Цифровой электропривод

1102002 3, Электропривод по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что преобразователь ток якоря - коэффици. ент заполнения содержит инвертор, логический элемент .ИЛИ-НЕ, генератор импульсов пилообразной формы, компаратор и интегратор, вход которого образует вход преобразователя, ток якоря - коэффициент заполнения,Фвыход подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с входом сброса триггера второго бло ка синхронизации, выход которого 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления двигателями небольшой мощности при высоких требованиях к статической точности регулирования.Известен цифровой электропривод, ,содержащий двигатель постоянного тока с импульсным датчиком частотывращения, подключенный к импульсному 1 О усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами блока ограничения и регист ра, триггер, выходами подключенный 15 к первым входам двух логических элементов И, выходы которых соединены с входами второго реверсивного счетчика 1 .Недостатком данного,электроприво да является наличие существенных пульсаций частоты вращения особенно в диапазоне низких частот, что обусловлено изменением периодичности поступления импульсов управления движением, а собственно периодичность определяется частотой вращения и, естественно, при низких частотах вращения период поступления импульсои велик, фильтрующие свойства двигате-ЗО ля на низких частотах ухудшаются, что и обуславливает увеличение пульсаций частоты вращения.НаибОлее близким к изобретению по технической сущностия является цифровой электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока подключен к входу генератора импуль.сов пилообразной формы, выход кото- Г рого соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен также к одному из входов логическогоэлемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого образует второй вход преобразователя ток якоря-коэффициент заполнения, а выход подключен к первому вхо" ду импульсного усилителя мощностии к входу инвертора, выход которогосоединен с вторым входом импульсного усилителя мощности,Ъс импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный.счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами блока ограничения и регист. ра, триггер, выходами подключенный к первым входам двух логических элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания второго реверсивного счетчика, логический элемент ИЛИ и блок синхронизации, к входам которого подключены три выхода блока тактовых частот, импульсный датчик частоты вращения и блок ограничения, а выходы соединены с входами первого реверсивного счетчика, входы логичес кого элемента ИЛИ подключены к выходам переноса и заема второго реверсивного счетчика, подключенным к установочным входам триггера, прямой выход которого соединен со стробирующим входом регистра, выходы которого и выход логического элемента ИЛИ соединены соответственно с входами параллельной записи и стробирующим входом второго реверсивного счетчика, причем четвертый выход блока тактовых частот подключен к вторьщ входам двух логических элементов И, Сущность работы электропривола заключается в сравнении периода импульсов заданной частоты вращения ГЗ двигателя и истинной частоты вращения Е двигателя и выработке широтно-импульсного управляющего002 3 1102сигнала, пропорционального сигналурассогласования между импульснымипоследовательностями 1 и. Постоянство периода модуляции обеспечивает минимальные пульсации частоты вращения двигателя Г 2 3,Недостатком известного электропривода является то, что в законуправления частотой вращения двигателя входит лишь интегральная составляющая, вырабатываемая в первомреверсивном счетчике, так как припоступлении на его входы импульсов;заданной Г и истинной Е частотращения двигателя на выходе образуется код суммы отклонений между задан-ным и истинным значениями величины.Пренебрегая эффектом дискретизации и квантования, можно записатьФм Ю: -Цм,игде Иц(С) - текущее значение кодапервого реверсивного счетчика.Таким образом, известный электро: .