RU2422978C1

RU2422978C1 - Synchronous-cophased electric drive

Info

Publication number: RU2422978C1
Application number: RU2010120973/07A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Бубнов (RU); Алексей Владимирович Бубнов; Татьяна Алексеевна Бубнова (RU); Татьяна Алексеевна Бубнова
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2011-06-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in a synchronous-cophased electric drive, a generator of additional pulses is equipped with a non-linear element with an insensitivity area, which makes it possible to increase electric drive efficiency in a phasing mode in the area of low frequency rotation by reduction of phasing cycle duration, and in the area of high rotation frequencies - due to absence of accumulation in cycles of a velocity error phasing. The circuit realisation of a unit for detection of a phase mismatch arranged as specified in the application materials makes it possible to increase its efficiency and accordingly efficiency of an electric drive in the phasing mode due to continuous detection of an angle mismatch as pulses of master frequency and pulses of feedback frequency.

EFFECT: increased efficiency of a synchronous-cophased electric drive in the phasing mode.

4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического фазирования синхронизированных электроприводов с фазовой автоподстройкой частоты вращения, и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for the automatic phasing of synchronized electric drives with phase-locked loop speed, and can be used in information transmission and playback systems, for example, in a drive of video recording devices.

Известно устройство для стабилизации скорости и фазы вращения ротора электродвигателя постоянного тока (а.с. СССР №921012, МКИ⁴ H02P 5/06, 1982 г.), содержащее электродвигатель, соединенный с питающей сетью через статический преобразователь, управляющий вход которого через корректирующее звено соединен с выходом импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и входом генератора низкой частоты, а второй вход подключен к выходу схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом схемы И, а второй вход объединен с первым входом блока временной привязки и через звено первой задержки соединен с выходом датчика скорости, второй вход блока временной привязки подключен к выходу датчика низкой частоты, а его выход - к входу звена второй задержки и второму входу элемента сравнения, выход звена второй задержки соединен с первым входом схемы И и синхровходом элемента памяти, выход которого подключен ко второму входу схемы И, а управляющий вход - к выходу элемента сравнения, первый вход элемента сравнения подключен к выходу генератора низкой частоты, датчики скорости и низкой частоты расположены на валу электродвигателя.A device for stabilizing the speed and phase of rotation of the rotor of a DC motor (AS USSR No. 921012, MKI ⁴ H02P 5/06, 1982), containing a motor connected to the supply network through a static converter, the control input of which is through a corrective link connected to the output of the pulse frequency-phase discriminator, the first input of which is connected to the output of the reference frequency generator and the input of the low frequency generator, and the second input is connected to the output of the OR circuit, the first input of which is connected to the output of the circuits s, and the second input is combined with the first input of the time reference unit and connected through the first delay link to the output of the speed sensor, the second input of the time reference unit is connected to the output of the low-frequency sensor, and its output is connected to the input of the second delay link and the second input of the comparison element , the output of the second delay link is connected to the first input of the And circuit and the clock input of the memory element, the output of which is connected to the second input of the And circuit, and the control input to the output of the comparison element, the first input of the comparison element is connected to the generator output low frequency torus, speed sensors and low frequencies are arranged on the motor shaft.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное следующими факторами:The disadvantage of this device is the low speed due to the following factors:

1) Отработка фазового рассогласования ведется только в режиме торможения, вследствие чего время отработки малых фазовых рассогласований может быть велико.1) The phase mismatch is worked out only in the braking mode, as a result of which the time for working out small phase mismatches can be long.

2) При отработке начальной фазовой ошибки возможно накопление значительной скоростной ошибки, приводящее к повторению цикла фазирования и, следовательно, к снижению быстродействия привода.2) When working out the initial phase error, it is possible to accumulate a significant speed error, which leads to a repetition of the phasing cycle and, consequently, to a decrease in the speed of the drive.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является синхронно-синфазный электропривод (а.с. СССР №1591172, МКИ⁵ H02P 5/50, 5/06, 1990 г.), содержащий электродвигатель с импульсными датчиками частоты и положения ротора, установленными на его валу, последовательно соединенные частотно-фазовый дискриминатор, блок коррекции, статический преобразователь, выходом подключенный к якорной обмотке электродвигателя, а также блок определения фазового рассогласования, формирователь дополнительных импульсов, два блока суммирования импульсов, блок наличия частоты, частотно-задающий блок, первый выход которого подключен к первому входу блока определения фазового рассогласования и первому входу второго блока суммирования импульсов, а второй выход соединен со вторым входом блока определения фазового рассогласования, третий вход которого подключен к выходу импульсного датчика положения ротора, третий выход блока определения фазового рассогласования подключен к четвертому входу первого блока суммирования импульсов, третий вход которого подключен к первому выходу блока определения фазового рассогласования, а второй вход подключен к выходу формирователя дополнительных импульсов, первый вход которого подключен к выходу импульсного датчика положения ротора, а второй вход подключен к выходу блока наличия частоты, вход которого подключен к выходу частотно-фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу первого блока суммирования импульсов, а первый вход подключен к выходу второго блока суммирования импульсов, второй вход которого подключен к выходу формирователя дополнительных импульсов, а третий и четвертый входы подключены соответственно к первому и второму выходам блока определения фазового рассогласования.The closest technical solution to the claimed device is a synchronous-in-phase electric drive (AS USSR No. 1591172, MKI ⁵ H02P 5/50, 5/06, 1990), containing an electric motor with pulse sensors for the frequency and position of the rotor mounted on it a shaft connected in series with a frequency-phase discriminator, a correction unit, a static converter connected to the armature winding of the electric motor, and a phase mismatch determination unit, an additional pulse shaper, two pulse summing units s, a frequency presence unit, a frequency-determining unit, the first output of which is connected to the first input of the phase mismatch determination unit and the first input of the second pulse summing unit, and the second output is connected to the second input of the phase mismatch determination unit, the third input of which is connected to the output of the pulse sensor rotor position, the third output of the phase mismatch determination unit is connected to the fourth input of the first pulse summing unit, the third input of which is connected to the first output of the op phase mismatch, and the second input is connected to the output of the additional pulse shaper, the first input of which is connected to the output of the pulse rotor position sensor, and the second input is connected to the output of the frequency presence unit, the input of which is connected to the output of the frequency-phase discriminator, the second input of which is connected to the output of the first pulse summing block, and the first input is connected to the output of the second pulse summing block, the second input of which is connected to the output of the additional pulse shaper , and the third and fourth inputs are connected respectively to the first and second outputs of the phase mismatch determination unit.

