SU907512A1 - Устройство дл программного управлени положением вала электродвигател - Google Patents

Description

Изобретение относится к *области автоматического регулирования, а именно к системам стабилизации скорости электродвигателей с дополнительным регулированием фазового положения вала и может найти различное применение в автомата— $ ке, в частности в устройствах, в которых необходимо обеспечить синхронное и синфазное вращение валов нескольких электродвигателей.

Известно устройство для программного управления положением вала электродвигателя, содержащее фазовый дискриминатор, блок управления, электродвигатель, •на валу которого установлены датчик ско-_|5 рости, датчик положения, фазовый дискриминатор, делитель частоты, элемент ИЛИ, триггер, генератор опорной частоты и генератор эталонных частот [1^·

Недостатком такого устройства является невозможность фазирования положения ваАа электродвигателя при низких скоростях или при низкой частоте опорных импульсов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для программного управления положением вала электродвигателя, позволяющее с большой точностью фазировать положение вала электродвигателя относительно опорных импульсов в широком диапазоне частот и скоростей.

Устройство содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор, блок управления и электродвигатель, на валу которого установлены датчик скорости и датчик положения, выход датчика скорости соединен с одним из входов фазового дискриминатора, другой вход которого через делитель частоты подключен к выходу элемента ИЛИ, выход датчика положения подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединён с выходом генератора опорной частоты в входом формирователя импульсов, а выход последнего подключен к обнуляющему входу реверсивного счетчика, первый вход первого элемента И и вход элемента за3

9075.12 держки соединены со вторым и третьим входами генератора эталонных частот, один из входов элемента ИЛИ соединен с вычитающим входом реверсивного счет»· ника, а его выходы подключены ко вхо- 5 дам формирователя управляющего сигнапа [2].

Недостатком данного устройства является его невысокое быстродействие, обусловленное невозможностью фазирова- W ния положения вала электродвигателя в Двух направлениях относительно опорных импульсов в зависимости от знака фазового рассогласования (плюс -- меньше 180, минус — больше 180). 15 ' Цепь изобретения — увеличение бьют— рбдействия устройства.

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство для программного управнения положением вала электродвигателя, содержащее последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, делитель частоты и дискриминатор, связанный вторым входом с датчиком скорости вала . ₂₅ электродвигателя, а выходом - с блоком управления, генератор эталонных частот, подключенный первым и вторым выходами соответственно ко входу элемента задержки и первому входу первого эпемен- _зе та И, соединенного вторым входом с выходом триггера, связанного первым входом с выходом датчика положения вала элек тродвигателя, а вторым входом - с выходом генератора опорной частоты и со входом формирователя импульсов, подкпю- ³⁵ ценного выходом к первому входу реверсивного счетчика, соединенного выходами со входами первого формирователя управляющих сигналов, введены формироватепь числа импульсов, второй элемент ИЛИ, второй и третий элементы И и второй формирователь управляющих сигналов, соединенный входом с выходом триггера, а прямым и инверсным выходами — с первыми входами соответственно второго и третьего элементов И, подключенных вторыми входами к выходу элемента задержки, третьими входами — к выходу первого формирователя управляющих сигналов, выход третьего элемента И связан с вы читающим входом реверсивного счетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу формирователя числа импульсов, соединенного первым входом с третьим ⁵ выходом генератора эталонных частот, а вторым входом — с выходом второго элемента И и первым входом второго элемен та ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом с суммирующим входом реверсивного счетника.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор эталонных частот 1, формирователь 2 чиспё импульсов, первый 3 и второй 4 элементы ИЛИ, делитель 5 частоты, фазовый дискриминатор 6, блок 7 управления, электродвигатель 8, датчик 9 скорости вала электродвигателя, датчик 10 положения вала электродвигателя, генератор 11 опорной частоты, триггер 12, первый, второй и третий элементы И 13-15, формирователь 16 импульсов, реверсивный счетчик 17, первый и второй формирователи 18 и 19 управляющего сигнала и элемент 20 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 подает три стабильные синхронизированные последовате пьности коротких импульсов ( . f £т,)· Пусть на первый вход дискриминатора 6 посту®» пают импульсы частотыгде И - коэффициент деления делителя 5. На другой вход дискриминатора 6 поступают импульсы с датчика 9 скорости, который должен генерировать достаточно большое число импульсов за один оборот вала. Если частота импульсов £₄(И на первом входе дискриминатора 6 больше, чем на втором, то напряжение на его выходе максимальное, и скорость вращения вала электродвигателя 8 увеличивается.