привод представляет собой И-регулятор. Подобная структура регулятора"применительно к объекту управления,описываемого периодическим звеномс двумя инерционностями (а именноЗОтаким звеном и является двигательпостоянного тока), приведет к снижениюкачества и точности регулирования й пределе - к потери устойчивости). Оптимальным в этом смысле является ПИ-регулятор,35Целью изобретения является повыше" ние качества иточности регулированияПоставленная цель достигается тем, что в цифровой электропривод, .40 содержащий двигатель постоянного то" ка с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены45 с входами блока ограничения и регистра, первый триггер, выходами подключенный к первым входам. двух логических элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания второго реверсивного счетчика, логический элемент ИЛИ, блок синхронизации, к входам которого подключены три выхода блока тактовых частот, выход55 импульсного датчика частоты вращения и выходы блока ограничения, выходы блока синхронизации соединены с входами первого реверсивного счетчика, входы логического элемента ИЛИ подключены к. выходам переноса и заема второго реверсивного счетчика, подключенным также к установочным входам первого триггера, прямой выход которого соединен со стробирующим входом регистра, входы которого и выход логического элемента ИЛИ соединены соответственно с входами параллельной записи и стробирующим входом второго реверсивного счетчика, причем четвертый выход блока так товых частоты подключен к вторым входам двух логических элементов И, дополнительно введены датчик тока якоря электродвигателя, преобразователь ток якоря - коэффициент заполнения и второй блок синхронизации, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами второго реверсивного счетчика, другой вход второго блока синхронизации подключен к первому выходу преобразователя ток якоря - коэффициент заполнения, два других выхода которого соединены с входами импульсного усилителя мощности, первый вход преобразователя ток якоря - коэффициент заполнения подключен к выходу датчика тока якоря, второй вход соединен с инверсным выходом первого триггера, а третий вход -с выходом второго блока синхронизации.Кроме того, второй блок синхронизации содержит триггер и дешифратор единицы младшего разряда, разрядные входы которого образуют входы второго блока синхронизации, а выход подключен к установочному входу триггера, вход сброса которого и прямой выход образуют соответствен но другой вход и выход второго блокасинхронизации.Преобразователь ток якоря - коэфФициент заполнения содержит инвертор, логический элемент ИЛИ-НЕ, генератор импульсов пилообразной формы, компаратор и интегратор, вход которого образует первый вход преобразователя ток якоря - коэффициент заполнения, выход подключен к первому входу компаратора, выход ко. ,торого соединен с входом сброса триггера второго блока синхронизации, выход которого подключен к входу генератора импульсов пилообразной02 5 11020 формы, выход которого соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен также к одному иэ входов логического элемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого образует второй вход преобразователя ток якоря - коэффициент заполнения, а выход подключен к первому входу импульсного усилителя мощности и к входу инвертора, выход которого соединен с вторым ,входом импульсного усилителя мощности,На чертеже приведена структурная схема цифрового электропривода.Электродвигатель 1 с импульсным датчиком 2 частоты вращения и датчиком 3 тока якоря подключен к импульсному усилителю 4 мощности. Три выхода блоха 5 тактовых частот соединены .с входами первого блока 6 синхрониза. ции, к блокировочным входам которого подключен блок 7 ограничения, выполненный на параллельно соединенных по входам дешифраторах единиц 8 и нулей 9, входы которых вместе с входами регистра 10 соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика 11, подключенного к выходам блока 6 синхронизации.К стробирующему входу регистра 10 подключен прямой выход триг- ЗО гера 12. Выходы регистра 10 соединены с входами параллельной записи реверсивного счетчика 13, к стробирующему входу которого подключен выход логического элемента ИЛИ 14, входы З 5 которого подключены к выходам реверсивного счетчика 13 вместе с установочными входами триггера 12, прямой и инверсный выходы последнего через два логических элемента И 15 40 и 16 соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счетчика 13. Четвертцй выход блока 5 тактовых частот подключен к вторым входам логических элемен тов И 15 и 16.