Цифровой электропривод

Цифровой электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий двигатель постоянного тока с импульсным датчиком частоты вращения, подкЛюченньй к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный счетчик, . разрядные выходы которого соединены с входами блока ограничения и регистра , первый триггер, выходами подключенный к первым входам двух логических элементов И, выходы которьгх соединены соответственно с входами сложения и вычитания второго реверсивного счетчика, логический элемент ИЛИ, блок синхронизации, к входам которого подключены три выхода блока тактовых частот, выход импульсного датчика частоты вращения и выходы блока ограничения, выходы блока синхронизации соединены с входами первого реверсивного счетчика, входы логического элемента ИЛИ подключены к вьЬсодам переноса и заема второго реверсивного счетчика, подключенным также к установочным входам первого триггера, прямой выход которого соединен со стробирующим входом регистра, входы которого и выход логического элемента ИЛИ соединены соответственно с входами параллельной записи и стробирующим входом второго реверсивного счетчика, причем четвертьй выход блока тактовых частот подключен к вторым входам двух логических элементов И, о т -г личающийся тем, что, с целью повышения качества и точное ти регулирования, в него дополнительно введены датчик тока якоря электродвигателя, преобразователь Ток якоря - коэффициент заполнения и второй блок синхронизации, разрядные входы которого соединены с в разрядными выходами второго реверсивного счетчика, другой вход второ го блока синхронизации подключен к первому выходу преобразователя ток якоря - коэффициент заполнения, два других выхода которого соединены с входами импульсного усилителя мощности , первый вход преобразователя, ток якоря - коэффициент заполнения подключен к выходу датчика тока якоря электродвигателя, второй вход соединен с инверсным выходом первого триггера, а третий вход - с выходом второго блока синхронизации. 2. Электропривод по п. 1, о т личающийся тем, что,второй блок синхронизации содержит триггер и дешифратор единицы младшего разряда , разрядные входы которого образуют входы второго блока синхронизации, а выход подключен к установочному входу триггера, вход сброса которого и прямой выход образуют соответственно другой вход и выход второго блока синхронизации.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю 01)

/ зю0 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3567819/24-07 (22) 28.03.83 (46) 07.07.84. Бюл. Р 25 (72) А.И.Овчаренко и Ю.В.Журавлев (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621.316.718(088.8) (56) 1. Патент США В 3950628, кл. 318-314, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3473365/24-07,, кл. Н 02 Р 5/06, 1982. (54) (57) 1. ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий двигатель постоянного тока с импульсным датчиком частоты вращения,.подкЛюченный к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами блока. ограничения и регистра, первый триггер, выходами подключенный к первым входам двух логических элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания второго реверсивного счетчика, логический элемент ИЛИ, блок синхронизации, к входам которого подключены три выхода блока тактовых частот, выход импульсного датчика частоты вращения и выходы блока ограничения, выходы блока синхронизации соединены с входами первого реверсивного счетчика, входы логического элемента ИЛИ подключены к выходам переноса и заема второго реверсивного счетчика, пбд" ключенным также к установочным входам первого триггера, прямой выход которого соединен со стробирующим

Ъ входом регистра, входы которого и выход логического элемента ИЛИ соединены соответственно с входами параллельной записи и стробирующим входом второго реверсивного счетчика, причем четвертый выход блока тактовых частот подключен к вторым входам двух. логических элементов И, о т -. л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества и точнос ти регулирования, в него дополнительно введены датчик тока якоря электродвигателя, преобразователь ток якоря — коэффициент заполнения и второй блок синхронизации, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами второго реверсивного счетчика, другой вход второ

ro блока синхронизации подключен к первому выходу преобразователя ток якоря — коэффициент заполнения, два других выхода которого соединены с входами импульсного усилителя мощности, первый вход преобразователя, ток якоря - коэффициент заполнения подключен к выходу датчика тока якоря электродвигателя, второй вход соединен с инверсным выходом первого триггера, а третий вход — с выходом второго блока синхронизации.