Недостатками этого устройства являются:The disadvantages of this device are:

1) Низкое быстродействие электропривода в области низких частот вращения, обусловленное увеличением периода следования дополнительных импульсов, в качестве которых используется частота F_ос (зависящая от задающей частоты f_оп), и, следовательно, увеличением продолжительности цикла фазирования.1) The low speed of the drive in the low-speed region due to the increase in the repetition period of additional pulses, which are used as the frequency F _OS (depending on the reference frequency f _op ), and, consequently, the increase in the duration of the phasing cycle.

2) В области высоких частот вращения из-за частого прохождения дополнительных импульсов происходит накопление скоростной ошибки в каждом цикле фазирования, что приводит к невозможности синхронизации электропривода при достижении Δα_ф=0 и, следовательно, снижению быстродействия электропривода из-за необходимости повторения процесса фазирования.2) In the region of high rotation speeds, due to the frequent passage of additional pulses, a speed error accumulates in each phasing cycle, which makes it impossible to synchronize the electric drive when Δα _f = 0 is reached and, therefore, reduce the speed of the electric drive due to the need to repeat the phasing process.

3) Низкое быстродействие блока определения фазового рассогласования (определение Δα_ф, осуществляется 1 раз за оборот вала электродвигателя).3) Low speed of the phase mismatch determination unit (determination of Δα _f , performed 1 time per revolution of the motor shaft).

