SU780137A1

SU780137A1 - Device for astatic regulation of dc motor rotational speed

Info

Publication number: SU780137A1
Application number: SU782689220A
Authority: SU
Inventors: Леонид Васильевич Баранов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7795
Priority date: 1978-11-27
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1980-11-15

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области регулируемого электропривода и может быть использовано в приводах подач металлорежущих станков и других механизмов для регулирования скорости в сверхшироком диапа- ⁵зоне, захватывающем зону малых скоростей.The invention relates to electrical engineering, in particular to the field of controlled electric drive and can be used in feed drives of metal cutting machines and other mechanisms for controlling speed in an ultra-wide range ⁵ , capturing a low-speed zone.

Известен электропривод постоянного тока с импульсным полупроводниковым усилителем, в котором для реализации астатического регулирования скорости управление усилителем осуществляется при помощи триггера, на входы которого подключены задающий генератор импульсов и датчик связи - сельсин [ 1J .A known direct current electric drive with a pulsed semiconductor amplifier, in which for the implementation of astatic speed control the amplifier is controlled by a trigger, the inputs of which are connected to a driving pulse generator and a communication sensor selsyn [1J.

Однако известный электропривод не обеспечивает абсолютную стабильность скорости в зоне малых скоростей, что исключает получение сверхшироких диапаэонов регулирования. Нестабильность скорости неизбежна из-за ошибки в результате дрейфа нуля усилительных элементов привода.However, the known electric drive does not provide absolute speed stability in the zone of low speeds, which excludes the receipt of ultra-wide range of regulation. Speed instability is inevitable due to an error resulting from a zero drift of the drive amplification elements.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройств во для астатического регулирования скорости, вращения электродвигателя постоянного тока, содержащее последовательно соединенные задатчик скорости и преобразователь напряжение-код, фазовый дискриминатор, один вход которого соединен с фазовым датчиком положения, а выход подключен к силовому преобразователю Г²!·Closest to the invention in technical essence is a device for astatic speed regulation, rotation of a DC motor, comprising a speed controller and a voltage-code converter, a phase discriminator, one input of which is connected to a phase position sensor, and the output is connected to a power converter G ² !

Недостатком этого устройства является сложность и недостаточная надежность, вызванная построением схемы на элементах шифровой техники; кроме того, в нижней части диапазона скоростей также устройство имеет значительную неравномерность вращения из-за низкой частоты входных импульсов. Повышение частоты входных импульсов с целью расширения зоны равномерного вращения в известном устройстве приводит к еще большему усложнению, т.е. увеличивается количество по ДУ проводниковых элементов.The disadvantage of this device is the complexity and lack of reliability caused by the construction of the circuit on the elements of encryption technology; in addition, in the lower part of the speed range, the device also has a significant rotation unevenness due to the low frequency of the input pulses. Increasing the frequency of the input pulses in order to expand the zone of uniform rotation in the known device leads to even greater complexity, i.e. the number of remote control conductor elements increases.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение его надежности и расширение зоны равномерного вращения электродвигателя в сторону низких скоростей.The aim of the invention is to simplify the device, increase its reliability and expand the zone of uniform rotation of the electric motor towards low speeds.

Поставленная цель достигается тем, чтет в известное устройство введен фазосмещающий блок, содержащий схему управления, генератор ступенчатого напряжения, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, переключающий элемент и одновибратор, при этом схема управления, вход которой подключен к выходу преобразователя напряжение-код, соединена с генератором ступенчатого напряжения, выход которого подключен к одному входу нуль-органа, другой вход которого соединен с генератором пилообразного напряжения, а выход через последовательно соединенные переключающий элемент, связанный со схемой управления, и одновибратор подключен к другому входу фазового дискриминатора.This goal is achieved by the fact that a phase-shifting unit is introduced into the known device, comprising a control circuit, a step voltage generator, a zero-organ, a sawtooth voltage generator, a switching element and a one-shot, while the control circuit, the input of which is connected to the output of the voltage-code converter, is connected with a step voltage generator, the output of which is connected to one input of the zero-organ, the other input of which is connected to a sawtooth voltage generator, and the output is connected in series through nennye switching element connected to the control circuit, and a monostable multivibrator connected to another input of the phase discriminator.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема устройства, а на фиг. 2 временные диаграммы его работы.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a block diagram of a device, and FIG. 2 timelines of his work.

