SU817931A1

SU817931A1 - Method of automatic frequency control of resonance oscillatory system power supplysource

Info

Publication number: SU817931A1
Application number: SU772543065A
Authority: SU
Inventors: Владимир Георгиевич Казанцев; Виктор Васильевич Карташев; Ринат Низамович Киямов; Николай Петрович Коломеец; Анатолий Викторович Старцев; Ефим Шмулевич Статников
Original assignee: Уфимский авиационный институт им. С.Орджоникидзе
Priority date: 1977-10-14
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1981-03-30

Description

1one

Изобретение относитс к преобразовательной технике, а более конкретно к источникам питани колебательных систем, например магнитострикционных преобразователей или электрических колебательных контуров , и может быть использовано при создании систем автоматической подстройки частоты.The invention relates to a converter technique, and more specifically to power sources of oscillatory systems, such as magnetostrictive transducers or electric oscillatory circuits, and can be used to create systems for automatic frequency control.

Известен способ автоподстройки частоты источника питани , нагруженного на магнитострикционный преобразователь, основанный на сравнении фаз сигнала, снимаемого с датчика механических колебаний преобразовател и напр жени питани преобразовател , и воздействии сигналом рассогласовани , пропорциональным разности фаз, на задающий генератор 1.There is a method of auto-tuning the frequency of a power source loaded on a magnetostrictive transducer based on comparing the phases of the signal taken from the transducer of the mechanical oscillations of the transducer and the supply voltage of the transducer, and the effect of the error signal proportional to the phase difference on the master oscillator 1.

Недостатками такого способа вл ютс необходимость установки на электромеханический преобразователь специального датчика колебаний, что усложн ет конструкцию увеличение габаритов и веса, а кроме того, така установка практически не всегда выполнима . При этом датчики резонансного типа имеют собственную резонансную частоту, отличную от резонансной частоты преобразовател , что вносит погрешность.The disadvantages of this method are the need to install a special vibration sensor on the electromechanical transducer, which complicates the design of increasing the size and weight, and moreover, such a device is not always feasible. In this case, resonant-type sensors have their own resonant frequency, which is different from the resonant frequency of the converter, which introduces an error.

Известен также способ автоподстройки частоты источника питани , нагруженного на электрический колебательный контур, основанный на сравнении напр жений на индуктивной и емкостной част х контура и воздействии сигналом рассогласовани , пропорциональным разности этих напр жений, на задающий генератор 2.There is also known a method of auto-tuning the frequency of a power source loaded on an electric oscillatory circuit, based on a comparison of the voltages on the inductive and capacitive parts of the circuit and the effect of the error signal proportional to the difference of these voltages on the master oscillator 2.

Недостатком этого способа вл етс то, что способ применим только к электрическим колебательным контурам.The disadvantage of this method is that the method is applicable only to electric oscillatory circuits.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ автоподстройки частоты, основанный на выделении сигнала, пропорционального механическим колебани м преобразовател - с помощью трансформатора с компенсационнойThe closest in technical essence to the present invention is a method of automatic frequency control based on the extraction of a signal proportional to the mechanical oscillations of the converter - using a transformer with compensation

обмоткой и компенсирующего элемента, сравнении фазы этого сигнала с фазой напр жени , питающего преобразователь, и воздействии сигналом рассогласовани , пропорциональным разности фаз, на задающий генератор источника питани 3.winding and compensating element, comparing the phase of this signal with the phase of the voltage supplying the converter, and the effect of the error signal, proportional to the phase difference, on the master oscillator of the power source 3.

Недостатком известного способа вл етс невысока точность, объ сн ема следующими причинами. Во-первых, электрические параметры магнитострикционного преобразовател имеют нелинейную зависимость как по величине питающего напр жени , так и по его частоте, и поэтому компенсирующий элемент, выполн емый обычно в виде линейного двухполюсника, не может точно компенсировать электрические параметры преобразовател при изменении частоты и питающего напр жени . Во-вторых, изменение температуры электромеханического преобразовател также приводит к изменению его электрических параметров, что ведет к возникновению погрещности автоподстройки частоты.The disadvantage of this method is low accuracy, due to the following reasons. First, the electrical parameters of a magnetostrictive converter have a nonlinear relationship both in magnitude of the supply voltage and in its frequency, and therefore the compensating element, usually made in the form of a linear two-pole device, cannot accurately compensate for the electrical parameters of the converter when the frequency and supply voltage change. wives Secondly, a change in the temperature of an electromechanical converter also leads to a change in its electrical parameters, which leads to the occurrence of an auto-tuning frequency error.

