Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента

(71) Всесоюзный орднаучно-исследователлегкого и текстильн ПочетаитутстроеУ 23на "Зн кии инс о машин ни ен 53 В.П.Хавкин, АМ.Б.Сенекин 621,319. 12.02 Авторское сви 302, кл. Н 02 горад Г.В., Кирегуляторы и М-,Л,: Энергия,Л,Балашов, В.Г.Лен А,А.Алексеев(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГОИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам автоматического регулирования электропривода. Цель изобретения - повышениеточности регулирования частоты вращения исполнительного элемента. Устройство содержит кварцевый генератор1239830 51015 щения, В устройство введены первый 7и второй 8 Р-триггеры, элементы И-НЕ9 и 10, одновибратор 11, элемент 12задержки, источник 13 сигнала логической единицы, размыкающий ключ 14.Частота вращения ИЭ 5 характеризуется поворотом выходного вала на определенный угол. Заданное значениепериода ( T ), соответствующее заданной скорости, представляется в видезаданного количества импульсов опорной частоты КГ 1, Действительноезначение периода ( Т ), соответствуюИзобретение относится к электротехнике, а именно к средствам автоматического регулирования частоты вращения электропривода и может быть использовано в системах;регулирования частоты вращения с электромеханическими муфтами скольжения,Целью изобретения является повы; шение точности регулирования частоты вращения электромагнитного исполнительного элемента.На фиг.1 изображена принципиальная блок-схема устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента; на фиг,2 - диаграммы выходных сигналов элементов устройства для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента при заданной частоте вращения, изменяемой от минимального п до среднего п значения; на фиг.3 - аналогичные диаграммы при заданной частоте вращения, из.меняемой от среднего и, до максимального п . ; значения.Устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента содержит кварцевый генератор 1, связанный с входом счетчика 2 импульсов, задатчик 3 частоты вращения, усилитель 4 мощности, выход которого, соединен с выводами, предназначенными для подключения управляющего входа элек" тромагнитного исполнительного элемента 5, импульсный датчик 6 частощее действительной скорости, опреде,ляется как время между двумя последовательными импульсами с выходаИД 6, Сравнение указанных значенийосуществляется в СИ 2. Введенныеузлы уменьшают длительность управляющего импульса в интервале регулирования; введение во всем диапазоне регулирования импульса, пропорционального разности 7, и Та улучшаетдинамические свойства системы регулирования 9 т е повыша 1 т точность3 илты вращения электромеханического исполнительного элемента, первый 7 и второй 8 Р-триггеры, первый 9 и второй 10 элементы И-НЕ, одновибратор 11, элемент 12 задержки, источник 13 сигнала логической единицы, размыкающий ключ 14.Счетчик 2 импульсов выполнен реверсивным, выход импульсного датчика 6 частоты вращения электромеханического исполнительного элемента соединен со сбрасывающим К-входом одновибратора 11, с С-входами второго 0-триггера 8 и реверсивного счетчика 2 импульсов, а также через элемент 12 задержки - с первым входом первого элемента И-НЕ 9 и с С-входом первого 0-триггера 7, Р-вход которого подключен к источнику 13 сигна О ла логической единицы, К-вход - квыходу "О" реверсивного счетчика 2импульсов, Я-выход к 0-входу второго0-триггера 8 и к первому входу второго элемента И"НЕ 10, а Я-выход -к управляющему входу размыкающегоключа 14, через который осуществлена связь между кварцевым генератором 1 и входом "-1" реверсивногосчетчика 2 импульсов, второй вход 30 первого элемента И-НЕ 9 соединен сЯ-выходом второго 0-триггера 8, а вы"ход - с запускающим 0-входом одно"вибратора 11, второй вход второгоэлемента И,"НЕ 10 подсоединен к выходу одновибратора 11, а выход - квходу усилителя 4 мощности, задат"чик 3 частоты вращения соединен срактеризуется временем поворота выходного вала электромеханическогоисполнительного элемента на определенный угол, т.е. периодом вращенияТ, который связан со скоростью соотношением: 60Тп р.8. 35 где Р - параметр импульсного датчика частоты вращения электромеханического элемента (ИД 4 В), определяющий .,число периода на оборот выходного вала (например, при фотоэлектронном датчике число прорезей обтюратора).