RU2302073C1 - Electric drive - Google Patents
Electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302073C1 RU2302073C1 RU2005131409/09A RU2005131409A RU2302073C1 RU 2302073 C1 RU2302073 C1 RU 2302073C1 RU 2005131409/09 A RU2005131409/09 A RU 2005131409/09A RU 2005131409 A RU2005131409 A RU 2005131409A RU 2302073 C1 RU2302073 C1 RU 2302073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- trigger
- input
- frequency
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования угловой скорости, в частности электроприводов, построенных на базе принципов фазовой синхронизации.The invention relates to electrical engineering and can be used in angular velocity control systems, in particular electric drives, built on the basis of the principles of phase synchronization.
Известен ряд электроприводов [1], построенных на базе цифровых измерителей скорости, основным элементом которых являются фотоимпульсные датчики [2, 3]. В большинстве цифровых измерителей скорости ее величина определяется путем подсчета количества импульсов датчика за фиксированный промежуток времени или путем измерения длительности одного или нескольких периодов сигнала фотоимпульсного датчика [1, 3]. Первый способ построения цифровых измерителей скорости характеризуется низкой погрешностью ее измерения в области больших значений угловой скорости. При втором способе с повышением величины измеряемой скорости точность ее измерения падает. В зоне низких и инфранизких угловых скоростей даже при использовании измерительных преобразователей с высокой разрешающей способностью период квантования их выходного сигнала достигает столь больших значений, что обеспечение малой погрешности стабилизации регулируемых координат путем подсчета количества импульсов или измерения периода сигнала датчика становится практически невозможной. Поэтому в прецизионных системах электропривода используются системы, замкнутые не по угловой скорости вала, а по отклонению его положения от задаваемого значения. Как показано в [6] такой принцип построения системы управления обеспечивает идеальный астатизм по среднему значению измеряемой угловой скорости, следовательно, малую погрешность ее стабилизации. Технически этот принцип реализуется за счет выявления фазового рассогласования частотных сигналов задания и обратной связи, поступающего с датчика положения с импульсным выходным сигналом. Все преимущества систем с фазовой синхронизацией могут быть в полной степени обеспечены только при высокой частоте входных сигналов. Наиболее близким к предлагаемому устройству является электропривод постоянного тока [4]. Электропривод содержит двигатель, с валом которого связан измеритель скорости. Якорная обмотка двигателя включена к выходам силового преобразователя. Эти выходы включены в диагональ моста силового преобразователя, выполненного на транзисторах. Модулирующий и реверсирующий входы силового преобразователя соединены с первым и вторым выходами частотно-фазового дискриминатора. К первому входу частотно-фазового дискриминатора через первый делитель частоты подключен генератор задающей частоты. Частотно-фазовый дискриминатор содержит четыре триггера, первый и второй элементы "ИЛИ", первый и второй элементы "И". Счетные входы первого и второго триггеров подключены к первому входу частотно-фазового дискриминатора, второй вход которого связан со счетными входами третьего и четвертого триггеров. Информационные входы первого и третьего триггеров связаны с выходами соответствующих элементов "ИЛИ". Входы сброса триггеров соединены с выходом первого элемента "И", второй вход которого связан с выходом третьего триггера, информационным входом второго триггера и вторым входом первого элемента "ИЛИ". Первый вход последнего соединен с первым выходом частотно-фазового дискриминатора, выходом второго триггера и первым входом второго элемента "И". Второй вход второго элемента "И" связан со вторым выходом частотно-фазового дискриминатора, выходом четвертого триггера и вторым входом элемента "ИЛИ", первый вход которого соединен с первым входом первого элемента "И", выходом первого триггера и информационным входом четвертого триггера. Входы сброса второго и четвертого триггеров подключены к выходу второго элемента "И".A number of electric drives are known [1], built on the basis of digital speed meters, the main element of which are photo-pulse sensors [2, 3]. In most digital speed meters, its value is determined by counting the number of sensor pulses for a fixed period of time or by measuring the duration of one or more periods of the signal of the photopulse sensor [1, 3]. The first method for constructing digital speed meters is characterized by a low measurement error in the region of large angular velocity values. In the second method, as the measured speed increases, the accuracy of its measurement decreases. In the zone of low and low angular velocities, even when measuring transducers with high resolution are used, the quantization period of their output signal reaches such large values that providing a small error in stabilization of the adjustable coordinates by counting the number of pulses or measuring the period of the sensor signal becomes practically impossible. Therefore, in precision electric drive systems, systems are used that are closed not by the angular velocity of the shaft, but by the deviation of its position from the set value. As shown in [6], this principle of constructing a control system provides ideal astatism in terms of the average value of the measured angular velocity, and therefore, a small error in its stabilization. Technically, this principle is implemented by identifying the phase mismatch of the frequency signals of the reference and feedback coming from the position sensor with a pulse output signal. All the advantages of phase-locked systems can only be fully achieved with a high input frequency. Closest to the proposed device is a DC electric drive [4]. The electric drive contains a motor with a shaft connected to a speed meter. Anchor motor winding is connected to the outputs of the power converter. These outputs are included in the diagonal of the transformer bridge of the power converter. The modulating and reversing inputs of the power converter are connected to the first and second outputs of the frequency-phase discriminator. The generator of the driving frequency is connected to the first input of the frequency-phase discriminator through the first frequency divider. The frequency-phase discriminator contains four triggers, the first and second elements "OR", the first and second elements "AND". The counting inputs of the first and second triggers are connected to the first input of the frequency-phase discriminator, the second input of which is connected with the counting inputs of the third and fourth triggers. The information inputs of the first and third triggers are associated with the outputs of the corresponding OR elements. Trigger reset inputs are connected to the output of the first AND element, the second input of which is connected to the output of the third trigger, the information input of the second trigger and the second input of the first OR element. The first input of the latter is connected to the first output of the frequency-phase discriminator, the output of the second trigger and the first input of the second element "AND". The second input of the second AND element is connected with the second output of the frequency-phase discriminator, the output of the fourth trigger and the second input of the OR element, the first input of which is connected to the first input of the first AND element, the output of the first trigger and the information input of the fourth trigger. The reset inputs of the second and fourth triggers are connected to the output of the second AND element.
