Электропривод постоянного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком частоты вращения, .подключенньй к усилителю мощности, , входом соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабжённого дополнительным входом переключения масштабных коэффициентов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью расширения диапазона и повьш1ения точности регулирования частоты вращения, в него введены последовательно соедиг ненные преобразователь частота-код, преобразователь кода, регистр памяти и преобразователь код-частота, выход которого подключен к входу обратной связи цифрового регулятора частоты и к синхр6низируюп1ему входу регистра памяти, а частотный вход - к выходу импульсного датчика частоты вращения , соединённому с входом преобразователя частота-код, причем вход пе реключения масштабных коэффициентов цифрового регулятора частоты подключен к выходу регистра памяти.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

И=СПжлИК

Зад) Н 02 P 5/06 (21) 3611462/24-07 (22) 27.0$.83 (46) 15. 10.84. Бюл. 9 38 (72) А.С. Мезенцев (71) Пермский политехнический институт (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Заявка Великобритании

У 1432674, кл. Н 02 Р 5/06, опублик. 1975., 2. Авторское свидетельство СССР

9 738083. кл. Н 02 Р 5/06, 1978. (54)(57) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО

ТОКА, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к усилителю мощности, входом соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабженного дополнительным входом переключения масштабных коэффициентов, о т л и— ч а ю шийся тем, что,с целью расширения диапазона и повышения точности регулирования частоты вращения, в него введены последовательно соеди-. ненные преобразователь частота-код, преобразователь кода, регистр памяти и преобразователь код-частота, выход которого подключен к входу обратной связи цифрового регулятора частоты и к синхронизирующему входу регистра памяти, а частотный вход — к выходу. импульсного датчика частоты вращения, соединенному с входом преобразователя частота-код, причем вход переключения масштабных коэффициентов цифрового регулятора частоты подключен к выходу регистра памяти.

11191

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электропри" водам с широким диапазоном регулирования частоты вращения электродвигателя. 5

Известен электропривод,постоянного тока, содержащий последовательно включенные цифровой регулятор с входами задания и обратной связи по частоте вращения двигателя, усилитель 1О мощности и двигатель с частотным датчиком в цепи обратной связи. В этом электроприводе сигнал обратной связи формируется в виде периода следования импульсов частотного датчика. Требу 15 емое значение частоты вращения задается в виде временного интервала и вводится из задатчика в реверсивный счетчик в параллельном двоичном коде.

В реверсивном счетчике формируется 20 отклонение в результате вычитания импульсов эталонной частоты из кода задания в течение интервала времени, равного периоду следования импульсов частотного датчика. Таким образом, 25 ошибка регулирования вычисляется в течение каждого периода выходной частоты датчика частоты вращения, что обеспечивает хорошие характеристики ввектропрвводе )1) .

Однако фи увеличении частоты вращения двигателя .снижается точность регулирования, что не позволяет использовать частотные датчики с высокой разрешающей способностью и, тем самьм, ограничивает диапазон регулирования частоты вращения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод постоянного тока, содержащий40 электродвигатель с импульсно датчиком частоты вращения, подключенный к усилителю мощности, входом соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабженного дополнительным входом переключения масштабных коэффициентов. При работе даыноге электропривода в нижней части диапазона ре" гулирования на вход обратной связи цифрового регулятора частоты поступают импульсы с частотой, равной выходкой частоте импульсного датчика частоты вращения. Если электропривод работает в верхней части диапазона регулирования, то в нем формируется 55 сигнал, обеспечивающий переключение масштабкых коэффициентов цифрового регулятора частоты. При этом частота, 51 2 поступающая на вход обратной связи цифрового регулятора, в Е (целое число) раз меньше выходной частоты импульсного датчика частоты вращения электродвигателя, что позволяет, не снижая точности, в tn paw расширить диапазон регулирования частоты вращения f2j .

Однако при высоких требованиях к точности данный электропривод не может обеспечить широкий диапазон регулирования частоты вращения, так как. внутри диапазона регулирования требуется неоднократное, с малым шагом дискретности, изменение масштабных коэффициентов цифрового. регулятора частоты вращения.