2. Электропривод по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что,второй блок синхронизации содержит триггер и дешифратор единицы младшего разряда, разрядные входы которого образуют входы второго блока синхронизации, а выход подключен к установочному входу триггера, вход сброса которого и прямой выход образуют соответственно другой вход и выход второго блока синхронизации.

1102002

3. Электропривод по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с a тем. что преобразователь ток якоря — коэффициент заполнения содержит инвертор, логический элемент .ИЛИ-HF. генератор импульсов пилообразной формы, компаратор и интегратор, вход которого образует вход преобразователя, ток якоря — коэффициент заполнения, выход подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с входом сброса триггера второго бло ка синхронизации, выход которого

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления двигателями небольшой мощности при высоких требованиях к статической точности регулирования.

Известен цифровой электропривод,,содержащий двигатель постоянного тока с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами блока ограничения и регист. ра, триггер, выходами подключенный 15 к первым входам двух логических элементов И, выходы которых соединены с входами второго реверсивного счетчика (1 J.

Недостатком данного,электроприво- 20 да является наличие существенных пульсаций частоты вращения, особенно в диапазоне низких частот, что обусловлено изменением периодичности поступления импульсов управления дви-25 жением, а собственно периодичность определяется частотой вращения и, естественно, при низких частотах вращения период поступления импульсои велик, фильтрующие свойства двигате- ЗО ля на низких частотах ухудшаются, что и обуславливает увеличение пульсаций частоты вращения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущностия является цифровой электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока подключен к входу генератора импульсов пилообразной формы, выход котоГ рого соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен также к одному из входов логического элемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого образует второй вход преобразователя ток якоря-коэффициент заполнения, а выход подключен к первому вхо" ду импульсного усилителя мощности и к входу инвертора, выход которого соединен с вторым входом импульсного усилителя мощности.

2 с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный.счетчик, разрядные выходы которого соединены с входами блока ограничения и регистра, триггер, выходами подключенный к первым входам двух логических элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания второго реверсивного счетчика, логический элемент ИЛИ и блок синхронизации, к входам которого подключены три выхода блока тактовых частот, импульсный датчик частоты вращения и блок ограничения, а выходы соединены с входами первого реверсивного счетчика, входы логичес. кого элемента ИЛИ подключены к выходам переноса и заема второго реверсивного счетчика, подключенным к установочным входам триггера, прямой выход которого соединен со стробирующим входом регистра, выходы которого и. выход логического элемента ИЛИ соединены соответственно с входами параллельной записи и стробирующим входом второго реверсивного счетчика, причем четвертый выход блока тактовых частот подключен к вторым входам двух логических элементов. И. Сущность работы электропривола заключается в сравнении периода импульсов заданной частоты вращения ЕЗ двигателя и истинной частоты вращения Е двигателя и выработке широтно-импульсного управляющего

002

3 t t02 сигнала, пропорционального сигналу рассогласования между импульсными последовательностями f и f . Постоянство периода модуляции обеспечивает минимальные пульсации часто- 5 ты вращения двигателя С2 3.

Недостатком известного электропривода является то, что в закон управления частотой вращения двигателя входит лишь интегральная сос- щ тавляющая, вырабатываемая в первом реверсивном счетчике, так как при поступлении на его входы импульсов

;заданной Г и истинной f< частот

1 ращения двигателя на выходе образуется код суммы отклонений между задан- ным и истинным значениями величины.

Пренебрегая эффектом дискретизаt ции и квантования, можно записать

t м ц= ь,-, м, и где NU(t) — текущее значение кода первого реверсивного счетчика.

Таким образом, известный электро: .привод представляет собой И-регуля тор. Подобная структура регУлятора

"применительно к объекту управления, описываемого периодическим звеном с двумя инерционностями (а именно

ЗО таким звеном и является двигатель постоянного тока), приведет к снижению качества и точности регулирования и пределе — к потери устойчивос ти). Оптимальным в этом смысле является ПИ-регулятор.

Целью изобретения является повышение качества и точности регулирования.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой электропривод, .

