RU2342762C1 - Pulse frequency and phase control system of motor rotation speed - Google Patents
Pulse frequency and phase control system of motor rotation speed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2342762C1 RU2342762C1 RU2007133472/09A RU2007133472A RU2342762C1 RU 2342762 C1 RU2342762 C1 RU 2342762C1 RU 2007133472/09 A RU2007133472/09 A RU 2007133472/09A RU 2007133472 A RU2007133472 A RU 2007133472A RU 2342762 C1 RU2342762 C1 RU 2342762C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- pulse
- phase
- output
- speed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в быстродействующих системах регулирования с широким диапазоном регулирования скорости, в которых требуется стабилизация скорости при равномерном вращении электродвигателя.The invention relates to electrical engineering and can find application in high-speed control systems with a wide range of speed control, in which speed stabilization is required with uniform rotation of the electric motor.
Известно устройство для управления бесконтактным двигателем постоянного тока по RU 2023343 C1, 1994.11.15, МКИ Н02Р 6/02, содержащее мостовой коммутатор на транзисторах, датчик положения ротора, задатчик направления вращения, узел токоограничения, узел управления частотой вращения и декодер, декодер выполнен на трех инверторах и шести логических элементах ЗИ - НЕ или ЗИЛИ - НЕ.A device for controlling a non-contact direct current motor according to RU 2023343 C1, 1994.11.15, MKI Н02Р 6/02, comprising a bridge switch with transistors, a rotor position sensor, a rotational direction adjuster, a current limiting unit, a rotational speed control unit and a decoder, a decoder is made three inverters and six logic elements ZI - NOT or ZILI - NOT.
Недостатками данного устройства являются ограниченная полоса захвата частоты и узкий диапазон стабилизируемых скоростей.The disadvantages of this device are the limited frequency capture band and a narrow range of stabilized speeds.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является импульсно-фазовая система стабилизации скорости электроприводов, описанная в книге «Управление электроприводами», А.В.Башарин, В.А.Новиков, Г.Г.Соколовский, Л.: Энергоиздат, 1982, стр.181-186, включающая в себя фазовый детектор, генератор эталонной частоты, преобразователь код-частота, регулятор положения, частотный дискриминатор, нелинейный логический блок, импульсный датчик скорости, жестко связанный с валом управляемого двигателя.Closest to the technical nature of the proposed one is a pulse-phase stabilization system for the speed of electric drives, described in the book "Control of Electric Drives", A. Basharin, V. A. Novikov, G. G. Sokolovsky, L .: Energoizdat, 1982, pp. .181-186, which includes a phase detector, a reference frequency generator, a code-frequency converter, a position controller, a frequency discriminator, a non-linear logic unit, a pulse speed sensor, rigidly connected to the shaft of the controlled motor.
Эта импульсно-фазовая система стабилизации скорости электропривода выбрана в качестве прототипа.This pulse-phase system for stabilizing the speed of the electric drive is selected as a prototype.
Задачей настоящего изобретения является повышение устойчивости и быстродействия, расширение диапазона регулирования скорости вращения электродвигателя с помощью автоматического определения момента захвата частоты и оптимизации момента переключения управления с контура автоматической синхронизации на контур фазовой автоподстройки.The objective of the present invention is to increase stability and speed, expand the range of regulation of the speed of rotation of the motor by automatically determining the moment of frequency capture and optimizing the moment of switching control from the automatic synchronization circuit to the phase loop.
