Дискретно-цифровой электропривод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 00 А 1 И 9) 111) 159 4 Н 02 Р 5 06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 738080, кл. Н 02 Р 5/06, 1977,Авторское свидетельство СССРУ 1042149, кл. Н 02 Р 5/06, 1981.(57) Изобретение относится к электротехнике, и м.б. использовано в электроприводах постоянного тока с цифровым управлением. Цель изобретенияувеличение быстродействия и точностирегулирования. Электропривод содержит электродвигатель, подключенный ксети переменного тока через тиристорный преобразователь и преобразователькода в сигнал управления, Блок синхронизации формирует стробирующие импульсы в моменты времени,соответствующие точкам естественной коммутации тиристоров преобразователя, Блокпрерываний формирует команды вызоваподпрограммы для подключения групптиристоров, проводящих ток в фиксированный интервал времени. Прямойцифровой выход на тиристоры преобразователя, исключение промежуточныхопераций цифроаналогового и аналогоцифрового преобразования, алгоритмуправления и использование быстродействующего аналогового компаратора тока обеспечивают формированиеоптимальных по быстродействию переходных процессов при ограничении токаи его производной, нагрева двигателя и малую статическую ошибку. 5 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к электропривЪдам постоянного тока с цифровым управлением.5Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности регулирования.На Фиг. 1 представлена блок-схема дискретно-цифрового электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - функциональная схема блока синхронизации, на Фиг, 3 - функциональная схема блока прерываний; на фиг, 4 - функциональная схема преобразователя кода 15 в сигнал управления; на фиг. 5 - кривые переходных процессов, где Т разгон двигателя в системе пропорционального регулирования, ТТ. - то же, в дискретно-цифровом электроприводе,Дискретно-цифровой электропривод содержит электродвигатель 1 постоян" ного тока, подключенный к сети 2 переменного тока через тиристорный преобразователь 3, преобразователь 4 ко да в сигнал управления, выходом соединенный с входом тиристорного преобразователя 3 и импульсный датчик 5скорости, вал которого соединен с валом электродвигателя 1, Кроме того, З 0 электропривод содержит первый регистр б, выход которого соединен с входом второго регистра 7 и первыми входами первого 8, ьторого 9 и третьего 10 сумматоров. Второй вход первого сумматора 8 соединен с выходом второго регистра 7, выход первого сумматора 8 подключен к адресным входам блока 11 постоянного запоминающего устройства, выходом соединенного с вторым входом сумматора 9. Выход второго сумматора 9 соединен с первым входом элемента 12 сравнения, второй вход которого через первый тристабильный буферный регистр 13 соединен с задатчиком 14 скорости, Выход элемента 12 сравнения через 0-триггер 15 соединен с первым входом компаратора 1 б тока, второй вход которого подсоединен к выходу аналогового датчика 17 тока якоря электродвигателя. Выход компаратора 1 б тока через второй тристабильный буферный регистр 18 соединен с входами выбора режима работы реверсивного счетчика 19 и третьего сумматора 10. Первый вход реверсивного счетчика 19 через блок 20 прерываний соединен с выходом блока 21 синхронизации, входом подключенного к сети 2 переменного тока. Второй вход третьего сумматора 10 соединен с выходом третьего регистра 22, Выход третьего сумматора 10 соединен с первым входом четвертого сумматора 23, второй вход которого сое,динен с выходом реверсивного счетчика 19. Выход четвертого сумматора 23 соединен с входом распределителя 24, выход которого через третий тристабильный буферный регистр 25 соединен с входом преобразователя 4 кода в сигнал управления, Адресный вход распределителя 24 соединен с выходом бло ка 20 прерываний. Выход импульсного датчика 5 скорости соединен с входом накапливающего счетчика б с программным управлением, выход которого через четвертый тристабильный буферный регистр 27 соединен с входом первого регистра б.Блок 21 синхронизации (Фиг, 2) содержит трехфазный синхронизирующий трансформатор 28, первичные обмотки которого подключены к сети 2 переменного тока, три компаратора 29-31, уходы которых соединены с соответствующими вторичными обмотками трехфазного синхронизирующего трансформатора 28, три Формирователя 32-34 импульсов, реагирующие на положительные перепады входного напряжения, и три Формирователя 35-37:лмпульсов, реагирующие на отрицательные перепады входного напряжения, причем входы Формирователей 32 и 35 импульсов соединены с выходом компаратора 29, входы Формирователей 33 и Зб - с выходом компаратора 30, а входы Формирователей 34 и 37 импульсов - с выходом компаратора 31. Выходы Формирователей 32-37, импульсов образуют шестиканальный выход блока 21 слнхронизации.