40 содержащий двигатель постоянного то" ка с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к импульсному усилителю мощности, блок тактовых частот, первый реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены

45 с входами блока ограничения и регистра, первый триггер, выходами подключенный к первым входам. двух логических элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания второго реверсивного счетчика, логический элемент ИЛИ, блок синхронизации, I к входам которого подключены три выхода блока тактовых частот, выход

55 импульсного датчика частоты вращения и выходы блока ограничения, выходы блока синхронизации соединены с входами первого реверсивного счетчика, входы логического элемента ИЛИ подключены к. выходам переноса и заема второго реверсивного счетчика, подключенным также к установочным входам первого триггера, прямой выход которого соединен со стробирующим входом регистра, входы которого и выход логического элемента ИЛИ соединены соответственно с входами параллельной записи и стробирующим входом второго реверсивного счетчика, причем четвертый выход блока так товых частоты подключен к вторым входам двух логических элементов И, дополнительно введены датчик тока якоря электродвигателя, преобразователь ток якоря — коэффициент заполнения и второй блок синхронизации, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами второго реверсивного счетчика, другой вход второго блока синхронизации подключен к первому выходу преобразователя ток якоря — коэффициент заполнения, два других выхода которого соединены с входами импульсного усилителя мощности, первый вход преобразователя ток якоря — коэффициент заполнения подключен к выходу датчика тока якоря, второй вход соединен с инверсным выходом первого триггера, а третий вход - с выходом второго блока синхронизации.

Кроме того, второй блок синхронизации содержит триггер и дешифратор единицы младшего разряда, разрядные входы которого образуют входы второго блока синхронизации, а

:выход подключен к установочному входу триггера, вход сброса которого и прямой выход образуют соответствен но другой вход и выход второго блока синхронизации.

Преобразователь ток якоря — коэффициент заполнения содержит инвертор, логический элемент ИЛИ-HE генератор импульсов пилообразной формы, компаратор и интегратор, вход которого образует первый вход преобразователя ток якоря — коэффициент заполнения, выход подключен к первому входу компаратора, выход ко. ,торого соединен с входом сброса триггера второго блока синхронизации, выход которого подключен к входу генератора импульсов пилообразной

5 11020 формы, выход которого соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен также к одному иэ входов логического элемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого образует второй вход преобразователя ток якоря — коэффициент заполнения, а выход подключен к первому входу импульсного усилителя мощности и к входу инвертора, выход которого соединен с вторым

,входом импульсного усилителя мощности.

На чертеже приведена структурная схема цифрового электропривода.

Электродвигатель 1 с импульсным датчиком 2 частоты вращения и датчиком 3 тока якоря подключен к импульсному усилителю 4 мощности. Три выхода блоха 5 тактовых частот соединены .с входами первого блока 6 синхронизации, к блокировочным входам которого подключен блок 7 ограничения, выполненный на параллельно соединенных по входам дешифраторах единиц 8 и нулей 9, входы которых вместе с входами регистра 10 соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика 11, подключенного к выходам блока 6 синхронизации.

К стробирующему входу регистра 10 подключен прямой выход триггера 12. Выходы регистра 10 соединены с входами параллельной записи реверсивного счетчика 13, к стробирующему входу которого подключен выход логического элемента ИЛИ 14, входы з5 которого подключены к выходам реверсивного счетчика 13 вместе с установочными входами триггера 12> прямой и инверсный выходы последнего через два логических элемента И 15 40 и 16 соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счетчика 13. Четвертый выход блока 5 тактовых частот подключен к вторым входам логических элемен- 45 тов И 15 и 16.

Разрядные выходы второго реверсивного счетчика 13 соединены с разрядными входами второго блока 17 сийхронизации, который содержит 50 триггер 18 и дешифратор 19 единицы младшего разряда, его разрядные входы являются входами второго блока 17 синхронизации и соединены с разрядными выходами второго реверсивного, счетчика 13, а выход его подключен к установочному входу. триггера 18.

