Устройство для управления скоростью вращения электродвигателя постоянного тока

1564590 ча, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ иформирователь короткого импульса, выход которого является первым выходомблока, а вход подключен к выходу элемента ИЗИ, выходы первого и.,второгоделителей импульсов соединены с первы.ми входами соответственно первого ивторого формирователей импульс - импульс, вторые входы которых соедине" 10ны с первым и вторым входами распределителя импульсов соответственно,вход которого покдлючен к входу первого делителя импульсов, выход первого формирователя. импульс-импульс 15соединен с В-входом ВЯ-триггера и перИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах, к которым предъявляются требования высокой точности поддержания скорости. 25Целью изобретения является повышение точности управления,На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления ско- . ростью вращения электродвигателя; на фиг, 2 - структурная схема блока управления; на фиг, 3 - принципиальная схема формирователя импульс-импульс; на фиг, 4 - принципиальная схема фор,мирователя короткого импульса.35 Устройство содержит исполнительный блок 1 с электродвигателем 1 и усилителем мощности 11, операционный усилитель 2 с резисторами 2 -2 д, дискриминатор 3, датчик 4 скорости, аттенюатор 5, источник 6 питания, блок 7 уставок, задающий генератор 8, блок 9 управления, реверсивный счетчик 10, цифроаналоговый преобразователь 11, пер вью 12 и второй 13 компараторы, сумматор 14 по модулю два, фильтр 15 низкой частоты и эмиттерный повторитель 6,50Блок 9 управления имеет входы 17- 20, выходы 21 и 22, и содержит первый 23 и второй 24 делители импуль сов, распределитель 25 импульсов, первый 26 и второй 27 формирователи импульс - импульс, ВБ-триггер 28, первый 29 и второй 30 ключи, элемент ИЛИ 31, элемент ИЗИ-НЕ 32, формирователь 33 короткого импульса. вым входом элемента ИЛИ, выход второго формирователя импульс-импульссоединен с Г-входом ВЯ-триггера и свторым входом элемента ИЛИ, третийвход которого соединен с выходомэлементаИЛИ НЕ, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго ключей соответственно,первые входы которых являются третьими четвертым входами блока соответственно, прямой выход триггера соединенс вторым входом первого ключа, а инверсный выход подключен к второму входу второго ключа и является вторымвыходом блока,Каждый из формирователей импульсимпульс 26 и 27 содержит два Р-триггера 34 и 35 и элемент И 1 И-НЕ 36,Формирователь 33 короткого импульса содержит три логических инвертора37-39 и элемент И-НЕ 40,Формирователи 26 и 27 (1) импульсимпульс, также, как и формирователь33 (2, 3) короткого импульса, являются известными элементами импульсной техники.Датчик 4 скорости и частотный дискриминатор 3 замыкают основной контуравторегулирования скорости вращенияэлектродвигателя 1 . Датчик 4 скорости, задающий генератор 8, блок 9 управления, реверсивюлй счетчик 10 ицифроаналоговый преобразователь 11образует корректирующий контур, адатчик 4 скорости; задающий генератор 8, сумматор 14 по модули два,фильтр 15 низкой частоты и эмиттерный повторитель 16 - второй корректирующий контур обратной связи, Приэтом первый корректирующий контуримеет местную обратную связь черезкомпараторы 12 и 13, иа входы которых подаются постоянные напряженияс блока 7 уставок. Устройство работает следующим образом,При включении источника 6 питания на выходе операционного усилителя 2 устанавливается максимальное напряжение и начинается разгон электродвигателя 1, так как на неинвертирующий вход операционного усилителя 2 подается постоянное напряжение от аттенюатора 5, а на инвертирующем входеустанавливается пониженное .напряжение вследствие низкой частоты следования импульсов датчика 4 скорости5и соответствующего действия корректирующих контуров обратной связи,В основном контуре регулированияна выходе частотного дискриминатора3 от каждого прямоугольного импульса 10датчика 4 скорости формируется импульс с экспоненциально растуюдм иубывающим фронтами, В результатесравнения этих импульсов напряжений,поступающих через резистор 2, на инвертирующий вход операционного усилителя 2, с напряжением, поступающим свыхода аттенюатора 5 на неинвертирующий вход операционного усилителя 2,последний вырабатывает напряжение 20для управления электродвигателем 11в котором имеет место фаза разгона(когда электродвигатель 11 подклю 1 .учен к источнику 6 питания) и фаза динамического торможения (когда электродвигатель 1 отключен от источника 6 питания),Такое широтно-импульсное управлениепозволяет более динамично и эффектив-.но управлять электродвигателем 11.