RU2609673C2 - Способ регулирования частоты вращения электродвигателя - Google Patents
Способ регулирования частоты вращения электродвигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2609673C2 RU2609673C2 RU2015112503A RU2015112503A RU2609673C2 RU 2609673 C2 RU2609673 C2 RU 2609673C2 RU 2015112503 A RU2015112503 A RU 2015112503A RU 2015112503 A RU2015112503 A RU 2015112503A RU 2609673 C2 RU2609673 C2 RU 2609673C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- sawtooth
- electric motor
- frequencies
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах регулирования частоты вращения, построенных на принципе фазовой синхронизации, в частности электроприводах с широким диапазоном изменения частоты вращения, где в качестве датчика обратной связи используется сельсин, синусно-косинусный вращающийся трансформатор или линейный датчик положения ротора. Технический результат - обеспечение широкого диапазона регулирования и плавного вращения вала электродвигателя в области низких и инфранизких частот и упрощение структуры электропривода при одновременном увеличении точности и снижении затрат компонент на изготовление устройства. В способе регулирования частоты вращения электродвигателя осуществляют суммирование частот пилообразных сигналов задания по углу, сигнала обратной связи с пилообразным сигналом повышенной опорной частоты. Эффект суммирования частот достигается за счет суммирования мгновенных значений пилообразных сигналов, отбрасывания целочисленного результата суммирования и выделения дробной части. 3 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования частоты вращения, в частности электроприводах с широким диапазоном ее изменения, где в качестве датчика обратной связи используется сельсин, синусно-косинусный вращающийся трансформатор или линейный датчик положения ротора.
Известны аналогичные устройства, относящиеся по принципу действия к астатическим системам регулирования скорости электродвигателя с фазовым управлением: прецизионные привода постоянного тока, прецизионные системы стабилизации скорости двигателей [1, 2]. Недостатки их обусловлены дискретностью фазового регулятора. В области высоких частот эта дискретность мало сказывается на работе электропривода, так как электромагнитная и электромеханическая постоянные времени значительно больше интервала дискретности. Однако в области низких скоростей (0,1-1 об/мин) вал двигателя поворачивается скачкообразно и наблюдаются сбои в работе фазорегулятора.
Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является прецизионная частотно-фазовая система регулирования частоты вращения электродвигателя [3], позволяющая точно отрабатывать заданные частоты в широком диапазоне, особенно в области низких и инфранизких частот вращения. В основе этого устройства лежат принципы фазовой синхронизации и сложения частот, благодаря чему низкочастотные гармонические сигналы датчика положения ротора и задающей частоты переносятся в область высоких частот согласно следующим тригонометрическим выражениям:
где Ωвр - частота вращения ротора электродвигателя, ω0 - несущая повышенная частота, (Ωвр+ω0) - результирующая частота.
Основным недостатком такого устройства является необходимость использования избыточных элементов: для сложения двух частот необходимо четыре умножителя и два сумматора. Как известно, аналоговые умножители имеют большие погрешности и смещения нулевого уровня, что становится критичным при определении фазы результирующего сигнала, а цифровые умножители являются сложными ресурсоемкими устройствами, имеющими определенные временные задержки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение структуры электропривода и достижение широкого диапазона регулирования и плавного вращения вала двигателя в области низких и инфранизких частот.
Технический результат достигается с помощью применения принципа фазовой синхронизации вкупе с преобразованием частот, основанным на суммировании мгновенных значений пилообразных сигналов задания по углу, сигнала обратной связи с пилообразным сигналом повышенной опорной частоты, отбрасывании целочисленного результата суммирования и выделения дробной части.
Заявляемый способ отличается тем, что преобразуют сигнал управления в пилообразный сигнал заданной частоты вращения, складывают его с пилообразным сигналом повышенной опорной частоты, получают пилообразный сигнал повышенной частоты путем выделения дробной части результата суммирования, из сигнала повышенной пилообразной частоты формируют короткие импульсы, подают их на опорный вход частотно-фазового дискриминатора, гармонические сигналы датчика положения ротора преобразуют в низкочастотный пилообразный сигнал угла, суммируют его с пилообразным сигналом опорной частоты, выделяют дробную часть результата суммирования, из сигнала повышенной пилообразной частоты формируют короткие импульсы, подают их на вход обратной связи частотно-фазового дискриминатора, выходной сигнал частотно-фазового дискриминатора подают на регулятор частоты вращения, который формирует требуемые для реализации заданной частоты вращения токи в фазах электродвигателя.