Блок 20 прерываний фиг, 3) содержит шестиканальньпл узел 38 Формирования запросов на прерывание и регистр 39 формирования команд вызова подпрограмм прерываний., причем шестиканальный вход узла 38 Формирования запросов на прерывание соединен с шестиканальным выходом блока 21 синхронизации, а трехразрядньп выход - с входом регистра 39 Формирования команд вызова подпрограмм прерываний.Преобразователь 4 кода в сигнал управления (фиг. 4) содержит блок 40 таймеров положительной группы тиристоров с согласуюшими элементами 41, 1350800блок 42 таймеров отрицательной группы тиристоров с согласующими элементами 43, инвертирующий буфер 44 и тактовый генератор 45, Причем блок 40 таймеров положительной группы тиристоров подключен к шине данных непосредственно, а блок 42 таймеров отрицательной группы тиристоров - через инвертирующий буфер 44, Выходы 10 блоков 40 и 42 таймеров обеих групп подключены к управляющим электродам тиристоров через согласующие элементы 4 1 и 43. Выход тактового генератора 45 соединен с тактовыми входами 15 блоков 40 и 42 таймеров.Электропривод работает следующим образом.По запросу на прерывание, формируемому блоком 21 синхронизации, код, 20 пропорциональный текущему значению скорости, из накапливающего счетчика 26 с программным управлением через четвертый тристабильный буферный регистр 27 записывается в первый 25 регистр 6. При этом ранее хранимое в первом регистре 6 значение скорости в предыдущий дискретный интервал времени переписывается.во второй регистр 7. Формирование кода, пропор- З 0 ционального скорости, осуществляется ,с помощью импульсного датчика 5 скорости, выходные импульсы которого суммируются в накапливающем счетчике 26 с программным управлением. Измерение скорости осуществляется по35 принципу подсчета числа импульсов в течение фиксированных промежутков времени, формируемых с помощью блока 21 синхронизации.Первый сумматор 8 вычисляет разность между текущим значением скорости и ее значением в предыдущий дискретный интервал времени. Код разности является адресом ячейки памяти блока 11 4 ч постоянного запоминающего устройства, в которой хранится код, пропорциональный квадрату производной от скорости, Этот код складывается вторым сумматором 9 с кодом, пропорциональным ско рости в дискретный интервал времени, хранящемся в первом регистре 6. Код с выхода второго сумматора 9 подается на элемент,12 сравнения, где иэ него вычитается код задания И, посту пающий через первый тристабильный буферный регистр 13 от задатчика 14 скорости. Сигнал с выхода элемента 12 сравнения, несущий информацио о= О, (2) где К, Т - активное сопротивлениеи постоянная времениякорной цепи;1, - темп изменения тока якоря двигателя;- время;Е ф - постоянный коэффициент1 с 9 Я - ЭДС двигателя;1 - максимальный ток двигайтеля.Для формирования кода, соответствующего выходному напряжению У тиристорного преобразователя 3, необходимо вычислить алгебраическую сумму кодов, пропорциональных слагаемым правой части выражения (1). Причем первое слагаемое представляет собой постоянное число, не зависящее от режима работы тиристорного преобразнаке разности, поступает на вход 0 в тригге 15 и запоминается им. С выхода Р-триггера 15 логический сигнал подается на вход компаратора 16 тока, где сравнивается с сигналом аналогового датчика 17 тока якоря двигателя. В зависимости от результа- та сравнения компаратор 16 тока формирует на своем выходе сигнал логического нуля или единицы, на основании которого должен формироваться код, соответствующий или положительному темпу изменения тока при логической единице на выходе компаратора 16 тока, или отрицательному при логическом нуле. Нулевое значение темпа изменения тока формируется за счет переключения компаратора 16 тока с частотой следования стробирующих импульсов блока 21 синхронизапии. Так как электродвигатель является фильтром, а частота переключения велика, то колебания тока получаются исчезающе малыми, а среднее значение тока поддерживается на постоянном уровне,Из принципа максимума Понтрягина следует, что для оптимального управления при учете ограничений на нагрев ток должен изменяться по линейному закону с максимальным по модулю или нулевым темпом, При этом выходное напряжение Б тиристорного преобразователя 3 должно изменяться в соответствии с выражениемзователя, которое хранится:в третьемрегистре 22, Второе слагаемое - эточусла, равное падению напряжения вякорной цепи двигателя и изменяющееся по линейному закону, поэтому коц,5пропорциональный этому числу, в течение каждого фиксированного интервала времени изменяется на постояннуювеличину, пропорциональную числу 10Е 1 ьг., где м - Фиксированный интервал времени, Код, пропорциональныйэтому слагаемому, Формируется с помощью реверсивного счетчика 19, насчвтный вход которого поступают запросы на прерывание от блока 20 прерываний. Если на вход выбора режимаприходит логический нуль, реверсивныи счетчик 19 вычитает входные импульсы, если единица - суммирует.Третье слагаемое представляетсобой число, равное ЭДС двигателя.