SU1136107A1 - Система регулировани частоты вращени - Google Patents

Description

со з:)

Изобретение относитс  к скоростным след щим системам, например к системам регулировани  частоты вращени  вала электродвигател  с установленной на нем нагрузкой.

Известна система регулировани  частоты вращени , содержаща  последовательно соединенные задатчик-, блок управлени , объект управлени , (т.е. электродвигатель с нагрузкой на валу) и датчик регулируемой величины jfT.e. тахогенератор) , выходом соединенный с вторым входом блока управлени  l .

Известна также система регулировани  частоты вращени , содержаща  последовательно соединенные задатчик сумматор, первый входной блок реверсора , реверсор, исполнительный . механизм, объект регулировани  и лачтик регулируемой величины, выходом соединенный с вторым входом сумматора , выход которого через второй входной блок реверсора соединен с вторым входом реверсора 2J .

Недостатком таких систем  вл етс  их низка  точность.

Из известных систем наиболее близкой по технической сущности  вл етс  система регулировани  частоты вращени , содержаща  последовательно соединенные задатчик, первый сумматор , первый входной блок реверсора, реверсор, объект регулировани , датчик регулируемой величины, второй и второй входной блок реверсора , выходом соединенный с вторым входом реверсора, второй вход первого сумматора подключен к выходу датчика регулируемой величины, второй вход второго сумматора подключен к выходу задатчика з. .

Недостатком известной системы  вл етс  ее низка  точность.

Цель изобретени  - повьпаение точности системы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в системе регулировани  частоты вращени , содержащей последовательно соединенные задатчик, первый, сумматор, первый входной блок реверсора , реверсор, объект регулировани  и датчик регулируемой величины и последовательно соединенные второй сумматор и второй входной блок реверсора, выходом -соединенный с вторым входом реверсора, дополнительно установлены выпр митель и инвертор , входом соединенный с щыходом задатчика, а выходом - с первым входом второго сумматора, вторым входом соединенного с вторым входом первого cyMT-iaTopa и выходом выпр мител , входом соединенного с выходом датчика регулируемой величины.

На фиг.1 показана структурна  схема системы, на фиг,2 - диаграммы, по сн ющие работу системы при синусоидальном задающем сигнале; на фиг.З - принципиальна  электрическа  схема системы.

Система содержит первый и второй сумматоры 1 и 2, инвертор 3, первый и второй входные блоки 4 и 5 реверсора , реверсор 6, объект регулировани  7, датчик 8 регулируемой величины , выпр митель 9, задатчик 10, резисторы 11-17, операционные усилители 18 и 19, резисторы 20 и 21,стабилитроны 22 и 23, резисторы 24-29, транзисторы 30 и 31, резисторы 3237 , транзисторы 38 и 39, диодные мосты 40 и 41, обмотки трансформатора 42 и 43, трансформатор 44, транзисторы 45 и 46, диод 47, резистор 4 обмотки трансформатора 49 и 50, диоды 51 и 52, конденсатор 53, резистор 54, дроссели 55-58, ротор 59 датчика положени  ротора бесконтактного двигател  посто нного тока 59, трансформаторы 60 и 61, транзисторы 62 и 63, диоды 64 и 65, диодные мосты 6 и 67, конденсаторы 68 и 69, резисторы 70-73, диоды 74-77, транзисторы 78-81, секции 82-85  корной обмотки бесконтактного двигател  посто нного тока, ротор 86 бесконтактного двигател  посто нного тока, ротор 87 тахогенератораf обмотки 88 тахогенератора, резистор 89, источник 90 питани , диоды 91 - 96. Uj выходной сигнал i-ro функционал ного блока.

Объектом 7 регулировани  предлагаемой cиcтe ttл  вл етс  бесконтактный двигатель посто нного тока с секци ми 82-85  корной обмотки, ротором 86 и нагрузкой (не показана), кинематически св занной с ротором 86

Первый и второй входные блоки 4 и 5 реверсора функционально выполн ют роль преобразователей, согласую ,тих выходы сумматоров 1 и 2 и входов реверсора 6. В качестве входных блоков 4 и 5 реверсора могут быть использованы, например, усилители.

Реверсор 6 представл ет собой -импульсный блок, на выходе которого по вл ютс  импульсные сигналы, в то врем  когда выходные сигналы сумматоров 1 и 2 положительны. Знак импульсного сигнала реверсора 6 определ етс  в зависимости от входа, на который подан положительный сигнал сумматора 1 (или 2). При подаче сигнала на первый вход реверсора 6 ротор 86 бесконтактного двигател  посто нного тока вращаетс  в одну сторону, а при подаче сигнала на второй вход реверсора 6 - в другую .