Если частота импульсов £.|/h меньше ¹ частоты импульсов с датчика 9, то напряжение на выходе дискриминатора 6 равно нулю, и скорость вращения вала уменьшается. В установившемся режиме вал электродвигателя 8 вращается с такой скоростью, что частота импульсов с датчика 9 равна частоте

При этом аналоговое напряжение на выходе дискриминатора 6 зависит от сдвига по фазе между сигналами, подаваемыми на его входы. Это напряжение через блок 7 так управляет электродвигателем 8, что фаза сигнала с датчика 9 скорости следит за фазой сигнала на входе дискриминатора 6.

Такая работа соответствует вхождению вала электродвигателя 8 в синхронный режим, однако фазовое положение вала относительно фазы, частоты опорных импульсов Son может быть произвольным.

Для изменения фазового положения вала в устройстве используется метод дискретного изменения фазы, заключающийся в добавлении импульсов в. последователь ность импульсов частоты или удапе- 5 нии импульсов из этой последовательности.

В результате этого фаза импульсов частоты £| |h на входе дискриминатора 6 изменяется дискретно на Збо)Играл, в одном из двух направлений в зависимости ¹⁰ от знака рассогласования.

Дискретность изменения фазы и частоты добавления £^ (фазирования) выбираются такими, чтобы устройство не вы- ₁₅ ходило из синхронизации по скорости и определяются экспериментально. Частота добавления или удаления определяет время фазирования и зависит, в основном, от быстродействия электродвигателя. Фор-,₂₀ мироватепь 19 управляющего сигнала определяет знак фазового рассогласования между импульсами генератора 11 опорной частоты и импульсами датчика 10 положения. Если знак фазового рассогла- ₂₅ сования плюс, что соответствует сдвигу фаз меньше 180 град, или коэффициенту заполнения импульсов на выходе триггера 12 меньше 0,5, на инверсном выходе управляющего устройства 19 присутствует₃₀ логическая 1*. В этом случае открыт элемент И 15, а элемент И 14 закрыт. Если знак фазового рассогласования минус, что соответствует сдвигу фаз больше 180 град, или коэффициенту заполнения импульсов на выходе триггера 12 ³⁵ больше 0,5) на прямом выходе управляющего устройства 19 присутствует логическая l, и теперь уже открыт элемент И 14, а элемент И 15 закрыт. Датчик 10 положения выдает один импульс за один оборот вала. Импульсы с этого дат чика поступают на один из входов тригге ра 12, на другой вход которого поступа ют импульсы с генератора 11. По переднему фронту импульса опорной частоты триггер 12 устанавливается в единичное состояние, а формирователь 16 формирует короткий импульс, устанавливающий реверсивный счетчик 17 в нулевое состояние. При этом элемент И 13 открыв вается, и импульсы частоты заполнения •£-2 через элемент ИЛИ 4 поступают на суммирующий вход счетчика 17. Частота заполнения выбирается такой, чтобы при максимальном фазовом рассогласовании в счетчик могло быть заполнено число N· где N- число импульсов с датчика 10 за один оборот вала. При этом коэф фициент пересчета счетчика 17 выбирается равным. Пусть знак фазового рассогласования плюс, тогда формирователь 2 числа импульсов пропускает на свой выход всю последовательность импульсов частоты так как отсутствуют импульсы на выходе закрытого элемента И 14. Одновременно с суммированием импульсов частоты £ 2 происходит считывание информации со счетчика 17 импульсами частоты £^₍ поступающими на его вычитающий вход через открытый элемент И 15, Эти же импульсы поступают на второй вход элемента ИЛИ 3, изменяя фазовое положение вала электродвигателя 8. Через время, равное фазовому рассогласованию, на другой вход триггера 12 поступает импульс с датчика 10 и по его переднему фронту триггер 12 устанавливается в нулевое состояние. В результате элемент И 13 закрывается, и'импульсы частоты •^2 на суммирующий вход счетчика 17 не поступают) а считывание информации по его вычитающему входу продолжается.

При каждом появлении опорного импульса происходит уточнение записанной информации в счетчике 17 о фазовЪм рассогласовании. Добавление импульсов, а значит и изменение фазового положения вала, происходит до тех пор, пока число в счетчике 17 не станет меньше И , после чего на выходе первого формирователя 18 устанавливается логический О*. При этом элемент И 15 закрывается, запрещая прохождение импульсов частоты £^ на добавление, и фазирование положения вала относительно опорных импульсов заканчивается. Если знак фазового рассогласования минус, работа устройства отличается тем, что одновременно с суммированием импульсов частоты £^ происходит считывание информации со счетчика 17 импульсами частоты fl, поступающими на его суммирующий вход через открытый второй элемент И 14 и второй элемент ИЛИ 4. Эти импульсы поступают на второй вход формирователя 2 числа импульсов, изменяя фазовое положение вала электродвигателя 8 в другом направлении. После полного заполнения счетчика последующий импульс частоты £ сбрасывает его в нулевое состояние, при этом срабатывает первый формирователь 18 управляющего сигнала, и появившийся логический О на его выходе закроет элемент И 14. При этом происходит запрещение прохождения импульсов частоты на управляющий вход формирователя 2