Цель изобретени - повыщение точности автоподстройки частоты источника питани колебательной системы.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the auto-tuning of the frequency of the power source of the oscillating system.

Поставленна цель достигаетс тем, что дл автоподстройки частоты источника питани колебательной системы, заключающейс в воздействии сигналом рассогласовани на задающий генератор источника питани , в качестве сигнала рассогласовани используют разность частот задающего генератора и собственных колебаний колебательной системы, замер емую во врем пауз, периодически создаваемых при работе источника питани .The goal is achieved by the fact that in order to auto-tune the frequency of the power source of the oscillating system, which involves the influence of the error signal on the master oscillator of the power source, the difference between the frequencies of the master oscillator and the natural oscillations of the oscillatory system measured during operation pauses is used as the error signal. power source.

На фиг.. 1 изображена структурна электрическа схема источника питани , нагруженного на магнитострикционный преобразователь и оснащенного системой автоподстройки частоты, выполненной по предлагаемому способу; на фиг. 2 - временные диаграммы по сн ющие работу устройства.Fig. 1 shows a structural electrical circuit of a power source loaded on a magnetostrictive transducer and equipped with an automatic frequency control system, made according to the proposed method; in fig. 2 - timing diagrams for devices that work.

Устройство, реализующее данный способ содержит задающий генератор 1, логические схемы 2-4 И, усилитель мощности, в частности тиристорный инвертор 5, магнитострикционный преобразователь 6, счетчики 7 и 8 импульсов, триггера 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, интегратор 12 и устройство 13 уравнени .A device that implements this method contains a master oscillator 1, logic circuits 2-4 And, a power amplifier, in particular a thyristor inverter 5, a magnetostrictive converter 6, counters 7 and 8 pulses, trigger 9, limiter 10, frequency divider 11, integrator 12 and device 13 equations.

Выход задающего генератора 1 подключен к входам логических схем 2 и 3 И, выход схемы 2 И подключен к входам усилител 5 мощности и счетчика 7, выход усилител 5 мощности подключен к магнитострикционному преобразователю 6 и ко входу ограничител 10, выход ограничител 10 подключен ко входу схемы 4 И, выход схемы 3 И подключен ко входу счетчика 8, выход счетчика 7 подключен ко входу установки «О триггера 9, выход счетчика 8 подключен ко входу установки «1 триггера 9 и ко входу установки в исходное состо ние делител 11 частоты, выход «О триггера 9 подключен к входам схем 3 и 4 И, выход 1 триггера 9 подключен к входу схемы 2 .И, выход схемы 4 И подключен к входу делител 11 частоты, выход делител 11 частоты подключен ко входу интегратора 12, выход интегратора 12 подключен ко входу устройства сравнени , на другой вход которого подаетс напр жение установки, выход устройстваThe output of the master oscillator 1 is connected to the inputs of logic circuits 2 and 3, the output of circuit 2 and is connected to the inputs of power amplifier 5 and counter 7, the output of power amplifier 5 is connected to magnetostrictive converter 6 and to the input of limiter 10, the output of limiter 10 is connected to the input of circuit 4 And the output of the circuit 3 And is connected to the input of the counter 8, the output of the counter 7 is connected to the installation input “About trigger 9, the output of the counter 8 is connected to the installation input“ 1 trigger 9 and to the installation input to the initial splitter 11 frequency, output “ About trigger 9 subkey It is connected to the inputs of circuits 3 and 4 And, the output 1 of the trigger 9 is connected to the input of the circuit 2. And the output of the circuit 4 And is connected to the input of the frequency divider 11, the output of the frequency divider 11 is connected to the input of the integrator 12, the output of the integrator 12 is connected to the input of the comparison device , to the other input of which the installation voltage is applied, the device output