Техническую реализацию системы можно осуществить, например, с помощью двух операционных усилителей, входы которых через резисторы соответствующим образом соединены между собой, а к выходам этих усилителей подключаютс  бесконтактные реле, KO мутирующие, например включенные в противофазе, питающие обмотки индук тивности датчика положени  ротора фазового типа. На фиг.З приведена принципиальна  электрическа  схема, реализующа  указанным образом структурную схему системы, изображенную на фиг. в которой в качестве объекта регулировани  использован бесконтактный двигатель посто нного тока с индуктивным датчиком положени  ротора фа зового типа. Функции первого и второго сумматоров 1 и 2 и инвертора 3 выполн ют операционные усилители 18 и 19, на неинвертирующие входы которых через резисторы 89 и 13 поступает сигнал с выхода задатчика 10, а на инвертирующие - через резисторы 11 и 12 сигнал с выхода выпр мител  9, пропорциональный частоте вращени  ротора 86. Входы операционных усилителей 18 и 19 соединены между собой через резисторы 14 - 17. Резисторы и 21 образуют местную отрицательную обратную св зь в операционных усили тел х 18 и 19. Напр жение питани  с выхода источника 90 питани  операционных усилителей 18 и 19 стабилизировано стабилитронами 22 и 23, образующими источник со средней точ кой. Стабилитрон 22 питаетс  напр жением выходных обмоток 49 и 50 высокочастотного генератора, т.е. генератора Роера, собранного на транс форматоре 44, транзисторах 45 и 46, диоде 47 и резисторе 48. Напр жение обмоток 49 и 50 выпр млено диодами 51 и 52 и сглажено RC -Фильтром, содержащим конденсатор 53 и резистор 54. Стабилитрон 23 питаетс  от источника 90 питани  посто нного то ка через резистор 26. Выходыоперационных усилителей 18 и 19 через ре зисторы 24, 25,-27, 28 и 29 подсоединены к входам бесконтактных ключей , первый из которых собран на транзисторах 30 и 38 и резисторах 3 33 и 36, а второй - на транзисто .рахт 31 и 39 и резисторах 34, 35 и 37. Операционные усилители 18 и 19 и подключенные к их выходам соответ ственно первый и второй бесконтактные ключи выполн ют функции первого и второго входных блоков 4 и 5 реверсора . Первый и второй бесконтакт ные ключи управл ют работой диодных мостов 40 и 41 соответственно, к зажимам по переменному току которых подсоединены включенные в противофа зе вторичные обмотки 42 и 43 трансформатора 44 генератора Роера. Диод ные мосты 40 и 41 совместно с обмот ками 42 и 43 выполн ют функции реверсора 6. Обмотки 42 и 43  вл ютс  питающими обмотками индуктивного датчика положени  ротора, содержащего чувствительные элементы - дроссели 55 58 насыщени , согласующие трансформаторы 60 и 61 и два усилител -демодул тора , один из которых состоит из транзистора 62, диода 64 и диодного моста Б6, а другой - из транзистора 63, диода 65 и диодного моста 67. Дроссели 55-58 подключены к первичным обмоткам согласующих трансформаторов 60 и 61, вторичные обмотки которых подключены на входы указанных усилителей-демодул торов. Питание транзисторов 62 и 63 указанных усилителей-демодул торов осуществл етс  через диодные мосты 66 и 67 от вторичных обмоток трансформатора 44 генератора Роера. Выходное напр жение датчика положени  ротора с конденсаторов 68 и 69 через резисторы 70 - 73 подаетс  на управл ющие входы силовых транзисторных ключей, выполненных на транзисторах 78 - 81, через которые подключены к зажимам источника 90 питани  секции 82 - 85  корной обмотки бесконтактного двигател  посто нного тока. Диоды 74, 75, 67 И77 служат дл  обеспечени  протекани  тока по управл ющим цеп м открытых силовых ключей и дл  создани  запирающего смещени , на входах закрытых ключей. Рот.ор 86 бескФнтактного двигател  посто нного тока выполнен в виде посто нного магнита цилиндрической формы. На одном валу с ротором 86 бесконтактного двигател посто нного тока расположены выполненные также в виде посто нных магнитов ротор 59 датчика положени  ротора и ротор 87 синхронного тахогенератора, выполн ющего функцию датчика 8 регулируемой ве1{ичины. Ротор синхронного тахогенератора выполнен в виде звездочки с трем  парами полюсов. Трехфазна  обмотка 88 тахогенератора соединена звездой и подключена к выпр мителю 9, диоды 91 - 96 которого соединены по схеме Ларионова. Выход выпр мител  9 через резисторы 11 и 12 подключен к инвертирующим входам операционных усилителей 18 и 19. Согласно структурной схеме системы (фиг.1) выходной сигнал и,(j задатчика 10 поступает на первый вход первого сумматора 1 и через инвертор 3 - на первый вход второго сумматора 2. Сигналы и, и Ug выходов сумматоров 1 и 2 через входные блоки 4 и 5 реверсора поступают соответственно на первый и второй входы реверсора 6, выход которого соединен с входами объекта 7 регулировани , роль которого выполн ет бесконтактный двигатель посто нного тока с нагрузкой на валу, частота вращени  которого измер етс  датчиком регулируемой величины, роль которого выполн ет тахогенератор, выходы которого через ВЕЯПр митель 9 соединны с вторыми входами сумматоров I и

Система (фиг.1) работает следующим образом.

