Цифровой электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах с высокими требованиями к точности регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока.. Цель изобретения - повышение точности стабилизации скорости за счет исключения влияния эксцентриситета механического модулятора. Электропривод содержит электродвигатель 1, к-рый через ключевой усилитель 2 подключен к выходу регулятора 3. Регулятор 3 сравнивает последовательности импульсов от задающего генератора 6 и с вькода переполнения счетчика импульсов 19 и вырабатывает управляющее воздействие на электродвигатель 1 . Совокупность элементов НЕ 7 и 8, распределителя импульсов 9, RS-триггеров 10, 11 и D-триггеров 12,13, а также счетчика 19 с задающим генератором 6 образует схему, к-рая формирует рабочие импульсы с выхода переполнения счетчика 19, используемые как импульсы отрицательной обратной связи регулятора 3. Временное положение формируемых импульсов oqтaeтcя строго пос тоянным относительно середины между центрами импульсов, формируемых оптронами 4 и 5, что позволяет значительно уменьшить влияние эксцентриситета механического модулятора на скорость вращения электродвигателя. 3 ил. (С О) с: 4 ГО esd со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5ц 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4210019/24-07 (22) 17.03.87 (46) 07.09.88. Бюл. № 33 (71) Новополоцкий политехнический институт им, Ленинского комсомола

Белоруссии (72) В.Д.Сибирцев и А.С.Вершинин (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 379029, кл. Н 02 Р S/06, 1971.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1335106, кл. H 02 P 5/Об, 1986. (54) ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированных системах с высокими требованиями к точности регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока.. Цель иЗобретения — повышение точности стабилизации скорости за счет исключения влияния эксцентриситета механического модулятора. Электропривод со„„Я0„„1422349 A1 держит электродвигатель 1, к-рый через ключевой усилитель 2 подключен к выходу регулятора 3. Регулятор 3 сравнивает последовательности импульсов от задающего генератора 6 и с выхода переполнения счетчика импульсов 19 и вырабатывает управляющее воздействие на электродвигатель 1.

Совокупность элементов НЕ 7 и 8, распределителя импульсов 9, RS-триггеров

i0, 11 и D-триггеров 12,13, а также счетчика 19 с задающим генератором 6 образует схему, к-рая формирует рабочие импульсы с выхода переполнения счетчика 19, используемые как импульсы отрицательной обратной связи регу- а лятора 3. Временное положение формируемых импульсов остается строго пос тоянным относительно середины между центрами импульсов, формируемых оптронами 4 и 5, что позволяет значительно уменьшить влияние эксцентриситета механического модулятора на скорость вращения электродвигателя.

4:в

3 ил. (Я

1422349

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано автоматизированных системах, к коТорым предъявляются требования высо5 кой точности. регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока.

Цель изобретения — повышение точ1 ности регулирования скорости вращения 1р электродвигателя за счет исключения влияния эксцентриситета механического модулятора.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового электропривода по- 15 стоянного тока; на фиг. 2 — временная диаграмма работы цифровой части электропривода; на фиг. За и б— диаграмма, поясняющая исключение эксцентриситета. 2О

Цифровой электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1 с механическим модулятором, ключевой элемент 2, выходом подключенный к электродвигателю 1, регулятор 3, вы- 25 ходом подключенный к ключевому элементу 2, диаметрально расположенные первый оптрон 4 и второй оптрон 5, задающий генератор 6, первый и второй элементы НЕ » 8, распределитель 9 щ импульсов, первый и второй КБ-триггеры 10 и 11, первый и второй D-триггеры 12 и 13, элементы И 14 — 17, элемент ИЛИ 18 и счетчик 19 импульсов. Выход первого оптрона 4 соединен

35 с S-входом первого RS-триггера 10 и входом первого элемента НЕ 7, выход которого соединен с С-входом первого

D-триггера 12. Выход второго оптрона 5 соединен с S-входом второго КЯ40 триггера 11 и входом второго элемента ИЕ 8,.выход которого соединен с