Задачей изобретения является повышение быстродействия синхронно-синфазного электропривода в режиме фазирования.The objective of the invention is to increase the speed of a synchronous-common-mode electric drive in phasing mode.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном синхронно-синфазном электроприводе, содержащем электродвигатель с установленным на его валу блоком импульсных датчиков, последовательно соединенные частотно-фазовый дискриминатор, блок коррекции, статический преобразователь, выходом подключенный к якорной обмотке электродвигателя, блок определения фазового рассогласования, формирователь дополнительных импульсов, смеситель, блок задания частоты, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения фазового рассогласования, первый выход блока импульсных датчиков подключен к шестому входу смесителя, первый вход которого подключен к первому выходу блока задания частоты, третий вход - к выходу формирователя дополнительных импульсов, а второй, четвертый и пятый входы - соответственно ко второму, третьему и первому выходам блока определения фазового рассогласования, третий вход которого подключен ко второму выходу блока импульсных датчиков, первый и второй выходы смесителя подключены соответственно к первому и второму входам частотно-фазового дискриминатора, при этом блок импульсных датчиков выполнен в виде импульсного датчика частоты и импульсного датчика положения ротора, объединенные входы которых являются входом блока импульсных датчиков, выход импульсного датчика частоты является первым выходом блока импульсных датчиков, а выход импульсного датчика положения ротора является вторым выходом блока импульсных датчиков, кроме того, смеситель выполнен в виде двух блоков суммирования импульсов, при этом третий и четвертый входы первого блока суммирования импульсов являются соответственно пятым и шестым входами смесителя, первый и четвертый входы второго блока суммирования импульсов являются соответственно первым и вторым входами смесителя, а первый и второй входы первого блока суммирования импульсов, объединенные соответственно со вторым и третьим входами второго блока суммирования импульсов, являются соответственно третьим и четвертым входами смесителя, выходы первого и второго блоков суммирования импульсов являются соответственно вторым и первым выходами смесителя, согласно заявляемому техническому решению блок определения фазового рассогласования выполнен в виде первого счетчика импульсов, тактовый вход, объединенный с первым входом схемы разделения совпадающих импульсов, и вход сброса которого являются соответственно первым и вторым входами блока определения фазового рассогласования, а выходы подключены к информационным входам второго счетчика импульсов, при этом тактовый вход второго счетчика импульсов является третьим входом блока определения фазового рассогласования, а входы суммирования и вычитания импульсов подключены соответственно к первому и второму выходам схемы разделения совпадающих импульсов, второй вход которой является четвертым входом блока определения фазового рассогласования, выходы второго счетчика импульсов подключены к входам первого и второго блоков выделения кода, при этом первый и второй выходы первого блока выделения кода являются соответственно первым и вторым выходами блока определения фазового рассогласования, а выход второго блока выделения кода является третьим выходом блока определения фазового рассогласования, формирователь дополнительных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных нелинейного элемента с зоной нечувствительности, вход которого является входом формирователя дополнительных импульсов, и одновибратора, выход которого является выходом формирователя дополнительных импульсов, кроме того, первый выход блока импульсных датчиков подключен к четвертому входу блока определения фазового рассогласования, выход частотно-фазового дискриминатора подключен к входу формирователя дополнительных импульсов.The problem is solved due to the fact that in the well-known synchronous-common-mode electric drive containing an electric motor with a block of pulse sensors mounted on its shaft, a frequency-phase discriminator connected in series, a correction block, a static converter connected to an armature winding of the electric motor, a phase mismatch determination unit , additional pulse shaper, mixer, frequency setting unit, the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs phase detection unit, the first output of the pulse sensor unit is connected to the sixth input of the mixer, the first input of which is connected to the first output of the frequency setting unit, the third input to the output of the additional pulse shaper, and the second, fourth and fifth inputs, respectively, to the second, third and the first outputs of the phase mismatch determination unit, the third input of which is connected to the second output of the pulse sensor unit, the first and second outputs of the mixer are connected respectively to the first and W the input of the frequency-phase discriminator, while the block of pulse sensors is made in the form of a pulse frequency sensor and a pulse rotor position sensor, the combined inputs of which are the input of the pulse sensor block, the output of the pulse frequency sensor is the first output of the pulse sensor block, and the output of the pulse rotor position sensor is the second output of the block of pulse sensors, in addition, the mixer is made in the form of two blocks of summation of pulses, with the third and fourth inputs of the first block pulse summing are the fifth and sixth inputs of the mixer, the first and fourth inputs of the second pulse summing block are the first and second inputs of the mixer, respectively, and the first and second inputs of the first pulse summing block, combined with the second and third inputs of the second pulse summing block, respectively the third and fourth inputs of the mixer, the outputs of the first and second blocks of the summation of the pulses are respectively the second and first outputs of the mixer, according to the claimed technical solution, the phase mismatch determination unit is made in the form of a first pulse counter, a clock input combined with the first input of the matching pulse separation circuit, and the reset input of which are respectively the first and second inputs of the phase mismatch determination unit, and the outputs are connected to the information inputs of the second counter pulses, while the clock input of the second pulse counter is the third input of the phase mismatch determination unit, and the inputs of the summed The pulses and subtracting pulses are connected respectively to the first and second outputs of the matching pulse separation circuit, the second input of which is the fourth input of the phase mismatch detection unit, the outputs of the second pulse counter are connected to the inputs of the first and second code allocation blocks, while the first and second outputs of the first allocation block the codes are respectively the first and second outputs of the phase mismatch determination unit, and the output of the second code allocation unit is the third output of the unit is determined I phase mismatch, the additional pulse shaper is made in the form of a nonlinear element connected in series with the deadband, the input of which is the input of the additional pulse shaper, and a one-shot, the output of which is the output of the additional pulse shaper, in addition, the first output of the pulse sensor block is connected to the fourth input of the block determining phase mismatch, the output of the frequency-phase discriminator is connected to the input of the additional driver pulses.

Сущность технического решения пояснена чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 приведена функциональная схема блока определения фазового рассогласования предлагаемого устройства; на фиг.3 приведена функциональная схема формирователя дополнительных импульсов предлагаемого устройства; на фиг.4 приведен фазовый портрет работы предлагаемого устройства.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a functional electrical diagram of the proposed device; figure 2 shows the functional diagram of the unit for determining the phase mismatch of the proposed device; figure 3 shows the functional diagram of the shaper of additional pulses of the proposed device; figure 4 shows a phase portrait of the proposed device.

Синхронно-синфазный электропривод содержит электродвигатель 1, блок импульсных датчиков 2, блок задания частоты 3, смеситель 4, частотно-фазовый дискриминатор 5, блок коррекции 6, статический преобразователь 7, блок определения фазового рассогласования 8, формирователь дополнительных импульсов 9.The synchronous-in-phase electric drive contains an electric motor 1, a block of pulse sensors 2, a frequency setting unit 3, a mixer 4, a frequency-phase discriminator 5, a correction unit 6, a static converter 7, a phase mismatch determination unit 8, an additional pulse shaper 9.

На валу электродвигателя 1 установлен блок импульсных датчиков 2. Первый выход блока импульсных датчиков 2 подключен к четвертому входу блока определения фазового рассогласования 8 и к шестому входу смесителя 4, первый вход которого подключен к первому выходу блока задания частоты 3, второй, четвертый и пятый входы подключены соответственно ко второму, третьему и первому выходам блока определения фазового рассогласования 8, а третий вход подключен к выходу формирователя дополнительных импульсов 9; второй выход блока импульсных датчиков 2 подключен к третьему входу блока определения фазового рассогласования 8, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока задания частоты 3. Первый и второй выходы смесителя 4 подключены соответственно к первому и второму входам частотно-фазового дискриминатора 5, выход которого подключен к входу формирователя дополнительных импульсов 9 и к входу блока коррекции 6. Выход блока коррекции 6 подключен к входу статического преобразователя 7, выходом подключенного к якорной обмотке электродвигателя 1.A block of pulse sensors 2 is mounted on the shaft of the electric motor 1. The first output of the block of pulse sensors 2 is connected to the fourth input of the phase mismatch determination unit 8 and to the sixth input of the mixer 4, the first input of which is connected to the first output of the frequency setting unit 3, the second, fourth, and fifth inputs connected respectively to the second, third and first outputs of the phase mismatch determination unit 8, and the third input is connected to the output of the additional pulse shaper 9; the second output of the pulse sensor unit 2 is connected to the third input of the phase mismatch determination unit 8, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the frequency setting unit 3. The first and second outputs of the mixer 4 are connected respectively to the first and second inputs of the frequency-phase discriminator 5, the output of which is connected to the input of the additional pulse shaper 9 and to the input of the correction unit 6. The output of the correction unit 6 is connected to the input of the static converter 7, the output is connected go to the anchor winding of the electric motor 1.