Измеритель скорости содержит фотоимпульсный датчик скорости, второй и третий делители частоты, четыре триггера и мультиплексор. Выход мультиплексора через второй делитель частоты соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора. Первый адресный вход мультиплексора подключен к входу сброса второго триггера измерителя скорости и выходу четвертого триггера. Второй адресный вход мультиплексора соединен с выходом первого триггера измерителя скорости, информационный и счетный входы которого соединены с первым и вторым выходами фотоимпульсного датчика скорости. Информационный вход четвертого триггера соединен с выходом второго триггера. Его счетный вход связан со вторым выходом фотоимпульсного датчика скорости. Счетный вход четвертого триггера, второй и четвертый информационные входы мультиплексора соединены с выходом третьего триггера. Вход третьего триггера подключен к выходу третьего делителя частоты и входу управления мультиплексора. На первый информационный вход мультиплексора подан сигнал логического нуля, а на третий - логической единицы. К генератору задающей частоты подключен вход третьего делителя частоты.The speed meter contains a photopulse speed sensor, a second and third frequency divider, four triggers and a multiplexer. The output of the multiplexer through the second frequency divider is connected to the second input of the frequency-phase discriminator. The first address input of the multiplexer is connected to the reset input of the second trigger of the speed meter and the output of the fourth trigger. The second address input of the multiplexer is connected to the output of the first trigger of the speed meter, the information and counting inputs of which are connected to the first and second outputs of the photo-pulse speed sensor. The information input of the fourth trigger is connected to the output of the second trigger. Its counting input is connected to the second output of the photopulse speed sensor. The counting input of the fourth trigger, the second and fourth information inputs of the multiplexer are connected to the output of the third trigger. The input of the third trigger is connected to the output of the third frequency divider and the control input of the multiplexer. A logic zero signal is applied to the first information input of the multiplexer, and a logic one to the third. The input of the third frequency divider is connected to the generator of the driving frequency.
Такой электропривод обеспечивает широкий диапазон регулирования угловой скорости и малую погрешность ее стабилизации. Погрешность стабилизации управляемых координат определяется возможностями используемого фотоимпульсного датчика положения, а именно его разрешающей способностью. Однако ее может быть недостаточно для получения высоких качественных показателей работы электропривода. Кроме того, в известном устройстве возможен пропуск одного или нескольких фронтов входного сигнала при их следовании с интервалом, меньшим периода выходного сигнала третьего делителя 27 частоты. Также возможно появление ложных импульсов при наличии синфазных помех, возникающих в моменты изменения одного из выходных сигналов фотоимпульсного датчика скорости.Such an electric drive provides a wide range of angular velocity control and a small error in its stabilization. The stabilization error of the controlled coordinates is determined by the capabilities of the used photo-pulse position sensor, namely its resolution. However, it may not be enough to obtain high quality performance of the electric drive. In addition, in the known device, it is possible to skip one or more edges of the input signal when they are followed with an interval shorter than the period of the output signal of the third frequency divider 27. It is also possible the appearance of false pulses in the presence of common-mode interference arising at the moments of change of one of the output signals of the photo-pulse speed sensor.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличения помехоустойчивости канала измерения управляемой координаты. Для достижения поставленной цели в предлагаемом устройстве для преобразования сигнала фотоимпульсного датчика скорости/положения вала используются шесть триггеров, два элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" и четыре мультиплексора. Применение этих элементов обеспечивает увеличение помехозащищенности устройства, особенно при протяженных линиях связи между двигателем, на валу которого установлен фотоимпульсный датчик скорости/положения, и устройством управления.The technical result of the invention is to increase the noise immunity of the measured coordinate measurement channel. To achieve this goal, the proposed device for converting the signal of a photopulse speed / shaft position sensor uses six triggers, two EXCLUSIVE OR elements, and four multiplexers. The use of these elements provides an increase in the noise immunity of the device, especially with extended communication lines between the engine, on the shaft of which a photo-pulse speed / position sensor is installed, and the control device.
Для этого в известное устройство введены средства, обеспечивающие защиту от пропуска моментов изменения выходных сигналов датчика и синфазных помех, возникающих в линиях связи.To do this, means are introduced into the known device that provide protection against missing moments of changes in the output signals of the sensor and common-mode interference arising in the communication lines.
