RU1797093C - Цифрова след ща система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цифровым след щим системам с бесконтактными двигател ми посто нного тока и может быть использовано в манипул ционных роботах и других устройствах автоматики в качестве исполнительной след щей системы. Целью изобретени   вл етс  упрощение цифровой след щей системы. В системе в качестве датчика положени  ротора использован двухфазный фазовращатель. Раздельно формируютс  код углового положени  ротора и код углового положени  статора электродвигател , причем последний измен етс  . при переходе из непрерывного режима работы системы в дискретно-шаговый при помощи логических устройств. При больших рассогласовани х исполнительный электропривод работает как бесконтактный двига- тель посто нного тока с релейным регул тором, а начина  с момента времени, когда ошибка системы уменьшаетс  до определенного значени , исполнительный электропривод переводитс  в режим шагового двигател . Система содержит измеритель рассогласовани  1, блок выделени  модул  2, пороговый элемент 3, преобразователь код-частота 4, формирователь кодов длительности импульсов и знаков 5, широтно- импульсный модул тор б, коммутатор 7, бесконтактный двигатель посто нного тока 8, фазовращатель 9, многофазный генератор 10, блок формировани  импульсов 11, блок формировани  адреса статора 12, счетчик положени  ротора 13. 3 ил. ел с

Description

Изобретение относитс  к цифровым след щим системам с бесконтактными двигател ми посто нного тока и может быть использовано в манипул ционных роботах и других устройствах автоматики в качестве исполнительной след щей системы.

Целью изобретени   вл етс  упрощение цифровой след щей системы.

На фиг. 1 представлена блок-схема за вл емой след щей системы; на фиг.2 - блок формировани  адреса статора; на фиг. 3 - блок формировани  импульсов.

Система содержит измеритель рассогласовани  1, блок выделени  модул  (БВМ) 2, пороговый элемент (ПЭ) 3, преобразователь код-частота (ПКЧ) 4, формирователь кодов длительности импульсов и знаков 5, широтно-импульсный модул тор (ШИМ) 6, коммутатор (ЛПК) 7, бесконтактный двигатель посто нного тока (БДПТ) 8, фазовращатель (ФВ) 9. многофазный генератор (МФГ) 10, блок формировани  импульсов (БФИ) 11, блок формировани  адреса статора (БФАС) 12, счетчик положени  ротора (СПР) 13, сумxj

О М

О Ю СО

матор 14, блок детекторов пересечени  сигналом нулевого уровн  15, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, инвертор 17, одновибратор 18, элемент И 19, элемент 2И-ИЛИ 20. инвертор 21, элемент ИЛИ 22, элемент 2И-ИЛИ 23, элемент ИЛИ 24, счетчик 25.

В описании прин ты следующие условные обозначени : Ди - код входного угла. ДО, I ДО i - код и модуль кода ошибки системы , sign ДО - знаковый разр д кода рассогласовани  (ошибки), On - выходной сигнал порогового элемента, Дип - код срабатывани  порогового элемента, тш - частота импульсов на выходе преобразовател  код-частота импульсов, Ui, U2 - выходные сигналы фазовращзтел , Р - число пар полюсов ротора. Li, 1-2 - последовательности импульсов с длительностью, равной фазовому сдвигу сигналов Ui и U2 относительно опорного Uon - опорный сигнал ФВ, р - фазовый сдвиг выходного сигнала относительно опорного, L - последовательность импульсов с длительностью, равной сумме фазовых сдвигов сигналов Ui и U2 относительно опорного, f0 - частота на выходе генератора высокой частоты, а - угол поворота ротора, m - число фаз электрической машины..

В системе в качестве датчика положени  ротора использован фазовращатель, причем его выходные сигналы Ui и U2 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180 эл.град., т.е.

Ui As-in(wt+ tp +v);

1)2 Asin(Wt+ p-ip); где 90 эл.град лг/2Р

Р - число пар полюсов ротора электродвигател ,- .

р - фазовый сдвиг выходного сигнала относительно опорного.

