CN1010161B - 电动机的预置控制器 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于电动机精密定位或调整控制的控制器，该控制器将一个代表系统中定值的信号与一个代表电动机或一个其相关的阀门的实际位置的信号进行比较，如果两信号之差超出“非灵敏区”且在第一时间间隔内没有动作，以及如果阀门上次以相同方向运动且已经过第二时间间隔，就产生一个电动机驱动脉冲。如果阀门上次运动方向与所要求方向相反，电动机驱动脉冲就延长，以克服由于电动机反转造成的“无效行程”。

Description

本发明一般地涉及到一种电动机控制器;具体涉及到一种能用于电动机的精密的定位或调整控制的控制器。

典型的电动机精密定位或调整控制，需要采用专门的起动/停止或频繁反复起动的设备。另外，由于高次的工作循环，通常需要采用额定温度较高的特殊电动机。每次起动电动机都要在电动机内产生热量，而且，如果采用普通的电动机，重复起动将会导致电动机的过热及毁坏。采用绝缘材料额定温度较高的特殊电动机，要大大地增加该系统的总体费用。

多数的精密定位或调整控制系统还在电动机输出端采用传动箱。由于电动机和传动箱的惯性，所要求的电动机的新位置会“过调”，而且为了达到合适的位置，需要使电动机反向运转。电动机的反向运转也可能是由于需要达到一个新的位置。由于传动装置的“无效行程”，这种反向运转亦需使电动机呈不均匀的运动。为了调准其位置，反复地通电或频繁反复起动也促使电动机过热和毁坏。所以，目前通用的精密定位或调整控制系统不可避免地要采用特殊电动机。

本发明的目的是要研制一种用于电动机精密定位或调整控制的控制器，它能与普通的绝缘材料额定温度的电动机一起使用，而且在电动机的反复精密定位调整期间不会使电动机过热。

本发明通过提供一种用于电动机精密定位或调整控制的预置控制器，解决了上述与现有技术相关的问题以及其它问题。该控制器由一个提供所需特性的逻辑电路组成。该控制器将一个代表在该系统中定值的信号与一个代表电动机或一个与其相关的阀门（Valve）的实际位置的信号进行比较，并且如果上述信号差值在一个可调的“非灵敏区”内，就不发生动作。但是，如果信号之间之差值超出了可调的“非灵敏区”，而且在一个初始的时间间隔内未发生动作，则就产生一个其宽度正比于上述差值的电动机驱动脉冲。如果在初始时间间隔内已经发生动作，在过完一个预定的时间周期之前就不会产生电动机的驱动脉冲。如果电动机或者阀门上次的运动方向与电动机新的驱动脉冲驱动方向相反，一个预定的时间周期就被加到电动机新的驱动脉冲中，以补偿在电动机反向运转期间将出现的传动装置的“无效行程”。如果电动机新的驱动脉冲使电动机以相同的方向运转，则电动机驱动脉冲将输出，且没有变化。如果电动机已经在运转中，且电动机新的驱动脉冲使其以相同的方向持续运转，则电动机驱动脉冲将延长出新的经过计算的时间。但是，如果电动机新的驱动脉冲以相反的方向驱动电动机，则原有的 电动机驱动脉冲就立即终止，以使超出所要求的位置的过调量减至最小，并且在新的电动机驱动脉冲加到该系统中之前，应过完预定的时间周期。通过采用“非灵敏区”的概念，就允许产生宽度可变的驱动脉冲以及在某些电动机驱动脉冲之前引入预定的时间周期，以将电动机的过热降到最低，且能够采用普通电动机。

单张附图示出了用于控制一台电动机或其它定位控制设备的系统的示意图。

现在参考附图，其图示的目的是叙述本发明的较佳实施例，且其意图不是将本发明局限于此。该附图是用于控制一台电动机或其它定位控制设备的一个系统10的示意图。该系统10基于这样的原理：将一台电动机或与一台电动机相关的阀门的实际位置与其所要求的位置进行比较;如果上述位置差在可调的“非灵敏区”内，就不发生动作。但是，如果上述位置差超出“非灵敏区”，就连续产生电动机控制脉冲，直到上述位置差在所要求的“非灵敏区”内为止。