Для реализации предлагаемых возможностей в известное устройство введены шесть триггеров (Т5-Т10), два элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" и четыре мультиплексора. Триггера Т5-Т7 и Т8-Т10 включены по схеме сдвигающих регистров с возможностью установки в определяемое условиями работы устройства состояние. Для этого между выходом и информационным входом пары триггеров (Т5-Т6), (Т6-Т7), (Т8-Т9) и (Т9-Т10) включены элементы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". Первые входы первого и второго элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" соединены с выходом триггера Т8 и счетным входом первого триггера. Первые входы третьего и четвертого элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" соединены с выходом триггера Т10 и информационным входом первого триггера. Информационные входы триггеров Т6 и Т8 подключены к первому и второму выходам фотоимпульсного датчика скорости. Счетные триггеров (Т5-Т10) через четвертый делитель подключаются к выходу генератора задающей частоты. Кроме того, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство содержит более простой мультиплексор, адресный вход которого соединен с выходом третьего триггера, а информационные входы связаны с выходами первого и четвертого триггеров. Кроме того, второй вход второго делителя подключен к выходу третьего делителя.To implement the proposed features, six triggers (T5-T10), two EXCLUSIVE OR elements, and four multiplexers have been introduced into the known device. Triggers T5-T7 and T8-T10 are included in the shift register scheme with the possibility of installation in a state determined by the operating conditions of the device. To do this, between the output and the information input of the pair of triggers (T5-T6), (T6-T7), (T8-T9) and (T9-T10) the elements "EXCLUSIVE OR" are included. The first inputs of the first and second EXCLUSIVE OR elements are connected to the output of trigger T8 and the counting input of the first trigger. The first inputs of the third and fourth EXCLUSIVE OR elements are connected to the output of the T10 trigger and the information input of the first trigger. The information inputs of the triggers T6 and T8 are connected to the first and second outputs of the photo-pulse speed sensor. Counting triggers (T5-T10) through the fourth divider are connected to the output of the generator of the driving frequency. In addition, compared with the prototype of the proposed device contains a simpler multiplexer, the address input of which is connected to the output of the third trigger, and the information inputs are connected to the outputs of the first and fourth triggers. In addition, the second input of the second divider is connected to the output of the third divider.
На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода.Figure 1 shows the functional diagram of the electric drive.
Электропривод содержит двигатель 1, с валом которого связан фотоимпульсный датчик скорости 8. Якорная обмотка двигателя 1 подключена к выходам (5.3) и (5.4) силового преобразователя 5, выполненного на транзисторной по мостовой схеме, что обеспечивает возможность изменения полярности напряжения, питающего двигатель 1. Модулирующий (5.1) и реверсирующий (5.2) входы силового преобразователя 5 соединены с первым (3.3) и вторым (3.4) выходами реверсивного частотно-фазового дискриминатора 3. К первому входу (3.1) частотно-фазового дискриминатора 3 через первый делитель частоты 13 подключен генератор задающей частоты 4. Преобразователь сигнала датчика 2 содержит второй 6 и третий 7 делители частоты, мультиплексор 9 и четыре триггера (10-13). Выход мультиплексора 9 подключен к входу разрешения второго делителя 6, выход которого соединен со вторым (3.2) входом частотно-фазового дискриминатора 3. Счетный вход второго делителя 6 соединен с входом четвертого триггера 13 и выходом третьего делителя 1, вход которого подключен к генератору задающей частоты 4. Адресный вход мультиплексора 9 подключен к входу сброса триггера 11, выходу триггера. Выход триггера 11 соединен с информационным входом триггера 12, счетный вход которого связан с выходом четвертого триггера 13 и со вторым информационным входом мультиплексора 9, первый информационный вход которого подключен к выходу первого триггера 10. Счетные входы первого 10 и второго 11 триггеров соединены с выходом седьмого триггера 17 и первыми входами первого 18 и второго элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". К выходу генератора 4 задающей частоты через четвертый делитель частоты 8 подключены счетные входы триггеров 15-17 и 20-22. Первый и второй выходы фотоимпульсного датчика скорости 14 соединены с информационными входами триггеров 15 и 20 соответственно. Выход триггера 15 подключен ко второму входу первого элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 18, выход которого соединен с информационным входом триггера 16. Выход триггера 16 подключен ко второму входу второго элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 19, выход которого соединен с информационным входом триггера 17. Выход триггера 20 подключен ко второму входу третьего элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 23, выход которого соединен с информационным входом триггера 21. Выход триггера 21 подключен ко второму входу четвертого элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 24, выход которого соединен с информационным входом триггера 22, выход которого связан с первыми входами элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 23, 24 и информационным входом первого триггера 10.The electric drive contains a
На фиг.2-5 приведены временные диаграммы, поясняющие работу электропривода, где цифрами обозначены сигналы на выходах соответствующих элементов устройства.Figure 2-5 shows timing diagrams explaining the operation of the electric drive, where the numbers indicate the signals at the outputs of the corresponding elements of the device.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Электропривод представляет собой систему фазовой синхронизации, в которой управление скоростью двигателя 1 осуществляется посредством силового преобразователя 5 в функции фазового рассогласования частотного сигнала задания, поступающего от генератора 4 через первый 13 делитель частоты, и сигнала обратной связи, получаемого после преобразования импульсов с фотоимпульсного датчика скорости 14. Выявление величины фазового рассогласования осуществляется посредством частотно-фазового дискриминатора 3.The electric drive is a phase synchronization system in which the speed of the
Во всех режимах работы электропривода вращение вала двигателя 1 и механически связанного с ним фотоимпульсного датчика 14 приводит к появлению на его первом и втором выходах импульсных сигналов, находящихся в квадратуре [2]. Частота их изменения f14 определяется какIn all modes of operation of the electric drive, the rotation of the shaft of the
где: Ω - угловая скорость вала двигателя 1;where: Ω is the angular velocity of the
p - число меток фотоимпульсного датчика 14.p is the number of marks of the
Устройство обеспечивает формирование выходного сигнала по каждому изменению импульса на выходе фотоимпульсного датчика 14. Так как используются две квадратурных последовательности импульсов частота измеряемого сигнала, снимаемого с триггеров 17 и 22'', f17 определяется как:The device provides the formation of the output signal for each change in the pulse at the output of the
При этом сохраняется строгое соответствие между направлением вращения вала двигателя 1 и значением сигнала на выходе 14.2 в момент появления импульса на выходе 14.1 фотоимпульсного датчика скорости 14. Для определения направления вращения вала двигателя используется триггер 10.In this case, a strict correspondence is maintained between the direction of rotation of the
На фиг.2 представлена графотопологическая схема работы блока подавления помех.Figure 2 presents a graphotopological diagram of the operation of the interference suppression unit.