907 числа импульсов, суммирующий вход счетчика 17, и фазирование поЛоженйя вапа заканчивается. Элемент 20 задержки необходимо для того, чтобы импульсные последовательности частоты и на вы-5 ходе счетчика 17 и частот и на входах элемента ИЛИ 3 не перекрывались во времени. Требуемую скорость вращения вала электродвигателя 8 устанавливают пропорциональным изменением фикси— 19 рованных частот -£^0 генератора 1.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить время фазирования положения вапа электродвигателя, т.е. увеличить быстродействие устройства в два раза. В 15 случае '.нарушения сфазированного состояния под действием помех, требуется меньше времени дпя его восстановления.

Claims (2)

1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ВАЛА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Изобретение относитс  к нобпасти автоматического регулировани , а именно к системам стабитшзации скорости электродвигателей с дополнительным регулированием фазового положени  вала и может найти различное применение в автоматике , в частности в устройствах, в которых необходимо обеспечить синхронное и синфазное вращение валов нескольких электродвигателей . Известно устройство дл  программного управлени  положением вала электродвигател , содержащее фазовый дискриминатор , блок управлени , электродвигатель, на валу которого установлены датчик скорости , датчик положени , фазовый дискриминатор , делитель частоты, элемент ИЛИ, триггер, генератор опорной частоты и генератор эталонных частот l. Недостатком такого устройства  втшетс  невозможность фазировани  положени  ваАа электродвигател  при низких скорост х или при низкой частоте опорных импульсов . Наиболее бпиэким техническим решением к изобретению $шл етс  устройство дл  программного управлени  положением вала электродвигател , позвол ющее с большой точностью фазировать попожение вала электродвигател  относительно опорных импульсов в широком диапазоне частот и скоростей. Устройство содержит последовательно соединенные фазовый дискриминатор, блок управлени  и электродвигатель, на валу которого установлены датчик скорости и датчик положени , выход датчика скорости соединен с одним из входов фазового дискриминатора, другой вход которого через делитель частоты подключен к выходу элемента ИЛИ, выход датчика положени  подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединён с выходом генератора опорной частоты и входом формировател  импульсов, а выход последнего подключен к обнул ющему входу реверсивного счетчика, первый вход первого элемента И и вход элемента за390 держк  соединены со вторым и третьим Входами генератора эталонных частот, один из входов элемента ИЛИ соединен с вычитающим входом реверсивного счет чика, а его выходы подключены ко дам формироватегш управл ющего сигна па 2. Недостатком данного устройства  в каетс  его невысокое быстродействие, обусловленное невозможностью фазировани  положени  вала электродвигател  в Й.ВУХ направлени х относительно опорных импупьсов в зависимости от знака фазового рассогласовани  (плюс меньше 180 минус - больше 180), - Цепь изобретени  - уве1шчение быстрбдействи  устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  программного управлени  положением вала электродвига тел , содержащее последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, дегштел:ь частоты и дискриминатор, св занный вто™ рым входом с датчиком скорости вала электродвигател , а выходом - с блоком управлени , генератор эталонных частот, подключенный первым и вторым выхода ми соответственно ко входу элемента задержки и первому входу первого эпемен та И, соециненноговгорым входом с выхо дом триггера, св занного первым входом с выходом датчика положени  вала элек«тродвигател , а вторым входом - с выходом генератора опорной частоты и со входом формировател  импуш сов, подключенного выходом к первому входу реверсивного счетчика, соединенного выходами со входами первого формировател  управл ющих сигналов, введены формирователь числа импульсов, второй элемент ИЛИ, второй и третий элементы И и второй формирователь управл ющих снгаалов, соединенный входом с выходом триггера, а пр мым и инверсьшгм выходами - с пер выми входами соответственно второго и третьего элементов И, подключенных вторыми входами к выходу элемента эадерж . ки, третьими входами к выходу первого формировател  управл ющих сигналов, выход третьего элемента И св зан с вы читающим входом реверсивного счетчика и с первым входом первого элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к вы ходу формировател  числа импульсов, соединенного первым входом с третьим