика 17 скорости.Цифровой регулятор работает следующим образом,Импульс, поступающий с импульсного датчика 17 скорости, задающий началоизмеряемого интервала, и сформированный в первом формирователе 1, переносит задание, записанное в блоке 2 заданияскорости, в счетчик 3 и одновременно устанавливает регистр 6 и второй триггер 12 в исходное состояние.Через время задержки, необходимое для установки счетчика 3, импульсом изпервого формирователя 1 переключается первый триггер 8. При этом открываеься ключ 9 и в счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 10. По заполнении счетчика 3 до полного объемасрабатывает первый элемент И 4 и через алемент ИЛИ 13 переключает первый триггер 8. При атом закрывается ключ 9, который запрещает поступление импульсов с генератора 10 в счетчик 3,Одновременно выходной импульс первого алемента И 4 открывает первый переюпочатель 5 и в регистр 6 начинают поступать импульсы генератора 10. Счетзаканчивается с поступлением импульсно го датчика 17 скорости импульса, задающего конец измеряемого интервала во30 7 1004 второй формирователь 11 импульсов. Импульс второго формирователя 11 через . второй триггер 12 закрывает первый переключатель 5 и прекращает поступление импульсов генератора 10 на управляющий 5 вход регистра 6, Через время задержки со второго формирователя 11 импульсов поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 6 в блок 7 памяти. 1 ОИнформация о знаке и величине ошибки, нахочящаяся в блоке 7 памяти преобразуется в длительность рабочего импульса 1 р с периодом коммутации Т следующим образом. 15Если регистр 6, а следовательно, и блок памяти 7 имеют по Ь двоичных разрядов, то реверсивный счетчик 1 Ь и второй счетчик 20 имеют по и -1 двоичньх разрядов, Состояние старшего 20 разряда блока 7 памяти характеризует знак ошибки регулятора; состояние "О"- ошибка отрицательная (действительная скорость выше заданной); состояние "1"- ошибка положительная (действительная Н скорость ниже заданной).Предположим, что ошибка регулятора отрицательная, т.е, действительная скорость двигателя выше заданной.Следовательно, состояние старшего разряда блока 7.памяти "0", При этом реверсивный счетчик 19 устанавливается на прямой счет.С выхода делителя частоты 18 на входы реверсивного счетчика 1 9 и второго счетчика 20 постоянно поступают импульсы и они синхронно переключаются.При установке второго счетчика 20 в состояние "О" импульс с его выхода подается на вход предварительной записи реверсивного счетчика 1 Ь и происходит предварителЬная запись в счетчике 1 Ь, информации, находящейся в данный момент времени в блоке. 7 памяти.Одновременно с этим импульс с выхода второго счетчика 20 через второй переключатель 21 устанавливает в состояние "1" (рабочее) третий триггер 22.ЭтОт момент времени принимается за начало периода коммутации Тх и начало рабочего импульсартормВыходными импульсами делителя 18 частоты реверсивный счетчик 19 и второй счетчик 20 переключаются до полного заполнения реверсивного счетчика55 19. При этом импульс с выхода реверсивного счетчика 1 Ь поступает на входы установки "О" третьего 22 и четвертого 23 триггеров и устанавливает их М 7 8в состояние 0. На выходе третьеготриггера 22 сформировался рабочий импульс длительностью Ф р тормПри полном заполнении второго счетчика 20 и последующем переходе его всостояние "0" заканчивается формирование периода коммутации Т,Выходной импульс второго счетчика20 при установке его в состояние 0"снова производит предварительную записьв реверсивном счетчике 19 информации,находящейся в данный момент времени вблоке 7 памяти и включает третий тригер 22 в рабочее состояние, т.е. начинает новый цикл ( начало цового периодакоммутации Тх и нового рабочего импульса р торм )Сформированный рабочий импульстрторм с выхода третьего триггера 22поступает на соответствующий вход коммутатора 15, который подключает и- дукторы 24 к сети на время 1 ртормИндукторы 24 создают бегущее магнитное поле определенного направления,, создавая тормозящий момент для уменьщения скорости вращения,При изменении величины отрицательной ошибки соответственно изменяетсяинформация в блоке 7 памяти, котораяпереносится при предварительной записив реверсивный счетчик 19, изменяя соответственно длительность рабочего импульса 1 рторм от. нуля до 1 рторм Ткфпричем максимальной величйне отрицательной ошибки соответствует 1 р торм =- Тк, а нуле Ой ошибке 1 рторм = О.Если ошибка регулятора йоложительная, т.