因此，一个代表系统中定值的信号被加到一个总加函数发生器12的一个输入端，该发生器12的输出端连到一个脉冲位置函数发生器14的一个输入端。一个代表阀门实际位置的信号（反馈信号）被加到该脉冲位置函数发生器14的另一个输入端。该脉冲位置函数发生器14将代表系统中定值的信号与代表阀门实际位置的信号（反馈信号）进行比较;并且如果这两个信号之差大于可调的“非灵敏区”，就在脉冲位置函数发生器14的相应输出端产生一个提升（进一步打开）阀门或者降低（进一步关闭）阀门的信号。与提升（进一步打开）阀门相关的脉冲位置函数发生器14的输出端连到“与”门16和18的B输入端，并且连到“或”门20的A输入端。“与”门16的输出端连到一个脉冲发生器22的输入端，该发生器22则建立提升（进一步打开）输出的最小“导通”宽度，脉冲发生器22连到“或”门20的B输入端。“或”门20的输出端连到一个“与”门24的C输入端。“与”门18的输出端则连到一个脉冲发生器26的输入端，该发生器26输出端连到一个“否”门28的输入端。“否”门28的输出端则连到“与”门24的B输入端。与降低（进一步关闭）阀门相关的脉冲位置函数发生器14的输出端连到“与”门30和32的B输入端，且连到一个“或”门34的B输入端，“与”门30的输出端连到脉冲发生器36的输入端。该发生器36则建立降低（进一步关闭）输出的最小“导通”宽度。脉冲发生器36连到“或”门34的A输入端。“或”门34的输出端连到一个“与”门38的B输入端。“与”门32的输出连到一个脉冲发生器40的输入端，该发生器40的输出端连到一个“否”门42的输入端。“否”门42的输出端连到“与”门38的C输入端。“与”门38的输出端连到一个“或”门44的A输入端，该“或”门44有一个加到其B输入端的回送信号，该回送信号还加到一个“否”门46的输入端，该“否”门46的输出端连到“与”门24的D输入端。“或”门44的输出端连到电动机（未示出），并且控制与其相关的阀门的降低（进一步关闭）。与其类似，“与”门24的输出送到电动机，并且控制与其相关的阀门的提升（进一步打开）。

“或”门44的输出端还连到一个“或”门48和一个“与”门50的A输入端。与其类似，“与”门24的输出端亦连到“或”门48和一个“与”门52的B输入端。“或”门48的输出端连到一个“否”门54的输入端，该“否”门54的输出端连到一个“与”门56A输入端。“与”门56的输出端连到一个脉冲发生器58的输入端，该发生器58的输出端连到一个“否”门60的输入端。“否”门60的输出端连到“与”门16、30、24和38的A输入端。

脉冲发生器26和40的输出端还分别连到一个置位/复位存储器62的提升和降低输入端，该存储器62的提升输出端连到“与”门50的B输入端，并且连到“与”门32的A输入端;该存储器62的降低输出端连到“与”门52和18的A输入端。“与”门50的输出端连到一个脉冲发生器64的输入端，该发生器64的输出端连到一个模拟转换函数发生器66的输入端。“与”门52的输出端连到一个脉冲发生器68的输入端，该发生器68的输出端连到一个模拟转换函数发生器70的输入端。模拟转换函数发生器66和70的输出端连到一个总加函数发生器72的输入端，该发生器72的输出端连到总加函数发生器12的一个输入端。

代表阀门实际位置的信号（反馈信号）还加到一个微分函数发生器74输入端，该发生器74的输出端连到一个高∥低函数发生器76的输入端。函数发生器76的输出加到一个“或”门78的输入端，该“或”门78的输出端连到“与”门56的B输入端。