выходом генератора эталонных частот, а вторым входом с выходом второго элемента И и первым входом второго элеме 2.4 та ИЛИ, св занного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом с суммирующим входом реверсивного счет шка, На чертеже дана схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор эта лон1л 1Х частот 1, формирователь 2 числи импульсов, первый 3 и второй 4 эпемен- ты ИЛИ, делитель 5 частоты, фазовый дискриминатор 6, блок 7 управлени , элек тродвйгатель 8, датчик 9 скорости вала электродвигател , датчик 10 положени  вала элекгродвигагел}., генератор 11 опорной частоты, триггер 12, первый, второй и третий элементы И 13-15, формирова тель 16 импульсов, реверсивный счетчик 17, первый и второй формирователи 18 и .19 управл ющего сигнала и элемент 20 задержки. Устройство работает следующим обра зом. Генератор 1 подает три стабильные синхронизированные последовате пьности коротких импупьсов ( f I f 2. з на первый вход дискриминатора 6 посту пают импульсы частоты(и,где И - коэффищ1ент делени  делител  5. На другой вход дискриминатора 6 поступают импуль- сы с датчика 9 скорости, который должен генерировать достаточно больщое импульсов за один оборот вала. Если частота импульсов х11И на первом дискриминатора 6 больще, чем на втором , то напр жение на его выходе макси- мальное, и скорость вращени  вала электродвигател  8 увеличиваетс . Если частота импульсов -|/И меньще частоты импупьсов с датчика 9, то напр жение на выходе дискриминатора 6 равно нулю, и скорость вращени  вала уменьшаетс . В установивщемс  режиме вал электродвигател  8 вращаетс  с такой скоростью, что частота импульсов с датчика 9 равна частоте Е /ИПри этом аналоговое напр жение на выходе дискриминатора 6 зависит от сдвига по фазе между сигналами, подаваемыми на его входьи Это напр жение через блок 7 так управл ет электродвигателем 8, что фаза сигнала с датчика 9 скорости следит за фазой сигнала на входе дискриминатора 6. Така  работа соответствует вхождению вала электродвигател  8 в синхронный режим, однако фазовое положение вала относительно фазы.частоты опорных импульсов оп может быть произвольным. Дл  изменени  фазового попожени  вала в устройстве используетс  метод дискрет ного изменени  фазы, закшочающийс  в добавпении импульсов в последовательность импульсов частоты f или удапе- НИИ импупьсов из этой последовательност В результате этого фаза импупьсов частоты f/I |и на входе дискриминатора 6 измен етс  дискретно на Эбо|иград. в одном из двух направлений в зависимост от знака рассогласовани . Дискретность изменени  фазы и частоты добавлени  f,, (фазировани ) выбираютс  такими, чтобы устройство не выходило из синхронизации по скорости и определ ютс  экспериментально. Частота добавлени  или удалени  определ ет врем  фазировани  и зависит, в основном, от быстродействи  электродвигател . Фор мирователь 19 управл ющего сигнала оп редел ет знак фазового рассогласовани  между импульсами генератора 11 опорной частоты и импульсами датчика 10 положени . Если знак фазового рассогла- совани  плюс, что соответствует сдвигу фаз меньше 18О град, или коэффициенту заполнени  импульсов на выходе триггера 12 меньше 0,5, на инверсном выходе управл ющего устройства 19 присутствуе логическа  1, В этом случае открыт элемент И 15, а элемент И 14 закрыт. Если знак фазового рассогласовани  минус , что соответствует сдвигу фаз больше 18О град, или коэффициенту заполнени  импульсов на выходе триггера 12 больше 0,5) на пр мом выходе управл ющего устройства 19 присутствует логиче ка  I, и теперь уже открыт элемент И 14, а элемент И 15 закрыт. Датчик 10 положени  выдает один импульс за один оборот вала. Импульсы с этого датчика поступают на один из входов тригге ра 12, на другой вход которого поступают импульсы с генератора 11. По перед нему фронту импульса опорной частоты триггер 12 устанавливаетс  в единичное состо ние, а формирователь 16 формирует короткий импульс, устанавливающий реверсивный счетчик 17 в нулевое состо ние. При этом элемент И 13 открь ваетс , и импульсы частоты заполнени  12. через элемент ИЛИ 4 поступают на суммирующий вход счетчика 17. Частота заполнени  выбираетс  такой, чтобы при максимальном фазовом рассогласовании в счетчик могло быть заполнено число N- У1, где Ы- число импульсов с датчика 10 за один оборот вала. При этом коэффициент пересчета счетчика 17 выбирает с  равным. Пусть знак фазового рассопласовани  плюс, тогда формирователь 2 гасла импульсов пропускает на свой выход всю последовательность импупьсов частоты , так как отсутствуют импупьсы на выходе закрытого элемента И 14, Одновременно с суммированием