Для достижения поставленной задачи в импульсно-фазовую систему стабилизации скорости электропривода, содержащую последовательно соединенные задающий генератор, частотный дискриминатор, импульсно-фазовый дискриминатор, коммутатор, электродвигатель, вал которого жестко связан с вращающимся трансформатором, используемым в качестве датчика скорости вращения электродвигателя, введен блок переключения контуров, причем выход задающего генератора соединен с первым входом частотного дискриминатора и первым входом импульсно-фазового дискриминатора, выход частотного дискриминатора соединен с первым входом блока переключения контуров, а выход импульсно-фазового дискриминатора соединен со вторым входом блока переключения контуров, выход которого соединен с входом коммутатора, выход которого соединен с двигателем, жестко связанным с вращающимся трансформатором, выход которого соединен со вторыми входами импульсно-фазового и частотного дискриминаторов.To achieve this objective, a switching unit is introduced into the pulse-phase stabilization system of the electric drive speed, which contains serially connected master oscillator, frequency discriminator, pulse-phase discriminator, commutator, electric motor, the shaft of which is rigidly connected with a rotary transformer used as a rotational speed sensor of the electric motor loops, and the output of the master oscillator is connected to the first input of the frequency discriminator and the first input of the pulse-phase dis of the discriminator, the output of the frequency discriminator is connected to the first input of the circuit switching unit, and the output of the pulse-phase discriminator is connected to the second input of the circuit switching unit, the output of which is connected to the input of the switch, the output of which is connected to a motor rigidly connected to a rotating transformer, the output of which is connected to the second inputs of the pulse-phase and frequency discriminators.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема импульсной частотно-фазовой системы регулирования скорости вращения электродвигателя, на фиг.2 - принципиальная схема блока переключения контуров, на фиг.3 - эпюры напряжений импульсно-фазового дискриминатора.The essence of the invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a pulse frequency-phase system for controlling the rotation speed of an electric motor, Fig. 2 is a circuit diagram of a circuit switching unit, and Fig. 3 is a diagram of a voltage of a pulse-phase discriminator.
Импульсная частотно-фазовая система регулирования скорости вращения электродвигателя содержит задающий генератор 1, импульсно-фазовый дискриминатор 2, частотный дискриминатор 3, блок переключения контуров 4, коммутатор 5, электродвигатель 6, вращающийся трансформатор 7, источник 8 квадратурного напряжения.The pulse frequency-phase system for controlling the rotation speed of the electric motor contains a
Для описания системы поясним работу частотного дискриминатора, импульсно-фазового дискриминатора и блока переключения контуров.To describe the system, we explain the operation of the frequency discriminator, the pulse-phase discriminator, and the circuit switching unit.
На один вход частотного дискриминатора 3 подается синусоидальное напряжение с частотой F3, поступающее с задающего генератора 1. На второй вход частотного дискриминатора 3 подается сигнал обратной связи с выхода вращающегося трансформатора 7, в виде синусоидального напряжения с частотой Foc. В режиме частотного сравнения сигналов F3 и Foc характеристика частотного дискриминатора 3 релейна:A sinusoidal voltage with a frequency F 3 supplied from the
при F3<Foc Uчд<0,for F 3 <Foc Uchd <0,
при F3>Foc Uчд>0. 3 when F> Foc Uchd> 0.
Работа импульсно-фазового дискриминатора поясняется эпюрами напряжений, представленными на фиг.3.The operation of the pulse-phase discriminator is illustrated by the voltage plots presented in figure 3.
В данной системе применена малоинерционная схема импульсно-фазового дискриминатора, имеющая малое содержание побочных гармоник и не требующая громоздких низкочастотных фильтров.This system uses a low-inertia circuit of a pulse-phase discriminator, which has a low content of side harmonics and does not require bulky low-pass filters.
Импульсно-фазовый дискриминатор может иметь два состояния. В случае, когда частоты, поступающие на входы дискриминатора, отличаются друг от друга, на величину, большую, чем полоса захвата, выходным сигналом импульсно-фазового дискриминатора является сигнал ступенчатой формы и переменной полярности Uифд, показанный на фиг.3.The pulse phase discriminator can have two states. In the case when the frequencies supplied to the inputs of the discriminator differ from each other by an amount greater than the capture band, the output signal of the pulse-phase discriminator is a step-shaped signal and a variable polarity Uifd, shown in Fig.3.
При захвате частоты Foc на выходе дискриминатора будет постоянное напряжение, величина которого пропорциональна величине разности фаз входных сигналов, а знак зависит от знака разности фаз.When the Foc frequency is captured, the discriminator output will have a constant voltage, the value of which is proportional to the phase difference of the input signals, and the sign depends on the sign of the phase difference.