С-входом второго D-триггера 13. Квходы RS-триггера 10 и 11 и К-входы

D-триггеров 12 и 13 соединены между собой, с входом сброса (К-входом) и с выходом переполнения счетчика 19 импульсов и с входом обратной связи регулятора 3. Выход задающего генератора 6 соединен с задающим входом

50 регулятора 3 и входом распределителя

9 импульсов, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого 14, третьего 16, второго 15 и четвертого 17 элементов И. Прямые выходы первого 10 и второго 11 RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами первого 14 и третьего 16 элементов И. Прямые выходы первого 12 и второго 13 D-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго 15 и четвертого 11 элементов И.

Выходы первого 14, второго 15, третьего 16 и четвертого 17 элементов И соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с информационным входом счетчика 19 импульсов.

Цифровой электропривод постоянного тока работает следующим образом.

Регулятор 3 сравнивает между собой последовательности импульсов, посту1 пающих от задающего генератора 6. и с выхода переполнения счетчика 19 импульсов, и вырабатывает управляющее воздействие через ключевой элемент 2 на электродвигатель 1. При вращении механического модулятора первый 4 и второй 5 оптроны формируют прямоугольные импульсы С1 и С2 соответственно (фиг. 3). Частота следования импульсов С1 и С2 пропорциональна скорости вращения механического модулятора и при наличии эксцентриситета механического модулятора указан,ная частота изменяется по синусоидальному закону около своего среднего значения. Период изменения частоты равен периоду одного оборота моду лятора, а величина изменения частоты пропорциональна величине эксцентриситета. Совокупность элементов НЕ 7 и 8, распределителя 9 импульсов RSтриггеров 10 и 11, D-триггеров 12 и 13, элементов И 14 — 17, элемента

ИЛИ 18 и счетчика 19 импульсов вместе с задающим генератором 6 образуют схему, которая формирует рабочие импульсы, снимаемые с выхода переполнения счетчика 19 импульсов и используемые как импульсы отрицательной обратной связи регулятора 3. Причем временное положение формируемых импульсов всегда остается строго постоянным относительно середины между центрами импульсов, формируемых оптронами 4 и 5 (фиг. 2) °

f / 2

4 4 3

2 2 (4 сг (4+ "3 с + + + ъад 2 2 4 2

+- -=2 -=const, 4 f (1) где д — время постоянной задержки рабочего импульса обратной связи относительно средней точки между центрами импульсов первого 4 (C1) и второго 5 (С2) оптронов;

5 с, — длительность импульса первого оптрона; сг — длительность импульсов второго оптрона; сэ — вРемЯ смеЩениЯ заДних фРон-10 тов импульсов с, и с. с4 — время смещения рабочего импульса относительно заднего фронта запаздывающего импульса (в данном слу- 15 чае сг); п — число разрядов цифрового эквивалента счетчика 19 импульсов;

f — частота следования импуль- 20 сов задающего генератора.

Представляют величины С, и с в виде ("z "э)+(с "г+ э) (2) (3) 25

11одставляя в (1), получают q (c,z- ) "юд =с4,4,2, 4, 4 (+ .э-

+- — — — — -=с +- с +-(cñ - ь )+-(cñ — с +

4 4 2 г 3 4

+с )=2 -=COIISt. (4) и 3 1

Тогда 2 = c f+c -f+(c -с ) -f+(c. -с э4 г э

+ з)

1 (5) 35

Операция умножения временного интервала на частоту следования импульсов эквивалента заполнению этого временного интервала импульсами соответ- 4р ствующей частоты. Как следует из выражения (5), интервал времени с< заполняют импульсами с частотой, интервал времени сэ с частотой 3/4f, интервал времени (c> — c3) с частотой . 1/2f и интервал времени (с, +с3 z) с частотой 1/4f (фиг. 2). (сг - 3) . это — интервал времени перекрытия импульсов С1 (c, ) и С2 (cz), à (c + г Л

+с3 02) интервал времени между 5п передними фронтами этих импульсов.