Разрядные выходы второго реверсивного счетчика 13 соединены с разрядными входами второго блока 17 синхронизации, который содержит50 триггер 18 и дешифратор 19 единицы младшего разряда, его разрядные входы являются входами второго блока 17 синхронизации и соединены с разрядными выходами второго реверсивного, счетчика 13, а выход его подключен к установочному входу. триггера 18, Преооразователь 20 ток якоря - коэф фициент заполнения содержит инвертор 2 1, логический элемент ИЛИ-НЕ 22,генератор 23 импульсов пилообразнойформы, компаратор 24 и интегратор 25,вход которого подключен к датчику 3тока якоря, выход - к первому входукомпаратора 24, выход которогоподключен к первому, входу логическо"го элемента ИЛИ"НЕ 22 и к входусброса триггера 18, прямой выходкоторого соединен с входом генератора 23 импульсов пилообразной формы.Второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 22 подключен к инверсномувыходу триггера 12, выход - к первому входу импульсного усилителя 4мощности непосредственно, а к второму его входу - через интегратор 21,Цифровой электропривод работаетследующим образом.Блок 5 тактовых частот вырабаты"вает импульсную последовательностьзаданной частоты вращения Г двигателя 1 и три несовпадающих во времени тактовых последовательностейо о 2 ф оэ . Задающая частота Г3.и частота обратной связи Е формиосруются импульсным датчиком 21 частоты вращения двигателя 1, поступают в блок 6 синхронизации, Последнийосуществляет "привязку" импульсовЕ , Г Ос к тактовым.последовательностям Го, Я 2 соответственно. Этонеобходимо для того, чтобы исключитьодновременное поступление импуль, сов Е на суммирующий, Е на вычитающий входы первого реверсивногосчетчика 11. Текущее значение кодаИи(1) в реверсивном счетчике 11 пропорционально величинеСьц= (у,-ю )а,От.е. интегралу ошибки в системе, Если же по каким-то причинам Е ) Е.з осфто на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 1 1 поступает в единицу времени больше импульсов, чемна его вычитающий вход, Следовательно, код в первом реверсивном счетчике 11 возрастает, вызывая увеличение частоты вращения до моментаГ =1, Если Г (Г, то происходитобратный процессЗа счет наличияинтегральной составляющей в .законерегулирования система имеет нулевуюметодическую ошибку при управляющихвоздействиях типа "скачок".1102002 Блок ограничения предотвращает опрокидывание первого реверсивного счетчика 11 при больших или длительных рассогласованиях между Е, Е 0 с. Происходит это следующим образом. Если Е ) Е и первый реверсивный счетчик 11 принимает состояние "Все единицы", то срабатывает дешифра тор 8 единиц, выходной сигнад которо" го блокирует поступление.импульсов Е на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 11. При этом импульсы Ес продолжают поступать на его вычитающий вход вплоть до входа в линейную зону работы. После этого сигнал блокировки снимается. Аналогичные процессы происходят и при соотношении Е с Е с той лишь разницей, что первый реверсивный счетчик 11 принимает состояние "Все нули" и срабатывает дешифратор 9 нулей, блокирующий выходным сигналом поступление импульсов Е ос на вычитающий вход первого реверсивного счетчика 11.Код регистра 10 преобразуется в широтно-импульсный сигнал (период постоянный, коэффициент заполнения переменный). Это осуществляется сле .дующим образом, При опрокидывании триггера 12 в единичное состояние через логический элемент ИЛИ 14 разрешается перепись кода регистра 10 во второй реверсивный счетчик 13, а импульсы частоты Ещ поступают через логический элемент И 15 на вычитающий вход, второго реверсивного счетчика 13, Процесс уменьшения содержимого второго реверсивного счетчика 13 продолжается до его обнуления и появления импульса заема. Последний вызывает установку триггера 12 в нулевое состояние и вновь перепись кода регистра 10 во второй реверсивный счетчик 13. Теперь открыт логический элемент И 16 и импульсы частоты Е поступают на сум мирующий вход второго реверсивного счетчика 13 до его заполнения и появления импульса переноса, устанавливающего триггер 12 в единичное состояние. Таким образом, на выходах триггера 12 имеет место широтно- импульсный сигнал с периодомопределяемым частотой и емкостью второго реверсивного счетчика 13. Период выбирается так, чтобы двигатель 1 служил фильтром нижних частот (для двигателей мощностью единицы-десят,ки киловатт частота модуляции едини.