Частота сигнала на выходе третьего 7 делителя частоты t7 определяется какThe frequency of the signal at the output of the third 7 frequency divider t 7 is defined as
где f4 - частота генератора 4,where f 4 is the frequency of the
N7 - коэффициент пересчета третьего делителя 27.N 7 - conversion factor of the third divider 27.
Частота f13 выходного сигнала триггера 13 будет в два раза меньше величины f7.The frequency f 13 of the output signal of the
Функция мультиплексора 9, то есть его выходной сигнал D14, определяется, согласно [5], какThe function of the
где U14 - сигнал на входе управления мультиплексора 14,where U 14 is the signal at the control input of
(DI1-DI4) - сигналы на первом-четвертом информационных входах мультиплексора 14 соответственно,(DI 1 -DI 4 ) - signals at the first to fourth information inputs of the
A1, A2 - сигналы на первом и втором адресном входах мультиплексора 14 соответственно.A 1 , A 2 - signals at the first and second address inputs of
Так как в этом режиме на первом адресном входе мультиплексора 14 присутствует логический нуль, то его выходной сигнал определяется уровнями сигналов на втором или четвертом информационных входах в зависимости от направления вращения вала двигателя 1. Так как на эти входы поступают импульсы частоты f13, то, согласно (4), на выходе мультиплексора возникают импульсы такой же частоты. Относительная длительность этих импульсов равна 0,75. Частота следования импульсов на выходе второго делителя 6 частоты определяется как:Since in this mode a logical zero is present at the first address input of the
где N6 - коэффициент пересчета делителя 6.where N 6 is the conversion factor of the
Следовательно, даже при отсутствии вращения вала двигателя 1 происходит переключение частотно-фазового дискриминатора с частотой f6. Это обеспечивает малые потери в двигателе 1 при его работе на малых угловых скоростях.Therefore, even in the absence of rotation of the shaft of the
Рассмотрим случай вращения вала двигателя по часовой стрелке. При изменении сигнала на первом 8.1 выходе фотоимпульсного датчика скорости 8, например, при его переходе из состояния логического нуля в логическую единицу, (фиг.3) первый фронт сигнала генератора 4 задающей частоты приводит к изменению состояния триггера 16. При этом на выходе первого элемента 18 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" появляется сигнал логической единицы. Это приводит к появлению логического нуля на выходах элемента 25 "ИЛИ-НЕ" и элемента 26 "ИЛИ". Спад этого сигнала вызывает переключение триггера 15, после чего на его выходе, а следовательно, и третьем входе элемента 28 "ИЛИ", устанавливается логическая единица. Этот сигнал запрещает прохождение импульсов с генератора 4 задающей частоты на счетные входы триггеров 16 и 19. При этом сигнал на выходе мультиплексора 27 соответствует направлению вращения вала двигателя 1. Следующий импульс генератора 4 задающей частоты приводит к переключению триггера 17 в состояние логической единицы. Поэтому сигналы на входах элемента 18 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" становятся одинаковыми, а на его выходе возникает сигнал логического нуля. Это приводит к восстановлению логической единицы сигналов на выходах элементов 25 "ИЛИ-НЕ" и 26 "ИЛИ". При спаде сигнала на выходе элемента 26 "ИЛИ" на выходе триггера 10 устанавливается сигнал, равный выходному сигналу мультиплексора 27, то есть соответствующий направлению вращения вала двигателя 1. На выходе триггера 11 устанавливается сигнал логической единицы. Первый фронт сигнала с триггера 13 устанавливает на выходе триггера 12 сигнал логической единицы. Это приводит к сбросу выходного сигнала триггеров 10 и 15. Сигнал логической единицы на выходе триггера 12 запрещает прохождение импульсов через мультиплексор 14 при сигнале логической единицы на выходе триггера 10. Так как сброс триггера 12 происходит по следующему фронту импульса триггера 13, то происходит высекание только двух импульсов из последовательности с частотой f7. Длительность сигнала на выходе триггера 12 t12 определяется какConsider the case of rotation of the motor shaft clockwise. When the signal changes at the first 8.1 output of the
При установленном выходном сигнале триггера 12 на первом входе элемента 28 "ИЛИ" присутствует сигнал логической единицы, что запрещает прохождение импульсов генератора 4 задающей частоты на счетные входы триггеров 16 и 19. Число импульсов в последовательности с частотой f14 уменьшается на единицу. После снятия сигнала с выхода триггера 12 разрешается прохождение импульсов через элемент 26 "ИЛИ" на счетные входы триггеров 16 и 19. Устройство переходит в режим готовности к приему следующего фронта сигнала фотоимпульсного датчика скорости 8.When the trigger 12 output signal is set, the logical unit signal is present at the first input of the