импульсов частоты 2 происходит считывание информации со счетчика 17 импульсами частоты Е поступающими на его вычитающий вход через открытый элемент И 15, Эти же импульсы поступают на второй вход элемента ИЛИ 3, измен   фазовое положение вала электродвигател  8. Через врем , равное фазовому рассогласованию, на другой вход триггера 12 поступает импульс с датчика 10 и по его переднему фронту триггер 12 устанавливаетс  в нулевое состо ние. В результате элемент И 13 закрываетс , иимпульсы частоты на суммирующий вход счетчика 17 не поступают, а считывание информации по его вычитающему входу продолжаетс . При каждом по влении опорного импульса происходит уточнение записанной информации в счетчике 17 о фазовЬм рассогласовании . Добавление импульсов, а значит и изменение фазового положени  вала, происходит до тех пор, пока число в счетчике 17 не станет меньще У, после чего на выходе первого формировател  18 устанавливаетс  логический О. При этом элемент И 15 закрываетс , запреща  прохождение импульсов частоты f на добавление , и фазирование положени  вала относительно опорных импупьсов заканчиваетс . Если знак фазового рассогласовани  минус, работа устройства отличаетс  тем, что одновременно с суммированием импульсов частоты { происходит считывание информации со счетчика 17 импульсами частоты f,, поступающими на его суммирующий вход через открытый второй элемент И 14 и второй элемент ИЛИ 4. Эти импульсы поступают на второй вход формировател  2 числа имщльсов , измен   фазовое положение вала электродвигател  8 в другом направлении . После полного заполнени  счетчика последующий импульс частоты 2, сбрасывает его в нулевое состо ние, при этом срабатывает первый формирователь 18 правл ющего сигнала, и по вившийс  логический О на его выходе закроет элеент И 14. При этом происходит запреение прохождени  импульсов частоты а управл ющий вход формировател  2 чиспа импупьсов, суммируюгций вход счетчика 17, и фазирование поЛожен   вала заканчиваетс . Эпемент 20 задержки необходимо дл  того, чтобы импульсные по спедоватепьности частоты i и ij на вы ходе счетчика 17 и частот f и f на входах элемента ИЛИ 3 не перекрывались во времени. Требуемую скорость враще ки  вала эпектродвигате   8 устанав1шва ют пропорциональным изменением фиксированных частот -i/jH 2 генератора 1. Предлагаемое устройство позвол ет уменьшить врем  фазировани  положени  вала электродвигател , т.е. увеличить быстродействие устройства в два раза. В :лучае /нарушени  сфазированного состо ни  под действием помех, требуетс  меньше времени дл  его восстановлени . Формула изобретени  Устройство дл  программного управпени  положением вапа эпектродвигатеп , содержащее последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, делитель частоты и дискриминатор, св занный вторым входом с датчиком скорости вала электродвн гател , а выходом - с блоком управпени , генератор эталонных частот, под кпюченный первым и вторым выходами соответственно ко входу элемента задерж ки и первому входу первого элемента И, соединенного вторым входом с выходом триггера, св занного nepBbnvf входом с выходом датчика положени  вала эпектро двигател , а вторым входом - с выходом генератора опорной частоты и со входом формировател  импульсов, подключенного выходом к первому входу реверсивного счетчика, соединенного выходами со входами первого рмировател  управл ющих сигналов, отличающеес  тем, что, с цепью повьплени  быстродействи  устройства, в него вввдefш формирова™ тень числа импупьсов, второй элемент ИЛИ, второй и третий элементы И и втО рой формирователь управл ющих сигналов, соединенный входом с выходом триг гера , а-пр мым и инверсным выходами . с первыми входами соответственно второго и третьего элементов И, подключенных вторыми входами к выходу элемента задержки, третьикте входами - к выходу первого формировател  управл ющих сигналов , выход третьего элемента И св зан с вычитающим входом реверсивного счетчика и с первым входом первого эле мента ИЛИ, подключеннбго вторым входом к выходу формировател  числа импу ьсов , соединенного первым входом с третьим выходом генератора эталонных частот, а вторым входом - с выходом вто рого элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, св занного вторым входом с выходом первого элемента И, а выходом - с суммирующим входом реверс сивного счетчика Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Сб. Система стабилизапии скорости с фазовым управлением и система фаааровани  прецизионного электропривода. Л.. ДДНТП, 1971
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 708310, кл. G 05 В 19/4О, 1977 (прототип).