В случае использования в качестве датчика положения ротора (ДПР) сельсина или вращающегося трансформатора выходные синусно-косинусные сигналы могут быть преобразованы в пилообразный сигнал углового положения ротора с помощью применения арктангенсного преобразования или алгоритма CORDIC[4].
На фиг. 1 представлена обобщенная структурная схема устройства, поясняющего заявляемый способ.
Устройство содержит: формирователь задающей пилообразной частоты (ФЗЧ) 1, генератор опорной пилообразной частоты (ГОЧ) 2; сумматоры 10, 11 с функцией отбрасывания целой части результата суммирования (целой частью являются амплитудное значение входных пил); формирователи импульсов 3, 4; частотно-фазовый дискриминатор (ЧФД) 5; регулятор частоты вращения 6; электродвигатель 8; датчик положения ротора 9; блок, реализующий вычисление кода угла с помощью алгоритма CORDIC или арктангенсного преобразования 7.
Устройство работает следующим образом. На вход ФЗЧ подается сигнал управления Uy, являющийся заданием по частоте вращения двигателя. ФЗЧ преобразует Uy в пилообразный сигнал с частотой Fз, мгновенное значение которого является сигналом задания по углу. Этот сигнал в сумматоре 10 складывается с пилообразным сигналом повышенной частоты ГОЧ F0. Суммарный сигнал повышенной частоты Fз+F0 в формирователе импульсов 3 преобразуется в короткие импульсы частоты fз+f0, значение которой пропорционально входной частоте и количеству импульсов на период пилы. Сигнал fз+f0 поступает на опорный вход ЧФД. Гармонические сигналы ДПР преобразуются блоком CORDIC в низкочастотные пилообразные сигналы Fвр. С помощью сумматора 11 и формирователя импульсов 4 также выделяются импульсы суммарной частоты fвр+f0, поступающие на вход обратной связи ЧФД. Выходной сигнал ЧФД поступает на регулятор частоты вращения электродвигателя.
Принцип сложения частот пилообразных сигналов основан на выражении
где QS(t, τ1, τ2) - результирующая пилообразная функция; , - слагаемые пилообразные функции с частотами , соответственно; Е1(t) - целочисленная функция Антье. Отображение, описываемое формулой (2), фактически является дробной частью суммы пилообразных функций и с различными частотами. При этом частота результирующей функции QS(t, τ1, τ2) будет равна суммарной частоте исходных слагаемых функций , .
Для пояснения описанного эффекта суммирования частот на фиг. 2, а, б представлены три пилообразные функции, , QS(t, τ1, τ2). Частота первой функции в 9 раз выше второй, то есть на один период второй функции укладывается 9 периодов первой. Результирующая функция QS(t, τ1, τ2) представлена на фиг. 2, а более жирной линией, причем очевидно, что на один период второй функции укладывается 10 периодов результирующей суммарной функции, то есть . Как видно на фиг. 2, б, при изменении наклона пилообразной функции (что соответствует вращению ротора в противоположную сторону) при том же наклоне опорной функции результирующая пила имеет 8 периодов на интервале 9τ. Это значит, что , то есть из большей частоты вычитается меньшая и наклон у результирующей пилы такой же, как и у пилы с большей частотой.
Отсюда вытекают два свойства рассматриваемой операции: 1) если суммируемые пилообразные функции имеют одинаковые знаки производных на интервале непрерывности, то частоты этих функций суммируются; если разные - то вычитаются; 2) если суммируемые пилообразные функции имеют разные знаки производных на интервале непрерывности, то результирующая пилообразная функция имеет тот же знак производной на интервале непрерывности, что и у функции с большей частотой.
Данная операция может быть легко реализована на цифровом двоичном n-разрядном сумматоре, в котором за счет принципа действия цифровых устройств при сложении двух n-разрядных чисел в случае переполнения старший бит n+1 просто не учитывается. Таким образом, фактически остается лишь n разрядов результата суммы. И если считать n+1 и последующие биты целой частью суммарного числа, то n бит будут являться его дробной частью.
Временные диаграммы работы такого сумматора приведены на фиг. 3. Фиг. 3, а соответствует диаграмме работы 4-разрядного сумматора, фиг. 3, б - 6-разрядного, фиг. 3, в - 8-разрядного, фиг. 3, г - 12-разрядного. Как видно на фиг. 3, увеличением числа разрядов вид таких кусочно-постоянных функций стремится к виду линейных функций, как на фиг. 2, то есть уменьшаются ошибки квантования и апертурные ошибки.