При сохранении направления вращения следующий момент считывания сигнала с фотоимпульсного датчика 8 происходит при появлении сигнала на втором его выходе. При этом на выходе триггера 19 устанавливается логическая единица, что приводит к несовпадению сигналов на входах элементов 22 и 23 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", а следовательно, к появлению логической единицы на выходах этих элементов. Сигналы с выходов элемента 23 и триггера 19 изменяют значение адреса мультиплексора 27. Поэтому к его выходу подключается другой информационный вход, значение сигнала на входе которого определяется направлением вращения. При вращении вала двигателя по часовой стрелке на выход мультиплексора передается сигнал логической единицы. Сигнал с выхода элемента 22 приводит к появлению логической единицы на выходах элементов 25 "ИЛИ-НЕ" и 26 "ИЛИ". При этом устанавливается сигнал на выходе триггера 15, что запрещает прохождение импульсов с генератора 4 задающей частоты на счетные входы триггеров 16 и 19. Следующий импульс генератора 4 задающей частоты устанавливает логическую единицу на выходе триггера 20. Это уравнивает сигналы на входах элемента 22 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". Поэтому на его выходе устанавливается сигнал логического нуля, что приводит к пропаданию сигналов на выходах элементов 4 "И" и 26 "ИЛИ". Спад выходного сигнала элемента 26 "ИЛИ" приводит к установке на выходе триггера 10 сигнала, равного выходному сигналу мультиплексора 27 и появлению логической единицы на выходе триггера 11. Следующий импульс генератора задающей частоты устанавливает логическую единицу на выходе триггера 21, что приводит к появлению логического нуля на выходе элемента 23 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". При этом может измениться выходной сигнал мультиплексора 27. Это не сказывается на работе устройства, так как сигнал направления вращения вала двигателя 1 уже зафиксирован триггером 10.While maintaining the direction of rotation, the next moment of reading the signal from the
Ближайший фронт импульса с триггера 13 приводит к появлению логической единицы на выходе триггера 12. Этот сигнал сбрасывает триггер 15 и в во время своего присутствия запрещает переключение триггеров 16 и 19. Логическая единица на выходе триггера 12 сохраняется в течение промежутка времени t12, определяемого выражением (6). За это время происходит высекание двух импульсов с выхода делителя 7 частоты. Число импульсов в последовательности с частотой f14 уменьшается на единицу. После снятия сигнала с выхода триггера 12 разрешается прохождение импульсов через элемент 26 "ИЛИ" на счетные входы триггеров 16 и 19. Устройство переходит в режим готовности к приему следующего фронта сигнала фотоимпульсного датчика скорости 8.The nearest edge of the pulse from the
При изменении направления вращения вала двигателя 1 (фиг 4) элементы, формирующие последовательность импульсов с выхода элемента 26 "ИЛИ", работают аналогично вышеизложенному. В этом случае изменяется только значение выходного сигнала мультиплексора при спаде сигнала с выхода элемента 26 "ИЛИ" за счет изменения адресных сигналов на его входах. Соответственно изменяется и записываемый в триггер 10 сигнал. Поэтому в течение действия импульса с выхода триггера 12 t12 разрешается прохождение через мультиплексор 14 импульсов с выхода делителя 7 частоты. При этом каждое изменение сигналов на выходах фотоимпульсного датчика 8 скорости приводит к появлению дополнительного импульса в последовательности с частотой f14.When changing the direction of rotation of the shaft of the engine 1 (Fig 4), the elements forming a sequence of pulses from the output of the
Таким образом, очевидно, что при повороте вала двигателя на угол Δφ, равный четверти расстоянию между метками фотоимпульсного датчика 8 скорости, происходит добавление или высекание одного импульса в последовательность с частотой f14. При этомThus, it is obvious that when the motor shaft is rotated through an angle Δφ equal to a quarter of the distance between the marks of the
Общее число импульсов на выходе мультиплексора 14 в промежуток времени, между импульсами с выхода элемента 26 "ИЛИ" t26, определяется какThe total number of pulses at the output of the
где T13=f23 -1 - период частоты выходного сигнала триггера 13.where T 13 = f 23 -1 is the period of the frequency of the output signal of the
Среднее значение частоты выходного сигнала мультиплексора 14 может быть найдено исходя из (8) с учетом (2) по следующему выражению:The average frequency of the output signal of the
Текущее положение t14[j] импульсов частоты f14 может быть определено какThe current position t 14 [j] of the pulses of frequency f 14 can be defined as
где N8 - число импульсов с датчика 8, пришедшее за рассматриваемый промежуток времени Т.where N 8 is the number of pulses from the
Очевидно, что величина t14[j] однозначно определяется числом импульсов, пришедшим с датчика 8, то есть углом поворота вала двигателя 1. Среднее значение частоты, снимаемой с делителя 6Obviously, the value of t 14 [j] is uniquely determined by the number of pulses received from the
где p*=4р/N6 - эквивалентное число меток измерителя скорости.where p * = 4p / N 6 is the equivalent number of speed meter marks.