Заданное значение периода Т, соответствующее заданной скорости и ,представляется в виде заданного количества импульсов Н опорной частоты Е кварцевого генератора 1 в соответствии с формулой 50 И Т зУстановка заданной частоты вращения осуществляется путем записи числа И по П-входу в реверсивный счетчик 2 импульсов. 55Действительное значение периода Та, соответствующее действительной ,скорости п, определяется как время П-входом реверсивного счетчика 2 импульсов.В качестве электромеханическогоисполнительного элемента 5 можетбыть использована электромагнитнаямуфта скольжения,На фиг.2 и 3 показаны зависимости величин сигналов Н на выходе датчика бчастоты вращения,на выходе элемента 12 задержки, на счетном входе реверсивного счетчика 2, на выходе "60" реверсивного счетчика 2, наЯ- и Я-выходах первого П-триггера 7,на Я-выходах второго П- триггера Б,первого элемента И-НЕ 9, одновибратора 11, второго элемента И-НЕ, 10 отвремени С, где показаны Т, - ааданный,Т - действительный периоды вращенияэлектромеханического исполнительногоэлемента, 11 - моменты времени, 20в которые изменяются состояния элементов устройства для регулированиячастоты вращения электромеханического исполнительнОго элемента.Устройство работает следующим образом.Частота вращения электромеханического исполнительного элемента хамежду двумя последовательными импульсами с выхода ИД 4 В,Сравнение действительного и эаданного периодов осуществляется вреверсивном счетчике импульсов (РСИ)2.При Т;Т т.е. при паси управляющий,ймпульс формируется и частота вращения электромеханического исполнительного элемента увеличивается,при Т Т т.е, при и и управляющий импульс не формируется и вышееуказанная частота вращения уменьшается.Таким образом, устройство обеспечивает работу объекта регулированияв режиме автоколебаний около заданной частоты вращения.Подробно работу устройства можнорассматривать с помощью диаграмм,приведенных на фиг. 2 и 3.Поскольку режим работы устройствапри Т Т (Т существенно отличаср - 8 максется от режима работы при Т сТмин - 8(Т,р, где Т, Т, Т, - периодывращения, соответсвующие частотамвращения п , и и оба режима рассматриваются отдельно. Первому соответствует диаграмма, изображенная на фиг.2, а второму диаграммана фиг.3.Рассмотрим работу устройства научастке диапазона регулирования, накотором заданный период Т, находитсяв интервале Т, бТ, ТмаксИД 4 В 6 в начале каждого периодавращения вырабатывает короткий импульс. Через интервал времени, составляющий приблизительно 0,001 Т,импульс ИД 4 В повторяется на выходеэлемента 12 задержки. В первом периоде (=0; й=) эти импульсы формируются соответственно в моменты времени с=О,Поступая одновременно на С-вход РСИ и на С-вход второго П-триггера 8, импульс с выхода ИД 4 В при С=О обус ловливает запись по П-входам соответственно в РСИ 2 информации с задатчика 3 частоты вращения, т.е.чис-а Н, соответствующего Т , а воз э второй П-триггер 8 - логической единицы с Я-выхода первого П-триггера 7, записанной в предыдущем периоде в соответствии с результатом измерения Т (Т т.е. на Я-выходе второго П- триггера устанавливается логический нуль.При= , по окончании действия импульса с выхода ИД 4 В на вход"-1" РСИ начинают поступать импульсы опорной частоты с кварцевого генератора 1, уменьшая число И, записанное по Р-входу. При= С импульс с выхода элемента 12 задержки подтверждает единичное состояние на Я-выходе первого Р-триггера 7, соответствующее результату измерения ТзТ, в предыдущем периоде.Поскольку в данном периоде Тч)ТЗ при С = , РСИ обнуляется и на его выходе "О". формируется короткий импульс, перебрасывающий первый Р- триггер 7 по К-входу в состояние, при котором на Ч-выходе имеет место логический нуль, а на Я-вьгкоде - логическая единица, При этом размыкающий ключ 14 закрывается, блокируя поступление импульсов с кварцевого генератора 1 на вход "-1" 1 СИ 2.В интервале времени (=1:,; =С) на выходе второго элемента И-НЕ 10 устанавливается единичный уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналовЗО соответственно единичного уровня с одновибратора 11 и нулевого уровня с Я-выхода первого Р-триггера 7.В момент времени С=С, т.