Блок импульсных датчиков 2 выполнен в виде импульсного датчика частоты 10 и импульсного датчика положения ротора 11. Вход блока импульсных датчиков 2 является входом импульсного датчика частоты 10 и входом импульсного датчика положения ротора 11. Выходы импульсного датчика частоты 10 и импульсного датчика положения ротора 11 являются соответственно первым и вторым выходами блока импульсных датчиков 2.The block of pulse sensors 2 is made in the form of a pulse frequency sensor 10 and a pulse sensor of the rotor 11. The input of the block of pulse sensors 2 is the input of the pulse frequency sensor 10 and the input of the pulse sensor of the rotor 11. The outputs of the pulse frequency sensor 10 and the pulse sensor of the rotor 11 are respectively the first and second outputs of the block of pulse sensors 2.

Смеситель 4 выполнен в виде блоков суммирования импульсов 12 и 13. Третий и четвертый входы блока суммирования импульсов 12 являются соответственно пятым и шестым входами смесителя 4. Первый и четвертый входы блока суммирования импульсов 13 являются соответственно первым и вторым входами смесителя 4. Первый и второй входы блока суммирования импульсов 12, объединенные соответственно со вторым и третьим входами блока суммирования импульсов 13, являются соответственно третьим и четвертым входами смесителя 4. Выходы блоков суммирования импульсов 12 и 13 являются соответственно вторым и первым выходами смесителя 4.The mixer 4 is made in the form of pulse summing blocks 12 and 13. The third and fourth inputs of the pulse summing block 12 are respectively the fifth and sixth inputs of the mixer 4. The first and fourth inputs of the pulse summing block 13 are the first and second inputs of the mixer 4. The first and second inputs the pulse summing unit 12, combined with the second and third inputs of the pulse summing unit 13, respectively, are the third and fourth inputs of the mixer 4. The outputs of the pulse summing blocks 12 and 13 are respectively the second and first outputs of the mixer 4.

Блок определения фазового рассогласования 8 выполнен в виде счетчиков импульсов 14 и 15, схемы разделения совпадающих импульсов 16 и блоков выделения кода 17 и 18. Тактовый вход C, объединенный с первым входом схемы разделения совпадающих импульсов 16, и вход сброса R счетчика импульсов 14 являются соответственно первым и вторым входами блока определения фазового рассогласования 8. Выходы счетчика импульсов 14 подключены к информационным D-входам счетчика импульсов 15, тактовый вход C которого является третьим входом блока определения фазового рассогласования 8. Входы суммирования (+1) и вычитания (-1) импульсов счетчика импульсов 15 подключены соответственно к первому и второму выходам схемы разделения совпадающих импульсов 16, второй вход которой является четвертым входом блока определения фазового рассогласования 8. Выходы счетчика импульсов 15 подключены к входам блоков выделения кода 17 и 18. Первый и второй выходы блока выделения кода 17 являются соответственно первым и вторым выходами блока определения фазового рассогласования 8, третий выход которого является выходом блока выделения кода 18.The phase mismatch determination unit 8 is made in the form of pulse counters 14 and 15, matching pulse separation circuits 16 and code extraction blocks 17 and 18. Clock input C, combined with the first input of matching pulse sharing circuit 16, and reset input R of pulse counter 14 are respectively the first and second inputs of the phase mismatch determination unit 8. The outputs of the pulse counter 14 are connected to the information D-inputs of the pulse counter 15, the clock input C of which is the third input of the phase determination block coordination 8. The inputs of summing (+1) and subtracting (-1) pulses of the pulse counter 15 are connected respectively to the first and second outputs of the matching pulse separation circuit 16, the second input of which is the fourth input of the phase mismatch determination unit 8. The outputs of the pulse counter 15 are connected to the inputs of the blocks of selection code 17 and 18. The first and second outputs of the block selection code 17 are respectively the first and second outputs of the unit for determining the phase mismatch 8, the third output of which is the output of the block selection Code 18.

Формирователь дополнительных импульсов 9 выполнен в виде последовательно соединенных нелинейного элемента с зоной нечувствительности 19, вход которого является входом формирователя дополнительных импульсов 9, и одновибратора 20, выход которого является выходом формирователя дополнительных импульсов 9.The additional pulse shaper 9 is made in the form of a nonlinear element connected in series with the dead zone 19, the input of which is the input of the additional pulse shaper 9, and a single vibrator 20, the output of which is the output of the additional pulse shaper 9.

Синхронно-синфазный электропривод работает следующим образом. Блок задания частоты 3 служит для формирования частотного сигнала f_оп, определяющего частоту вращения электродвигателя 1 в требуемом диапазоне частот вращения, и импульсов угловой привязки F_оп, обеспечивающих синфазный режим работы. Электродвигатель 1 является исполнительным элементом электропривода и обеспечивает вращение выходного вала с требуемой угловой скоростью.Synchronous in-phase drive operates as follows. The frequency setting unit 3 serves to generate a frequency signal f _op , which determines the rotational speed of the electric motor 1 in the required range of rotational frequencies, and impulses of the angular reference F _op , providing in-phase operation. The electric motor 1 is an actuating element of the electric drive and provides rotation of the output shaft with the desired angular velocity.