Выделение коротких импульсов производится по результирующим пилообразным сигналам. Количество импульсов на период пилы зависит от требуемой жесткости системы и ограничивается лишь качеством задающего сигнала, сигнала обратной связи и опорной частоты. В качестве таких импульсов может быть использован один из младших разрядов пилы.
Далее функционирование устройства, соответствующее заявляемому способу, не отличается от [3]. Заявляемый способ может быть также использован при проектировании систем управления по ускорению ротора или динамическому моменту двигателя [5].
Литература
1. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. - М.: Энергоиздат, 1982. - 168 с.
2. Патент на изобретение РФ №2130688, МПК H02P 5/06,6/18, 20.05.1999. Ивановский государственный энергетический университет, Фалеев М.В., Ширяев А.Н., Киселев А.А., Дьяков В.И.
3. Патент на изобретение РФ №2291552, МПК H02P 6/08, 09.11.2004. ФГУП «НПЦ «Полюс», Муравяткин Ю.Е., Редькин СВ., Авдиевич А.С.
4. Захаров А.В. Алгоритмы CORDIC. Современное состояние и перспективы / А.В. Захаров, В.М. Хачумов // Программные системы: теория и приложения. - 2004. - Т. 26, №6. - С. 353-372.
5. Патент на изобретение РФ №2521617, МПК H02P 7/28. Способ управления динамическим моментом двигателя-маховика / Н.Н. Балковой, Ю.Е. Муравяткин; патентообладатель ОАО "НПЦ "Полюс"; опубл. 10.07.2014.
Claims (1)
- Способ регулирования частоты вращения электродвигателя, заключающийся в том, что преобразуют низкочастотные задающие сигналы и сигналы обратной связи с датчика положения ротора в сигналы повышенной частоты, по разности фаз которых формируют управляющий сигнал для регулирования частоты вращения электродвигателя, отличающийся тем, что преобразуют сигнал управления в пилообразный сигнал заданной частоты вращения, складывают его с пилообразным сигналом повышенной опорной частоты, получают пилообразный сигнал повышенной частоты путем выделения дробной части результата суммирования, из сигнала повышенной пилообразной частоты формируют короткие импульсы, подают их на опорный вход частотно-фазового дискриминатора, гармонические сигналы датчика положения ротора преобразуют в низкочастотный пилообразный сигнал угла, суммируют его с пилообразным сигналом опорной частоты, выделяют дробную часть результата суммирования, из сигнала повышенной пилообразной частоты формируют короткие импульсы, подают их на вход обратной связи частотно-фазового дискриминатора, выходной сигнал частотно-фазового дискриминатора подают на регулятор частоты вращения, который формирует требуемые для реализации заданной частоты вращения токи в фазах электродвигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112503A RU2609673C2 (ru) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Способ регулирования частоты вращения электродвигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112503A RU2609673C2 (ru) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Способ регулирования частоты вращения электродвигателя |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015112503A RU2015112503A (ru) | 2016-10-27 |
RU2609673C2 true RU2609673C2 (ru) | 2017-02-02 |
Family
ID=57216120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015112503A RU2609673C2 (ru) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Способ регулирования частоты вращения электродвигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2609673C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736411C1 (ru) * | 2020-05-13 | 2020-11-17 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Способ регулирования динамического момента управляющего двигателя-маховика |
RU2789698C1 (ru) * | 2021-10-19 | 2023-02-07 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Способ регулирования частоты вращения управляющего двигателя-маховика с контролем параметров выходных механических характеристик |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2152075A1 (de) * | 1970-11-05 | 1972-05-18 | Sagem | Elektromotor mit elektronischer Kommutierung |
JPS60261386A (ja) * | 1984-06-05 | 1985-12-24 | Toshiba Mach Co Ltd | 交流電動機の速度制御装置 |
WO1991020123A1 (en) * | 1990-06-18 | 1991-12-26 | The Texas A&M University System | Position sensor elimination technique for the switched reluctance motor drive |
RU2130688C1 (ru) * | 1997-07-02 | 1999-05-20 | Ивановский государственный энергетический университет | Электропривод |