е, в начале второго периода, на выходе ИД 4 В 6 формируется следующий импульс, ко 35 торый вновь поступает одновременно на С-вход РСИ 2 и на С-вход второго Р-триггера 8, обусловливает запись по Р-входам соответственно в РСИ инФормации с задатчиков 3 частоты вра 40 щения, а во втором Р-триггере логического нуля с Ц-выхода первого Р- триггера 7, соответствующего результату измерения в предыдущем перио 45 де, т.е. на Я-выходе второго Р-триггера 8 устанавливается логическая единица.При й = С первый Р-триггер 7 в соответствии с единичным логическим уровнем на его Р-входе, обеспечивае 5 О мым источником сигнала логической единицы и импульсом, поступающим на С-вход с элемента 12 задержки, устанавливается в исходное состояние,у при котором на Ц-выходе - логическая единица.В интервале времени (С=, =С) на выходе первого элемента И-НЕ 9 устанавливается нулевой уровень сигнала, соответствующий инверсии логического произведения сигналов еди.ничных уровней с выхода элемента 12задержки и Я-выхода второго Р-триггера 8. Отрицательным перепадом напряжения на выходе первого элеменга И-НЕ при= й запускается одновибратор 11, длительность импульсакоторого установлена равной Т 4 , т.е.1 ср 7 5 фВ интервале времени (1:=1: ; С=1)на выходе второго элемента И-НЕ 10устанавливается единичный уровеньсигнала, соответствующий инверсиилогического произведения сигналовс Я-выхода первого Р-триггера 7 ивыхода одновибратора 11, в интерва.пе (Е: = Г ;:) соответственнонулевой уровень сигнала,В третьем периоде (г. = С 8, Г = з)на выходе второго элемента Й-НЕ аналогичным образом устанавливается нулевой уровень сигнала, а в четвертом периоде (1. = Т, С = С,) в интервале времени (Г = т; 1 = )единичный и на. интервале (1) - нулевой уровень сигнала,Таким образом, в рассмотренноминтервале (=О; С=, ) на выходевторого элемента И-НЕ 10, а следовательно, и на выходе усилителя мощности формируются два управляющих импульса, первый из которых находитсяв интервале (г. = ,; С = С ) и содер.жит пропорциональную составляющую(г. = С ; С = 1) и дополнительный импульс (1: = ; С = С,), а второй находится в интервале (1, ) и содержит только дополнительный импульс. Длительность дополнительного импульса:на этогл участке диапазона регулирования, т,е. при Т, (Т Т , всегда соответствует среднему периоду Т,. (Фиг.2) Дополнительный импульс на выходе второго элемента И-НЕ 10 формируется только в случае,если в предыдущем периоде Т ЗТз, а пропорциональный - только в случае, если в данном периоде ТТ.. При увеличении регулйруемой величины заданного значения Т, или при их равенстве, что имеет место в течение периодов (е = 0; й = ) и (г. = ;= 1:) (фиг.2), на выходе второго элемента И-НЕ 10 формирует 1239830ся импульс, длительность которого соответствует интервалам времени И- - ,) (-з; - ) и частота вращения увеличивается.При уменьшении регулируемой величины от заданного значения в течение периода (и =; С = С ) управляющий импульс на выходе второго эле- мента И-НЕ 10 не формируется, что 1 О , соответствует интервалу (С = С ; С - Ь ) и частота вращения электромеханического исполнительного элемента уменьшается.Таким образом, устройство для регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента обеспечивает работу электромеханического исполнительного элемента в режиме автоколебаний около эаданной частоты вращения,На фиг.3 приведены диаграммы сигналов элементов устройства на участке диапазона регулирования, при котором заданный период Т, находится 25в интервале Т(тзст,рФормирование пропорциональнойсоставляющей в интервале (СС) происходит так же, как и нарассмотренном участке диапазона регулирования.Режим работы устройства на участке диапазона регулирования Т, Т,сТ, отличается от рассмотренного режима тем, что длительность импульсаодновибратора ограничивается в каждом случае продолжительностью действительного периода Та. В данномслучае запуск одновибратора 11 осуществляется так же, как и при Т,Т Т, например, во втором перио.иаксде (С = т ; Е = С) при С = С отрицательным перепадом напряжения навыходе первого элемента И-НЕ 9, асброс одновибратора осуществляется 45при С = С по сбрасываемому К-входуимпульсом с выхода ИД 4 В.