При разгоне электродвигателя 1 до синхронной частоты вращения, определяемой сигналом f_оп на первом выходе блока задания частоты 3, на первый вход частотно-фазового дискриминатора 5 через смеситель 4 поступает сигнал f_оп с первого выхода блока задания частоты 3. На второй вход частотно-фазового дискриминатора 5 через смеситель 4 поступают импульсы частоты f_ос с выхода блока импульсных датчиков 2, предназначенного для получения сигнала обратной связи по частоте вращения f_ос и формирования сигнала начала отсчета углового положения ротора F_ос с целью обеспечения синфазного режима работы электропривода. Частота следования импульсов f_ос пропорциональна частоте вращения электродвигателя 1. Частотно-фазовый дискриминатор 5 проводит сравнение частот импульсных последовательностей f_оп и f_ос и выдает сигнал γ высокого уровня на разгон электродвигателя, так как f_оп>f_ос.When accelerating the motor 1 to a synchronous speed determined by the signal f _op at the first output of the frequency reference unit 3, the signal f _op from the first output of the frequency setting unit 3 is fed to the first input of the frequency-phase discriminator 5 through the mixer 4. discriminator 5 through the mixer 4 receives pulses of frequency f _OS from the output of the block of pulse sensors 2, designed to receive a feedback signal on the frequency of rotation f _OS and the formation of a signal of reference of the angular position of the rotor F _OS in order to ensure common mode operation of the electric drive. The pulse repetition rate f _{os is} proportional to the frequency of rotation of the electric motor 1. The frequency-phase discriminator 5 compares the frequencies of the pulse sequences f _op and f _os and generates a high level signal γ to accelerate the motor, since f _op > f _os .

Управляющий сигнал γ с выхода частотно-фазового дискриминатора 5 через блок коррекции 6, предназначенный для формирования управляющего сигнала с целью обеспечения устойчивой работы электропривода, и статический преобразователь 7, обеспечивающий усиление управляющего сигнала и его преобразование в требуемый ток в обмотках электродвигателя 1, поступает в обмотки электродвигателя 1, обеспечивая его разгон с максимальным ускорением. При этом частота f_ос на выходе блока импульсных датчиков 2 возрастает до тех пор, пока не сравняется с частотой f_оп. В этот момент частотно-фазовый дискриминатор 5 переходит в режим фазового сравнения импульсов частот f_оп и f_ос, и на его выходе появляются импульсы, период следования которых равен периоду следования импульсов частоты f_оп, а длительность пропорциональна величине фазового рассогласования частотных сигналов f_оп и f_ос. Сигнал γ с выхода частотно-фазового дискриминатора 5, в режиме фазового сравнения пропорциональный сигналу фазовой ошибки электропривода, поступает на вход блока коррекции 6, на выходе которого формируется сигнал управления статическим преобразователем 7, определяемый передаточной функцией блока коррекции 6. Передаточная функция блока коррекции 6 обычно выбирается так, чтобы обеспечить минимальное время переходного процесса в режиме синхронизации электропривода.The control signal γ from the output of the frequency-phase discriminator 5 through the correction unit 6, designed to generate a control signal to ensure stable operation of the electric drive, and a static converter 7, which provides amplification of the control signal and its conversion to the required current in the motor windings 1, enters the windings electric motor 1, providing its acceleration with maximum acceleration. In this case, the frequency f _OS at the output of the block of pulse sensors 2 increases until it is equal to the frequency f _op . At this moment, the frequency-phase discriminator 5 switches to the phase comparison mode of the frequency pulses f _op and f _oc , and pulses appear at its output, the repetition period of which is equal to the repetition period of the frequency pulses f _op , and the duration is proportional to the magnitude of the phase mismatch of the frequency signals f _op and f _os . The signal γ from the output of the frequency-phase discriminator 5, in the phase comparison mode, proportional to the phase error signal of the electric drive, is fed to the input of the correction unit 6, the output of which is generated by the control signal of the static converter 7, which is determined by the transfer function of the correction unit 6. The transfer function of the correction unit 6 is usually is selected so as to ensure the minimum transition time in the synchronization mode of the electric drive.

При наличии угловой ошибки, определяемой с помощью блока определения фазового рассогласования 8, на его третьем выходе формируется сигнал логической единицы, а в зависимости от знака угловой ошибки формируется сигнал логической единицы на первом или втором выходе блока определения фазового рассогласования 8. Высокие уровни сигнала на втором и третьем выходах блока определения фазового рассогласования 8 разрешают прохождение дополнительных импульсов с выхода формирователя дополнительных импульсов 9 через блок суммирования импульсов 13 на первый вход частотно-фазового дискриминатора 5. Высокие уровни сигналов на первом и третьем выходах блока определения фазового рассогласования 8 разрешают прохождение дополнительных импульсов через блок суммирования импульсов 12 на второй вход дискриминатора 7. При этом для сокращения времени фазирования в зависимости от знака угловой ошибки осуществляется дополнительный разгон или торможение электродвигателя 1.In the presence of an angular error determined using the phase mismatch determination unit 8, a logical unit signal is generated at its third output, and depending on the sign of the angular error, a logical unit signal is generated at the first or second output of the phase mismatch determination unit 8. High signal levels at the second and the third outputs of the phase mismatch determining unit 8 allow the passage of additional pulses from the output of the additional pulse shaper 9 through the pulse summing unit 13 to the first input of the frequency-phase discriminator 5. High signal levels at the first and third outputs of the phase mismatch determining unit 8 allow the passage of additional pulses through the pulse summing unit 12 to the second input of the discriminator 7. Moreover, to reduce the phasing time, depending on the sign of the angular error, additional acceleration or braking of the electric motor 1.