Устройство содержит задатчик скорое-¹ти 1 (фиг. 1); преобразователь 2 напряжение-код, преобразующий постоянное напряжение в унитарный код; фазосмещающий блок 3, состоящий из схемы 4’ управления, генератора 5 ступенчатого напряжения, нуль-органа 6, генератора 7 пилообразного напряжения, переключающего элемента 8 и одновибратора. 9; источник 10 опорного напряжения, фазовый дискриминатор 11, фазовый датчик 12 положения, электродвигатель 13 Постоянного тока и силовой преобразователь 14.The device comprises a speed controller ¹ 1 (Fig. 1); a voltage-to-code converter 2 converting a constant voltage into a unitary code; phase shifting unit 3, consisting of a control circuit 4 ', a step voltage generator 5, a zero-organ 6, a sawtooth voltage generator 7, a switching element 8 and a single-shot. 9; a reference voltage source 10, a phase discriminator 11, a phase position sensor 12, a direct current electric motor 13, and a power converter 14.

Устройство работает следующим образом,The device operates as follows,

Постоянное напряжение, пропорциональное заданной скорости, снимаемое с задатчика 1 скорости, подается на вход преобразователя 2 напряжение-код, представляющего собой управляемый генератор импульсов, частота которых пропорциональна заданной скорости. Снимаемая с преобразователя 2 последовательность импульсов (пусть она будет положительной полярности), в виде унитарного кода через схему управления подается на вход генератора 5 ступенчатого напряжения, выполненного '’на основе схемы интегратора. На выходе генератора 5 напряжение изменяется скачками. Каждый скачок напряжения соответствует импульсу на его входе. Импульсы имеют постоянную длительность и амплитуду.A constant voltage proportional to the set speed, taken from the speed setter 1, is supplied to the input of the converter 2 voltage-code, which is a controlled pulse generator, the frequency of which is proportional to the set speed. The sequence of pulses removed from the converter 2 (let it be of positive polarity), in the form of a unitary code, is fed through the control circuit to the input of the step voltage generator 5, made ’based on the integrator circuit. The output of the generator 5, the voltage changes in steps. Each power surge corresponds to a pulse at its input. Pulses have a constant duration and amplitude.

Импульсы положительной полярнос1*и увеличивают выходное напряжение генератора 5, а импульсы отрицательной полярности снижают его.Pulses of positive polarity 1 * and increase the output voltage of the generator 5, and pulses of negative polarity reduce it.

Напряжение генератора 5 ступенчатого напряжения сравнивается с напряжением генератора 7 пилообразного напряжения, 10 частота которого синхронизирована частотой источника 10 опорного напряжения в нуль-органе 6.The voltage of the step voltage generator 5 is compared with the voltage of the sawtooth generator 7, the frequency of which 10 is synchronized with the frequency of the reference voltage source 10 in the null organ 6.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы для двух уровней напряжения гене-, ратора 5 и₅(1) » и₆Й).In FIG. 2 shows the time diagrams for two voltage levels of the generator, 5 and ₅ (1) ”and ₆ ).

В момент ’ времени, когда напряжение генератора пилообразного напряжения 7 U-f достигает уровня напряжения генеоатора ступенчатого напряжения 5 (фиг. 2 а) срабатывает нуль-орган 6 и формирует импульсы Κθ (фиг. 2 б).At time ’, when the voltage of the sawtooth voltage generator 7 U-f reaches the voltage level of the step voltage generator 5 (Fig. 2 a), the zero-organ 6 is triggered and generates Κθ pulses (Fig. 2 b).

Напряжение нуль-орган а 6 (фиг. 1) по команде переключающего элемента 8 (логическая схема 'повторитель') поступает на вход одновибратора 9, настроенного на частоту источника опорного напряжения.The voltage of the zero-organ a 6 (Fig. 1), at the command of the switching element 8 (the logic repeater), is fed to the input of a single-vibrator 9 tuned to the frequency of the reference voltage source.

'Одновибратор 9 включается задним фронтом импульсов нуль-органа 6. Через время, равное половине периода частоты опорного напряжения, одновибратор возвращается в исходное положение·' (фиг. 2 в). В результате одновибратор 9 будет переключаться, создавая импульсы, фаза которых по отношению к импульсам опорного· напряжения будет перемещаться со скоростью, пропорциональной величине напряжения задатчика. .'The one-shot 9 is turned on by the trailing edge of the pulses of the zero-organ 6. After a time equal to half the period of the frequency of the reference voltage, the one-shot is returned to its original position ·' (Fig. 2 c). As a result, the one-shot 9 will switch, creating pulses whose phase with respect to the reference voltage pulses will move at a speed proportional to the setpoint voltage. .

