Асинхронный следящий привод

(23) Приоритет -05 В 11/14 Гоеударетеекный комитет СССР во делам иаабретеннк и открытийОпубликовано ЗО 10,81, Бюллетень 40 Дата опубликовании описания З 0,10,81(72) Авторы изобретения Ордена Трудового Кр исследовательскийного Знамени экс ститут металлоре) АСИНХРОННЫЙ СЛЕПЯЩИЙ ПР емешений в код ватной связи Изобретение относится к следящимф системам и приводам с обратной связью По положению, исполнительным элементом которых является асинхронный трехфазный двигательИзвестны системы частотного управле ния с корректировкой по частоте тока ротора асинхронного двигателя, Обратная связь в этом известном приводе осуществляется с помощью датчика скорости. Достоинством такого привода является возможность регулирования в широком диапазоне при высоком КПД 11Однако в этом приводе не обеспечивается достаточная жесткость механических характеристик, что обусловлено невозмож 15 ностью получения достаточно высокого коэффициента усиления корректирующего контура. Поэтому этот привод невозможно йспользовать в качестве точного широкого диапазонного привода подач рабочего органа металлорежущего станка.Для повышения точности работы привода целесообразно использовать преобразователь угловых пер качестве датчика обрНаиболее близким является привод, сод последовательно соед синусно-косинусный житель и первый выч функциональный прео которого связан со в го умножителя, после ные второй функциона к предлагаемомуержащий интегратор, иненные двигатель,датчик, первый умноитатель первый бразователь выходторым входом первоовательно соединен ьный преобразова 10 второй входвыходом синусвыход соединен вычислителя .Я привода являействие, пление точноси второи умножитель орого связан со втор осинусн ого ка, а рвого стног со вторым входом пе Недостатком извеется ограниченное бь Цель изобретения тс о озона регулированияго привода с преобраеремещений в код.ь достигается тем,едящий привод введеь, первый сумматор рение диа го следяш ти и расш асинхр они зователем угловых енная ценхронный умножи те ст о в аси ны тре3 87 генератор пилообразных сигналов, первьй переключатель кодов, таймер, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и второй сумматор, последовательно соединенные четвертый умножитель, второй вычитатель, пятый умножитель, третий сумматор, первый компаратор, второй переключатель кодов, четвертый сумматор, последовательно соединенные блок задания констант, шестой умно- житель, третий функциональный преобразователь, седьмой умножитель, второй компаратор, блок ключей, последовательно соединенные преобразователь код-частота, пятый сумматор и четвертый функциональный преобразователь, последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь восьмой умножитель и третий компаратор, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь, девятый умножитель и четвертый компаратор, последовательно соединенные блок переменных коэффициентов и второй интегратор, первый вход аналого-цифрового пре образователя связан с выходом первого вычитателя, второй вход второго сумматора связан с первым выходом первого интегратора, первый вход. которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход четвертого умножителя связан со вторым выходом первого интегратора, первый вход третьего умножителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с третьим входом третьего сумматора, выходы блока ключей свя заны с обмотками. асинхронного двигателя вход преобразователя код-частота связан с выходом второго переключателя Кодов, выход четвертого функционального преобразователя связан со вторым входом седьмого умножителя, вход пятого функционального преобразователя связан с выходом пятого сумматора, выход третьего компаратора связан со вторым входом блока ключей, выход пятого сумматора связан со входом шестого функционального преобразователя, выход четвертого компаратора связан с третьим входом блока ключей, второй выход первого интегратора связан со входом блока пере менных коэффициентов, выход второго интегратора связан с третьим входом третьего сумматора, первый вход первого сумматора связан с первым выходом первого интегратора, второй вход соединен с выходом аналого-циФрового преобразователя, а выход связан со вторым входом второго вычитателя, выход гене 7469 4ратора пилообразных сигналов связан со 1 вторыми входами второго, третьего и четвертого компараторов, первый вход первого переключателя кодов связан с выходомтретьего сумматора и с первым входомвторого переключателя кодов, второй входсоединен с выходом первого компаратора,а третий вход связан со вторым выходомблока задания констант, вторым