Стабилизированный электропривод

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах передачи и воспроизведения информации, а также в обзорно-поисковых и сканирующих системах.
4
Известно устройство для стабилизации скорости вращения ротора электродвигателя постоянного тока (а.с. СССР № 1280685 МКИ Н 02 P 5/06, 1986 г.), содержащее электродвигатель постоянного тока, подключенный к выходу усилителя мощности, датчик частоты вращения двигателя, задающий генератор, соединенный с входом программируемого делителя частоты и первым входом преобразователя период-код, второй вход которого также является входом второго формирователя коротких импульсов и подключен к выходу датчика частоты вращения, первый формирователь коротких импульсов вход которого подключен к выходу программируемого делителя частоты, а выход ко второму входу первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, входы которого через инверторы подключены к выходам реверсивного счетчика, одновременно подключенным к входам третьего элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ, а установочный вход которого через одновибратор подключен ко второму выходу устройства сравнения, первый информационный вход которого подключен к первому выходу преобразователя период-код, а второй информационный вход является информационным входом программируемого делителя частоты и подключен к выходу блока формирования кода периода задания, ключ первый вход которого подключен к первому выходу устройства сравнения, второй вход является вторым входом четвертого элемента И-НЕ, а выход подключен к входу усилителя мощности.
Недостатками этого устройства являются:
1) Пульсация скорости вращения электропривода во время поддержания заданной скорости в связи с применением релейного режима работы.
2) Необходимость применения преобразователя период-код и устройства сравнения высокой точности и быстродействия.
5
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является стабилизированный электропривод (а.с. СССР № 1624649 МКИ Н 02 P 5/06, 1991 г.), содержащий электродвигатель на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединённые блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей коротких импульсов, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы И, схемы ИЛИ-НЕ и двух счетчиков импульсов, причем первый и второй входы схемы И объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот, выход схемы И подключен к синхровходу первого счетчика импульсов и входу нулевой установки второго счетчика импульсов, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ, а выход – к входу нулевой установки первого счетчика импульсов, выход которого является выходом блока сравнения частот.
Недостатком этого устройства является размыкание внутреннего контура системы автоматического управления при переходе с одной угловой скорости на другую, что требует повторной синхронизации.
Техническим результатом полезной модели является расширение линейной зоны импульсного частотно-фазового дискриминатора в режиме фазового сравнения, что позволяет осуществлять переход электропривода с одной угловой скорости на другую без размыкания системы автоматического управления.
Данный технический результат достигается тем, что в известном стабилизированном электроприводе, содержащем электродвигатель, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения, блок задания частоты, последовательно соединенные импульсный частотно-фазовый дискриминатор, статический преобразователь, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя, два формирователя коротких импульсов и последовательно соединённые блок сравнения частот и одновибратор, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй входы которого через формирователи коротких импульсов подключены соответственно к выходам блока задания частоты и импульсного датчика частоты вращения, первый и второй входы блока сравнения частот подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей коротких импульсов, а блок сравнения частот выполнен в виде схемы И, схемы ИЛИ-НЕ и двух счетчиков импульсов, причем первый и второй входы схемы И объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот, выход схемы И подключен к синхровходу первого счетчика импульсов и входу нулевой установки второго счетчика импульсов, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ, а выход – к входу нулевой установки первого счетчика импульсов, выход которого является выходом блока сравнения частот согласно заявляемому техническому решению, импульсный частотно-фазовый дискриминатор состоит из логического устройства сравнения и мультиплексора, первый, второй и третий входы логического устройства сравнения являются соответственно первым, вторым и третьим входами импульсного частотно-фазового дискриминатора, первый и второй выходы логического устройства сравнения подключены соответственно к первому и второму информационным входам мультиплексора, а третий выход – к управляющему входу мультиплексора, выход которого является выходом импульсного частотно-фазового дискриминатора.
Сущность технического решения пояснена на чертеже, где на фиг. приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.
Стабилизированный электропривод содержит блок задания частоты 1, импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2, статический преобразователь 3, электродвигатель 4, импульсный датчик частоты вращения 5, формирователи импульсов 6 и 7, блок сравнения частот 8, одновибратор 9. Блок сравнения частот 8 выполнен в виде схемы И 10, схемы ИЛИ-НЕ 11, двух счетчиков импульсов 12 и 13. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2 выполнен в виде логического устройства сравнения 14 и мультиплексора 15.
