Устройство для программного управления положением вала электродвигателя

 

Союз Советсиик

Социалистических республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ »i907512 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.07.80 (2l ) 2961512/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.02.82. Бюллетень М 7 (51) NL. Кл, G 05 B 19/40

1Ъеударстианиый каиитвт

СССР нв дилан изобретений н открытий (5З) УДК 621.503..55 {088.8) Дата опубликования описания 23.02.82

B. Д. Савченко, В. A. Барабаш, Г. В. Пысенок, Д. И. Павпович, Г. P. Крючок и Ж. Г. Кириппова (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЕМ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к вобпасти ав- томатического регулирования, а именно к системам стабилизации скорости электродвигателей с дополнительным регулированием фазового положения вала и может найти различное применение в автоматиS ке, в частности в устройствах, в которых необходимо обеспечить синхронное и синфаэное врашение валов нескольких электродвигателей. то

Известно устройство дпя программного управления попожением вапа электродвигатепя, содержащее фазовый дискриминатор, блок управления, эпектродвигатепь, на валу которого установлены датчик ско1S рости, датчик положения, фазовый дискриминатор, делитель частоты, элемент ИЛИ, триггер, генератор опорной частоты и генератор эталонных частот (11.

Недостатком такого устройства является невозможность фаэирования положения вайа электродвигателя при низких скорос» тях ипи при низкой частоте опорных импульсов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство дпя программного управления положением вала электродвигателя, позвопяюшее с большой точностью фаэировать попожение вала электродвигателя относительно опорных импульсов в широком диапазоне частот и скоростей.

Устройство содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор,блок управпения и электродвигатель, на валу которого установлены датчик скорости и датчик положения, выход датчика скорости соединен с одним из входов фазового дискриминатора, другой вход которого через депитепь частоты подключен к выходу эпемента ИЛИ, выход датчика положения подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и входом формироватепя импульсов, а выход последнего подключен к обнуляюшему входу реверсивного счетчика, первый вход первого элемента И и вход элемента asдержки соединены со вторым и третьим входами генератора этапонных частот, один иэ входов элемента ИЛИ соединен с вычитаюшим входом реверсивного счетчика, а его выходы подкпючены ко входам формироватепя управпяющего сигнала (2).

Недостатком данного устройства явпяется его невысокое быстродействие, обусловленное невозможностью фазирова- Ю ния попо>кения вала эпектродвигатепя в двух направлениях относительно опорных импульсов в зависимости от знака фазового рассогласования(ппюс: =- меньше 180, минус - бопьше 180). цепь изобретения — увеличение быстродействия устройства.

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство для программного управления попожением вала эпектродвигатети, содержащее поспедоватепьно соединенные первый эпемент ИЛИ, депптепь частоты и дискриминатор, связанный вторым входом с датчиком скорости sana электродвигатепя, а выходом - с блоком управления, генератор эталонных частот, подкпюченный первым и вторым выходами соответственно ко входу элемента задержки и первому входу первого эпемента И, соединенного вторым входом с выходом триггера, связанного первым входом с выходом датчика положения sana эпектродвигатепя, а вторым входом - с выходом генератора опорной частоты и со

35 входом формирователя импульсов, подключенного выходом к первому входу реверсивного счетчика, соединенного выходами со входами первого формироватепя управляющих сигнапов, введены формирова49 тель числа импуньсов, второй эпемент

ИЛИ, второй и третий эпементы И и второй формирователь управляющих сигнапов, соединенный входом с выходом триггера, а прямым и инверсным выходами — c nepg$ выми входами соответственно второго и третьего эпементов И, подключенных вторыми входами к выходу элемента задержки, третьими входами — к выходу первого формирователя управпяющих сигналов, 5Î выход третьего элемента И связан с вычитающим входом реверсивного счетчика и с первым входом первого эпемента

ИЛИ, подкпюченного вторым входом к выходу формирователя чиспа импульсов, соединенного первым входом с третьим выходом генератора эталонных частот, а вторым входом — с выходом второго энемента И и первым входом второго эпемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого эпемента И, а выходомс суммирующим входом реверсивного счет- шка.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор этапонных частот 1, формироватепь 2 чиспа импульсов, первый 3 и второй 4 эпементы ИЛИ, депитепь 5 частоты, фазовый дискриминатор 6, блок 7 управления,электродвигатель 8, датчик 9 скорости вапа электродвигателя, датчик 10 попожения вала электродвигатель, генератор 11 опор. ной частоты, триггер 12, первый, второй и третий элементы И 13-15, формироватепь 16 импупьсов, реверсивный счетчик