Блок формировани  импульсов 11 предназначен дл  выделени  фазового сдвига сигналов Ui. Ua и Ui2 Ui + Ua относительно опорного Uon в виде длительности импульсов последовательностей Li, L.2 и L соответственно . Детекторы пересечени  сигналом нулевого уровн  преобразуют гармонические сигналы Ui, U2. U12, Uon в последовательности пр моугольных импульсов. Фазовый сдвиг сигналов Ui, U2, Ui2 относительно опорного Uon выд л ётс  в виде длительности импульсов Li, , L элементами. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16.

Блок формировани  адреса статора 12 предназначен дл  формировани  кода углового положени  пол  статора электродвигател . Ключи, реализованные на логических элементах, коммутируют входные сигналы

блока 12 таким образом, что при больших рассогласовани х I Д0| Дип на выходе счетчика имеет место Код, отличающийс  от кода углового положени  ротора на ±90

эл.град (знак + или - определ етс  в зависимости от sign Дф, При малых рассогласовани х в счетчик 25 заноситс  код углового положени  ротора электродвигател  4JLp и дальнейшее изменение выходного сигнала 12 Ди происходит при помощи выходного сигнала ПКЧ 4 пропорционально рассогласованию системы.

Таким образом, задава  в зависимости от величины рассогласовани  при помощи

БФАС12 угловое положение магнитного пол  статора, реализуютс  два режима работы электродвигател  цифровой след щей системы: при больших рассогласовани х I Д# I Дрп пол  ротора и статора электродвигател  разнесены на 90 эд.град, т.е. реализован режим БДПТ 8с релейным регул тором . При малых рассогласовани х I Д# | Дип пол  ротора и статора пространственно совмещены и изменение угло- вого положени  пол  статора происходит пропорционально рассогласованию, т.е. реализован дискретно-шаговый режим работы электродвигател .

Дл  обеспечени  указанных режимов

работы системы коммутацию тактовых входов счетчика 25 необходимо проводить согласно следующим логическим выражени м: .

ВХОД +1 foUn + Un(fuj + S)

вход -1 - Un + fu, + S (2)

При этом предполагаютс  следующие значени  переменных Un и S:

Un

g

f 0, если | Д0| Дип 1,если I Д0| Дип Г1, если sign Д0Х) 0. если sign

Логическа  функци , реализуема  на входе обнулени  счетчика 25, имеет вид R Un(S Li + S La) (3) Счетчик положени  ротора 13 предназначен дл  формировани  кода углового положени  ротора путем подсчета импульсов с генератора высокой частоты (на фигурах не показан) за врем  прохождени  импульсов последовательности L, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу (р сигнала Ui2 относительно Uon, а следовательно , пропорциональна углу поворота ротора а.

Формирователь 5 может быть выполнен на посто нном запоминающем устройстве (ПЗУ);

Цифрова  след ща  система работает следующим образом. При подаче на вход системы большого скачкообразного сигнала код модул  сигнала ошибки А# I превышает код срабатывани  ПЭ 3,на выходе которого устанавливаетс  низкий уровень сигнала Un, соответствующий логическому О. Логические схемы БФАС 12 коммутируют входы счетчика 25 согласно выражени м (1-3) и на выхода БФАС 12 будет иметь место код ДЦ, отличающийс  на 90 эл.град. от кода ALp. Выходной код БФАС 12 посту- пает на адресные входы формировател  5, в котором записаны коды ширины импульсов и знаки m функций (например гармонических ), сдвинутых на угол в 2л:/т радиан, которые поступают на входы ШИМ 6, где преобразуютс  в широтно-импульсно модулированные последовательности. На вычитающие входы широтно-импульсных модул торов блока 6 подключен выход генератора (на фигурах не показан), который.за- дает посто нную глубину модул ции. Выходные:сигналы ШИМ 6через ППК7 подаютс  на обмотки БДПТ 8.

Фазовращатель 9 жестко закреплен на валу БДПТ и запитываетс  многофазным напр жением от МФГ 10. Выходные сигналы ФВ 9 Ut и Da преобразуютс  блоком формировани  импульсов 11 в последовательности импульсов Ц, 2, L Выходные сигналы БФИ 11 Li и L2 поступают на входы БФАС 12, где используютс  дл  формировани  кода углового положени - пол  статора . ДЦ. Сигнал L поступает на вход СПР 13, где формируетс  код углового положени  рото- pa ALp, который поступает на измеритель рассогласовани  1,

Магнитное поле статора электродвигател , благодар  жесткой св зи по угловому положению с ротором через ФВ 9 и БФИ 11, вращаетс  синхронно с ротором, его угол с полем последнего составл ет 90 эд.град., а его модуль имеет максимальное значение. Поэтому двигатель, враща сь как бесконтактный двигатель посто нного тока с релейным управлением, отрабатывает рассогласование.