Направление смещения фазы указано стрелкой (фиг. 2 в). Сплошной линией показаны диаграммы для случая, когда уровень напряжения генератора 5 равен U$(l), а пунктирной для случая Uq/2).Когда напряжение на Выходе генератора 5 станет равным амплитуде 'пилы', сработает схема управления 4. (фиг. 1) и на вход генератора 5 начнут поступать импульсы отрицательной полярности, и напряжение на его выходе начнет по ступеням снижаться. Одновременно по сигналу схемы 4 управления срабатывает переключающий элемент 8 и импульсы от нуль-органа 6 начнут поступать на вход одновибратора 9 через логическую схему . 'НЕ', благодаря чему сохранится направление движения фазы, как указано стрелкой на фиг. 2 в.The direction of the phase shift is indicated by the arrow (Fig. 2 c). The solid line shows the diagrams for the case when the voltage level of the generator 5 is U $ (l), and the dashed for the case Uq / 2). When the voltage at the Output of the generator 5 becomes equal to the amplitude of the saw, control circuit 4 will work. (Fig. 1 ) and the input of the generator 5 will begin to receive pulses of negative polarity, and the voltage at its output will begin to decrease in steps. At the same time, according to the signal of the control circuit 4, the switching element 8 is triggered and the pulses from the zero-organ 6 will begin to arrive at the input of the one-shot 9 through the logic circuit. 'NOT', whereby the direction of phase movement is maintained, as indicated by the arrow in FIG. 2 c.

•При реверсировании электродвигателя схема 4 управления (фиг. 1) выдает команду на переключающий элемент 8, В результате чего в отличии от прямого направления в период спадания напряже- ₅ния на выходе генератора 5 импульсы от нуль-органа 6 поступают на одновибратор 9 через логическую схему 'повторитель', а в период нарастания - через логическую схему 'НЕ'. В этом случае щ направление смещения фазы изменится на противоположное. На вершинах пилообразного напряжения схемой формируются острые импульсы для предотвращения · ерь®а генерации одновибратора 9 в слу- ,5 чае некоторого расхождения амплитуд напряжений генераторов ступенчатого и пилообразного напряжения.• When reversing the electric motor, the control circuit 4 (Fig. 1) gives a command to the switching element 8, as a result of which, unlike the direct direction, during the voltage drop ₅ at the output of the generator 5, the pulses from the zero-organ 6 are fed to the single-vibrator 9 through a logical the repeater circuit, and during the rise period, through the logic circuit NOT. In this case, the direction of the phase shift will change to the opposite. On the tops of the sawtooth voltage, sharp impulses are generated by the circuit to prevent generation of a single-shot 9 in the event of a 5 difference between the voltage amplitudes of the step and sawtooth generators.

С входа одновибратора 9 импульсы напряжения поступают на второй вход фа- ₂₀зового дискриминатора 11, на первый вход которого поступает напряжение с выхода фазового датчика 12 положения, питаемого от источника 10 опорного напряжения. Датчик положения связан с 25 валом электродвигателя 13 и фаза его напряжения изменяется пропорционально скорости вращения вала электродвигателя. Фазовый дискриминатор 11 контролирует состояние фаз напряжений одно- jq вибратора 9 и фазового датчика 12 положения и своим выходным напряжением управляет через силовой, например тирис-< торный преобразователь 14, скоростью электродвигателя 13. Скорость двигателя, таким образом, будет определяться скоростью перемещения фазы импульсов напряжения, создаваемых одновибратором, а скорость перемещения фазы импульсов одновибратора пропорциональна частоте импульсов преобразователя, напряжениекод, т.е. пропорциональна величине напряжения задатчика скорости.C 9 monostable input voltage pulses are applied to a second input ₂₀ the Optional zovogo discriminator 11, to a first input of which receives the voltage output from the phase position sensor 12, fed from the reference voltage source 10. The position sensor is connected to the 25th shaft of the electric motor 13 and the phase of its voltage changes in proportion to the speed of rotation of the electric motor shaft. The phase discriminator 11 monitors the state of the voltage phases of the single-jq vibrator 9 and the phase position sensor 12 and controls its output voltage through the power, for example, thyristor converter 14, by the speed of the electric motor 13. The speed of the motor will thus be determined by the speed of the phase of the voltage pulses generated by a single-shot, and the phase velocity of the pulses of a single-shot is proportional to the frequency of the pulses of the Converter, voltage code, i.e. is proportional to the voltage of the speed controller.