При подаче с выхода заЛатчика 10 сигнала , например, положительной пол рности входной блок 5 реверсора запираетс , а на выходе входного блока 4 реверсора по вл етс  сигнал, который поступает на первый вход реверсора 6. Такк к коэффициент усилени  пр мого канала большой, то объект 7 регулировани  начинает разгон тьс  по естественной характеристике . Сигнал, пропорциональный частоте вращени  Объекта 7 регулировани , с выхода датчика 8 регулируемой величины через выпр митель 9 поступает на входы сумматоров 1 и 2 (сигнал Uq, фиг.1). При достижении равенства задающего сигнала U,g и сигнала обратной св зи Ур сигнал на выходе выходного блока 4 реверсора становитс  равным нулю,и реверсор б отключает объект 7 регулировани  от сигнала управлени  U (или Uj-). Скорость объекта 7 регулировани  начинает снижатьс . Сигнал U на выходе выпр мител  9 .уменьшаетс .. Под действием сигнала управлени  и (или 115) объект 7 регулировани  снова разгон етс . В установившемс  движении система работает в автоколебательном режиме. Частота автоколебаний и ширина зоны гистерезиса частоты вращени  определ етс  порогом чувствительности входных блоков 4 и 5 реверсора и сумматоров 1 и 2, их коэффициентами передачи и видом объек-та 7 регулировани , т.е. нагрузкой на выходном валу системы. Уровень средней частоты враст.ени  Объекта 7 регулировани  определ етс  величиной задающего сигнала U(o. При смене знака задающего сигнала и,д входной блок 4 реверсора запираетс ,а на выходе входного блока 5 реверсора по вл етс  сигнал, поступающий на второй вход реверсора б, который подает сигнал управлени  и на ббъект регулировани .

На фиг.2 представлены временные диаграммы, по сн ющие работу системы при синусоидальном задающем сигнале .

На фиг.2 представлена диаграмма 3адающего сигнала Цд , на фиг.2 $ диаграмма сигнала обратной св зи и« , отстающего по фазе от эадаклцего сигнала на угол С|,, на фиг.2в - диаграммы сигналов 5 и и на выходах первого и второго сумматоров 1 и 2, при этом

U( и,о - и,; Uy и,;

на фиг.2г представлена диаграмма управл ющего сигнала на входе объекта 7 регулировани .

Управл ющий сигнал П подаетс  на объект 7 регулировани  в промежутки времени и , когда сигналы U( .и и положительны. При этом в промежутке объект 7 регулиро вани  подключаетс  дл  вращени  в од ном направлении, а в промежутке - в противополо йном. Перва  гармоника управл ющего сигнала Uj (на фиг. 2-г показана пунктиром) опережает по фазе задающий сигнал на угол у , что  вл етс  положительным качеством предлагаемой системы, повышающим ее быстродействие. Указанное обсто тельство , а также отсутствие в цепи обратной св зи системы релейных элементов, обладающих гистерезисом и внос щих запаздывание, позвол ет исключить корректирующие звень , необходимые дл  устранени  запаздывани .

Схема (фиг.З) работает следующим образом.

При отсутствии задающего напр жени  на входе системы на выходе операционных усилителей 18 и 19 существует напр жение, запирающее оба бесконтактных ключа. Диодные мосты 4 и 41 заперты по посто нному току. Датчик положени  ротора отключен от питающих обмоток 42 и 43. Силовые транзисторные ключи 79-81 заперты. Секции  корных обмоток 82 - 85 отключены от источника 90 питани , и ротор 86 бесконтактного двигател  посто нного тока неподвижен.

При по влении задающего напр жени  Цд, например, пол рности, указанной на фиг.З без скобок, на выходе операционного усилител  18 по вл етс  положительное напр жение, открывак цее первый бесконтактный ключ (транзисторы 33 и 38), а отрицательное напр жение на выходе операционного усилител  19 еще больше запирает второй бесконтактный ключ (транзисторы 31 и 39) . Диодный мост 40 открываетс  . Чувствительные элементы дроссели 55 - 58 датчика положени  ротора подключаютс  к обмотке 42. Напр жение датчика положени  ротора коммутирует силовые ключи 78 - 81. Секции 82 - 85  корной обмотки бесконтактного двигател  посто нного тока поочередно подключаютс  к источнику 90 питани , и ротор 86 бесконтактного двигател  посто нного тока приходит во вращение.