Блок переключения контуров 4, представленный на фиг.2, работает следующим образом. Когда на вход блока переключения контуров 4 поступает с выхода импульсно-фазового дискриминатора 2 сигнал ступенчатой формы с частотой |F3-Foc|, на выходе компаратора К появляется меандр с этой же частотой, который поступает на формирователь импульсов ФИ1. С выхода формирователя импульсов ФИ1 короткие импульсы длительностью 4 мкс и частотой |F3-Fo| поступают на обнуляющий вход счетчика DD1 и на вход ФИ2. С выхода ФИ2 импульсы, сдвинутые на величину, равную длительности импульса ФИ1 (4 мкс) относительно импульсов с ФИ1, поступают на вход РЕ счетчика DD1. В результате по импульсу с ФИ1 счетчик обнуляется, а по импульсу с ФИ2 разрешается счет импульсов, поступающих на вход С. В том случае, когда на выходе счетчика DD1 в двух старших разрядах одновременно не присутствуют две логические единицы, т.е. счетчик не успевает досчитать до 15 (1,1,1,1), на выходе микросхемы DD4-1 присутствует логическая единица, поступающая на один из входов DD3-1. На другой вход DD3-1 поступают импульсы с частотой Fc. С выхода DD3-1 импульсы с частотой Fc поступают на вход С счетчика DD1. Происходит вычитание импульсов Fc из числа N, записанного на параллельном входе DD1. В старшем разряде счетчика DD1 присутствует логический ноль, который поступает на управляющий вход А0 мультиплексора DD2, запрещая прохождение сигнала Uифд с выхода импульсно-фазового дискриминатора 2 и разрешая прохождение сигнала Uчд с выхода импульсного частотно-фазового дискриминатора 3.
В случае уменьшения разности частот |F3-Foc|, т.е. увеличения периода между импульсами, поступающими на входы R и РЕ счетчика DD1, время одного цикла счета увеличивается, и в какой-то момент счетчик досчитает до 15 (1,1,1,1). В двух старших разрядах счетчика DD1 одновременно появятся две логические единицы, на выходе DD4-1 появится логический ноль, который запретит прохождение через DD3-1 импульсов частоты Fc. Счет прекратится. Число N и частота Fc выбираются таким образом, чтобы к моменту прекращения счета, т.е. к моменту появления логических единиц в двух старших разрядах DD1, произошел захват частоты, и на выходе импульсно-фазового дискриминатора появилось постоянное напряжение. Прекратится поступление обнуляющих импульсов на вход R и записывающих импульсов на вход РЕ счетчика DD1. Счетчик установится в устойчивое состояние, и в его четвертом разряде постоянно будет присутствовать логическая единица. Логическая единица в четвертом разряде счетчика DD1, поступив на управляющий вход АО мультиплексора DD2, запретит прохождение сигнала Uчд и разрешит прохождение сигнала Uифд.In the case of a decrease in the frequency difference | F 3 -Foc |, i.e. increasing the period between pulses arriving at the inputs R and PE of the counter DD1, the time of one counting cycle increases, and at some point the counter counts up to 15 (1,1,1,1). In the two high-order bits of the counter DD1, two logical units will appear simultaneously, and a logical zero will appear at the output of DD4-1, which will prevent the passage of pulses of frequency Fc through DD3-1. The account will end. The number N and the frequency Fc are chosen so that at the time of termination of the count, i.e. by the time logical units appeared in the two high-order bits of DD1, a frequency capture occurred, and a constant voltage appeared at the output of the pulse-phase discriminator. The arrival of nulling pulses to the input R and recording pulses to the input PE of the counter DD1 will stop. The counter will be established in a steady state, and in its fourth category the logical unit will be constantly present. The logical unit in the fourth digit of the counter DD1, having entered the control input AO of the multiplexer DD2, will prohibit the passage of the signal Uchd and allow the passage of the signal Ufd.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Импульсная частотно-фазовая система регулирования скорости вращения электродвигателя состоит из двух контуров управления. Это контур автоматической синхронизации, работающий с частотным дискриминатором 3, и контур фазовой автоподстройки, работающий с импульсно-фазовым дискриминатором 2. Переключение с одного контура управления на другой осуществляется с помощью блока переключения контуров 4.The pulse frequency-phase control system for the rotational speed of an electric motor consists of two control loops. This is an automatic synchronization circuit operating with a frequency discriminator 3, and a phase-locked loop operating with a pulse-
Рассмотрим случай, когда разность задающей частоты и частоты обратной связи |F3-Foc| больше полосы захвата. В этом случае на выходе импульсно-фазового дискриминатора 2 присутствует переменное ступенчатое напряжение. В соответствии с логикой работы блока переключения контуров на его выход поступит напряжение Uчд. Знак этого напряжения зависит от знака разности частот |F3-Foc|. Напряжение Uчд поступает на коммутатор 5, который управляет двигателем 6. Система находится в режиме автоматической синхронизации. Происходит разгон или торможение электродвигателя 6 и, следовательно, увеличение или уменьшение частоты Foc, поступающей с вращающегося трансформатора 7. В результате частота Foc приближается к частоте F3, и разность частот |F3-Foc| начнет уменьшается. В какой-то момент блок переключения контуров 4 запретит прохождение сигнала Uчд с выхода частотного дискриминатора 3 и разрешит прохождение сигнала Uифд, поступающего с выхода импульсно-фазового дискриминатора 2.Consider the case where the difference between the driving frequency and the feedback frequency | F 3 -Foc | more capture band. In this case, an alternating step voltage is present at the output of the pulse-
Система переключится в режим фазовой автоподстройки, и электродвигатель будет вращаться с заданной скоростью.The system will switch to phase locked loop mode and the motor will rotate at the set speed.
Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока разность частот |F3-Foc| не станет больше полосы захвата. Как только, в результате изменения задающей частоты F3 или воздействия возмущающих факторов на вал электродвигателя, разность частот |F3-Foc| станет больше полосы захвата, процесс повторится.This state will remain until the frequency difference | F 3 -Foc | there will be no more capture band. As soon as a result of a change in the driving frequency F 3 or the influence of disturbing factors on the motor shaft, the frequency difference | F 3 -Foc | there will be more capture band, the process will repeat.
В случае, когда задающая частота F3 равна опорной частоте Fo, скорость вращения двигателя будет равна нулю. Это происходит следующим образом. Вращающийся трансформатор 7, соединенный с валом электродвигателя 6, запитывается квадратурным напряжением, формируемым источником квадратурного напряжения 8, с опорной частотой Fo. Вращающийся трансформатор 7 работает в режиме фазовращателя. На его выходной обмотке будет присутствовать частота:In the case when the reference frequency F 3 is equal to the reference frequency Fo, the engine speed will be zero. This happens as follows. A rotary transformer 7 connected to the shaft of the electric motor 6 is supplied with a quadrature voltage generated by a
где Fo - частота источника квадратурных напряжений;where Fo is the frequency of the quadrature voltage source;
ωвр - частота вращения двигателя.ωвр - engine speed.
Как видно из формулы (1), когда ωвр=0, Foc=Fo, т.е. на вход импульсно-фазового дискриминатора 2 подаются равные частоты F3=Fo и Foc=Fo. В этом случае на выходе импульсно-фазового дискриминатора 2 будет присутствовать напряжение Uифд=0, поступающее на вход блока переключения контуров 4. Тогда на выходе блока переключения контуров 4 появляется напряжение Uифд=0, которое в качестве управляющего напряжения поступает на вход коммутатора 5. Электродвигатель 6 будет оставаться в покое.As can be seen from formula (1), when ωвр = 0, Foc = Fo, i.e. equal frequency frequencies F 3 = Fo and Foc = Fo are applied to the input of the pulse-
Частота Fc и число N выбираются в зависимости от полосы захвата и динамических свойств системы так, чтобы к моменту переключения на контур фазовой автоподстройки система находилась в режиме устойчивого удержания. Оптимальный выбор частоты Fc и числа N позволяет адаптировать схему управления под конкретные динамические параметры системы.The frequency Fc and the number N are selected depending on the capture band and the dynamic properties of the system so that by the time of switching to the phase-locked loop, the system was in stable hold mode. The optimal choice of frequency Fc and number N allows you to adapt the control circuit to specific dynamic parameters of the system.
Коммутатор 5 и источник 8 квадратурных напряжений принципиальных особенностей не имеют.Switch 5 and a source of 8 quadrature voltages do not have fundamental features.