Данное устройство позволяет получить регулирование скорости в диапазоне 10* : 1 и более. Точное поддержание скорости привода в установившемся режиме возможно благодаря тому, что разность между заданным и действительным положением привода, характеризующим его статическую ошибку по положению, ⁵⁰сохраняется неизменной в установившемся режиме и определяет нулевую ошибку отработки скорости. Отсутствие статической ошибки по скорости позволяет исключить ограничения диапазона регулирования. Выполнение схемы на аналоговых устройствах управления позволило значительно упростить схему и сделать ее работу более надежной, кроме того, за счет повышения частоты входных импульсов, поступающих с преобразователя напряжение-код, уменьшается величина 'ступеньки' выходного напряжения генератора ступенчатого напряжения и без усложнения схемы расширяется зона равномерного вращения электродвигателя в сторону низких скоростей.This device allows you to get speed control in the range of 10 *: 1 or more. The exact maintenance of the drive speed in steady state is possible due to the fact that the difference between the set and actual position of the drive, characterizing its static error in position, ⁵⁰ remains unchanged in steady state and determines a zero error of speed working out. The absence of a static error in speed eliminates the limitations of the control range. The implementation of the circuit on analog control devices made it possible to significantly simplify the circuit and make its operation more reliable, in addition, by increasing the frequency of the input pulses from the voltage-to-code converter, the value of the 'step' of the output voltage of the step voltage generator decreases and the zone expands without complicating the circuit uniform rotation of the electric motor towards low speeds.