Распределитель 9 .импульсов непрерывно вырабатывает четыре последовательности сдвинутых друг относительно друга во времени импульсов с частотой f/4. В исходном состоянии все триггеры 10 — 13 и счетчик 19 импуль" сов находятся в нулевом (сброшенном) состоянии. При появлении импульса С1

1422349 с выхода первого оптрона RS-триггер

10 устанавливается в единичное состоякие и разрушает прохождение импульсов с первого выхода распределителя 9 импульсов через элемент И 14 и далее через элемент ИЛИ 18 на информационный вход счетчика 19 импульсов.

При этом на счетчик 19 импульсов поступают импульсы с частотой 1/4С.

Состояние схемы соответствует интервалу времени (< + <э- сг). При появлении импульса С2 с выхода второго оптрона RS-триггер 11 также устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение импульсов с второ"

ro выхода распределителя 9 импульсов через элемент И 16 и далее через элемент ИЛИ 18 на информационный вход счетчика 19 импульсов, Так как и первый 10 и второ" 11 RS-триггеры находятся в единичных состояниях, то на информационный вход счетчика 19 импульсов проходят импульсы с. частотой 1/2f. Состояние триггеров соответствует интервалу времени (cz -с>), С окончанием действия импульса С1, формируемого первым оптроном 4, задним фронтом этого импульса через

30 элемент НЕ 7 D-триггер 12 переводится в единичное состояние и разрешает . прохождение импульсов с третьего вы" хода распределителя 9 импульсов через элемент И 15 и далее через элемент ИЛИ 18 на информационный вход счетчика 19 импульсов. В результате того, что RS-триггЬры 10 и 11 и Dтриггер 12 находятся в единичных состояниях, на информационный вход счетчика 19 импульсов проходят импульсы с частотой 3/4 . Такие состояния указанных триггеров соответствуют интервалу времени сэ . С окончанием действия импульса С2, формируемого вторым оптроном 5, задним фронтом этого импульса через элемент HE 8 D-триггер 13— переводится в единичное и разрешает прохождение импульсов с четвертого вы хода распределителя 9 импульсов через элемент И 16 и далее через элемент

ИЛИ 18 на информационный вход счетчика 19 импульсов. Так как все четыре триггера 10 — 13 находятся в единичных состояниях, то на информационном входе счетчика 19 импульсов суммируются четыре последовательности сдвинутых во времени импульсов с частотой f/4, т.е. счетчик продолжает заполняться импульсами с частотой

5 1422349 6

35 1/2+a+c 2/2

+ (°

1 4 ъ (1 0) л! 1/2+T<<+a+c2/2+Тс

+ C a.. (11) что соответствует интервалу времени с (фиг. 2). При переполнении счетчика 19 импульсов, когда на его вход подано 2 импульсов, на выходе пере: ;полнения счетчика формируется рабочий

: импульс, который сбрасывает счетчик, : подтверждая нулевое состояние и все триггеры 10 — 13, и используется как импульс отрицательной обратной связи регулятора 3. Временное положение формируемого рабочего импульса строго постоянно относительно средней точки между центрами импульсов С1 и С2. При этом период следования и частота фор- 15 мируемых рабочих импульсов свободны от влияния эксцентриситета механического модулятора.

На фиг. Эа условно показан механический модулятор, который вращается с круговой скоростью с3 и в котором геометрический О и физический О, центры вращения не совпадают. Отрезок 00! = Ь вЂ” величина эксцентриситета.

Касательная скорость механического модулятора относительно первого оптрона в точке С1 изменяется по закону

Vc! =О, С!(а=(К+ д sin(ut)) ° Q, (6) где R — - рабочий радиус механического модулятора. 30

Шаг дискретизации механического модулятора.

2HR

h=-— (7)

N где N — - число дискрет (щелей) механического модулятора.