Дополнительные импульсы на выходе формирователя дополнительных импульсов 9 формируются после синхронизации электропривода при уменьшении значения фазовой ошибки на выходе частотно-фазового дискриминатора 5 до величины, задаваемой шириной зоны нечувствительности нелинейного элемента 19, входящего в состав формирователя дополнительных импульсов 9. При этом с выхода нелинейного элемента 19 поступает сигнал на вход одновибратора 20, который формирует дополнительный импульс, проходящий в зависимости от знака угловой ошибки в канал импульсов частоты f_оп (на первый вход частотно-фазового дискриминатора 5), осуществляя дополнительный разгон электродвигателя 1, или в канал импульсов частоты f_ос (на второй вход частотно-фазового дискриминатора 5), осуществляя дополнительное торможение электродвигателя 1. В результате (по сравнению с прототипом) устраняется возможность накопления скоростной ошибки в режиме фазирования, что позволяет сократить время фазирования.Additional pulses at the output of the shaper of additional pulses 9 are formed after synchronization of the electric drive when the phase error value at the output of the frequency-phase discriminator 5 decreases to a value specified by the width of the dead zone of the nonlinear element 19 included in the shaper of additional pulses 9. At the same time, the output of the nonlinear element 19 a signal is fed to the input of a single-shot 20, which generates an additional pulse passing, depending on the sign of the angular error, into the channel at frequency f _op (the first input frequency-phase discriminator 5), carrying out the additional acceleration of the motor 1, or the pulse frequency channel f _oc (the second input of frequency-phase discriminator 5) carrying additional deceleration of the motor 1. As a result (as compared with the prototype) eliminates the possibility of accumulating speed errors in the phasing mode, which reduces the phasing time.

После отработки начальной угловой ошибки электропривода на третьем выходе блока определения фазового рассогласования 8 появляется низкий уровень напряжения, запрещающий прохождение дополнительных импульсов через блоки суммирования импульсов 12 и 13 на входы частотно-фазового дискриминатора 5. При этом электропривод переходит в режим синхронно-синфазного вращения.After working out the initial angular error of the electric drive, a low voltage level appears at the third output of the phase mismatch determining unit 8, which prohibits the passage of additional pulses through the pulse summing units 12 and 13 to the inputs of the frequency-phase discriminator 5. In this case, the electric drive goes into synchronous-phase rotation mode.

В режимах разгона или торможения привода частотно-фазовый дискриминатор 5 находится в режиме насыщения, и на вход нелинейного элемента 19 поступает высокий (низкий) уровень напряжения, что запрещает формирование дополнительных импульсов. При этом на входы частотно-фазового дискриминатора 5 через блоки суммирования импульсов 12 и 13 поступают только импульсы частот f_ос и f_оп, определяя разгон (торможение) электродвигателя 1 до синхронной скорости. Отсутствие дополнительных импульсов в каналах задания и обратной связи в режимах разгона и торможения привода приводит к исключению ложных переключений частотно-фазового дискриминатора 5 в режим фазового сравнения, снижающих быстродействие привода. При этом разгон (торможение) привода до синхронной скорости осуществляется с максимальным ускорением.In modes of acceleration or deceleration of the drive, the frequency-phase discriminator 5 is in saturation mode, and a high (low) voltage level is supplied to the input of the nonlinear element 19, which prevents the formation of additional pulses. At the same time, only frequency pulses f _os and f _op arrive at the inputs of the frequency-phase discriminator 5 through the pulse summation blocks 12 and 13, determining the acceleration (braking) of the motor 1 to a synchronous speed. The absence of additional pulses in the reference and feedback channels in the acceleration and braking modes of the drive eliminates the false switching of the frequency-phase discriminator 5 to the phase comparison mode, which reduces the speed of the drive. In this case, the acceleration (braking) of the drive to synchronous speed is carried out with maximum acceleration.

Блок определения фазового рассогласования 8 работает следующим образом. Счетчик импульсов 14 сбрасывается в ноль при приходе импульса угловой привязки F_оп на вход сброса R. Далее при приходе импульса частоты f_оп на тактовый вход C значение двоичного кода на выходе счетчика импульсов 14 увеличивается на единицу. Двоичный код с выходов счетчика импульсов 14 поступает на информационные D-входы счетчика импульсов 15 и записывается в него при приходе импульса начала отсчета углового положения ротора F_ос. Далее при приходе импульса частоты f_оп на вход суммирования импульсов (+1) записанный в счетчик импульсов 15 двоичный код увеличивается на единицу, а при приходе импульса частоты f_ос на вход вычитания импульсов (-1) - уменьшается на единицу. При совпадении во времени импульсов частот f_оп и f_ос схема разделения совпадающих импульсов 16 формирует 2 разделенных во времени импульса и подает их на входы суммирования и вычитания импульсов счетчика импульсов 15.The phase mismatch determination unit 8 operates as follows. The pulse counter 14 is reset to zero when the angle reference pulse F _{op arrives} at the reset input R. Then, when the frequency pulse f _{opt arrives} at the clock input C, the binary code value at the output of the pulse counter 14 increases by one. The binary code from the outputs of the pulse counter 14 is fed to the information D-inputs of the pulse counter 15 and is written to it when the pulse arrives at the reference point of the angular position of the rotor F _OS . Further, when a pulse of frequency f _{op arrives} at the pulse summing input (+1), the binary code recorded in pulse counter 15 increases by one, and when a pulse of frequency f _{oc arrives} at the pulse subtraction input (-1), it decreases by one. With the coincidence in time of the frequency pulses f _op and f _OS the separation scheme of the coincident pulses 16 generates 2 time-divided pulses and feeds them to the inputs of the summation and subtraction of pulses of the pulse counter 15.