Так как двигатель работает без ослабления магнитного потока, код, пропорциональный третьему слагаемому, 25равен коду, хранящемуся в первомрегистре 6,Третий сумматор 10 складь 1 вает коды,считанные из первого 6 и третьего22 регистров. Если на вход выбора режима третьего сумматора 10 приходитсигнал логического нуля, то содержимое третьего регистра 22 воспринимается с обратным знаком. Полученныйкод с выхода третьего сумматора 10поступает на первый вход четвертогосумматора 23, где складывается с кодам, считанным из реверсивного счетчика 19.Вычисленный код с выхода четвертого сумматора 23 через распределитель24 и третий тристабильный буферныйрегистр 25 поступает в преабразава 1 када в сигнал уг 1 равления,где формируется временной интервал,равный углу управления тиристорнымпреобразователем 3,Комбинация тиристоров, проводящихток в данный фиксированный интервалВремени, определяется камандаи Вызава подпрограммы прерывания, поступающей на адресный вход распределитепя из блока 20 прерываний по запросам блока 21 синхронизации в моменты времени, соответствующие точкам естественной коммутации тиристоров. Причем число разрядов Выходаблока 21 синхронизации равно числутиристорав одной группы, а в каждом разряде Формируется логическая единица за исключением разряда, соответствующего данной комбинации проводящих тиристоров, на катарам устанавливается логический нуль. Этоткод с помощью блока 20 прерываний пре.образуется в код команды вызова подпрограммы прерывания, определяющийкомбинацию пррводящих тиристоров,Блок 21 синхронизации (фиг. 2) фор.мирует стробирующие импульсы в моменты времени, соответствующие точкаместественной коммутации тиристоравтиристорнога преобразователя 3. Цг 1 яэтого в него введен синхронизирующийтрансформатор 28первичные обмоткикоторого подключены к сети 2 переменного тока, Причем группа соединения ега обмоток далкна обеспечиватьсотставание па Фазе на 30 напряжения вторичных обмоток па стношению квходному напряжению тиристорнога преобразователя 3. Момент перехода напряжения вторичных обмоток синхранизирующего трансформатора 28 черезнуль Фиксируется кампараторами 293 1, выходные напряжения которых подаются на вхацы формирователей импульсов. Причем Ьармираватели 32-34реагируют на положительный перепадвходного напряжения а Формирователи35-37 - на отрицательный. При поступлении с выхода. блока О прерьванийкоманд вызова подпрограммы 11 рерывания Формирователи 32-37 сбрасываютсяпа входу "Сброс" з исходнаг состояниеИмпульсы напряжения с выходов формирователей 32- 37 импульсов поступаютна вход блока 20 поерыванийБлок 20 прерываний 1,фи:.в . 3)формирует команды вызова г;одпраграимы фармир О В ани 51 у 11 р яВля 101 Гих и 5 ь 1 ул ь с а в длягруппы тиристаров, катааые должныпроводить ток в,цанный фиксированныйинтервал времени,Центральный процессор 1 южет принятьтолько один запрос на прерывание, атиристарав которые доныпроводить ток в данный Фиксированныйинтервал времени , .спределяется паодному из шести заг:росав на прерывание, поступающих с выходов Формирователей 32- 37 имг 1 ульсов блока 21синхронизации, Поэтому необходимоиспользовать узел, осуществляющийформирование команды вызова подпрограммы, соответствующей одному изшести запросов на г:рерывание,1350800 Увеличение быстродействия уменьшает динамическое падение скорости и энергетические потери на восстановление скорости. Динамическое падение скорости уменьшается в 2-3 раза при прежнем уровне максимального зна.чения темпа изменения тока якоря. дС выхода блока 21 синхронизации на вход узла 38 формирования запросов на прерывание поступает код, число разрядов которого равно числу тиристоров одной из групп тиристорнрго преобразователя 3. В каждом разряде этого кода формируется сигнал логической единицы за исключением разряда, соответствующего данной ком бинации проводящих тиристоров. На выходе узла 38 формирования запросов на прерывание формируется трехбитовый код. Так как шина данных имеет в предлагаемом электроприводе восемь 15 разрядов, трехбитовый код необходимо дополнить недостающими пятью разрядами, содержащими логические единицы. Эта операция производится в регистре 39 формирования команд вызова подпро грамм прерываний.Преобразователь 4 кода в сигналуправления (фиг. 4) отсчитывает интервал времени, пропорциональный поступившему коду, а в конце интервала 25 формирует импульс, управляющий парой тиристоров, которые должны проводить ток в данный фиксированный интервал времени. Максимальный угол управления в реверсивном приводе составляет око- ЗО ло 180 , причем в интервале 90 одна группа тиристоров выпрямляет ток, а вторая - работает в режиме инвертирования при согласованном управлении или блокируется при раздельном управ 35 лении. Пусть для режима выпрямления положительной группы тиристоров соответствует код Х, тогда для режима инвертирования второй группы соответствует инверсный код Х.