Claims

(54) DEVICE FOR ASTATIC REGULATION OF ROTATING ELECTRIC MOTOR ROTATION RATE A direct current drive with a pulsed semiconductor amplifier is known in which, to implement static speed control, the amplifier is controlled by a trigger, the inputs of which are connected to a master oscillator and a communication sensor — selsyn i. However, the known electric drive does not provide absolute stability of the speed in the zone of small speeds, which eliminates the receipt of super-wide control ranges. Speed instability is unavoidable due to errors due to the drift of zero amplifying elements of the drive. CURRENT The closest to the invention in its technical essence is a device for astatic speed control, rotation of a dc electric motor, which contains a speed controller and a voltage converter code, which is connected to the phase position sensor and the output is connected to force transforming the body r2J. The disadvantage of this device is the complexity and lack of reliability caused by the construction of a circuit on the elements of digital technology; In addition, in the lower part of the speed range, the device also has a significant non-uniformity of rotation due to the low frequency of the input pulses. Increasing the frequency of the input cells to expand the zone of uniform rotation in the known device leads to even more complication, i.e. the number of semiconductor elements increases. The aim of the invention is to simplify the device, increase its reliability and expand the zone of uniform rotation of the motor in the direction of low speeds. The fixed goal is achieved by introducing a phase-shifting unit into the known device containing a control circuit, a step voltage generator, a null organ, a saw voltage generator, a switching element and a one-shot, while the control circuit whose input is connected to the output of the voltage converter code is connected to a step voltage generator, the output of which is connected to one input of a null organ, the other input of which is connected to a sawtooth voltage generator, and the output through successively a single switching element associated with the control circuit, and one oscillator connected to another input of the phase discriminator. The invention is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 is a block diagram of the device, and FIG. 2 time diagrams of his work. The device contains a setting unit CKopost 1 (Fig. 1); a voltage-to-voltage converter 2 that converts a constant voltage to a unitary code; phase shifting unit 3, consisting of control circuit 4, step voltage generator 5, zero-organ 6, sawtooth voltage generator 7, switching element 8 and single-lifter. 9; reference source 10, phase discrimination discriminator 11, phase position sensor 12, electric motor / W 13 DC and power converter 14. The device operates as follows. A constant voltage, proportional to a given speed, taken from speed 1, is fed to the input of a voltage-code converter 2, which is a controlled pulse generator, whose frequency is proportional to at a given speed. The sequence of pulses removed from the transformer 2 (let it be positive), in the form of a unitary code is fed through the control circuit to the input of the 5-step voltage generator, made on the basis of the integrator circuit. At the output of the generator 5, the voltage varies in steps. Each voltage jump corresponds to a pulse at its input. Pulses have a constant duration and amplitude. Positive polarity pulses increase the output voltage of the GBnerator 5, while negative polarity pulses reduce it. The voltage of the step voltage generator 5 is compared with the voltage of the sawtooth voltage generator 7. This is also the case where the voltage source of the reference voltage of the zero-organ 6 is supplied. In FIG. Figure 2 shows timing diagrams for the two voltage levels of the generator 5 (UjCl) and UgCS). At the moment-time when the voltage of the sawtooth voltage generator 7 U-7 reaches the voltage level of the step voltage generator 5 UgCv (Fig. 2 a) triggers the zero-organ 6 and generates pulses C (Fig. 2 b). The voltage Ub of the zero-organ 6 (Fig. 1) at the command of the switching element 8 (logic repeater) is fed to the input of the one-vibrator 9 tuned to the frequency of the reference voltage source. Yudnovibrator 9 is switched on by the falling edge of the zero-organ impulses 6. After a time equal to half the period of the frequency of the reference voltage; the single-oscillator returns to its original position (Fig. 2c). As a result, the one-shot 9 will switch, creating pulses, the phase of which with respect to the pulses of the reference voltage will move with a speed proportional to the voltage of the stride. The direction of the phase shift is indicated by an arrow (Fig. 2c). The flat line shows diagrams for the case when the voltage level of the generator 5 is equal to UK (L), and the dotted line for the case of Ui (2) When the voltage on the output of the generator 5 becomes equal to the saw amplitude, control circuit 4 (Fig. 1) and the input of the generator 5 will begin to receive negative polarity pulses, and the pressure at its output will begin to decrease in steps. At the same time, the switching element 8 is triggered by the signal of the control circuit 4 and the pulses from the zero-organ 6 will begin to flow to the input of the one-shot 9 through the logic circuit. NOT, whereby the direction of the phase movement is preserved, as indicated by the arrow in FIG. 2 in. When reversing the electric motor, the control circuit 4 (FIG. I) outputs the commander to the switching element 8, as a result of which, unlike the direct direction, during the decay of the voltage at the output of the generator 5, the impulses of the zero-organ 6 arrive at the vibrator 9 through a logical the repeater circuit, and in the tGeriod accretion - through the logical circuit NOT. In this case, the direction of the phase shift is reversed. Sharp pulses are formed at the tips of the sawtooth voltage by the circuit to prevent the generation of the one-vibrator 9 in the event of some difference in the voltage amplitudes of the step voltage and sawtooth generators. From the input of the one-shot 9, the impulses are fed ija to the second input of the phase discriminator 11, the first input of which receives the voltage from the output of the phase sensor 12 of the position fed from the source U of the reference voltage. The position sensor is connected with the shaft of the electric motor 13 and the phase of its voltage varies in proportion to the speed of rotation of the shaft of the electric motor. The phase discriminator 11 controls the state of the voltages of the single vibrator 9 and phase position sensor 12 and, via its output voltage, controls the power, for example, the thyristor converter 14, the speed of the electric motor 13. The motor speed will thus be determined by the voltage of the pulse phase. the frequency of the phase of the pulses of the one-cycle is proportional to the pulse frequency of the converter, the voltage code, i.e. proportional to the voltage setting of the speed limiter. This device allows speed control in the range of 10: I and more. Accurately maintaining the speed of the drive in steady state is possible because the difference between the target and the actual position of the drive, which characterizes its static position error, remains unchanged in the steady state and determines the zero speed test error. The absence of a static speed error allows to EXCLUDE control range limitations. The execution of the circuit on analog control devices has greatly simplified the circuit and made its operation more reliable, moreover, by increasing the frequency of the input pulses coming from the voltage-code converter, the step voltage of the output voltage of the step voltage generator is reduced without complicating circuit extends the area of uniform rotation of the motor in the direction of low speeds. Shadow Invention Formula A device for the static regulation of the rotational speed of a DC motor, a current containing a series-connected speed controller and a voltage-code voltage detector, a phase discriminator, one input of which is connected to a phase position sensor, and the output is connected to a power converter, characterized by that, in order to simplify, increase the reliability and expand the zone of uniform rotation of the motor in the direction of low speeds, a phase-shifting unit containing a circuit control, step voltage generator, null organ, step voltage generator, null organ, sawtooth voltage generator, switching element and one-shot, while the control circuit, the input of which is connected to the output of the voltage converter, is connected to the generator step voltage whose output is connected. to one input of a null organ, the other input of which is connected to a sawtooth voltage generator, and the output via a series-connected switch element is connected to the control circuit, and the one-shot is connected to another input of the phase discriminator. Sources of information that are taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR N9 279747, cl. H 02 P 5/16, 1961.

2.Bai, R.D., et al. Control of follow-up electric drives using digital devices. M., Energie, 1969, p. 55, fig. 23.