цы-десятки килогерц).Так как длительность единичного5 состояния триггера 12 пропорциональна коду регистра 10, то и длительность подключения якорной цепи двигателя 1 к источнику +Е также пропор 10циональна этой величине.Поскольку импульсы частоты Еи фЕ 02, Еоэ разнесены 1 во.времени, тосъем кода первого реверсивного счетчика 11 в регистр 10 проходит только15в моменты стационарного состоянияпервого реверсивного счетчика 11.Однако, поскольку двигатель 1представляется периодическим звеномс двумя инерционностями, то цифровой20электропривод, в закон управления которого входит только интегральнаясоставляющая сигнала ошибки междуЕ и Е ос, не обеспечивает заданныхпоказателей точности и качества ре 25гулирования. Это объясняется тем,что логарифмическая частотная характеристика ЛЧХ регулятора пересекаетось частот ц под наклоном 40 В/дек,что не обеспечивает запаса устойчивости системы по амплитуде и по30 фазе,Для обеспечения заданных показа-телей качества и устойчивости системы необходимо использовать ПИ-регулятор, т,е. ввести в закон регулиро 35 вания пропорциональную (П) составляющую. Последнее осуществляется введением сигнала обратной связи по токуякоря двигателя, который являетсядифференциальной составляющей выход 40 ного сигнала, в данном случае частоты вращения двигателя 1. Проинтегрировав производную от выходной координаты, получим пропорциональнуюсоставляющую закона регулирования,45 которая затем, просуммировавшисьс интегральной составляющей, обеспечит ПИ-структуру цифрового электропривода.Вышесказанное осуществляется50 следующим образом.Сигнал, пропорциональный току якоря, снимается с датчика 3 тока и поступает на вход интегратора 25. Сигнал с выхода последнего подается на55 вход компаратора 24, где сравнивает"ся с опорным сигналом пилообразнойформы, вырабатываемым генератором 23импульсов пилообразной формы, На вы10 Формы и появление именно в этот момент переднего Фронта широтно-модулированного импульса П-составляющей, закона регулирования на выходе компа ретора 24 и соответственно на входе логического элемента ИЛИ-НЕ, Таким образом, момент окончания заднего Фронта широтно-модулированного импульса И-составляющей закона регулирования (с выхода триггера 12) совпадает с началом переднего фронта широтно-модулированного импульса П"составляющей. При этом время суммарного импульса управления-ТХ аи =Т+;, где ," время импульса И-составляющей, Тп - время импульса П-составляющей закона регулирования.Фиксация дешифратором 19 единицы младшего разряда наличия импульса именно на младшем разряде второго реверсивного счетчика 13 обуславливает" ся необходимостью скомпенсировать внутренние задержки преобразователя ток якоря - коэффициент заполнения 20.Таким образом, предлагаемый цифро" вой электропривод обеспечивает повышение качества и точности регулирования. 9 1102002 ходе номпаратора 24 образуется широтно-импульсный модулированный сигнал, который, суммируясь на логическом Ьэлементе ИЛИ-НЕ 22 с широтно-импульсным сигналом, присутствующим на 5 выходе триггера 12, управляет работой импульсного усилителя 4 мощнос" ти. При этом второй блок 17 синхронизации осуществляет жесткую "привязку" переднего фронта импульсов с выхода компаратора 24 (П"составляющая за- кона регулирования) с задним фронтом импульсов с выхода триггера 12 (И-составляющая). "Привязка" осуществляется,Следующим образом. Дешифра тором 19 единицы младшего разряда фиксируется момент наличия"единипы" в младшем разряде второго реверсивного счетчика 13, при исчезновении которой происходит обнуление послед него и формирование заднего фронта широтно-модулированного импульса И"составляющей закона регулирования. При этом выходной сигнал дешифратора 19 единицы младшего разряда уста навливает триггер 18 в нулевое состояние. Последнее инициирует запуск генератора 23 импульсов пилообразной