Преооразователь 20 ток якоря — коэф фициент заполнения содержит инвертор 2 1, логический элемент ИЛИ-НЕ 22, генератор 23 импульсов пилообразной формы, компаратор 24 и интегратор 25, вход которого подключен к датчику 3 тока якоря, выход — к первому входу компаратора 24, выход которого подключен к первому, входу логического элемента ИЛИ-НЕ 22 и к входу сброса триггера 18, прямой выход которого соединен с входом генератора 23 импульсов пилообразной формы.

Второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 22 подключен к инверсному выходу триггера 12, выход - к первому входу импульсного усилителя 4 мощности непосредственно, а к второму его входу — через интегратор 21, Цифровой электропривод работает следующим образом.

Блок 5 тактовых частот вырабатывает импульсную последовательность заданной частоты вращения f двигателя 1 и три несовпадающих во времени тактовых последовательностей

Е01> f02> f03 . Задающая частота Г

3 .и частота обратной связи f формиос руются импульсным датчиком 21 частоты вращения двигателя 1, поступают в блок 6 синхронизации, Последний осуществляет "привязку" импульсов

Ез, Е ос к тактовым.последовательностям f«, f z соответственно. Это необходимо для того, чтобы исключить одновременное поступление импуль, сов f нHа с у м мир у ющиHйH, fîñ на вычитающий входы первого реверсивного счетчика 11. Текущее значение кода

Nu(t) в реверсивном счетчике 11 пропорционально величине

t ,ь(Ф!= (f -е }а, О т.е. интегралу ошибки в системе. Если же по каким-то причинам f ) f з ос> то на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 1 1 поступает в единицу времени больше импульсов, чем на его вычитающий вход, Следовательно, код в первом реверсивном счетчике 11 возрастает, вызывая увеличе ние частоты вращения до момента

Е =f . Если f (f то происходит обратный процесс ° За счет наличия интегральной составляющей в .законе регулирования система имеет нулевую методическую ошибку при управляющих воздействиях типа "скачок".

1102002

Блок ограничения предотвращает опрокидывание первого реверсивного счетчика 11 при больших или длительных рассогласованиях между fý ос

Происходит это следующим образом.

Если f ) f o и первый реверсивный счетчик 11 принимает состояние "Все единицы", то срабатывает дешифратор 8 единиц, выходной сигнад которого блокирует поступление.импульсов f на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 11. При этом импульсы fo< продолжают поступать на его вычитающий вход вплоть до входа в линейную зону работы. После этого сигнал блокировки снимается.

Аналогичные процессы происходят и при соотношении f c f с той лишь разницей, что первый реверсивный счетчик 11 принимает состояние "Все нули" и срабатывает дешифратор 9 нулей, блокирующий выходным сигналом поступление импульсов foe на вычитающий вход первого реверсивного счетчика 11.

Код регистра 10 преобразуется .в широтно-импульсный сигнал (период постоянный, коэффициент заполнения переменный). Это осуществляется сле. .дующим образом. При опрокидывании триггера 1.2 в единичное состояние через логический элемент ИЛИ 14 разрешается перепись кода регистра 10 во второй реверсивный счетчик 13, а импульсы частоты fo поступают через логический элемент И 15 на вычитающий вход. второго реверсивного счетчика 13. Процесс уменьшения содержимого второго реверсивного счетчика 13 продолжается до его обнуления и появления импульса заема.

Последний вызывает установку триггера 12 в нулевое состояние и вновь перепись кода регистра 10 во второй реверсивный счетчик 13. Теперь открыт логический элемент И 16 и импульсы частоты f поступают на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 13 до его заполнения и появления импульса переноса, устанавливающего триггер 12 в единичное состояние. Таким образом, на выходах триггера 12 имеет место широтноимпульсный сигнал с периодом,.определяемым частотой и емкостью второго реверсивного счетчика 13. Период выбирается так, чтобы двигатель 1 служил фильтром нижних частот (для двигателей мощностью единицы-десят,ки киловатт частота модуляции единицы-десятки килогерц).