входомпервого компаратора и третьим входомвторого переключателя кодов, а выходсоединен со вторым входом третьего функционального преобразователя, выходытаймера связаны со вторыми входамипервого интегратора, аналого-цифровогопреобразователя, преобразователя кодчастота и второго интегратора, третийвход которого связан с выходом второговычитателя, второй вход третьего мно-, 20жительного устройства соединен со вторым выходом блока переменных коэффициентов, третий выход которого связансо вторым входом третьего умножителя,второй выход первого интегратора соединен со вторым входом четвертого сумматора, выход которого связан со вторым входом шестого умножителя, третий выход блока задания констант соединен со вторым входом четвертого умножителя, первый выход первого интегратора связан со вторым входом пятого сумматора, третий вход которого соединенс выходом аналого-цифрового преобразователя, вторые входы восьмого и девятого умножителей связаны с выходом третьего функционального преобразователя.На чертеже представлена блок-схемаасинхронного следящего привода с преобразователем угловых перемещений вкод.40 Асинхронный следящий привод содержит синусно-косинусный датчик 1.угла,асинхронный двигатель 2, первый и второй умножители 3 и 4, первый вычитатель 5, аналого-цифровой преобразова тель 6, первый интегратор 7, таймер 8второй сумматор 9, первый и второй функциональные преобразователи 10 и 11,первый сумматор 12, второй вычитатель13, четвертый и пятый умножители 14 50 и 15, второй интегратор 16, третий сумматор 17, третий умножитель 18, первый компаратор 19, второй и первый переключатели 20 и 21, блок 22 заданияконстант, четвертый сумматор 23, пре 55 образователь 24 код-частота, шестойумножитель 25, третий функциональныйпреобразователь 26, пятый сумматор 27,четвертый, пятый и шестой функциональВыход второго переключателя 20 кодов связан с первыми входами четвертого сумматора 23 и преобразователя 24код-частота, На второй вход сумматора23 со второго выхода первого цифровогоинтегратора 7 поступает код частотывращения ротора асинхронного двигателя 2, На второй вход преобразователя24 код-частота поступает непрерывная 5 8774ные преобразователи 28-30 соответственно, седьмой, восьмой и девятый умножитеди 31-33, второй, третий и четвертый компараторы 34-36, генератор 37пилообразных сигналов, блок 38. ключейи блок 39 переменных коэффициентов.Асинхронный следящий привод с преобразователем угловых перемещений вкод работает следующим образом.Сигнал с первого выхода синусно- сокосинусного датчика 1 угла, кинематически связанного с ротором асинхронногодвигателя 2, поступает на вход первогоумножителя 3, а сигнал со второго выхода датчика 2 угла поступает на первый 15вход второго умножителя 4, выход которого связан с первым. входом первого вычитателя 5.Второй вход первого вычитателя 5 связан с выходом первого умножителя 3 авыход вычитателя 5 соединен со входоманалого-цифрового преобразователя 6, выход которого поступает на первый входпервого цифрового интегратора 7, Постоянная интегрирования первого интегратора 7 д 5задается таймером 8, первый выход которого соединен со вторым входом интегратора 7. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 и первый выход первого интегратора 7 связаны соответственно с первым и вторым входами второго сумматора9, выход которого связан со входамипервого и второго функциональных пре.образователей 10 и 11. На выходах первого и второго функциональных преобразо 35вателей 10 и 11 формируются двоичныекоды, представляющие собой квадратурные симметричные треугольные функциисодержимого второго сумматора 9.Вьсхюды функциональных преобразователей 10 и 11 связаны со вторыми входами первого и второго умножителей 3и 4 соответственно. Блоки 1, 3-7 и9-11 образуют преобразователь угловыхперемещений ротора асинхронного двига 45теля 2 в код, причем содержимое второгосумматора 9 соответствует текущему значению угла поворота, содержимое первогоинтегратора 7 - частоте вращения, а кодна выходе аналогсь-цифрового преобразователя 6ускорение ротора асинхроннога двигателя 2.