ЗСВ первом корректирующем контуре блок 9 управления сравнивает часто" ту следования импульсов датчика 4 скорости с частотой следования импульсов задающего генератора 8 и формирует счетные импульсы для реверсивного счетчика 10 и сигнал направления счета, импульсы задающего генератора 8 уменьшают содержимое реверсивного счетчика 10, а импульсы датчика ско О рости 4 - увеличивают Во время разгона электродвигателя 1 частота импульсов датчика 4 скорости меньше частоты импульсов задающего генератора 8, поэтому произвольное число, за писанное в реверсивный счетчик 1 О в момент включения питания, уменьшается и соответственно уменьшается напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 11 до уровня, заданно 50 го блоком 7 уставок с помощью компа" ратора нижнего уровня, при срабатывании которого в блоке 9 управления запрещается формирование вычитающих,импульсов и разрешается формирование только суммирующих импульсов для реверсивного счетчика 10. В результате счет останавливается и на выходе цифроаналогового преобразователя 11 90 6удерживаетя низкий уровень напряжения, задаваемый блоком 7 уставок,При достижении синхронной скорости вращения и превышении ее частотаимпульсов датчика 4 скорости становится больше частоты импульсов задающего генератора 8, В результате блок9 управления формирует импульсы в направлении суммирования для реверсивно го счетчик а 10, При э том к бдовоесостояние последнего растет и соответственно растет напряжение на выходецифроаналогового преобразователя 11,которое через резистор 22 ввздействует на инвертирующий вход операционного усилителя 2. С увеличением напряже-ния на инвертирующем входе операционного усилителя 2 в выходном сигналепоследнего уменьшается фаза разгонаи увеличивается фаза динамическоготорможения электродвигателя 11, В результате при перерегулировании начинает возрастать тормозящее воздейст-.,вие на электродвигатель 1 При сильном перерегулировании содержимое реверсивного счетчика 10 быстро растет,соответственно растет выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 11, На некотором уровне напряжения, задаваемого блоком 7 уставок;срабатывает компаратор 13 верхнегоуровня и в блоке 9 управления запрещается формирование импульсов в направлении суммирования, Таким образом,выходное напряжение цифроаналоговогопреобразователя 11 ограничивается нанекотором (верхнем) уровне напряжения, Такое двухстороннее ограничениеработы цифроаналогового преобразователя 11 вместе с реверсивным счетчиком 10 позволяет исключить возможноепереполнение реверсивного счетчика10 как в прямом, так и в обратном направлении, а следовательно, и воэможность формирования резкого скачкакорректирующего напряжения, что повело бы к ухудшению переходного процесса, В результате усиливается затухание переходного процесса и сокращается его длительность,Таким образом, первый корректирующий контур на стадии разгона такжеспособствует разгону электродвигателя 1 но гораздо в меньшей степенипо сравнению с основным контуром управления,Основной контур управления выводитэлектродвигатель 1, на подсинхронную40 скорость и далее благодаря действиюпервого корректирующего контура электродвигатель 1, входит в синхронизм,При этом реверсивный счетчик 10 черезблок 9 управления интегрирует разность частот импульсов от задающегогенератора 8 и датчика 4 скорости ичерез цифроаналоговый преобразователь1 и резистор 2 выдает корректирующее напряжение на инвертирующий входоперационного усилителя 2,При установлении синхронной скорости частоты следования импульсов датчика 4 скорости задающего генератораФ8 равны, содержимое реверсивногосчетчика 1 О колеблется на единицумладшего разряда и тем самым на выходе цифроаналогового преобразователя 11 поддерживается практически постоянное напряжение,Во втором корректирующем контуреуправления во время разгона на выходе эмиттерного повторителя 16 устанавливается некоторое среднее напряжение, так как частота следования импульсов от задающего генератора 8больше, чем от датчика 4 скорости,и сдвиг по фазе между ними непрерывно изменяется, 30При достижении синхронной скорости устанавливается постоянная разность фаз импульсов датчика 4 скорости и задающего генератора 8 и соответствующее значение напряжения навыходе эмиттерного повторителя 16,которое является корректирующим и че-,рез резистор 2 воздействует на ин 3вертирующий вход операционного усилителя 2,При изменении указанной разностифаз соответственно изменяется скважность импульсов на выходе сумматора14 по модулю два и далее через фильтр15 низкой часто гы величина среднего 45напряжения на выходе эмиттерного повторителя 16, Если в синхронном режиме разность фаэ рассматриваемых частотных последовательностей равна нулю (импульсы совпадают пофазе), тона выходе эмиттерного повторителя 16получим минимальное корректирующеенапряжение, Если разность фаз рассматриваемых частотных последовательностей равна (импульсы противоположны по фазе), то получим максимальноекорректирующее напряжение, Номинальная разность фаэ равна Г/2, и уменьшение этой разности фаз вызывает разгоияющее корректирующее воздействие,а увеличение - соответственно тормозящее воздействие.