Так как длительность единичного

5 состояния триггера 12 пропорциональна коду регистра 10, то и длительность подключения якорной цепи двигателя 1 к источнику +Е также пропор10 циональна этой величине.

Поскольку импульсы частоты f

t-

faZ ° Уоэ разнесены)ВО BpeMeHH то съем кода первого реверсивного счетчика 11 в регистр 10 проходит только

15 в моменты стационарного состояния первого реверсивного счетчика 11.

Однако, поскольку двигатель 1 представляется периодическим звеном с двумя инерционностями, то цифровой

20 электропривод, в закон управления которого входит только интегральная составляющая сигнала ошибки между

f и Еос, не обеспечивает заданных показателей точности и качества ре25 гулирования. Это объясняется тем, что логарифмическая частотная харак, теристика ЛЧХ регулятора пересекает ось частот ц под наклоном 40 В/дек, что не обеспечивает запаса устойчивости системы по амплитуде и по

30 фазе .

Для обеспечения заданных показа- телей качества и устойчивости системы необходимо использовать ПИ-регулятор, т.е. ввести в закон регулиро35 вания пропорциональную (П) составляю щую. Последнее осуществляется введением сигнала обратной связи по току якоря двигателя, который является дифференциальной составляющей выход40 ного сигнала, в данном случае частоты вращения двигателя 1. Проинтегрировав производную от выходной координаты, получим пропорциональную составляющую закона регулирования, 45 которая затем, просуммировавшись с интегральной составляющей, обеспечит ПИ-структуру цифрового электро привода.

Вышесказанное осуществляется

50 следующим образом.Сигнал, пропорциональный току якоря, снимается с датчика 3 тока и поступает -на вход интегратора 25. Сигнал с выхода последнего подается на

55 вход компаратора 24, где сравнивает" ся с опорным сигналом пилообразной формы, вырабатываемым генератором 23 импульсов пилообразной формы. На вы10 формы и появление именно в этот момент переднего фронта широтно-модулированного импульса П-составляющей, закона регулирования на выходе компа. ретора 24 и соответственно на входе логического элемента ИЛИ-НЕ. Таким образом, момент окончания заднего

Фронта широтно-модулированного импульса И-составляющей закона регулирования (с выхода триггера 12) совпадает с началом переднего фронта широтно-модулированного импульса

П"составляющей. При этом время суммарного импульса управления . =

nv

=Т„+ ;„, где с „". время импульса

И-составляющей, Тп — время импульса

П-составляющей закона регулирования.

Фиксация дешифратором 19 единицы младшего разряда наличия импульса именно на младшем разряде второго реверсивного счетчика 13 обуславливается необходимостью скомпенсировать внутренние задержки преобразователя ток якоря — коэффициент заполнения -20.

Таким образом, предлагаемый цифро" вой электропривод обеспечивает повыше- ние качества и точности регулирования.

9 1102002 ходе номпаратора 24 образуется BIHpoT» но-импульсный модулированный сигнал, который,. суммируясь на логическом

Ь элементе ИЛИ-НЕ 22 с широтно-импульсным сигналом, присутствующим на 5 выходе триггера 12, управляет работой импульсного усилителя 4 мощности. При этом второй блок 17 синхронизации осуществляет жесткую "привязку" переднего фронта импульсов с выхода компаратора 24 (П-составляющая за- кона регулирования) с задним фронтом импульсов с выхода триггера 12 (И-составляющая). "Привязка" осуществляется,Следующим образом. Дешифра- 1 тором 19 единицы младшего разряда фиксируется момент наличия "единицы" в младшем разряде второго реверсивного счетчика 13, при исчезновении которой происходит обнуление последнего и формирование заднего фронта широтно-модулированного импульса

И-составляющей закона регулирования.

При этом выходной сигнал дешифратора 19 единицы младшего разряда устанавливает триггер 18 в нулевое состояние. Последнее инициирует запуск генератора 23 импульсов пилообразной

1102002

ЗННКПИ Заказ 4780/42 Тираж 667 Оодаюсмое

Фияиал ППП "Патент" ° 3 -Уагород, уа.Проектная, 4