На первый вход первого сумматора 12поступает код задания от системы ЧПУ,а второй и третий входы этого сумматора 12 связаны соответственно с выходом первого интегратора 7 и с выходоманалого-циФрового преобразователя 6,причем содержимое сумматора 12 соответствует коду рассогласования между заданием и отработкой, Второй выход первогоинтегратора 7 связан с первым входомчетвертого умножителя 14, выход которого связан с первым входом второго вычитателя 13, а выход первого сумматора 12связан со вторым входом второго вычитателя 13, выход которого связан с первыми входами пятого умножителя 15 и второго цифрового интегратора 16,Постоянная интегрированич второгоинтегратора 16 задается таймером 8,второй выход которого соединен со вторым входом второго интегратора 16. Выходы пятого умножителя 15 и второгоинтегратора 16 связаны соответственнос первым и вторым входами третьего сумматора 17, третий вход которого связанс выходом аналого-цифрового преобразователя 6 через умножитель 18,На выходе третьего сумматора 17 формируется код управления, который описывается следующим выражением где М - код управления9- задание, поступающее от системьс ЧПУ;- угол поворота ротора асинхронного двигателя 2,Ч - частота вращения ротора двигателя 2,сс - ускорение ротора двигателя 2,Крр - коэффициенты передачи соответствеесссо множительных устройств15, 14 и 18,К - постоянная интегрирования второго интегратора 16,Кодовой сигнал с выхода сумматора17 поступает на первые входы первогокомпаратора 19 и второго и первого переключателей 20 и 21 кодов, Выход первого компаратора 19 связан со вторымивходами первого и второго переключателей 21 и 20 кодов. Третьи входы переключателей 20 и 21 кодов и второй входпервого компаратора 19 связаны с первым выходом блока 22 задания констант,877469 10величины, пропорциональной квадратномукорню от управляющего воздействия,формируемого на выходе третьего сумматора 17,Вход блока 39 переменных коэффициентов связан со вторым выходом первогоинтегратора 7, Первый и второй выходыблока 39 преобразования коэффициентовсвязаны соответственно со вторыми входами пятого и третьего умножителя 15и 18, а третий выход блока преобразования коэффициентов связан с третьимвходом интегратора 16,Блок 39 переменных коэффициентовв зависимости от частоты вращения ротора двигателя 2 изменяет коэффициентпередачи третьего и пятого множительных устройств и постоянную интегрирования второго интегратора 16 для обеопечения высоких статических и динами 2 Оческих характеристик привода в широкомдиапозоне скоростей.Достоинством предлагаемого технического решения является реализация цифре.аналогового следящего асинхронного привода, имеющего высокие, статические и 1динамические характеристики в широкомдиапозоне скоростей прибольшом КПЙ. О(6 =СОПМ, (4.) где - частота вращения в пространствеполя статора асинхронного двигателя 2,- частота вращения ротора асинхронного двигателя 2,5- частота импульсов на выходе преобразователя 24 код,-частота,. С - коэффициент пропорциональности,определяемый разрядностью пятого сумматора 27. 1 ОСигнал на выходе четвертого сумматора 23 соответствует частоте вращения впространстве поля статора асинхронногодвигателя 2, Величина этого сигнала определяется коэффициентом передачи умножителя 25. При этом в приводе реализуетсязакон частотного регулирования, описываемый зависимостью где О- амплитудное значение напряженияогибающей модулированного по длительности ВЧ-сигнала на одномиз выходов блока ключей,- частота вращения в пространстве 25Споля статора асинхронного двигателя 2Если сигнал управляющего воздействия на выходе третьего сумматора 17 превосходит по абсолютной величине эталонное значение постоянного сигнала, поступающего с первого выхода блока 22 задания констант, то на выходе первого компаратора 19 вырабатывается отрицательный сигнал управления первым и вторым пере- з 5 ключателями 21 и 20 кодов. В этом случае на первые входы четвертого сумматора 23 и преобразователя код-частота с первого выхода блока 22 задания констант через второй переключатель 20 ко дов поступает эталонный сигнал, обеспечивающий получение такой постоянной разности между скоростями вращения в пространстве поля статора асинхронного двигателя 2 и ротора этого двигателя, при 45 которой достигается оптимальное соотношение между током ротора и магнитным потоком, а следовательно, между потерями в меди и стали двигателя.В этом режиме управления с корректировкой по частоте тока ротора, сигнал управления с выхода третьего сумматора 17 через первый переключатель 21 ко- дов поступает на, второй вход третьего функционального преобразователя 26, При этом сигнал на выходе третьего функционального преобразователя 26 пропорционален произведению величины выходного сигнала восьмого умножителя и Применение предлагаемого устройства в промышленности позволяет заменить дефицитные и сложные в изготовлении высокомоментные двигатели, применяемые, например, в приводах подач стаиков с ЧПУ, на дешевые и простые в изготовлении асинхронные двигатели,Формула изобретения Асинхронный следящий привод, содержащий первый интегратор, последовательно соединенные