13 сравнени подключен ко входу регулировани чассоты задающего генератора 1. Задающий генератор 1 вырабатывает управл ющие импульсы, форма которых показана на диаграмме 14 (фиг. 2) которые13 comparisons are connected to the clock control input of the master oscillator 1. The master oscillator 1 produces control pulses, the shape of which is shown in diagram 14 (Fig. 2) which

подаютс на схемы 2 и 3 И. Режим работы устройства определ етс состо нием триггера 9. Пускай в начальный момент времени состо ние триггера таково, что на его выходе «1 по вл етс высокий потенциал логической «1, а на выходе «О - низкий потенциал логического «О. Логическа «1 поступает на вход схемы 2 И, а логический «О - на входы схем 3 и 4. Схема 2 И пропускает на выход приход щие на ее вход импульсы, а схемы 3 и 4are fed to circuits 2 and 3 I. The operating mode of the device is determined by the state of the trigger 9. At the initial moment of time, the state of the trigger is such that at its output "1 a high potential of logic" 1 appears, and at the output "O - low logical potential "O. Logical "1 is fed to the input of circuit 2 I, and logical" O is fed to the inputs of circuits 3 and 4. Circuit 2 and passes to the output the pulses arriving at its input, and circuits 3 and 4

не пропускают. Импульсы с выхода схемы 2 поступают на усилитель 5 мощности, усиливаютс им, и выходное напр жение усилител 5 питает магнитострикционный преобразователь 6. Кроме того, импульсы с выхода схемы 2 поступают на вход счетчика 7.do not miss. The pulses from the output of the circuit 2 are fed to the power amplifier 5, amplified by it, and the output voltage of the amplifier 5 feeds the magnetostrictive transducer 6. In addition, the pulses from the output of the circuit 2 are fed to the input of the counter 7.

Устройство работает в .режиме генерировани . Форма импульсов на выходе схемы 2 показана на диаграмме 15, а форма напр жени на зажимах магнитострикционного преобразовател 6 - на диаграмме 16.The device operates in a generation mode. The pulse shape at the output of circuit 2 is shown in diagram 15, and the voltage pattern at the terminals of the magnetostrictive converter 6 is shown in diagram 16.

5 Длительность генераторного режима опре/1ел етс коэффициентом пересчета счетчика 7 импульсов. После того как счетчик 7 импульсов отсчитает определ емое его коэффициентом пересчета количество входных5 The duration of the generator mode is determined by the conversion factor of the pulse counter 7. After the pulse counter 7 counts the number of input signals determined by its conversion factor

импульсов, н& его выходе по вл етс импульс , который перебрасывает триггер 9 в другое состо ние, при котором на выходе триггера «О по вл етс логическа «1, а на выходе «1 - логический «О. Форма выходного напр жени счетчика 7 показана на диаграмме 17, а форма напр жени на нижнем по схеме выходе триггера 9 - на диаграмме 18 и на верхнем - на диаграмме 19. Вследствие этого переброса схема 2 перестает пропускать импульсы на выход схема 3 начинает пропускать импульсы задающего генератора на свой выход, а схема 4 начинает пропускать на выход импульсы, сформированные ограничителем 10 из напр жени на зажимах магнитострикционного преобразовател 6. Форма напр жени на выходе схемы 3 показана на диаграмме 20, форма напр жени на выходе ограничител 10 - на диаграмме 21, а форма напр жени на выходе схемы 4 - на диаграмме 22.pulses, a pulse appears on its output, which flips trigger 9 to another state, in which the logical "1 appears at the output of the" O "and the logical" O appears at the output of the "1". The form of the output voltage of the counter 7 is shown in diagram 17, and the form of the voltage at the bottom according to the trigger 9 output circuit is shown in diagram 18 and in the upper diagram in the diagram 19. Due to this transfer, circuit 2 stops passing pulses to the output circuit 3 starts to pass pulses the generator to its output, and the circuit 4 starts to pass to the output the pulses formed by the limiter 10 from the voltage at the terminals of the magnetostrictive converter 6. The voltage form at the output of the circuit 3 is shown in diagram 20, the voltage form at the output o the boundary 10 is shown in diagram 21, and the voltage shape at the output of circuit 4 is shown in diagram 22.