С уменьшением модул  сигнала ошибки I Д# I до значени , равного коду срабатывани  порогового элемента, последний сра

батывает, т.е. устанавливаетс  высокий уровень сигнала Un, соответствующий логической 1. Логические схемы БФАС 12 коммутируют входы счетчика 25 согласно выражени м (1-3), при этом по фронту сигнала Un через установочные входы в счетчик 25 заноситс  код углового положени  ротора ALp, таким образом пространственно совмещаютс  пол  ротора и статора (т.е. система переводитс  в дискретно-шаговый режим). В зависимости от знака рассогласовани  signA$выход ПКЧ 4 подключаетс  к одному из тактовых входов счетчика 24 и дальнейшее перемещение пол  статора осуществл етс  по выходному сигналу ПКЧ тш, т.е. двигатель отрабатывает рассогласование как шаговый. Этот режим характеризуетс  тем, что магнитное поле статора электродвигател  перемещаетс  в пространстве дискретно на один шаг с приходом каждого нового импульса от ПКЧ и на тактовый вход БФАС 12.

Как только код модул  сигнала ошибки I Д#1 0, импульсы на выходе ПКЧ 4 исчезают , выходной код U БФАС 12 остаетс  посто нным и ШИМ 6 генерирует импульсы, длительность которых посто нна во времени . Поле статора БДПТ 8 неподвижно, максимально по величине и угол поворота его относительно пол  ротора равен

ан a resin

Мн

Мо

где Мо - максимальный синхронизирующий момент электродвигател ,

Мн - момент нагрузки на валу двигател .

Таким образом, в режиме поко  БДПТ 8 развивает синхронизирующий момент, полностью компенсирующий момент нагрузки на валу двигател  при нулевом рассогласовании , т.е. цифрова  след ща  система обладает астатизмом по отношению к моментным возмущени м.

В цифровой след щей системе при включении не требуетс  режим калибровки.

Цифрова  след ща  система наиболее эффективно может быть использована в мэ- нипул ционных роботах, где требуетс  высокое быстродействие, недопустимы перерегулировани , а нагрузочный момент на валу электродвигател  измен етс  в широких пределах.

Claims (1)

1. Формула и з о б ре т е ни   Цифрова  след ща  система, содержаща  измеритель рассогласовани , первый вход которого  вл етс  входом задани  по- йожени  системы, а информационный выход подключен входу блока выделени  модул  и к входу преобразовател  код-частота , выход которого подключен к тактовому входу блока формировани  адреса, вход управлени  режимом работы которого подключен к выходу порогового элемента, а информационный выход-к входу формировател  кодов длительности импульсов и знаков , выход которого через последовательно соединенные широтно-импульсный модул тор и коммутатор подключен к входу бесконтактного двигател  посто нного тока, выход которого  вл етс  выходом системы, выход блока выделени  модул  соединен с входом порогового элемента, знаковый выход измерител  рассогласовани  соединен с знаковым входом блока формировани  адреса,

   о т л и ч а ю щ а   с   тем, что, с целью упрощени  цифровой след щей системы, она содержит фазовращатель, многофазный генератор, блок формировани  импульсов и счетчик положени  ротора, причем выход бесконтактного двигател  посто нного тока соединен с информационным входом фазовращател . опорный вход которого соединен с выходом многофазного генератора и с опорным входом блока формирова- ни  импульсов, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами фазовращател , а первый и второй выходы - с первым и вторым импульсными входами блока формировани  адреса, информационный вход которого соединен с вторым входом измерител  рассогласовани  и с выхрдом.счётчика положени  ротора , вход разрешени  счета которого соединен третьим выходом блока формировани  импульсов..

   jH o

   Редактор Г.Бельска 

   Составитель Ё.Власов Техред М.Моргентал

   h Ь

   L

   Фиг.З

   Корректор С.Лисина