В результате этого длительностьдополнительного импульса на участкедиапазона регулирования ТТ,Т рвсегда равна действительному периоду ТаПри увеличении Т по отношению кзаданной величине Т в период (С=О;С) или при их равенстве в пери од (1 = 1 ; С = Те) на выходе второго элемента И-НЕ 10 формируется управляющий импульс, длительность которого соответствует интервалам време( = 1= 7), (1; = пф = д) и частота вращения п увеличивается, а при уменьшении в период (1С) управляющий импульс не формируется (интервал времени (иГ ) и частота вращения п уменьшается.Таким образом, обеспечиваются автоколебания п около заданного значения п, .В известном устройстве продолжительность управляющего импульса равна периоду вращения. В интервале изменения Т, зТзТ автоколебания частоты вращения пп имеют большую амплитуду, чем в интервале Т сЕ (Т, , так как в первом интервале управляющие импульсы имеют большую продолжительность. Поэтому точность регулирования п в первом интервале меньше, чем во втором интервале.В предлагаемом устройстве длительность управляющего импульса в интервале регулирования Т,р- Т-Тс имеет меньшее значение, чем в извест.1 ном, что уменьшает амплитуду автоколебаний частоты вращения п и повьппает точность регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного органа по сравнению с известным устройством.Кроме того, уменьшение длительности управляющего импульса в интервале регулирования ТсрТэ -Табаке введение во всем диапазоне регулирования, управляющего импульса, пропорционального разности Т и Т улучшает динамические свойства систе мы регулирования, что также повьппает точность регулирования частоты вращения.Таким образом, в предлагаемомустройстве по сравнению с известнымобеспечивается более высокая точность регулирования частоты вращения электромеханического исполнительного элемента.Формула изобретенияУстройство для регулирования частоты вращения электромеханическсго исполнительного элемента, содержащее кварцевый генератор, связанный с входом счетчика импульсов, задатчик частоты вращения, усилитель мощ1239830 Выход дагпчика Я частоты дращения Выход 3задержк нта 12/ Число на ои счет редерсидике 2)0 "редер - етчика Я Выход( сидного с Выход ЯтриггераВыход ЯтриггераВыход ЫтриггераВыход пемента И ердого ердого дторогоДЖ дого злеие Г 9) Выход одноЫратора ЛВыход длюрого зле мент И-бЕ 110)г ности, выход которого соединен свыводами, предназцаченными для подключения управляющего входа электроЧмагнитного исполнительного элемента, импульсный датчик частоты враще=ния электромеханического исполнительного элемента, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, в него введены первыйи второй 3 -триггеры, первый и второй элементы И-НЕ одновибратор,элемент задержки, источник сигналалогической единицы, размыкающийключ, счетчик импульсов выполнен реверсивным, выход импульсного датчика частоты вращения электромеханического исполнительного элемента,соединен со сбрасывающим К -входомодновибратора, с С-входами второгоб-триггера и реверсивного счетчикаимпульсов, а также через элемент задержки -с первым входом перйогоэлемента И-НЕ и с 1-входом первогоЭ-триггера, Э -вход которого подключен к источнику сигнала логическойединицы, 1 -вход к выходу ЪО" реверсивного счетчика импульсов, 6.-выход - к 3 -входу второго Ь -триггераи к первому входу второго элемента 10 И-НЕ, а Я -выход - к управляющемувходу размыкающего ключа, через который осуществлена связь между кварцевым генератором и входом "-1" реверсивного счетчика импульсов, вто рой вход первого элемента И-НЕ соединен с 1-выходом второго 2 -триггера, а выход - с запускающимЗ -входом одновибратора, второй вход второго элемента И-НЕ подсоединен к 20 выходу одновибратораа выход - квходу усилителя мощности, задатчикчастоты вращения соединен сЭ -входом реверсивного счетчика импульсов.31239830 Вьход датчика Гб) частоты Вращеицн Выход пероого элемента И-ИЕ 9) Выход однооиоралюрГ 17) Выход Второго элемеита И-ИЕ 110,)Офг з ц Ьб Фиг. едактор А.Шандор Тираж 633Пи Государственногоделам изобретений иМосква, Ж, Рауш каз 3406/5 Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д.4 303 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 оыход элемента 12) задержюЧисло иа редерсидном счетчике 2) Выход 4 О" реВерсибна. - го счегпчика ;2) Выход Я пероого Д- триггера7)Выход Я перВого А- триггера 7Выход Й второго дтриггера Г 8) Составитель А.АкимовТехред,О.Сопко Корректор О, Луговая ч