Цель изобретения расширение диапазона и повышение точности регулирования частоты вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель с импульсным датчиком частоты вращения, подключенный к усилителю мощности, входом соединенному с выходом цифрового регулятора частоты, снабженного дополнительным входом переключения масштабных коэффициентов, введены последовательно соедмненные преобразователь частота — код,,преобразователь кода, регистр памяФи и преобразователь кодчастота, выход которого подключен к входу обратной связи цифрового регулятора частоты и к синхронкзирувщему входу регистра памяти, а частот:" иый вход - к выходу импульсного дат -. чика частоты вращения, соединенному с входом преобразователя частотакод, нрнчем вход переключения масштабных коэффицйентов цифрового регулятора частоты подключен к выходу регистра памяти.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 — характеристика "вход-выход" преобразователя кода в логарифмическом масштабе; на фиг. 3 " принципиальная схема преобразователя кода, вариант выполнения; на фиге4 - " принципнальная схема преобразователя код †часто, вариант выполнения; на. фиг. 5 — зависимость выходной чаето" ты преобразователя код - частота от выходной частоты импульсного датчика частоты вращения.

Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель 1 с имз 1119 пульсным датчиком 2 частоты вращения, подключенный к усилителю 3 мощности, входом соединенному с выходом цифрового регулятора 4 частоты, снабженного дополнительным входом переключения масштабных коэффициентов. Преобразователь 5 частота — код,преобразователь 6.кода, регистр 7 памяти и преобразователь 8 код — частота соединены последовательно. Выход преоб- 10 разователя 8 код — частота подключен к входу обратной связи цифрового регулятора 4 частоты и к синхронизирующему входу регистра 7 памяти, а частотный Вход к Выходу импульсного 15 датчика 2 частоты вращения, соединенному с входом преобразователя 5 частота — код. Вход переключения масштабных коэффициентов цифрового регулятора 4 частоты подключен к вы- 20 ходу регистра 7 памяти.

Электропривод постоянного тока работает следующим образом.

На вход цифрового регулятора 4 частоты (фиг. 1) подают управляющее г5 воздействие, соответствующее заданной частоте вращения. При этом электродвигатель 1 вращается, и на выходе импульсного датчика 2 частоты вращения формируется импульсная последова- 0 тельность с частотой 1и„ . Эти импуль.— . сы поступают на вход преобразователя

5 частота — код, на выходе которого

1формируется код НIIII», пропорциональный частоте вращения электродвигателя 1 Е

"IIII»="lltI» ид="пчк 2 где „„„ — коэффициент передачи преобразователя 5 частота— . код; 40

Z — разрешающая способность импульсного датчика частоты

2 вращения, имп/об;

Я вЂ” угловая частота вращения электродвигателя 1. 45

Преобразователь 5 частота — код может быть выполнен с использованием метода прямого преобразования, который заключается в подсчете количества импульсов преобразуемой частоты в течение 50 эталонного интервала времени, или метода следящего уравновешивания.

К преобразователю 5 частота — код не предъявляются высокие требования ло точности преобразования, так как код И,0цк не используется непосредст. венно для формирования ошибки.регулирования.

151 4

Koa IIIII», пропорциональньп частоте вращения электродвигателя 1, с выхода преобразователя 5 частота †к поступает на вход преобразователя 6 кода.

Из фиг . 2,где изображена в логарифмическом масштабе характеристика "входвыход" преобразователя 6 кода, следует, что

"P" "пчк пчк rntí > где 1 = 1 2 — целое число;

Н=еМ 1о(Д) — максимальное целое число, удовлетворяющее неравенству Д/2 1;

Rnt — целая часть дроби; еле бачк rn.tn

Д = — диапазон регулирования

tl4» mt П частоты вращения электродвигателя 1 (диапазон изменения выходного кода преобразователя 5 частота — код), И„„„ — значение выходного кода преобразователя 5 частота — код, соответствующее верхней границе диапазона регулирования частоты вращения;

Н„ » „„,.„ — значение выходного кода преобразователя 5 частота — код, соответствующее нижней границе диапазона регулирования частоты вращения;

Иэ выражения (1) следует, что если значение частоты вращения двигателя 1 меньше значения, соответствующего нижней границе диапазона регулирования, то двоичныи код на выходе преобразователя 6 кода соответствует числу 2, если значение частоты вращения двигателя 1 больше значения, соответствующего верхней границе диапазона регулирования, то двоичный код на выходе преобразователя 6 коо да соответствует числу 2 ; при увеличении частоты вращения двигателя 1 внутри границ диапазона регулирования в два раза, код на выходе преобразователя 6 кода уменьшается в два раза, а при уменьшении увеличивается в два раза.

Выходной код преобразователя 6 кода (фиг. 1) фиксируется регистром 7 памяти и поступает на информационные входы преобразователя 8 код — частота, на частотный вход которого поступает импульсная последовательность с выхо1119151 (3) Ф да импульсного датчика 2 частоты вращения.