асинхронный двигатель, синусно-косинусный датчик угла, первый умножитель и первый вычитатель, первый функциональный преобразователь, выход которого связан со вторым входом первого умножителя, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и второй умножитель, вто рой вход которого связан со вторым выходом синусно-косинусного датчика угла, а выход соединен со вторым входом первого вычитателя, о т л и ч а ю щ и йс я тем , что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулироваия привода, в него введены третий умножитель, первый сумматор, генератор пилообразных сигналов, первый переключатель кодов, таймер, последовательносоединенные аналого-цифровой преобразователь и второй сумматор, последовательно соединенные четвертый умножитель второй вычитатель пятый умножитель третий сумматор, первый компаратор, второй переключатель кодов четвертый сумматор, последовательно соединенные блок задания констант, шестой умножитель, третий функциональный преобразователь седьмой умножитель второй компаратор, блок ключей; последовательно соединенные преобразователь код-частота, пятый сумматор и четвертый функциональный преобразователь, последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь,восьмой умножитель и третий компаратор, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь, девятый умножитель и четвертый компаратор, последовательно соединенные блок переменных коэффициентов и второй интегратор, первый вход аналогь-цифрового преобразователя связан с выходом первого вычитателя, второй вход второГо сумматора связан с первым выходом первого интегратора, первый вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход четвертого умножителя связан со вторым выходом первого интегратора, первый вход третьего умножителя связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан с третьим входом третьего сумматора, выходы блока ключей связаны с обмотками асинхронного двигателя, вход преобразователя кодчастота связан с выходом второго пере 35 ключателя кодов, выход четвертого фупкй ционального преобразователя связан со вторым входом седьмого умножителявход пятого функционального преобразователя40 связан с выходом пятого сумматора, выход третьего компаратора связан со вторым входом блока ключей, выход пятого сумматора связан со входом шестого функционального преобразователя, выход четвертого компаратора связан с третьим входом блока ключей, второй выход первого интегратора связан со входом блока переменных коэффициентов выход второго интегратора связан с третьим входом третьего сумматора, первый вход первого сумматора связан с первым выходом первого интегратора, второй вход соединенс выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход связан со вторым входом второго вычитателя, выход генератора пилообразных сигналов связан со вторыми входами второго, третьего и четвертого компараторов первый вход первогопереключателя кодов связан с выходом.третьего сумматора и с первым входомвторого переключателя кодов, второй входсоединен с выходом первого компаратора,а третий вход связан со вторым выходомблока задания констант, вторым входомпервого компаратора и с третьим входомвторого переключателя кодов, а выход соединен со вторым входом третьего функционального преобразователя, выходытаймера связаны со вторыми входами первого интегратора, аналого-цифрового преобразователя, преобразователя код-частота и второго интегратора, третий входкоторого связан с выходом второго вычитателя, второй вход третьего множительного устройства соединен со вторым выходом блока переменных коэффициентов,третий выход которого связан со вторымвходом третьего умножителя, второй выход первого интегратора соединен со вторым входом четвертого сумматора, выходкоторого связан со вторым входом шестого умножителя, третий выход блока задания констант соединен со вторым входомчетвертого умножителя, первый выход первого интегратора связан со вторым входом пятого сумматора, третий вход которого соединен с выходом аналого- цифрового преобразователя, вторые входы восьмого и девятого умножителей связаны свыходом третьего функционального преобразователя,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Грузов В.А. и др. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. Л, Энергия", 1970, с. 121.2. Авторское свидетельство СССР И 2693501/24 кл, 005 В 11/14 1978 (прототип)877469 гшзпз шр Составитель А. Лащевач ТехРед М,Голинка Корректор актор Ю арош дписное СР аб., д, 4/ лиал Г 1 ПП "Патент", г, Ужгород. ул. Проектная, 4 Заказ 9611/70 Тираж 943 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Жкомитета откр ьгги Раушска