Таким образом, сохраняется взаимное соответствие между угловой скоростью вала двигателя 1 и частотой сигнала на выходе делителя 6 частоты. Такое взаимное соответствие сохраняется и между положением вала двигателя 1 и импульсов на выходе делителя 6 частоты.Thus, the mutual correspondence between the angular velocity of the shaft of the
На входы частотно-фазового дискриминатора 3 поступают импульсы частоты задания с делителя 9 - f9 и обратной связи с преобразователя 2 сигнала фотоимпульсного датчика скорости 8 - f8. В режиме стабилизации скорости двигателя 1, когда частоты сигналов задания и обратной связи примерно равны, длительность импульсов на первом или втором выходах частотно-фазового дискриминатора 3 определяется разностью фаз этих сигналов. Если f9>f6, широтно-импульсный сигнал появляется на первом выходе частотно-фазового дискриминатора 3, соединенном с модулирующим входом силового преобразователя 5. При этом сигнал на втором его выходе остается постоянным. При f9<f6 широтно-импульсный сигнал появляется на втором выходе частотно-фазового дискриминатора 3, соединенном с реверсирующим входом силового преобразователя 5. При этом сигнал на первом его выходе остается постоянным. При значительной разности входных частот частотно-фазовый дискриминатор 3 переходит в режим частотного сравнения сигналов, характеризуемый следующими соотношениями:The inputs of the frequency-phase discriminator 3 receive the reference frequency pulses from the divider 9 - f 9 and feedback from the converter 2 of the signal of the photopulse speed sensor 8 - f 8 . In the stabilization mode of the
где γ3.1 и γ3.2 - относительные длительности широтно-импульсных сигналов на первом и втором выходах частотно-фазового дискриминатора 3 соответственно.where γ 3.1 and γ 3.2 are the relative durations of the pulse-width signals at the first and second outputs of the frequency-phase discriminator 3, respectively.
Отклонение выходной частоты делителя 6 по сравнению с частотой f9 на первом входе частотно-фазового дискриминатора 3 изменяет взаимное фазовое положение импульсов этих сигналов. При этом изменяется длительность импульса широтно-импульсного сигнала на его втором выходе на ΔT[i]. Величина этого приращения ΔT[i] находится из следующих соображений. Фазовое рассогласование t[i] импульсов частотно-фазового дискриминатора 3 на рассматриваемом интервале определяется какThe deviation of the output frequency of the
где t[i-1] - величина фазового рассогласования импульсов управления частотно-фазовым дискриминатором 3 на (i-1) интервалеwhere t [i-1] is the magnitude of the phase mismatch of the control pulses of the frequency-phase discriminator 3 on the (i-1) interval
Т9 - период сигнала на выходе делителя 9 частоты.T 9 - the period of the signal at the output of the
Поэтому приращение ΔT[i] за один период выходного сигнала делителя 6 t[i-1] может быть найдено какTherefore, the increment ΔT [i] for one period of the output signal of the divider 6 t [i-1] can be found as
Так как в квазиустановившемся режиме период частоты на первом входе частотно-фазового дискриминатора 3 постоянен и Т9=Т6, то можно считать, что величина ΔT[i] определяется только изменением периода частоты второго делителя. За время одного периода выходного сигнала делителя 9 частоты положение импульса с делителя 6 частоты определяется с использованием выражения (10) какSince in the quasi-steady mode, the frequency period at the first input of the frequency-phase discriminator 3 is constant and T 9 = T 6 , we can assume that ΔT [i] is determined only by changing the frequency period of the second divider. During one period of the output signal of the
В общем случае за период частоты f6 приходит несколько импульсов датчика 8, число которых N8 определяется какIn the General case, for the period of frequency f 6 comes several pulses of the
где - угол поворота вала двигателя 1 за рассматриваемый промежуток времени.Where - the angle of rotation of the shaft of the
С учетом (15) и (16) приращение длительности выходного сигнала частотно-фазового дискриминатора определяется какTaking into account (15) and (16), the increment in the duration of the output signal of the frequency-phase discriminator is defined as
Задержка изменения положения импульса делителя 6 зависит от состояния этого делителя в момент формирования импульса с датчика скорости 8. Очевидно, что она не может превышать длительности периода выходного сигнала делителя 6 частоты.The delay in changing the position of the pulse of the
Погрешность определения положения импульса делителя 6 возникает из-за дискретности его формирования. Ее величина определяется разностью периода этой частоты и его идеального значения. Разность этих величин находится из следующего выраженияThe error in determining the position of the pulse of the
где k - целое число импульсов датчика 8 за время Т26.where k is the integer number of pulses of the
Величина δT, отнесенная к периоду идеального значения преобразованной частоты фотоимпульсного датчика, соответствующей определенному значению угла поворота вала двигателя 1, является относительной погрешностью δφ преобразования его текущего положения, которая находится по выражению видаThe value δT, referred to the period of the ideal value of the converted frequency of the photopulse sensor corresponding to a certain value of the angle of rotation of the
Максимальное значение δφ не превышает N6 -1. При N6>1000, обеспечивается погрешность измерения положения вала двигателя 1 не более 0.02%.The maximum value of δφ does not exceed N 6 -1 . When N 6 > 1000, the error in measuring the position of the shaft of the
Таким образом в при работе на относительно больших скоростях вращения вала двигателя 1 обеспечивается измерение положения вала двигателя и его скорости с минимальными погрешностями. При увеличении разрешающей способности фотоимпульсного датчика скорости 8 и снижении уровня рабочих скоростей на положение импульсов с выхода датчика начинают сказываться пульсации скорости, обусловленные характером выходного напряжения силового преобразователя 5. Особенно это характерно для синхронно-синфазных систем электропривода с широким диапазоном регулирования угловой скорости. В этом случае вал двигателя 1 пульсирует около некоторого заданного положения, что приводит к появлению фронтов импульсов фотоимпульсного датчика скорости 8, следующих с высокой частотой при практически полном отсутствии перемещения вала двигателя 1. Если эти сигналы следуют с интервалом времени, большем чем T13, то устройство работает в рабочем режиме, рассматривая поступающие импульсы как имеющие различное направление вращения. Если интервал между этими фронтами становится меньшим, чем T13, то в принципе возможен пропуск одного информационного фронта, что ведет к искажению информации о действительном положении вала двигателя. Для устранения пропадания информации о действительном положении вала двигателя в предлагаемом устройстве используются триггер 15 и элемент 28 "ИЛИ". Временные диаграммы работы устройства в таком режиме показаны на фиг.5. При этом рассматривается случай, когда интервал времени между фронтом и спадом