运行中，如果代表系统中实际定值的信号超过代表阀门实际位置的信号的量大于可调的“非灵敏区”，脉冲位置函数发生器14就在它的“提升”输 出端产生一个数字1。该数字1被加到“与”门16和18的B输入端以及“或”门20的A输入端。此外，如果在一个由脉冲发生器58产生的脉冲宽度所建立的预定的时间周期内阀门尚未动作，一个数据1就被加到“与”门16和24的A输入端。这样一个由脉冲发生器58产生的脉冲宽度的预定的时间周期，大约为2秒。信号加到与门16的输入端A和B上，就使它导通，使得脉冲发生器22动作。脉冲发生器22典型地产生出一个如0.5秒最小宽度的脉冲，其结果是一个至少是那个宽度的脉冲经“或”门20被加到“与”门24的输入端C上。此外，如果阀门上次是以降低（进一步关闭）方向运动，则一个数字1就被加到“与”门18的A输入端，导致脉冲发生器26产生一个预定时间周期的脉冲，如2秒。于是，数字1将不再被“与”门24的B输入端接收，直到脉冲发生器26产生的脉冲结束以后。如果从上次阀门运动已经过了大于2秒的时间，同时如果上次阀门运动是降低（进一步关闭）的方向，且从脉冲位置函数发生器14在它的“提升”输出端产生一个数字1起已经过了大于2秒的时间，则允许“与”门24导通，使得电动机动作及与其相关的阀门提升（进一步打开）。“与”门24导通就将数字1加到“或”门48和“与”门52的B输入端。如果上次阀门的运动是降低（进一步关闭）方向，“与”门24的导通就导致“与”门52导通，使脉冲发生器68产生一个预定宽度的脉冲，如1秒。这个1秒脉冲使得模拟转换函数发生器70选择一个+1，且这个附加值借助于总加函数单元72和12加到定值中，以补偿由于使电动机反向运转而造成的传动装置的“无效行程”。

相反，如果代表系统定值的信号小于代表阀门实际位置的信号（反馈信号）的量超过“非灵敏区”，在脉冲位置函数发生器14的“降低”输出端就产生一个数字1。这个数字1被加到“与”门30和32的B输入端，并加到“或”门34的B输入端。如果由脉冲发生器58产生的脉冲已经消逝，则数字1就被加到“与”门30和38的A输入端。“与”门30的两个输入端均加有输入量使它导通，使得脉冲发生器36产生一个至“与”门38的B输入端的最小脉冲（例如0.5秒）。另外，如果阀门上次运动是提升（进一步打开）方向，一个数字1就被加到“与”门32的A输入，就使它导通，使得脉冲发生器40产生一个具有预定宽度的脉冲，如2秒。于是，数字1将不在“与”门38的输入端C被接收，直到由脉冲发生器40产生的脉冲终止以后。如果从上次阀门运动起已经过了大于2秒的时间，并且如果阀门上次运动是提升（进一步打开）方向，以及从脉冲位置函数发生器14在它的“降低”输出端产生一个数字1起已经过了大于2秒的时间，则就允许“与”门38导通，使得“或”门44导通，使得电动机动作及与其相关的阀门降低（进一步关闭）。“或”门44的导通使数字1被加到“或”门48和“与”门50的A输入端。如果阀门的上次运动是提升（进一步打开）方向，“与”门50导通，使得脉冲发生器64产生一个具有预定宽度的脉冲，如1秒。这个1秒脉冲使得模拟转换函数发生器66选择一个-1，且这个附加值借助于总加函数发生器72和12加到定值中，以克服由于需要使电动机反向运转所造成的传动装置的“无效行程”。

由上述可见，脉冲发生器22和36建立了电动机驱动脉冲的最小宽度。脉冲发生器26和40建立在电动机反向之间，也就是升至降或降至升的最小“断开”时间。脉冲发生器64和68通过将一个值在总加函数发生器12中加到定值上，建立了附加运转时间，以克服“无效行程”;这就使脉冲位置函数发生器14有更长的“导通”时间。应注意到，脉冲位置函数发生器14不是连续运行的，而是每个循环时间只一次。如果计算的“导通”时间比循环时间短，它将使电动机运转且然后停止，计算的“导通”时间较循环时间长将使电动机达到下一个循环时间，且将计算出新的“导通”时间。