2
2
В устройстве последовательно соединены импульсный частотно-фазовый дискриминатор 2 и статический преобразователь 3, выход которого подключен к якорной обмотке электродвигателя 4, на валу которого расположен импульсный датчик частоты вращения 5. Выход блока сравнения частот 8 подключен к входу одновибратора 9, выход которого подключен к третьему входу импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Первый вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, объединенный с первым входом блока сравнения частот 8, через формирователь импульсов 6 подключен к выходу блока задания частоты  1. Второй вход импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, объединенный с вторым входом блока сравнения частот 8, через формирователь импульсов 7 подключен к выходу импульсного датчика частоты вращения 5. Первый, второй и третий входы логического устройства сравнения 14 являются соответственно первым, вторым и третьим входами импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, первый и второй выходы логического устройства сравнения 14 подключены соответственно к первому и второму информационным входам мультиплексора 15, а третий выход – к управляющему входу мультиплексора 15, выход которого является выходом импульсного частотно-фазового дискриминатора 2. Первый и второй входы первой схемы И 10 объединены соответственно с первым и вторым входами схемы ИЛИ-НЕ 11 и являются соответственно первым и вторым входами блока сравнения частот 8. Синхровход счетчика импульсов 12 объединен с входом нулевой установки счетчика импульсов 13 и подключен к выходу схемы И 10. R-вход счетчика импульсов 12 подключен ко второму Q выходу счетчика импульсов 13, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ-НЕ 11. Второй Qвыход счетчика импульсов 12 является выходом блока сравнения частот 8.
Стабилизированный электропривод работает следующим образом.
оп
При включении питания электродвигатель 4 начинает разгоняться до синхронной скорости, определяемой сигналом задания f на выходе блока задания частоты 1, пропорциональным заданной угловой скорости электродвигателя 4. Формирователь импульсов 6 обеспечивает формирование по переднему фронту сигнала  импульсного сигнала , требуемой для корректной работы импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 длительности. На первый и второй входы импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 поступают сигнал задания  с выхода формирователя импульсов 6, и сигнал обратной связи , поступающий с выхода импульсного датчика частоты вращения 5 через формирователь импульсов 7, формирующий импульс  по переднему фронту импульса , заданной длительности.
При включении питания частота  значительно превышает частоту , что определяет высокий уровень сигнала на выходе импульсного частотно-фазового дискриминатора 2, который, поступая на вход статического преобразователя 3, усиливающего и преобразующего управляющий сигнал в требуемый ток в обмотках электродвигателя 4, обеспечивает разгон электродвигателя 4 с максимальным ускорением.
вых
Блок сравнения частот 8 служит для определения момента времени, когда ошибка по угловой скорости  становится меньше , и для формирования в этот момент времени сигнала f, который через одновибратор 9 осуществляет разблокировку импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 в режим фазового сравнения. Одновибратор 9 служит для формирования импульса заданной длительности, исключающего возможность переключения импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 в режим насыщения сразу после его разблокировки при прохождении двух импульсов  между двумя импульсами  и обеспечивающего дальнейшую работу электропривода в режиме замкнутого управления.
0
0
0
Линейная зона известной схемы импульсного частотно-фазового дискриминатора 2 в режиме фазового сравнения находится в диапазоне угловой ошибки –φ/2<Δα< φ/2, где φ=2π/z, где z – количество меток импульсного датчика частоты вращения 5. При организации следящих режимов работы электропривода и режимов отработки изменения сигнала задания электропривод выходит из синхронного режима и переходит в режим разгона или торможения, что требует последующей синхронизации стабилизированного электропривода и отрицательно сказывается на динамических показателях электропривода в переходных режимах работы.
0
0
0
0
р
р
р
Для улучшения динамических показателей электропривода импульсный частотно-фазовый дискриминатор выполнен в виде последовательно соединенных логического устройства сравнения 14 и мультиплексора 15. В качестве логического устройства сравнения 14 может быть использован частотно-фазовый компаратор с расширенной в 3 раза линейной зоной  –3φ/2<Δα< 3φ/2 (патент РФ № 2647678 Бюл. № 8 от 16.03.2018г., принудительная установка компаратора по выходному сигналу одновибратора 9 в режим фазового сравнения может быть осуществлена путем подачи сигнала Уп на асинхронные R-входы сброса блокирующих триггеров компаратора). Мультиплексор 15 служит для переключения входных информационных каналов на выход мультиплексора 15 в зависимости от управляющего сигнала Пр, формируемого на третьем выходе логического устройства сравнения 14, подключенного к управляющему входу мультиплексора 15. При этом в режимах разгона и торможения электропривода на выход мультиплексора 15 проходит сигнал γ с первого выхода логического устройства сравнения 14, а в пропорциональном режиме работы электропривода (режим замкнутого управления) – сигнал , пропорциональный угловой ошибке в расширенной линейной зоне логического устройства сравнения 14 3φ/2<Δα< 3φ/2. В режимах насыщения логического устройства сравнения 14 сигнал П отсутствует и на выход γ мультиплексора 15 проходит сигнал γ. При переходе электропривода в пропорциональный режим работы на выходе логического устройства сравнения 14 формируется сигнал П индикации режима фазового сравнения с учетом расширенной линейной зоны, и на выход мультиплексора проходит сигнал . Электропривод переходит в режим замкнутого управления (режим синхронизации). В результате обеспечивается расширенный в 3 раза диапазон регулирования угловой ошибки, что позволяет реализовать следящие режимы и режимы отработки изменения сигнала задания без выхода электропривода из синхронного режима.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить линейную зону импульсного частотно-фазового дискриминатора  в режиме фазового сравнения, что обеспечивает следящий режим работы электропривода и переход электропривода с одной угловой скорости на другую без размыкания системы автоматического управления.