17, первый и второй формироватепи 18 и 19 управляющего сигнапа и эпемент

20 задержки, Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 подает три стабильные синхронизированные поспедовате пьности коротких импульсов (3<, f<, g>). Пусть на первый вход дискриминатора 6 поступают импульсы частоты ЦИ,где g - коэффициент деления депитепя 5. На другой вход дискриминатора 6 поступают импупьсы с датчика 9 скорости, который ооопжен генерировать достаточно бопьшое числа импульсов за один оборот вала. Если частота импупьсов1 (И на первом входе дискриминатора 6 больше, чем на втором, то напряжение на его выходе максимальное, и скорость вращения вапа электродвигателяпя 8 увеличивается.

Если частота импульсов Е !И меньше частоты импульсов с датчика 9, то напряжение на выходе дискриминатора 6 равно нупю, и скорость вращения вала уменьшается. В установившемся режиме вап эпектродвигатепя 8 вращается с такой скоростью, что частота импульсов с датчика 9 равна частоте 1 И

При этом аналоговое напряжение на выходе дискриминатора 6 зависит от сдвига по фазе между сигналами, подаваемыми на его входь Это напряжение через бпок 7 так управляет эпектродвигатепем

8, что фаза сигнала с датчика 9 скорости следит за фазой сигнапа на входе дискриминатора 6.

Такая работа соответствует вхождению вапа электродвигателя 8 в синхронный режим, однако фазовое положение вала относитеаьно фазы частоты опорных импульсов %од может быть произвольным.

907512

Для изменения фазового попожения вала в устройстве используется ме од дискретного изменения фазы, заключающийся в добавпении импульсов в поспедоватепьность импульсов частоты 1 ипи удапении импульсов из этой последовательности.

В резупьтате этого фаза импульсов частоты 1 И на входе дискриминатора 6 изменяется дискретно íà 960 И град. в одном из двух направпений в зависимости 10 от знака рассогласования.

Дискретность изменения фазы и частоты добавпения fy {фазирования) выбираются такими, чтобы устройство не выходило из синхронизации по скорости и определяются экспериментапьно. Частота добавпения или удапения определяет время фазирования и зависит, в основном, от быстродействия эпектродвигателя. Фор-, мирователь 19 управляющего сигнапа определяет знак фазового рассагпасования между импупьсами генератора 11 опорной частоты и импупьсами датчика 10 попожения. Еспи знак фазового рассогпа- >5 сования плюс, что соответствует сдвигу фаз меньше 180 град. ипи коэффициенту заполнения импульсов на выходе триггера 12 меньше 0,5, на инверсном выходе управляющего устройства 19 присутствует, логическая "1". В этом случае открыт эпемент И 15, а эпемент И 14 закрыт.

Если знак фазового рассогласования минус, что соответствует сдвигу фаз больше 180 град. ипи коэффициенту запопне35 ния импульсов на выходе триггера 12 больше 0,5,на прямом выходе управляющего устройства 19 присутствует погическая 1", и теперь уже открыт элемент

И 14, а элемент И 15 закрыт. Датчик

10 попожения выдает один импупьс за один оборот вапа. Импульсы с этого датчика поступают на один из входов триггера 12, на другой вход которого поступа« ют импульсы с генератора 11. По перед45 нему фронту импульса опорной частоты триггер 12 устанавливается в единичное состояние, а формирователь 16 формирует короткий импупьс, устанавпиваюший реверсивный счетчик 17 в нупевое

50 состояние. При этом эцемент И 13 открывается, и импупьсы частоты заполнения через эпемент ИЛИ 4 поступают на суммирующий вход счетчика 17. Частота запопнения выбирается такой, чтобы при максимальном фазовом рассогпасовании

55 в счетчик могпо быть запопнено число

8. VI где N- чиспо импупьсов с датчика

10 эа один оборот вала. При этом коэффициент пересчета счетчика 17 выбирает ся равным. Пуст знак фазового рассогпасования плюс, тогда формироватепь 2 числа импульсов пропускает на свой выход всю последоватепьность импупьсов ча тоты Е1 так как отсутствуют импупьсы на выходе закрытого эпемента И 14.