на электродвигатель1 Таким образом, второй корректирующий контур отрабатывает разность фаэсравниваемых импульсных последователь"ностей и тем самым стабилизирует мгно"венную скорость вращения электродви"ател 1,Описанные процессы в коррекрирую-щих контурах протекают одновременно,обеспечивая быстрый разгон электродвигателя 1, и вход его в синхронизм,При этом величина напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 2 определяет начальные условияработы системы автоподстройки, Величину этого напряжения задаваемого аттенюатором 5, необходимо выбирать так,чтобы посредством основного контурарегулирования получить скорость вращения электродвигателя 1 близок к син 1хронной, Это связано с тем, что коэффициенты передачи (усиления) основного контура управления и корректирующих контуров резко различаются, а следовательно, при принудительном управлении скоростью вращения электродвигателя 1, необходимо синхронно изменятьи величину выходного напряжения аттеыоатора 5, и частоту задающего генератора 8, что не совсем удобно, Поэтому предлагаемое устройство целесообразнее испольэовать для стабилизациискорости вращения электродвигателя1, постоянного тока,По окончании разгона электродвигателя 1, при вращении с синхроннойскоростью с помощью основного контурарегулирования обеспечивается управление, при котором на каждый импульсдатчика 4 скорости вырабатывается также импульсный управляющий сигнал, всостав которого входит фаза динамического торможения, что,способствуетулучшению динамики управления, таккак в результате возникающего в процессе работы дрейфа элементов основного контура регулирования скоростьвращения электродвигателя 1 медленноуходит.С помощью первого корректирующегоконтура обратной связи отслеживаетсяи ликвидируется разность частот задающего генератора 8 и датчика 4 скорости, чем обеспечивается достижениеи постоянство средней синхронной скорости, в результате компенсируется0ологический сигнап), на первый и второй входы которого подаются импульсыот формирователей 26 и 27. Эти импульсы проходят через схему ИЛИ 31 и спомощью формирователя 33, работающемупо спаду импульса, преобразуются вимпульсы, поступающие на счетный входреверсивного счетчика 10 через выход22 блока, При этом направление счетазадается логическим сигналом с инверсного выхода В-триггера 28 через выход21 блока.При разгоне электродвигателя 1,когда один из компараторов 12 и 13вырабатывает запрещающий уровень напряжения (нулевой логический сигнал),элемент ИЛИ-НЕ 32 также вырабатываетзапрещающий сигнал (единичный логичес"кий сигнал) для элемента ИЛИ 31 такимобразом, что при сигнале компаратора2 нижнего уровня в реверсивный счетчик 10 проходят импульсы прямого сче-та, а при сигнале компаратора 13 верхнего уровня - соответственно импульсы обратного счета,Предлагаемое устройство для управления скоростью вращения электродвигателя постоянного тока обладает высокой точностью стабилизации мгновеннойскорости вращения, широкой полосой захвата и малой длительностью переходного процесса. В устройстве за счет действия корректирующих контуров, в которых корректирующее напряжение формируется цифроййм способом, компенсируется возжкающее влияниедрейфа элементов по основному аналоговому контурууправления, В прототипе скорость вращения электродъигателя по этой причине медленно уходит,Предлагаемое устройство обладаетболее совершенными техническими характеристиками и может быть использовано.в различных областях техники, где требуется высокая точность стабилизациимгновенной скорости вращения, например, в приборостроении в цифровых измерителях угла, в радиотехнике в звукоз аписи, звуковоспроизведении и др. 9 156459влияние дрейфа элементов основногоконтура регулирования,С помощью второго корректрирующего контура обратной связи обеспечивается постоянство мгновенной скорости вращения тем, что формируемоесумматором 14 по модулю два, фильтром 15низкой частоты и эмиттерным повтори"телем 16 напряжение противодействуетизменению сдвига фаз,между импульсами задающего генератора 8 и датчика4 скорости, поддерживая этот сдвигпостоянным.Блок 9 управления работает следующим образом,Распределитель 25 импульсов вырабатывает две последовательности несовпацаюпих импульсов, каждая из которыхподается на вторые входы формирователей импульс-импульс 26 и 37; на первые входы которых подаются импульсыс выходов делителей 23 и 24 импульсов.Таким образом, импульсы постояннойчастоты задающего генератора 8, поступающие на вход 17 блока, после ихпрохождения через делитель 23 импульсов и формирователь 26 никогда не сов-падают по времени с импульсами изменяюддхся при разгоне электродвигателячастоты датчика 4 скорости после ихпрохождения по входу 18 блока черезделитель 24 импульсов и формирователь27, чем исключается неопределенностьсостояния ЪБ-триггера 28 при возможном совпадении во времени сравниваемых импульсов.При синхронной скорости ВБ-триггер28 синхронно переключается в единичноеи нулевое состояния, открывая один и эак 40рывая другой из ключей 29 и 30 при разрешающихуровнях на их первых входах, соединенные через входы 19 и 20 блока с выходами компараторов 12 и .1 3, Под разрешающим уровнем в данном случае следует понимать единичный логический уровень напряжения, В результате обеспечивается инверсное состояние входов элемента ИЛИ-НЕ 32и на третьем входе элемента ИЗЫ 31 появляетсяразрешающий уровень (нулевойедак аказ 1159 0 Подписноем и открытиям при ГКНТ СССнаб., д, 4/5 В Государствен 113