е. действительная скорость двигателя ниже заданной, то состояние старшего разряда блока 7 памяти - "1, Приэтом реверс;дный счетчик 19 устанавливается на "обратный счет и второй переключатель 21 переключается на четвертый триггер 23. При установке второгосчетчика 20 в состояние "0" импульсс его выхода подается на вход предварительной записи реверсивного счетчика1 Ь и происходит предварительная записьв счетчике 19 информации, находящейсяв данный момент времени в блоке 7 памяти. Одновременно с этим импульс свыхода второго счетчика 20 через второй переключатель 21 устанавливает всостояние 1" четвертый триггер 23,Этот момент времени принимаетсяза начало периода коммутации Тх и начало работы импульса 1 р цр.Выходными импульсами делителя 18частоты реверсивный счетчик 1 9 и вто9 10049рой счетчик 20 переключается до состояния "0 реверсивного счетчика 19. Приэтом импульс с выхода реверсивногосчетчика 1 9 поступает на входы установки 0 третьего 22 и четвертого 23. тратера и устанавливает нх в состояниеО,На выходе четвертого триггера 23сформировался рабочий импульс длительностью Ф р вР, е,При полном заполнении второго счетчика 20 и последующем переходе егов состояние О заканчивается формирование периода коммутации Т и выходным его импульсом начинается новый юцикл формирования Рв соответствии сс информацией о величине ошибки в блоке 7 памяти.Сформированный рабочий импульс 1,Р В)свыхода четвертого триггера 23 поступает на соответствующий вход коммутатора 15, который подключает индукторы24 к сети на время 1 р врИндукторы 24 создают бегущее магнитное поле другого направления, создавая вращающий момент для увеличенияскорости вращения. При изменении величины положительной ошибки соответствен. но изменяется длительность рабочего импульса 1 РЬР от пуля до 1 р еР = ТК, 30рВр -где. нулевой ошибке соответствует Ф=О, а максимальной по величине положительной ошибке 1 Р вР = Тк.Если скорость двигателя 16 вышеверхнего предела установленного диапазо 35 на регулирования, то импульс импульсного: датчика 17 скорости, задающего конец измеряемого интервала, поступает на вход второго формирователя 11 импульсов еще до полного заполнения счетчика 3.Импульс второго формирователя 11 импульсов через элемент ИЛИ 1,3 и первый триггер 8 закрывает ключ 9 и прекращает поступление в счетчик 3 импульсов генератора 10. Одновременно запре 45 шающий импульс с формирователя 11 через второй триггер 12 блокирует первый переключатель 5 в закрытом состоянии, не допуская прохождения импульсов с генератора 10 на вход регистра 6, Черезвремя задержки с формирователя 11 поЯ ступает ;мпульс переноса информации, которая заключена в регистре 6 в блок 7 памяти. А так как регистр 6 находится в исходном состоянии, то эта информация и будет перенесена в блок 7 памяти. Таким образом, в блоке памяти 7 будет записываться информация исходного состояния регистра 6 независимо от 67 10того, насколько скорость двигателя 16. выше верхнего предела установленного диапазона регулирования, И нформация, находящаяся в блоке 7 памяти, свидетельствует о том, что в данном случае ошибка регулятора максимальная отрицательная и регулятор работает аналогично описанному выше (случай отрицательной ошибки), за исключением того, что в каждом периоде Т,с длительность рабочего импУльса 6 Р то = Тк. ИндУктоРы 24 постоянно подключены к питающей сети таким образом, что создают макси мальный тормозящий момент уменьшая скорость двигателя до тех пор, пока она не уменьшится ниже верхнего предела диапазона регулирования.По достижении скорости двигателя верхнего предела диапазона регулирования. счетчик 3 заполняется полностью и через первый элемент И 4 открывает первый переключатель 5 и на вход -егистра 6 поступают импульсы генератора 10, переключая регистр 6 в соответствующее положение обычным способом, Если скорость двигателя 16 ниже ниж него предела установленного диапазона регулирования, то импульс, поступающий с импульсного датчика 17 скорости, задающего начало измеряемого интервала, и сформированный в формирователе 1, переносит задание, записс.нное в блоке 2 задания скорости в счетчик 3, устанавливает регистр 6 в исходное состоя- ние.