EP1070383B1 (de) * | 1998-04-07 | 2002-01-30 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektronisch kommutierten mehrphasen-gleichstrommotors |
RU2291552C2 (ru) * | 2004-11-09 | 2007-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" | Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя |
RU2342762C1 (ru) * | 2007-09-06 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Импульсная частотно-фазовая система регулирования скорости вращения электродвигателя |
US7663328B2 (en) * | 2007-12-12 | 2010-02-16 | The Boeing Company | Multi-phase, multi-frequency controller |
-
2015
- 2015-04-06 RU RU2015112503A patent/RU2609673C2/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2152075A1 (de) * | 1970-11-05 | 1972-05-18 | Sagem | Elektromotor mit elektronischer Kommutierung |
GB1363117A (en) * | 1970-11-05 | 1974-08-14 | Dapplications Generales Delect | Brushless dc electric motors |
JPS60261386A (ja) * | 1984-06-05 | 1985-12-24 | Toshiba Mach Co Ltd | 交流電動機の速度制御装置 |
WO1991020123A1 (en) * | 1990-06-18 | 1991-12-26 | The Texas A&M University System | Position sensor elimination technique for the switched reluctance motor drive |
RU2130688C1 (ru) * | 1997-07-02 | 1999-05-20 | Ивановский государственный энергетический университет | Электропривод |
EP1070383B1 (de) * | 1998-04-07 | 2002-01-30 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines elektronisch kommutierten mehrphasen-gleichstrommotors |
RU2291552C2 (ru) * | 2004-11-09 | 2007-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" | Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя |
RU2342762C1 (ru) * | 2007-09-06 | 2008-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" | Импульсная частотно-фазовая система регулирования скорости вращения электродвигателя |
US7663328B2 (en) * | 2007-12-12 | 2010-02-16 | The Boeing Company | Multi-phase, multi-frequency controller |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736411C1 (ru) * | 2020-05-13 | 2020-11-17 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Способ регулирования динамического момента управляющего двигателя-маховика |
RU2789698C1 (ru) * | 2021-10-19 | 2023-02-07 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Способ регулирования частоты вращения управляющего двигателя-маховика с контролем параметров выходных механических характеристик |
RU2789698C9 (ru) * | 2021-10-19 | 2023-03-10 | Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Устройство регулирования частоты вращения управляющего двигателя-маховика с контролем параметров выходных механических характеристик |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015112503A (ru) | 2016-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4701839A (en) | Sampled data servo control system with field orientation | |
Anuchin et al. | Optimized method for speed estimation using incremental encoder | |
US10199972B2 (en) | Control device for an electric motor | |
SE460845B (sv) | Hiss med flerfasig motor med styrning av motorhastighet, efterslaepning och riktning | |
CN104682786B (zh) | 用于确定电机的转子的位置数据的方法和装置 | |
RU2609673C2 (ru) | Способ регулирования частоты вращения электродвигателя | |
US9054606B2 (en) | Driving device and driving circuit for a vibration actuator | |
CN111525853B (zh) | 一种电机转动的控制方法及终端 | |
TWI581557B (zh) | 高精確度馬達驅動系統及其方法 | |
SE461124B (sv) | Regleranordning foer en flerfasmotors varvfrekvens foer att bibehaalla motorn i fas med en naetspaenningssignal | |
RU2291552C2 (ru) | Устройство для регулирования частоты вращения электродвигателя | |
RU2462809C1 (ru) | Стабилизированный электропривод | |
JP2011061929A (ja) | モータ速度制御装置 | |
JP2011210244A (ja) | モータ駆動装置 | |
RU2736411C1 (ru) | Способ регулирования динамического момента управляющего двигателя-маховика | |
RU2399080C1 (ru) | Самонастраивающийся электропривод | |
US5844393A (en) | Stepper drive control using variable step angle | |
RU2366069C1 (ru) | Вентильный электропривод | |
JP2005098735A (ja) | 位置検出手段及びこれを用いた位置制御手段 | |
JPH02136100A (ja) | 位置制御装置 | |
JP4659298B2 (ja) | 同期モータの相検出方法及び同期モータの制御装置 | |
RU2724603C1 (ru) | Способ управления синхронным электродвигателем | |
JP2019070644A (ja) | 変調波レゾルバ装置 | |
CN112558648B (zh) | 一种控制方法、控制装置及控制器 | |
Azevedo et al. | Distributed parallel computing with low cost microcontrollers for high performance electric vehicles |