На выходе выпр мител  9, подключенного к трехфазной обмотке 88. та .хогенератора, по вл етс  напр жение, величина которого пропорциональна частоте вращени  ротора 86 бесконтактного двигател  посто нного тока. Это напр жение поступает на инвертирующие входы операционных усилителей 18 и 19, создава  отрицательную обратную св зь системы по частоте вращени . При определенном зна чении разности задающего напр жени  и напр жени  обратной св зи первый транзисторный ключ запираетс , что приводит к отключению бесконтактног двигател  досто нного тока от источ ника 90 питани  и переводу его в ре жим торможени . В итоге устанавлива етс  автоколебательный режим работы бесконтактного двигател  посто нного тока. Параметры автоколебаний определ ютс  нагрузкой на выходном валу бесконтактного двигател  посто нного тока, зоной гистерезиса бесконтактных ключей, порогом чувствительности и коэффициентом усилени  операционных усилителей. Уровень Средней установившейс  частоты вращени  определ етс  величино задак дего напр жени  и . . При смене пол рности задающего напр жени  U|g на выходе операционного усилител  18 по вл етс  отрицательное напр жение, запирающее первый бесконтактный ключ., Диодный мост 40 запираетс  по посто нному току, отключа  чувствительные элеме ты - дроссели 55 - 58 датчика положени  ротора от обмотки 42. На выходе операционного усилител  19 по вл етс  положительное напр жение, отпирающее второй бесконтактный клю и подключенный к нему диодный мост Чувствительные элементы - дроссели 55 - 58 датчика положени  ротора подключаютс  к обмотке 43-, в резуль тате чего фаза питани  датчика поло жени  ротора мен етс  на противоположную , очередность коммутации сило вых ключей (транзисторов) 78-81 измен етс , и. происходит реверс бес контактного двигател  посто нного тока. Отсутствие в пр мом канале систе мы специальных преобразуквдих устройств , имеющих зону нечувствительности , позвол ет сделать вывод о по вышении точности системы. Исключени указанных устройств из системы упро щает, кроме того, ее техническую реализацию. Повышению точности и уп рощению системы способствует также исключение из цепей обратной св зи релейных элементов, имеющих зону гистерезиса и усложн ющих настройку системы. Применение/ указанной структурной схемы в позиционной след щей системе также позволит повысить точность ее работы, так как сигналом управлени  в таких системах  вл етс  сигнал ошибки - угол рассогласовани  между входной и выходной ос ми. Снижение зоны нечувствительности пр мого канала приводит к уменьшению ошибки рассогласовани . Очевидно, что показателем точности работы след щей системы  вл етс  диапазон регулировани  частоты вращени  бесконтактного двигател  посто нного тока, так как минимальна  частота вращени  объекта регулировани  определ етс  наименьищм задающим сигналом, который отрабатывает система , При испытани х макетного образца системы с серийным бесконтактным двигателем посто нного тока типа ДБ50-10-4, имеющим номинальные мощность и частоту вращени  соответственно 10 Вт и 4000 об/мин, минимальна  частота вращени  объекта регулировани  составила около 6 об/мин при номинальном моменте .нагрузки на валу двигател , равном 2,2 Нсм. При испытании системы, построенной по известной :;хеме с тем ее двигателем и при тех же услови х, минимальна  частота вращени  объекта регулировани  составила примерно 21 об/мин. Диапазон регулировани  частоты составил в первом случае примерно бб7, а во втором - примерно 190,5, т.е. примерно в три раза больше. Таким образом, в предложенной системе примерно в 3,5 раза повышаетс  точность, так как исключены из пр мого канала преобразующие устройства , имеющие зону нечувствительности, и из цепей коррекции исключены релейные элементы, обладающие зоной гистерезиса . Исключение указанных элементов из системы, кроме того, упрощает ее техническую реализацию и настройку .

Claims (1)

1. СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ, содержащая последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, первый входной блок реверсора, реверсор, объект регулирования и датчик регулируемой величины и последовательно соединенные второй сумматор и второй входной блок реверсора, выходом соединенный с вторым входом реверсора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в ней установлены выпрямитель и инвертор, входом соединенный с выходом задатчика, а выходом - с первым входом второго сумматора, вторым входом соединенного с вторым входом первого сумматора и выходом § выпрямителя, входом соединенного с выходом датчика регулируемой величины.

   SU Л136107 >