Одновременно с суммированием импульсов частоты о происходит считывание информации со счетчика 17 импульсами частоты 1 поступающими на его вычитающий ! вход через открытый эпемент И 15,Эти же импульсы поступают на второй вход элемента ИЛИ 3, изменяя фазовое попожение вала эпектродвигатепя 8. Через время, равное фазовому рассогпасованию, на другой вход триггера 12 поступает импу ьс с датчика 10 и по его переднему фронту триггер 12 устанавпивается в нулевое состояние. В резупьтате эпемент

И 13 закрывается, и импупьсы частоты на суммирующий вход счетчика 17 не поступают> а считывание информации по его вычитаюшему входу продопжается.

При каждом появлении опорного импуньса происходит уточнение записанной информации в счетчике 17 о фазовом рассог- . пасовании. Добавление импульсов, а значит и изменение фазового попожения вала, происходит до тех пор, пока число в счетчике 17 не станет меньше И, поспе чего на выходе первого формирователя 18 устанавливается логический "0 . При этом элемент И 15 закрывается, запрещая прохождение импульсов частоты f на добавпение, и фазирование попожения вала относительно опорных импульсов заканчивается. Если знак фазового рассогпасоваI ния минус, работа устройства отничается тем, что одновременно с суммированием импульсов частоты происходит считываниее информации со счетчика 1 7 импульсами частоты $ поступающими на

его суммирующий вход через открытый второй элемент И 14 и второй элемент

ИЛИ 4. Эти импульсы поступают на второй вход формирователя 2 числа импупь сов, изменяя фазовое положение вана электродвигатепя 8 в другом направпении. Поспе полного эапопнения счетчика поспедуюший импульс частоты сбрасывает его в нупевое состояние, при этом срабатывает первый формироватепь 18 управляющего сигнапа, и появившийся погический "0" на его выходе закроет эпемент И 14. При этом происходит запрещение прохождения импульсов частоты на управляющий вход формирователя 2

907512 числа импупьсов, суммируюший вход счетчика 17, и фазирование положения вала заканчивается. Эпемент 20 задержки необходимо для того, чтобы импупьсные последовательности частоты 1 и 1 на вы- 1 ходе счетчика 17 и частот $< и f> на входах элемента ИЛИ 3 не перекрывались во времени. Требуемую скорость вращения аапа эпектродвигатепя 8 устанавливают пропорциональным изменением фикси- 10 рованных частот, и Х генератора 1.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить время фазирования попожения вапа электродвигателя, т.е. увеличить быстродействие устройства в два раза. В 15 случае,нарушения сфазированного состояния под действием помех, требуется меньше времени дпя его восстановления.

2Î

Ф орму па изо брете ния

Устройство дпя программного управления положением вала электродвигателя„ содержашее последовательно соединенные д5 первый элемент ИЛИ, децитепь частоты и дискриминатор, связанный вторым входом с датчиком скорости sana эпектродвигатепя, а выходом - с бпоком управления, генератор эталонных частот, пода- зО кпюченный первым и вторым выходами соответственно ко входу эпемента задержки и первому входу первого эпемента И, соединенного вторым входом с выходом триггера, связанного первым входом е выходом датчика положения вана эпектрс двигатеия, а вторым входом — с выходом генератора. опорной частоты и со входом формирователя импульсов, подключенного выходом к первому входу реверсивного счетчика, соединенного выходами со входами первого формирователя управпяюших сигналов, отличающееся тем, что, с цепью повышения быстродействия устройства, в него введены формирователь числа импульсов, второй элемент

ИЛИ, второй и третий эпементы И и второй формирователь управпяюших сигналов, соединенный входом с выходом триггера, а.црямым и инверсным выходами— с первыми входами соответственно второго и третьего элементов И, подключенных вторыми входами к выходу элемента задержки, третьими входами - к выходу первого формирователя управцяюших сигналов, выход третьего элемента И связан с вычитаюпшм входом реверсивного счетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, подкпюченного вторым входом к выходу формирователя числа импульсов, соединенного первым входом с третьим выходом генератора эталонных частот, а вторым входом - с выходом второго элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом — с суммируюшим входом реверсивного счетчика, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. Система стабилизации скорости с фазовым управлением и система фазирования прецизионного эпектропривода".

Д., 1ЩНТП, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 708310, кп. 9 05 В 19/40, 1977 (прототип).

Составитель H. Горбунова

Редактор В. Данко Техред T. Маточка Корректор Е. Рошко

Заказ 588/56 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4