сигнала на первом 8.1 выходе фотоимпульсного датчика скорости 8 меньше T13. После фронта выходного сигнала фотоимпульсного датчика скорости 8 первый фронт импульса генератора 4 задающей частоты устанавливает триггер 16. При этом на выходе элемента 18 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" появляется сигнал логической единицы, который приводит к сбросу выходного сигнала элемента 26 "ИЛИ". В этот момент устанавливается триггер 15 и запрещает дальнейшее прохождение импульсов с генератора 4 задающей частоты на счетные входы триггеров 16 и 19. Эти триггеры сохраняют информацию о сигналах на выходах фотоимпульсного датчика скорости 8 в момент появления импульса с генератора 4 задающей частоты. Следующий фронт импульса этого генератора устанавливает триггер 17, что приводит к появлению логической единицы на выходе элемента 26 "ИЛИ". Фронт этого сигнала устанавливает триггер 11 и записывает в триггер 10 уровень сигнала, соответствующий направлению вращения вала двигателя 1. Фронт выходного сигнала триггера 13 устанавливает логическую единицу на выходе триггера 12, что приводит к сбросу триггеров 11 и 15. Несмотря на сброс сигнала с выхода триггера 15 прохождение сигналов с генератора 4 задающей частоты на счетные входы триггеров 16, 19 не допускается, так как на первом выходе элемент "ИЛИ" 28 находится сигнал логической единицы. На период выходного сигнала триггера 13 запрещается прохождение импульсов через мультиплексор 14. Следовательно, из выходной последовательности с частотой f14 высекается один импульс. После сброса триггера 12 первый же импульс с генератора 4 задающей частоты сбрасывает триггер 16, так как на его информационном входе присутствует сигнал логического нуля. При этом на выходе элемента 18 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" возникает логическая единица, что приводит к сбросу выходного сигнала элемента 26 "ИЛИ". При этом триггер 15 устанавливается и запрещает прохождение импульсов с генератора 4 задающей частоты на счетные входы триггеров 16 и 19. Следующий фронт импульса с выхода генератора 4 задающей частоты приводит к сбросу триггера 17 и появлению логического нуля на выходе элемента 18 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". При этом на выходе элемента 26 "ИЛИ" возникает логическая единица, появление которой приводит к установке триггера 11 и инверсии выходного сигнала триггера 10. Фронт выходного сигнала триггера 13 устанавливает триггер 12 и сбрасывает триггера 11 и 15. За время наличия сигнала на выходе триггера 12 с учетом выходного сигнала триггера 10 через мультиплексор 14 на вход второго делителя 6 частоты проходят 2 импульса с выхода делителя 7 частоты. Это соответствует добавлению одного импульса в последовательность импульсных сигналов с частотой f14. После сброса триггера 12 устройство готово к приему следующего фронта сигнала с выходов фотоимпульсного датчика скорости 8. При возникновении аналогичной ситуации на втором выходе фотоимпульсного датчика скорости 8 устройство работает аналогичным образом.Thus, when working at relatively high speeds of rotation of the shaft of the
Таким образом, даже очень короткие импульсы с любого выхода фотоимпульсного датчика скорости 8 не приводят к потери информации о действительном положении вала двигателя 1.Thus, even very short pulses from any output of the
При наличии протяженных связей между устройством и фотоимпульсным датчиком скорости 8 возможно появление синфазных помех, действие которых выражается в одновременном появлении фронтов с выхода измерительного преобразователя. Для устранения этого явления в устройстве используются элементы 24 "И", 25 "ИЛИ-НЕ" и 26 "ИЛИ". Устройство при появлении синфазной помехи работает следующим образом (фиг.5). Пусть на выходах фотоимпульсного датчика скорости 8 возникают импульсы, фронты которых отстоят друг от друга меньше, чем период частоты генератора 4. При этом перепад сигнала 8.1 фотоимпульсного датчика скорости 8 является полезным. Короткий импульс на выходе 8.2 представляет синфазную помеху. В этом случае триггера 16 и 19 переключаются одновременно. При этом на выходах элементов 18 и 22 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" также одновременно появляются логические единицы. При этом на выходе элемента 25 "ИЛИ-НЕ" возникает логический нуль. Сигналы с выходов элементов 18 и 22 "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", проходя через элемент "И" 24, приводят появлению логической единицы на первом выходе элемента 26 "ИЛИ". Этот факт запрещает изменение выходного сигнала элемента 26 "ИЛИ", а следовательно, переключения триггеров 15 и 11 не происходит. Следовательно, не изменяется и частота выходного сигнала мультиплексора 14, то есть устраняется ложное срабатывание устройства. В дальнейшем за счет переключений триггеров 19-21 формируются импульсы запуска триггера 11, а в триггер 10 записывается сигнал, соответствующий действительному направлению вращения вала двигателя 1. Импульс на выходе триггера 12 приводит к высеканию одного импульса из последовательности сигналов на выходе мультиплексора 14.In the presence of extended connections between the device and the
Из приведенных выше соотношений следует, что использование предлагаемого устройства обеспечивает электронное увеличение разрешающей способности фотоимпульсного датчика скорости, при котором сохраняется зависимость между положением импульса обратной связи и вала двигателя 1. Это позволяет использовать предлагаемый электропривод в фазовых системах стабилизации скорости, обладающих более высокими точностными характеристиками по сравнению с электроприводами, базирующимися на измерении периода выходного сигнала фотоимпульсного датчика [6]. Кроме того, предлагаемый электропривод обеспечивает защиту от одновременного появления фронтов выходных сигналов фотоимпульсного датчика скорости без потери полезной информации о положении вала. Поэтому возможно его использование в системах, базирующихся на применении фотоимпульсных датчиков скорости с высокой (более 100000 дискрет на оборот) разрешающей способностью и в синхронно-синфазных системах управления, работающих при малых отклонениях положения вала от заданного значения.From the above relationships it follows that the use of the proposed device provides an electronic increase in the resolution of the photopulse speed sensor, at which the relationship between the position of the feedback pulse and the
Уровень угловой скорости не зависит от напряжения питающей сети и колебаний температуры, а определяется только нестабильностью генератора 4 задающей частоты, которая при использовании кварцевых резонаторов не превышает 10-5 %. Электропривод прост по конструкции и не содержит аналоговых и настраиваемых элементов.The level of angular velocity does not depend on the voltage of the supply network and temperature fluctuations, but is determined only by the instability of the
Источники информацииInformation sources
1. Файнштейн В.Г. Микропроцессорные системы управления электроприводами. - М.: Энергоатомиздат, 1986.1. Feinstein V.G. Microprocessor control systems for electric drives. - M .: Energoatomizdat, 1986.