Код, соответствующий углу управления тиристорным преобразователем, через третий тристабильный буферный регистр записывается в блок 40 таймеров положительной группы тиристоров. В блок 42 таймеров отрицательной группы тиристоров этот код записывает ся через инвертирующий буфер 44. Причем при раздельном управлении рабоота одного из блоков таймеров блоки 50 руется распределителем. Блокируемый блок таймеров определяется по знаку1слагаемого К 1из выражения (1) . Если знак положительный, работает по. ложительная группа, а вторая блокируется, если отрицательный - наоборот.Импульсы, поступающие с тактового генератора 45, декрементируют содержимое таймеров. В момент равенства кулю содержимого таймера на его выходе формируется импульс напряжения,Выходы блоков 40 и 42 таймеров обеихгрупп подключены к входам согласующихэлементов 41 и 42, осуществляющих согласование с тиристорным преобразователем 3. Накапливающий счетчик 26 (фиг, 1) с программным управлением служит для подсчета числа импульсов 1 поступающих от импульсного 5 датчика скорости за фиксйрованный интервал времени, После считывания из накапливающего счетчика 26 с программным управлением кода, пропорционального скорости привода, счетчик 26 программно сбрасывается в нульТак как таймер работает на вычитание, его следует подключать к шине данных через инвертирующий буфер. поэтому первый тристабильный буферный регистр 13 в этом случае должен быть инвертирующим, Разрешающая способность импульсного датчика 5 скорости выбирается из условия, что при максимальной скорости привода в течение фиксированного интервала времени накапливающий счетчик 26 не переполняется. Прямой цифровой выход на тиристоры вентильного преобразователя, исключение промежуточных операций цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования, алгоритм управления и использование быстродействующегоаналогового компаратора 16 тока обеспечивают формирование оптимальных по быстродействию переходных процессов при ограничении тока и его производной, нагрева двигателя и малую статическую ошибку. Обеспечение неизменности по абсолютной величине темпа изменения тока якоря дает возможность исключить медленно изменяющиеся участки кривой тока и сократить в 1,5-2,0 раза время переходныхпроцессов как при управлении, так ипри приложении нагрузки (фиг, 5).Иикропроц есеорно ойст Формула изобретения Дискретно-цифровой электр опривод постоянного тока, содержащий электро 5 двигатель постоянного тока, подключенный к сети переменного тока через тиристорный преобразователь, преобразователь кода в сигнал управления, выход которого соединен с входом ти ристорного преобразователя, импульсный датчик скорости, вал которого соединен с валом двигателя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности 15 регулирования, в него введены три регистра, четыре сумматора, элемент сравнения, блок постоянного запоминающего устройства, реверсивный счетчик, распределитель, накапливающий ечетчик с программным управлением, четыре тристабильных буферных регистра, компаратор тока, Р-триггер, блок синхронизации, аналоговый датчик тока якоря двигателя, блок пре рываюяй, причем выход первого регистра соединен с входом второго регистра, первым входом первого сумматора, первым входом второго сумматора и первым входом третьего сумматора, З 0 второй вход первого сумматора соединен с выходом второго регистра, выход первого сумматора соединен с адресным входом блока постоянного запоминающего устройства, выход которого35 соединен с вторым входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с первым входом элемента сравнения второй вход которого через первый тристабильный оуферный регистр соединен с задатчиком скорости, выхср элемента сравнения через Р-триггер соединен с первым входом компаратора тока, второй вход которого соединен с выходом аналогового датчика тока якоря двигателя, выход компаратора тока через второй тристабильный буферный регистр соединен с входами выбора режима работы реверсивного счетчика и третьего сумматора, первый вход реверсивного счетчика через блок прерываний соединен с выходом блока синхронизации, вхсд блока синхронизации подключен к сети переменного тока, второй вход третьего сумматора соединен с выхоцом третьего регистра, выход третьего сумматора соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выхоцом реверсивного счетчика, выход четвертого сумматора соединен с входом распределителя, выход которого через третий тристабильный буферный регистр соединен с входом преобразователя кода в сигнал управленияадресный вход распределителя соединен с выходом блока прерываний. выход импульсного цатчика скорости соединен с входом накапливающего счетчика с программным управлением., выход которого через четвертый тристабильный буферный регистр соединен с входом первого регистраПодписнССР з 61 ВНИИПИ 113 ектная, 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгоро Тираж 65 Государственн делам изобретени 5, Москва, Ж