Тогда частота импульсов, формируемых первым оптроном, изменяется по закону

V ГК+ д sin(ut) u N

40 с!

R+Ь ° sin(c3t) N (8)

R где ь=и/2! .

Частота импульсов, формируемых 45 вторым оптроном, изменяется по аналогичному закону

R д sin(G7t) „ (9) р. Ь

Из временной диаграммы (фиг. Зб) следует, что моменты времени t! и равны; где а — интервал времени между передними фронтами импульсов С1 и С2, формируемых первым 4 и вторым 5 оптронами соответственно;

Тс! и Т вЂ” периоды следования импульсов

02 соответственно С1 и С2;

,и — длительности импульсов С1 и С2; время постоянной задержки рабочих импульсов относительно средней точки между центрами импульсов С1 и С2.

Тогда период следования рабочих импульсов Т, формируемых описанной схемой, равен (< Tc! a cz Tcz

Т =t -t. =--+---+-+ -+ --+ »>2 < 4 2 2 4 2

Г, а !, Тс! +Тс

C (").

4 2 4 2

Частота следования рабочих импуль сов

+Tc2 1/fc! +1/fc2

/Ъ. В. г (13)

1„ +Г

Обозначим fg .N=f, тогда

f c! = f„+6 f sin(ut) з

fey f!! " э п(с) э где Д Й= Ев 1 < 1, Д Д (14) (15) Тогда выражение (13) с учетом (14) и (15) 2Lf +hf singlet/ (f 1, дГ sin(ut)j

fq+!1f sin(alt)+f„-дй ° sin(ut)

Е1 -ДЕ2 sin2 (ис)

Н s

Н так как д f2 ° sin2 (р )((f 2 .

Таким образом, из выражения (16) следует, что влияние эксцентриситета механического модулятора на частоту следования рабочих импульсов f ucP ключено.

Структура регулятора 3 может быть практически любой для класса регуляторов, использующих в качестве сигнала обратной связи импульсы таходатчика, связанного с валом электродвн гателя, а в качестве задающего воздействия — частоту импульсов задающего генератора.

Использование изобретения позволяет достигнуть более высокой точности стабилизации мгновенной ско1422349

О-r рости вращения электродвигателя за счет более полного исключения влияния эксцентриситета механического модулятора на скорость вращения

5 электродвигателя..Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Цифровой электропривод постоянного о тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, вал которого механически связан с импульсным датчиком. скорости, выполненным в виде механического модулятора с первым и вторым диаметрально расположенными оптронами, последовательно соединенные задающий генератор, регулятор, снабженный входом обратной связи, ключевой элемент, выходом подключенный к элект-2О родвигателю, RS-триггер, D-триггер, два элемента И, элемент ИЛИ и счетчик импульсов, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения точности стабилизации скорости за счет исключения влияния эксцентриситета механического модулятора, в него введены распределитель импульсов, второй

RS-триггер, второй D-триггер, два элемента НЕ, третий и четвертый элементы И, причем выход первого оптрона соединен с S-входом первого RS-триггера и входом первого элемента HE выход которого соединен с С-входом первого D-триггера, выход второго оптрона соединен с S-входом второго RSтриггера и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с С-входом второго D-триггера, D-входы первого и второго D-триггеров соединены с шиной единичного логического сигнала, R-входы первого и второго RS- р ггеров и R-входы первого и второго Dтриггеров соединены между собой, с

R-входом счетчика импульсов, с выходом переполнения счетчика импульсов и с входом обратной связи регулятора, выход задающего генератора соединен с входом распределителя импульсов, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого, третьего, второго и четвертого элементов И, прямые выходы первого и второго RS-ypvrrepoa соедине ны соответственно с вторыми входами первого и третьего элементов И, прямые выходы первого и второго D-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго и четвертого элементов И, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов

И соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом счетчи" ка импульсов.

1422349

Составитель, Т.Рожкова

Редактор Л.Зайцева Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Заказ 4438/54

Тираж 583 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4