Двоичный код фазового рассогласования Δα_фн с выходов счетчика импульсов 15 поступает на входы блока выделения кода 18, в котором сравнивается с кодом N₁, соответствующим отсутствию ошибки по углу (синфазному режиму работы). При равенстве кодов на выходе блока выделения кода 18 формируется сигнал логического нуля, а при неравенстве кодов - сигнал логической единицы. Блок выделения кода 17 сравнивает двоичный код с выходов счетчика импульсов 15 с кодом N₂, соответствующим фазовому рассогласованию, равному π. При Δα_фн>π на первом выходе блока выделения кода 17 формируется сигнал логической единицы, разрешающий прохождение импульсов через блок суммирования импульсов 12 в канал импульсов частоты f_ос, а при Δα_фн<π сигнал логической единицы формируется на втором выходе блока выделения кода 17, разрешая прохождение импульсов через блок суммирования импульсов 13 в канал импульсов частоты f_оп.The binary phase mismatch code Δα _fn from the outputs of the pulse counter 15 is fed to the inputs of the code isolation unit 18, which is compared with code N ₁ corresponding to the absence of an angle error (common mode operation). If the codes are equal, the output of the code allocation block 18 generates a logic zero signal, and if the codes are inequality, a signal of a logical unit is generated. The code extraction unit 17 compares the binary code from the outputs of the pulse counter 15 with the code N ₂ corresponding to a phase mismatch of π. When Δα _fn > π, a logical unit signal is generated at the first output of code allocation block 17, allowing pulses to pass through the pulse summing unit 12 into the frequency channel _fos , and when Δα _fn <π, a logical unit signal is generated at the second output of code allocation 17, allowing the passage of pulses through the block of the summation of the pulses 13 in the channel of the pulses of frequency f _op .

Работа электропривода (при отработке отрицательного фазового рассогласования) поясняется фазовым портретом. На участке 0-1 электропривод разгоняется с максимальным (постоянным) ускорением. В момент времени 1 при прохождении двух импульсов частоты f_ос между двумя импульсами частоты f_оп на линии переключения

(z - количество меток импульсного датчика частоты) электропривод переходит в режим синхронизации (пропорциональный режим работы). В момент времени 2, когда значение у на выходе частотно-фазового дискриминатора 5 попадает в диапазон значений, определяемых зоной нечувствительности нелинейного элемента 19, формируется дополнительный импульс, поступающий в канал обратной связи с выхода формирователя дополнительных импульсов 9, и электропривод переходит в режим торможения. На участке 3-4 электропривод работает в пропорциональном режиме. В момент времени 4 значение фазовой ошибки попадает в диапазон значений зоны нечувствительности нелинейного элемента 19, с выхода формирователя дополнительных импульсов 9 поступает дополнительный импульс в канал обратной связи и электропривод повторно переходит в режим торможения. Аналогично на участке 5-6 электропривод работает в пропорциональном режиме, на участке 6-7 - в режиме торможения, на участке 7-8 происходит полная синхронизация электропривода с переходом в синхронно-синфазный режим.The operation of the electric drive (when working out a negative phase mismatch) is illustrated by a phase portrait. At section 0-1, the electric drive accelerates with maximum (constant) acceleration. At time 1 during the passage of two pulses of frequency f _OS between two pulses of frequency f _op on the switching line

(z is the number of marks of the pulse frequency sensor) the electric drive goes into synchronization mode (proportional operation mode). At time 2, when the value of y at the output of the frequency-phase discriminator 5 falls into the range of values determined by the deadband of the nonlinear element 19, an additional pulse is generated that enters the feedback channel from the output of the additional pulse shaper 9, and the electric drive goes into braking mode. At section 3-4, the electric drive operates in proportional mode. At time 4, the value of the phase error falls into the range of the deadband of the nonlinear element 19, an additional impulse is fed into the feedback channel from the output of the additional pulse shaper 9, and the drive re-enters the braking mode. Similarly, in section 5-6, the drive operates in proportional mode, in section 6-7 in braking mode, in section 7-8, the drive is fully synchronized with the transition to synchronous-common mode.

Таким образом, после каждого дополнительного импульса, поступившего в канал обратной связи, происходит полная синхронизация электропривода, что позволяет устранить накопление скоростной ошибки в режиме фазирования. Фазирование может осуществляться как при дополнительном разгоне, так и при торможении электропривода, в результате время фазирования значительно сокращается, особенно при отработке малых угловых рассогласований. При начальном значении угловой ошибки

фазирование осуществляется за n тактов.Thus, after each additional pulse received in the feedback channel, the complete synchronization of the electric drive occurs, which eliminates the accumulation of speed errors in the phasing mode. Phasing can be carried out both during additional acceleration and during braking of the electric drive, as a result, the phasing time is significantly reduced, especially when practicing small angular mismatches. At the initial value of the angular error

phasing is carried out in n steps.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить быстродействие синхронно-синфазного электропривода в режиме фазирования.Thus, the proposed technical solution allows to increase the speed of the synchronous-common-mode electric drive in the phasing mode.