如上所述，代表阀门实际位置的信号（反馈信号）也加到微分函数发生器74上，该发生器74计算这个信号变化的速率。然后，计算好的变化速率加到高∥低函数发生器76上。如果该变化速率增加得比第一预定变化速率快或者比第二预定变化速率更快，发生器76就产生一个输出信号。这个输出信号使得“或”门78和“与”门56导通，导致脉冲发生器58动作。而脉冲发生器58的动作又使“否”门60将数字0加到“与”门24和38的A输入端，使这些门停止导通。如果阀门正在运动（由“或”）门78确定），且不产生输出脉冲（由“或”门48和“否”门54确定）;则“与”门56将导通，使得脉冲发生器58产生一个输出脉冲。当一个输出（“与”门24或者“或”门44）被建立起来（数字1）时，要发生这种情况，且然后达到数字0。电动机的驱动将停止，但其转 动并不立即停止，结果使脉冲发生器58产生一个输出脉冲。这个脉冲通过“否”门60，阻止“与”门24和38导通，于是就防止了在脉冲发生器58整定的时间周期内电动机再转动。这个作用防止了过多的脉冲以过高速连续送至电动机，防止电动机过热。因此，脉冲发生器58在电动机驱动脉冲之间建立起一个强制时间延迟。系统10的运行可以通过向“或”门44的输入端B施加一个回送信号而被取代，因此在紧急情况下允许阀门降低（进一步关闭）。

总之，如果在代表定值的信号和代表阀门实际位置的信号之间差值是在“非灵敏区”之内，不引起动作。但是，如果超出了“非灵敏区”且阀门刚动作过，则在一个预定的时间周期（如2秒）消逝以前不会引起动作。然而，如果超出了“非灵敏区”且阀门在一个预定的时间周期（如2秒）内尚未动作，则一个驱动脉冲就被送到电动机，对阀门进行控制。当已计算好并建立起一个电动机驱动脉冲时，总是产生出一个约为0.5秒的最小电动机驱动脉冲。如果阀门上次运动的方向与当时所需要的方向相反，电动机的驱动脉冲就被延长，以克服传动装置“无效行程”。如果在产生一个新的指令时存在驱动电动机的指令，且新指令使电动机以相同方向运转，电动机的指令将无间断地连续，以将电动机起动次数减到最少，且提供最快响应的可能。相反，如果新指令使电动机以相反方向运转，原来的指令就立即终止，且在允许建立新指令之前开始一个新时间周期（如2秒）。这使所要求的阀门位置的过调减到最小，且导致最快的响应时间。因此，系统10将有效地响应于所有可能的工况。

对那些技术熟练的人员，参阅上述内容将可作出某些变动和改进。应该明白，为了使本立简明易读，所有这样的变动和改进已都被删掉了，但它们完全在下边的权利要求范围之内。

Claims (5)

1、一种用于定位控制设备的精密的定位或调整控制的控制设备，其特征为，它包括对定位控制设备的实际位置和定位控制设备所要求的位置进行比较的装置，当上述定位控制设备的实际位置与上述定位控制设备所要求的位置的差大于一个预定值时，上述比较装置产生一个输出信号；还包括响应于由上述比较装置产生的上述输出信号的装置，如果从定位控制设备上次运动以后已经过了第一预定时间周期，以及如果定位控制设备上次运动的方向与上述定位控制设备所要求的位置的方向相反而且已经过了第二预定的时间周期，该输出信号响应装置就使定位控制设备朝着上述所要求的位置运动，上述输出信号响应装置还包括用于当定位控制设备上次运动方向与定位控制设备的上述所要求位置方向相反时，增加驱动定位控制设备时间周期的装置。

2、如权利要求1中所限定的控制设备，其特征为：上述输出信号响应装置还包括用于将定位控制设备驱动一个最短的时间周期的装置，该最短时间周期驱动装置由上述比较装置产生的每个输出信号的激发而操作。

3、如权利要求1中所限定的控制设备，其特征为：它还包括用于上述在来自比较装置的上述输出信号终止后确定定位控制设备运动的装置;该运动确定装置防止定位控制设备再运动，直到上述第一预定时间周期过去为止。

4、如权利要求1中所限定的控制设备，其特征为：它还包括用来取代上述输出信号响应装置以允许关闭定位控制设备的装置。

5、如权利要求1中所限定的控制设备，其特征为：它还包括用于确定定位控制设备的位置变化速率的装置;上述变化速率确定装置防止如果定位控制设备的位置变化速率超过预定水平时，在上述第一预定时间周期内上述定位控制设备再运动。

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