Устойчивость и быстродействие системы повышается за счет оптимального момента переключения управления с контура автоматической синхронизации на контур фазовой автоподстройки, которое происходит не в момент, когда частота Foc сравнивается с частотой F3, как это происходит в прототипе, а в момент, когда система находится в режиме устойчивого удержания. Диапазон скоростей управления электродвигателем расширяется за счет возможности выбора оптимальной коррекции системы и отсутствия инерционных низкочастотных фильтров.The stability and speed of the system is increased due to the optimal moment of switching control from the automatic synchronization circuit to the phase-locked loop, which occurs not at the moment when the frequency Foc is compared with the frequency F 3 , as it happens in the prototype, but at the moment when the system is in mode sustainable retention. The range of motor control speeds is expanding due to the possibility of choosing the optimal system correction and the absence of inertial low-pass filters.
Введение в систему блока переключения контуров позволило, за счет автоматического определения момента захвата частоты и оптимизации момента переключения управления с контура автоматической синхронизации на контур фазовой автоподстройки, значительно повысить устойчивость и быстродействие системы, снизить требования к коррекции системы и расширить диапазон регулирования скорости вращения электродвигателя от сверхнизких скоростей (0,01 Гц) до высоких (10000 Гц).The introduction of the circuit switching unit into the system made it possible, by automatically determining the moment of frequency capture and optimizing the moment of switching the control from the automatic synchronization circuit to the phase-locked loop, to significantly increase the stability and speed of the system, reduce the requirements for correction of the system and expand the range of regulation of the motor rotation speed from ultra-low speeds (0.01 Hz) to high (10000 Hz).
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs were found that are similar to the totality of the features of the claimed object.
Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ФГУП НПОПМ предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.This device has been tested on a prototype. The test results indicate the achievement of the task. FSUE NPOPM proposes to use this technical solution on standard products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007133472/09A RU2342762C1 (en) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Pulse frequency and phase control system of motor rotation speed |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007133472/09A RU2342762C1 (en) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Pulse frequency and phase control system of motor rotation speed |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2342762C1 true RU2342762C1 (en) | 2008-12-27 |
Family
ID=40377009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007133472/09A RU2342762C1 (en) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Pulse frequency and phase control system of motor rotation speed |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2342762C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2609673C2 (en) * | 2015-04-06 | 2017-02-02 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Method of controlling electric motor rpm |
-
2007
- 2007-09-06 RU RU2007133472/09A patent/RU2342762C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БАШАРИН А.В. и др. Управление электроприводами. - Л.: Энергоиздат, 1982, с.181-186. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2609673C2 (en) * | 2015-04-06 | 2017-02-02 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Method of controlling electric motor rpm |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5859520A (en) | Control of a brushless motor | |
US4922169A (en) | Method and apparatus for driving a brushless motor | |
AU2006326921A1 (en) | Improvements to tuning DC brushless motors | |
Anuchin et al. | Speed estimation algorithm with specified bandwidth for incremental position encoder | |
RU2342762C1 (en) | Pulse frequency and phase control system of motor rotation speed | |
US5990656A (en) | Frequency detector | |
JPS5917623B2 (en) | Adaptive control device for AC motor | |
US3648138A (en) | Arrangement for frequency-analogous speed control of an induction machine fed through an inverter | |
CN104270047A (en) | Method and system for achieving voltage reduction control in low-speed running process of motor | |
KR0138780B1 (en) | Method for controlling the current direction of d.c motor | |
RU2467465C1 (en) | Stabilised electric drive | |
US20220123673A1 (en) | Method and circuit assembly for sensorless load detection in stepper motors | |
US4065703A (en) | Pulse excitation torque amplifier | |
RU143608U1 (en) | STABILIZED ELECTRIC DRIVE | |
EP3131193A1 (en) | Power conversion device and power conversion control method | |
RU2510126C2 (en) | Frequency-phase system to control speed of motor rotation | |
RU178108U1 (en) | DEVICE FOR AGREEMENT OF ANGULAR POSITION OF SYNCHRONOUS ROTATING SHAFT OF DC ELECTRIC MOTORS | |
SU1624649A1 (en) | Constant current electric drive | |
RU188026U1 (en) | Stabilized Electric Drive | |
US4529923A (en) | Circuit for driving a stepping motor | |
SU1170574A1 (en) | Method and apparatus for damping swinging of group of hysteresis electric motors | |
SU832687A2 (en) | Device for reversible control of dc motor | |
RU2014720C1 (en) | Method of starting and self-starting of synchronous motor | |
SU1045344A1 (en) | D.c. drive | |
JP2968418B2 (en) | Speed detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140907 |