и через триггер 8 открывает. ключ 9.,В счетчик 3 начинают поступать импульсы генератора 10. По заполнении счетчика 3 до полного объема срабатывает первый элемент И 4 и через элемент ИЛИ 13 переключает триггер 8, При этом закрывается ключ 9 и прекращает поступление импульсов с генератора 10 в счетчик 3. Одновременно выходной импульс элемента И 4 открывает переключатель 5 и в регистр 6 начинают поступать импульсы генератора 10, По за- полнении регистра 6 до полного объема срабатывает второй элемент И 14, закрывает переключатель 5 и прекращает поступление импульсов генератора 10 на управляющий вход регистра 6. Одновременно с элемента И 14 поступает импульс переноса информации, которая заключена в регистре 6 в блок 7 памяти. А так как регистр 6 полностью заполнен, то эта информация и будет перенесена в блок 7 памяти.Таким образом, в блоке 7 памяти будет записываться информация полностью1004011заполненного регистра 6 независимо от того, насколько скорость двигателя ниже установленного диапазона регулирования, Информация, находящаяся в блоке 7 памяти, свидетельствует о том, Фто в данном 5 случае ошибка регулятора максимальная положительная, и регулятор работает аналогично описанному выше (случай положительной ошибки), за исключением того, что в каждом периоде Тк длительность рабочего импульса 1врГх. Индукторы 24 постоянно подключены к питающей сети таким образом что создают максимальный вращающий момент, увеличивая скорость двигателя до тех пор, пока , она не увеличится выше, нижнего преде ла диапазона регулирования. При превышении скорости двигателя выше нижнего предела диапазона регулирования регистр 6 полностью не заполняется и второй 0 элемент И 14 перестает блокировать переключатель 5. Блокировку переключате-ля 5 и выдачу разрешающего импульса на перенос информации с регистра 6 в блок памяти 7 осуществляет второй формирователь 11 обычным способом.Точность и стабильность предложенного цифрового регулятора скорости асинхронного двигателя по сравнению с известным базовым увеличены примерно на ЗО 30-40%. В связи с полным отсутствием аналоговых элементов данный регулятор имеет по сравнению с известным более высокую надежность, более простую конструхцию, технологию изготовления и на- з стройки, более высокую степень унифика-. ции элементов регулятора, При этом уменьшается требуемая стабильность иоточников питания регулятора. Все это позволяет получить определенный техникоэкономический эффект в случае его при- менения.формула изобретенияЦифровой регулятор, содержащий первый формирователь импульсов, первый выход которого через последовательно соединенные блок задания скорости, первый счетчик импульсов, первый элемент И, первый переключатель и регистр подключен к первому входу блока памяти, а второй выход через последовательно сое 12 диненные первый триггер и ключ - к второму входу. первого счетчика импульсов,второй вход ключа подсоединен к выходугенератора импульсов, соединенного свторым входом первого переключателя,второй формирователь импульсов, первый,второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к второму вхо-,ду блока памяти, через второй триггерк третьему входу первого переключателяи к первому входу элемента ИЛИ, второйвход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с вторым входом первого триггера, второй элемент И,выход которого соединен с четвертымвходом первого переключателя и с третьим входом блока памяти, а входы - с вторыми выходами регистра, второй вход которого соединен с первым выходом первого формирователя импульсов и с вторымвходом второго триггера, а также последовательно соединенные коммутатор идвигатель, связанный с датчиком. скорости,выходы которого подключены к входамсоответствующих формирователей импульсов, о т л и ч аю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и стабильности регулятора, в него введены делитель частоты, реверсивный .счетчик импульсов, второй счетчик импульсов, второй переключатель, третий и четвертыйтриггеры, выходы которых подключены ксоответствующим входам коммутатора,нервые входы - к соответствующим выходам второго переключателя, а третьи входы - к выходу реверсивного счетчика импульсов, первые входы которого соединены с соответствующими выходами блокапамяти, второй вход через делитель частоты - с выходом генератора импульсов,а третий вход - с выходом второго счетчика импульсов и с первым входом второго переключателя, второй и третий входыкоторого подключены к выходам старшегоразряда блока памяти, а вход второгосчетчика импульсов соединен с выходомделителя частоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМо 312235, кл. С 05 В 11/06, 1971.2, Авторское свидетельство СССР0 Тираж 872 ППИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий35, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб писное