Частота на выходе преобразователя

8 код - частота определяется выражением "пк

" ч 2 ЧА, Импульсы выходной частоты преобразователя 8 код — частота поступают на вход обратной связи цифрового ре- 0 гулятора 4 частоты и на синхронизирующий вход регистра 7 памяти, При этом в регистре 7 памяти фиксируется выходной код преобразователя 6 кода.

Из выражений (1) и (2) следует, что при изменении частоты вращения двигателя 1 ao sceM диапазоне регулирования выходная частота преобразователя 8 код — частота изменяется в диапазоне с4 сЯ чд min -Aalu " Щ вин

На фиг. 3 приведена зависимость выходной частоты преобразователя

8 код-частота от выходной частоты импульсного датчика 2 частоты вращения, откуда следует, что коэффициент передачи канала обратной связи электропривода устанавливается в зависимости от частоты вращения электродвигателя 1 таким образом, чтобы 30 .во всем диапазоне регулирования частоты вращения выполнялось соотношение (3).

Выходной код преобразователя 6 кода (фиг. 1), зафиксированный в ре- 35 гистре 7 памяти, поступает на вход переключения масштабных коэффициентов цифрового регулятора 4 частоты, в котором в функции этого кода устанавливаются масштабные коэффициенты, соответствующие коэффициенту передачи канала обратной связи.

Поскольку выходной код преобразователя б кода принимает значения

Йя (= 2 (i = 012 ° ° ° ) 4$ переключение масштабных коэффициентов в цифровом регуляторе 4 частоты может быть осуществлено с помощью операций сдвига (имеется в виду, что он работает в двоичном коде), 50 а при использовании ЭВИ (например, "Электроника-60"), изменение масштабных коэффициентов может проиэводить-. а ся программно.

Таким образом, преобразователь 6 кода в зависимости от текущей частоты вращения двигателя 1 управляет выходной частотой преобразователя 8 код - частота, которая пропорциональна выходной частоте импульсного датчика 2 частоты вращения в соответствии с выражением (2), и изменяет масштабные коэффициенты в цифровом регуляторе 4 частоты.

Преобразователь 8 код — частота (фиг. 4) содержит счетчик импульсов, образованный триггерами 91-9, прямые выходы которых подключены соответственно к первым входам логических элеиентов И 1011 -101д. Второй, вход логического элемента И 101,(4=

=2,3,...,п) подключен к выходу логического элемента И 101 „ 11, а второй

i( вход логического элемента И 1041 под-. ключен к счетному входу триггера 9 .

Выходы логических элементов И 10 410 „ подключены соответственно к первым входам логических элементов

И 11 -112(„„,1. Первый вход логического элемента H 11> „. подключен к счетному входу счетчика импульсов (к счетному входу триггера 9 ). Выходы логических элементов И 11< -11 1„ )подключены к соответствующим входам логического элемента ИЛИ 12, выход которого подключен через элемент 13 задержки (время задержки с 0,1 Т „ где Т - минимальное значение пеЬм. Фяй риода частоты, поступающей на частотный вход преобразователя 8 код— частота) к входам "Установка нуля" триггеров 9 -9 . Счетный .вход триггера 9 является частотным входом преобразователя 8 код - частота, вторые входы логических элементов И 11 111 д„ вЂ” информационными входами преобразователя 8 код — частота, выход логического элемента ИЛИ 12 — выходом преобразователя 8 код — частота.

Преобразователь 8 код - частота работает следующим образом.

На счетный вход счетчика импульсов, образованного соединенными последовательно триггерами 94-9, поступает частота 1 „. Триггеры переключаются по заднему фронту импульсов частоты

На выходах логических элементов.

И 10 -104,„ формируются импульсные последовательности с частотами соот1 1 .fy » Я %

Эти импульсные последовательности поступают на первые входы соответственно логических элементов И 11

11,. На .первый вход логического

2 (ь4,7 1 элемента И 112 поступают импульсы частоты 1

На информационные входы Х,..., Х „ „ преобразователя 8 код — частота (вторые входы логических элементов

И .11,1-112(„„, поступает двоичный код

М р. Он может принимать значения.

Й „= 2 (i = 0,1,2,...,n), (4) что обеспечивает равномерность выходной частоты преобразователя 8 код - частота.