Устройство переходит в режим паузы.The device enters pause mode.

0 В режиме паузы на вход усилител 5 мощности не поступают импульсы управлени , на выходе его отсутствует выходное напр жение , а на зажимах преобразовател 6 действует ЭДС, вызванна его собственными механическими колебани ми. Эта ЭДС0 In the pause mode, control pulses do not come to the input of the power amplifier 5, there is no output voltage at its output, and an emf at its terminals 6 is caused by its own mechanical oscillations. This emf

Claims

after being formed by the limiter 10 through the circuit 4, it is fed to a frequency divider 11, which forms a square pulse. The duration of this pulse is equal to the duration of a certain number of periods of damped oscillations, which is determined by the division factor of the frequency divider 11. Oopvia voltage at the output of the splitter frequency is shown in diagram 23. After the counter 8 counts the number of pulses determined by its conversion factor, a pulse appears at its output that flips trigger 9, and the device goes back to the generating mode. In addition, the output pulse of the counter 8 sets the frequency divider 11 to the initial state. The shape of the output pulses of the converter 6 is shown in diagram 24. With the help of integrator 12, the average value is extracted from the output voltage of the frequency divider 11, which, as can be seen from diagram 23, can be determined by the formula: 1L -yy Kz. () Ty where t / a is the amplitude value of the pulse voltage; . - the period of natural oscillations of the magnetostrictive converter; Tj is the pulse period of the master oscillator; KI - counter conversion factor 7; KI - counter conversion factor 8; Kj is the division factor of the divider. The voltage from the integrator output is applied to one of the inputs of the comparator, to the other input of which the setting voltage is applied. The error of the error at the output of the comparison device is: UPQCC .. Ucp - THAT in the event that VJJCT, j + Kg the output voltage of the comparison device Rsvno: c / t hCs With 1G „„ TG. -. f JiC-T ("K, KL race -o-the last repackage, say, in the form: i7t./fpca-f .;.pocc-uc, - (-:; Thus, at the output of the comparator device, a mismatch voltage occurs in that If the control pulse frequency differs from the natural frequency of the magnetostrictive converter. The device under consideration is a closed-loop system for automatic control of the pulse action. The system is adjusted during pause. The output frequency of the power supply is adjusted directly to the frequencies natural oscillations of the magnetostrictive converter, and the accuracy of the adjustment is determined by the accuracy of the limiter and the gain of the closed automatic control system .. In real devices, these indicators can be performed very high. The described power supply with an auto-tuning system can work on a piezoelectric converter, as well as an electric oscillator circuit The application of the principle of automatic frequency control on the frequency of natural oscillations of the oscillatory system is advantageous. tlichaet proposed method from the known parameters as the amount does not affect the resonant frequency electric hand vibration system which vary during operation as a function of temperature, supply voltage and its frequency. Claims The method of auto-tuning the frequency of a power source of a resonant oscillating system, consisting in measuring a signal due to its resonant properties, comparing it with given ones, influenced by a mismatch signal on a master oscillator of a power source, characterized in that in order to improve the accuracy of auto-tuning, as a signal due to resonant properties of the system, use the frequency of its own oscillations, which are measured during periodically created pniki nutrition pauses. Sources of information taken into account in the examination 1. M. Akodis, et al. Automatic tuning of the frequency of the thyristor inverter when working with a magnetostrictive converter. - “Electrical Engineering, 1972, № 1, p. eight.

2. USSR author's certificate in application number 2389525/07, 3.06.77.

3. Keller, O. K., et al. Automatic frequency tuning in ultrasonic generators. - Sat. "The industrial food industry applied {1e high-frequency fetters (VNIITVCH works).," Mashinostroenie, 1973, no. 13, p. 232 (prototype).

14 (1

r5LlUUJLflJMVIUJ LM.10

(rig 2