2. Схемотехника цифровых преобразователей перемещения: Справочное пособие / В.Г.Домрачев, В.Р.Матвеевский, Ю.С.Смирнов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 392 с.2. Circuit design of digital displacement transducers: Reference manual / V. G. Domrachev, V. R. Matveevsky, S. S. Smirnov. - M .: Energoatomizdat, 1987 .-- 392 p.
3. Андрущук В.В. Цифровые системы измерения параметров движения механизмов в машиностроении. - СПб.: Политехника, 1992. - 237 с.3. Andrushchuk V.V. Digital systems for measuring the parameters of movement of mechanisms in mechanical engineering. - St. Petersburg: Polytechnic, 1992. - 237 p.
4. Патент РФ №2161365 кл. Н02Р 5/06. Опубл. БИ №36, 2000.4. RF patent №2161365 class. H2P 5/06. Publ. BI No. 36, 2000.
5. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990.5. Pukhalsky G.I., Novoseltseva T.Ya. Design of discrete devices on integrated circuits. - M .: Radio and communications, 1990.
6. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. - М.: Энергоиздат, 1982.6. Trachtenberg P.M. Pulsed astatic electric drive systems with discrete control. - M.: Energoizdat, 1982.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131409/09A RU2302073C1 (en) | 2005-10-10 | 2005-10-10 | Electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131409/09A RU2302073C1 (en) | 2005-10-10 | 2005-10-10 | Electric drive |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005131409A RU2005131409A (en) | 2007-04-20 |
RU2302073C1 true RU2302073C1 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=38036608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005131409/09A RU2302073C1 (en) | 2005-10-10 | 2005-10-10 | Electric drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2302073C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550143C2 (en) * | 2010-02-08 | 2015-05-10 | Абб Ас | Method of control of unit or electric load powered through extended power transmission line |
CN109814092A (en) * | 2019-03-19 | 2019-05-28 | 北京跟踪与通信技术研究所 | A kind of spike sampling apparatus and method for laser ranging system |
-
2005
- 2005-10-10 RU RU2005131409/09A patent/RU2302073C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550143C2 (en) * | 2010-02-08 | 2015-05-10 | Абб Ас | Method of control of unit or electric load powered through extended power transmission line |
CN109814092A (en) * | 2019-03-19 | 2019-05-28 | 北京跟踪与通信技术研究所 | A kind of spike sampling apparatus and method for laser ranging system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005131409A (en) | 2007-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0883234B1 (en) | Drive circuit for brushless motor | |
US4136308A (en) | Stepping motor control | |
US9379714B1 (en) | Circuits and methods of TAF-DPS vernier caliper for time-of-flight measurement | |
US7734002B2 (en) | Phase difference detector having concurrent fine and coarse capabilities | |
US6242875B1 (en) | Motor driving apparatus | |
USRE31229E (en) | Stepping motor control | |
JP5277694B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
US5079549A (en) | Digital resolver with a synchronous multiple count generation | |
RU2302073C1 (en) | Electric drive | |
JP5268770B2 (en) | Frequency measurement circuit | |
EP2177917B1 (en) | Velocity detection method and motor control device using the method | |
US9175982B2 (en) | Hall sensor signal generating device | |
US7019567B2 (en) | Sine wave generation circuit | |
RU2260897C2 (en) | Electric drive | |
CA1250925A (en) | Phase modulation type digital position detector | |
KR900005075Y1 (en) | Generating circuit for head switching signal | |
JPH07229910A (en) | Pulse counter circuit | |
US8497674B2 (en) | Magnetic detection apparatus | |
JP3456525B2 (en) | Delay time adjustment method and delay time adjustment circuit | |
JPH08128855A (en) | Speed detecting device | |
Debnath et al. | An FPGA-based incremental encoder signal conditioner with reduced error in rotational rate estimation over a wide range of rotational speeds | |
JPH09178407A (en) | Electrostatic capacity type displacement detector | |
RU2310971C1 (en) | Synchronous-cophased electric motor | |
RU2161365C1 (en) | Electric drive | |
US6310458B1 (en) | Blended velocity estimation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101011 |