Из выражения (4) следут, что в любой момент времени логическая единица присутствует на втором входе только одного из логических элементов И 112 -11z(ni )

Если К „= 2 (i = 0,1,...,П), то через логический элемент И 11 „ )и

2(и через лоиический элемент, ИЛИ 12 на выход преобразователя 8 код — частота поступает импульсная последовательность, частота которой равна

1 г f

2ВЪ-4 &Х

Таким образом, значение выходной частоты преобразователя 8 код †час,тота определяется выражением

".ах

ОиЧ n eX y где п — число триггеров, входящих в состав преобразователя 8 код †часто.

При этом частота 1 . может прини"КЧ мать значение

1 (— 0,1,...,й).

Импульсы частоты 1 „„ поступают на входы "Установка нуля" триггеров

94-9 и устанавливают их в нулевое (исходное) состояние. Это обеспечи-, вает синхронизацию моментов начала; . формирования очередных периодов,вь ходных частот логических элементов

И 101 -101< с моментом окончания . формирования текущего периода выходной частоты преобразователя 8 кодчастота.

Преобразователь 6 кода (фиг. 5) представляет собой комбинационное устройство, выполняющее логические . функции

Х1 4фт э

)1g = Q Q r, )

<>-оа,о

Х,*ай„а „...,а„„„й„.„,;

М

Х =0o ки--wm-i m- . "i-тп v 2 m-к 1р

119151 8 где Х1,...,Х 1 — значения двоичного кода на соответствующих выходах преобразователя 6 кода; (, „,,Q значения двоичного кода на выходах k старших разрядов

; преобразователя частота — код 5(фиг, 1)

k= tm — (j i4) — число старших разрядов преобразователя 5 частота — код, подключенных .к соответствующим вхо10 дам преобразователя 6 кода,. п .1 6пЩ(,Мпчкв,чЩчисло разрядов преобразователя 5 частота — код; — целое число, которое.определяется следующими выраже15 ниями еслибы — 2 ntgogzN> nJ

Р Вас t5s и

М

< 1, 5 0, то II = 1 + епфоф .М„ „,„,„, ; еслибы -2е" """ " 1 5. 0 если бачк уъ16Ф 1 то.1 =В Ы(ба©,Мдчк „1, где en1 — целая часть дроби; Д вЂ” диапазон регулирования.частоты вращения;

Nq q,> — выходной код преобразователя 5 частота — код, соответствующий нижней границе диапазона регулирования частоты вращения.

Преобразователь 6 кода (фиг. 5) работает следующим образом.

С.прямых выходов k старших разрядов преобразователя 5 частота — код на соответствующие входы преобразователя 6 кода поступают сигналы

Q (z,),... Д,„. Если частота вращения электродвигателя не превышает уровня, соответствующего ее удвоенному значенню.на нижней границе диапазона регулирования, то íà всех входах преобразователя 6 кода присутствует .сигнал логического нуля. Если частота вращения двигателя 1 соответствует. верхней границе диапазона регулирования, то на входе преобразователя .6 кода,- подключенном к старшему разряду преобразователя 5 частота — код, присутствует сигнал логической единицы.

Из выражения (5) следует, что сигнал логической единицы одновременно может присутствовать на выходе только одного логического элемента И (только на одном из выходов преобразователя 6 кода1, причем, этим логическим элементом является тот, вход которого подключен к выходу наиболее старшего из разрядов преобразователя 5 частота — код, состояние которого отлично от нулевого.

Если на всех входах преобразователя 6 кода присутствует сигнал ло10

1119151

à Тос а Ч min Ч4ю в

9 гического нуля,, то Hà его (1+1)-м выходе присутствует сигнал логической единицы. Если на выходе старшего разряда присутствует уровень логической единицы, то на первом выходе 5 преобразователя 6 кода такыре присутствует сигнал логической единицы.

Таким образом, преобразователь 6 кода имеет. характеристику "вход-выход", аналогичную изображенной на фиг. 2.

В предлагаемом электроприводе длительность периодов частотного сигнала, поступающего на вход обратной связи цифрового регулятора частоты, изменяется в пределах

При этом последнее соотношение выполняется во всем диапазоне регулирования частоты вращения(фиг. 3), что обеспечивает высокую точность регулирования.

Таким образом введение.. в широкорегулируемый электропривод преобразователя частота — код, преобразователя кода, региста памяти и преобразователя код — частота обеспечивает расширение и повышение точности регулирования скорости.

1119151

Филд

И 9 20 и И 2f

1119151

xt

Фаа Х

Составитель Н. Корева

Редактор Л. Алексеенко Техред g.Палий Корректор Е, Сирохман

Заказ 7470/43 Тираж бб6 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4