Способ стабилизации угловой скорости электродвигателя

 

Использование в электроприводах оптико-механических сканаторах. Сущность изобретения заключается в том, что сравнивают время прохождения заданного угла поворота с образцовым временным интервалом, соответствующим средней угловой скорости, и по знаку разности выбирается и производится разгон или торможение в пределах заданного угла поворота с относительной продолжительностью включения, равной τ , согласно изобретению, разгон и торможение производят импульсами напряжения с относительной продолжительностью включения соответственно t_р и τ_т , причем τ_р>τ_т , определяемых из соответствующих условий. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к микроэлектродвигателям, для обеспечения высокой стабильности средней угловой скорости при минимальной мгновенной в широком диапазоне изменения температур, может применяться в измерительной технике, а также в оптико-механических сканаторах.

Известен стабилизатор частоты вращения ротора электродвигателя, содержащий задающий генератор служебных сигналов, формирователь образцового временного интервала, узел самозапуска, формирователь управляющих импульсов, усилитель мощности, микроэлектродвигатель, датчик, связанный с микроэлектродвигателем.

Способ стабилизации заключается в том, что сравнивают период поступления сигналов датчика с образцовым временным интервалом и в зависимости от знака разности производят разгон неизменным напряжением или торможение отключением питания.

Основным недостатком указанного способа является относительно высокая мгновенная нестабильность, зависящая от времени разгона и напряжения питания.

Известен также стабилизатор частоты вращения вала электродвигателя, содержащий таходатчик, укрепленный на валу электродвигателя, задающий генератор, формирователь образцового интервала времени, узел триггера, формирователь установочных импульсов, усилитель мощности. Способ измерения заключается в том, что сравнивают период следования импульсов напряжения, снимаемого с интегрального таходатчика частоты вращения вала, с образцовым интервалом времени. Если период следования импульсов теходатчика больше образцового интервала времени, электродвигатель включается, а как только период следования превысит образцовый интервал - выключается.

Основным недостатком указанного способа и устройства является высокая мгновенная нестабильность частоты вращения вала ± 3%, при средней нестабильности, не превышающей 1 ± 0,4%, т.е. почти на порядок.

Целью изобретения является повышение точности.

Способ заключается в следующем. Сравнивают время прохождения заданного угла поворота с заданным временем, соответствующим средней угловой скорости, и по знаку разности производят разгон или торможение в пределах заданного угла поворота за время τ, согласно изобретению, разгон и торможение производят импульсами напряжения с продолжительностью включения соответственно τ_р и τ_т, определяемых из условия τ_р= ; τ_т= , где N - требуемое относительное уменьшение мгновенной нестабильности угловой скорости; К₁ и К₂ - количество включений двигателя соответственно в периодах разгона и торможения.

Существенным отличием является то, что микроэлектродвигатель в периодах разгона и торможения управляется подачей импульсного напряжения с требуемой скважностью, что позволяет уменьшить мгновенную нестабильность угловой скорости в требуемое число раз.

На чертеже показаны временные диаграммы, поясняющие способ стабилизации.

В качестве устройства, реализующего способ стабилизации, рассматривается устройство по прототипу, в котором с помощью дополнительных делителей частоты генератора импульсов формируют две последовательности импульсов с требуемой длительностью наличия напряжения (скважностью) подаваемые на вход усилителя мощности и управляемые триггером, управляющим режимом работы двигателя.

На чертеже кривая 1 - график изменения угловой скорости в установившемся режиме стабилизации по прототипу. При этом относительная продолжительность включения (скважность) равна τ=1/2, так как периоды разгона t_р и торможения t_т равны. Графики 2 и 3 показывают два частных случая реализации предлагаемого способа притом, в период разгона τ_р2=t_рр1/(t_рр1+t_рт1)= τ_р3= = , а в период торможения τ_т2= = τ_т3= t_тр2/(t_тр2+t_рт2)= , где t_рр, t_тр и t_рт, t_тт - времена разгона и торможения, соответственно в периодах разгона и торможения.

Способ осуществляется следующим образом. Для импульсного способа стабилизации по прототипу и из известной литературы записывается: = τ= t_р/(t_р+t_т) (1) где M_ср - среднее в интервале t_р значение вращающего момента; М_ст - статический момент сопротивления на валу.

Показано, что τ= 1/2, так как t_р=t_т. При этом максимальное изменение угловой скорости в установившемся режиме определяется известным уравнением
Δω_р=ω₂-ω_т= t_р=-Δω_т=- t_т где I - момент инерции якоря;
ω₁ и ω₂ - минимально и максимально достигаемые угловые скорости.

Для уменьшения Δω предлагается импульсное управление при разгоне и торможении. Зависимость между требуемым отношением уменьшения мгновенной нестабильности угловой скорости N, количеством включений двигателя при периоде разгона К₁ и требуемой относительной продолжительностью включения τ_р определяется соотношением
= учитывая условие (1) и то, что
K =τ_р K =1-τ_р получаем
= τ_р-(1-τ_р) откуда
τ_р= > то же самое для периода торможения
=
Учитывая условие (3) с учетом периода торможения и (1) получим
τ_т=
При условии τ=1/2 получим, что τ_р=1- τ_т. Как видно из чертежа t_р/(t_рр+t_рт)= K>N. При этом K_max определяется исходя из электромеханической постоянной времени электродвигателя, ограничивающий минимальные времена t_рр и t_рт, и соответственно t_тт-t_тр. Таким образом, исходя из полученных уравнений (3) и (4), выбираются τ_р и τ_т исходя из требуемого N и выбранного K_max, принимая во внимание, что N<K. Достоинством указанного способа является простота обеспечения требуемой мгновенной нестабильности и высокой средней стабильности угловой скорости стабилизатора в широком диапазоне изменения температуры.

Формула изобретения

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, при котором сравнивают время прохождения заданного угла поворота с заданным временем, соответствующим средней угловой скорости, и по знаку разности производят разгон или торможение в пределах заданного угла поворота за время τ отличающийся тем, что, с целью повышения точности, разгон и торможение производят импульсами напряжения с продолжительностью включения соответственно τ_p и τ_т, определяемых из условий
τ_р=
τ_т=
τ_p > τ_т ,
где N - требуемое относительное уменьшение мгновенной нестабильности угловой скорости;
K₁ и K₂ - количество включений двигателя в периодах разгона и торможения соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1