Введение в формирователь дополнительных импульсов нелинейного элемента с зоной нечувствительности позволяет в режиме фазирования осуществлять перевод электропривода в пропорциональный режим работы в момент уменьшения значения фазовой ошибки на выходе частотно-фазового дискриминатора до величины, задаваемой шириной зоны нечувствительности нелинейного элемента (независимо от значения частоты F_ос), что позволяет повысить быстродействие электропривода в режиме фазирования особенно в области низких частот вращения за счет уменьшения продолжительности цикла фазирования.Introduction to the shaper of additional pulses of a nonlinear element with a dead zone allows the phasing mode to transfer the electric drive to a proportional mode of operation at the time the phase error value at the output of the frequency-phase discriminator decreases to a value specified by the width of the dead zone of the non-linear element (regardless of the frequency value F _OS ) , which allows to increase the speed of the electric drive in the phasing mode, especially in the region of low speeds due to the reduction I am the duration of the phasing cycle.

Введение в формирователь дополнительных импульсов нелинейного элемента с зоной нечувствительности позволяет в области высоких частот вращения избежать накопления скоростной ошибки в циклах фазирования (и следовательно, уменьшить время фазирования и повысить быстродействие электропривода), так как каждый последующий цикл фазирования начинается при практически нулевом значении ошибки по частоте вращения.The introduction of additional pulses of a nonlinear element with a dead zone into the shaper allows avoiding the accumulation of speed errors in the phasing cycles in the region of high rotational speeds (and therefore, reducing the phasing time and increasing the speed of the electric drive), since each subsequent phasing cycle starts with a practically zero frequency error value rotation.

Предложенная схемная реализация блока определения фазового рассогласования позволяет определять угловое рассогласование Δα_фн не 1 раз за оборот вала электродвигателя, а непрерывно по мере поступления импульсов задающей частоты f_оп и импульсов частоты обратной связи f_ос, что позволяет повысить его быстродействие и, соответственно, быстродействие синхронно-синфазного электропривода в режиме фазирования.The proposed circuit implementation of the phase mismatch determination unit allows one to determine the angular mismatch Δα _fn not 1 time per revolution of the motor shaft, but continuously as the pulses of the driving frequency f _op and the pulse frequency of the feedback frequency f _oc arrive, which makes it possible to increase its speed and, accordingly, the synchronous speed -phase-phase drive in phasing mode.

Claims

Synchronous-in-phase electric drive, containing an electric motor with a block of impulse sensors mounted on its shaft, serially connected frequency-phase discriminator, a correction unit, a static converter, connected to the armature winding of the electric motor, phase imbalance determination unit, additional pulse shaper, mixer, frequency setting unit , the first and second outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the phase mismatch determination unit, the first you One block of pulse sensors is connected to the sixth input of the mixer, the first input of which is connected to the first output of the frequency setting unit, the third input to the output of the additional pulse shaper, and the second, fourth and fifth inputs, respectively, to the second, third and first outputs of the phase mismatch determination unit , the third input of which is connected to the second output of the block of pulse sensors, the first and second outputs of the mixer are connected respectively to the first and second inputs of the frequency-phase discriminator, while ok pulse sensors made in the form of a pulse frequency sensor and a pulse rotor position sensor, the combined inputs of which are the input of the pulse sensor block, the output of the pulse frequency sensor is the first output of the pulse sensor block, and the output of the pulse rotor position sensor is the second output of the pulse sensor block, in addition , the mixer is made in the form of two pulse summation blocks, while the third and fourth inputs of the first pulse summation block are the fifth and the mixer inputs, the first and fourth inputs of the second pulse summing unit are, respectively, the first and second inputs of the mixer, and the first and second inputs of the first pulse summing unit, combined with the second and third inputs of the second pulse summing unit, are the third and fourth inputs of the mixer, the outputs of the first and second pulse summing units are the second and first outputs of the mixer, respectively, characterized in that the phase detection unit The device is designed as a first pulse counter, the clock input combined with the first input of the matching pulse separation circuit, and the reset input of which are the first and second inputs of the phase mismatch detection unit, respectively, and the outputs are connected to the information inputs of the second pulse counter, while the clock input of the second the pulse counter is the third input of the phase mismatch detection unit, and the inputs of summing and subtracting pulses are connected respectively to the first and second outputs matching pulses separation circuit, the second input of which is the fourth input of the phase mismatch determination unit, the information outputs of the second pulse counter are connected to the inputs of the first and second code extraction units, while the first and second outputs of the first code allocation unit are the first and second outputs of the phase detection unit mismatch, and the output of the second code allocation unit is the third output of the phase mismatch determination unit, additional importer LSS is made in the form of a nonlinear element connected in series with a deadband, the input of which is the input of the additional pulse shaper, and a one-shot, the output of which is the output of the additional pulse shaper, in addition, the first output of the pulse sensor block is connected to the fourth input of the phase mismatch determining block, the output is frequency -phase discriminator is connected to the input of the additional pulse shaper.