СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
SERVO DRIVER

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.
Наиболее близким по технической сущности является следящий электропривод (см. патент России №2489798, опубл. 10.08.2013, бюл. №22), содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом, датчик положения и блок дифференцирования.
Недостаток наиболее близкого по технической сущности следящего электропривода заключается в том, что в нем не производится ограничения тока электродвигателя.
Технический результат достигается тем, что следящий электропривод, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом, датчик положения и блок дифференцирования, причем первый выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход пропорционального регулятора соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход силового преобразователя соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторыми входами интегрального и пропорционального регуляторов и входом блока дифференцирования, выход блока дифференцирования соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора, дополнительно снабжен пропорциональным звеном, сумматором, сумматором-вычитателем, первым и вторым блоками сравнения и мультиплексором, причем выход блока дифференцирования соединен с входом пропорционального звена, выход которого соединен с первыми входами сумматора и сумматора-вычитателя, второй выход блока задания соединен с вторыми входами сумматора и сумматора-вычитателя, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения и мультиплексора, выход которого соединен с входом силового преобразователя, выход сумматора соединен с вторыми входами первого блока сравнения и мультиплексора, выход сумматора-вычитателя соединен с вторым входом второго блока сравнения и третьим входом мультиплексора, выход первого блока сравнения соединен с четвертым входом мультиплексора, а выход второго блока сравнения соединен с пятым входом мультиплексора.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет производить ограничение тока электродвигателя в следящем электроприводе.
На фиг. 1 приведена функциональная схема следящего электропривода.
Следящий электропривод (фиг. 1) содержит блок 1 задания, интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, пропорционально-дифференциальный регулятор 4, силовой преобразователь 5, электродвигатель 6 с исполнительным механизмом 7, датчик 8 положения, блок 9 дифференцирования, пропорциональное звено 10, сумматор 11, сумматор-вычитатель 12, блоки 13 и 14 сравнения и мультиплексор 15.
Первый выход блока 1 задания соединен с первым (прямым) входом интегрального регулятора 2, выход которого соединен с первым (прямым) входом пропорционального регулятора 3. Выход пропорционального регулятора 3 соединен с первым (прямым) входом пропорционально-дифференциального регулятора 4. Выход силового преобразователя 5 соединен с электродвигателем 6, кинематически связанным с исполнительным механизмом 7, оснащенным датчиком положения 8, выход которого соединен с вторыми (инверсными) входами интегрального и пропорционального регуляторов 2 и 3 и входом блока 9 дифференцирования. Выход блока 9 дифференцирования соединен с вторым (инверсным) входом пропорционально-дифференциального регулятора 4. Выход блока 9 дифференцирования соединен с входом пропорционального звена 10, выход которого соединен с первыми входами сумматора 11 и сумматора-вычитателя 12. Второй выход блока 1 задания соединен с вторыми входами сумматора 11 и сумматора-вычитателя 12. Выход пропорционально-дифференциального регулятора 4 соединен с первыми входами блоков 13 и 14 сравнения и мультиплексора 15, выход которого соединен с входом силового преобразователя 5. Выход сумматора 11 соединен с вторыми входами блока 13 сравнения и мультиплексора 15, выход сумматора-вычитателя 12 соединен с вторым входом блока 14 сравнения и третьим входом мультиплексора 15. Выход блока 13 сравнения соединен с четвертым входом мультиплексора 15, а выход блока 14 сравнения соединен с пятым входом мультиплексора 15.
Блок 1 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Интегральный 2, пропорциональный 3, пропорционально-дифференциальный 4 регуляторы, блок 9 дифференцирования и пропорциональное звено 10 могут быть реализованы, например, по а.с. СССР №1649501, опубл. 15.05.91, бюл. №18, и выполнены, например, на микросхемах серии К555. Сумматор 11, сумматор-вычитатель 12 и блоки 13 и 14 сравнения могут быть реализованы, например, на микросхемах К555ИМ6. Мультиплексор 15 может быть выполнен, например, на микросхемах К555КП12. Силовой преобразователь 5 для электродвигателя 6 постоянного тока, например, может быть реализован в виде цифрового широтно-импульсного модулятора по а. с. СССР №1748241, опубл. 15.07.92, бюл. №26, с силовым транзисторным мостом на выходе. Для синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя, силовой преобразователь 5 может быть выполнен, например, в виде цифрового модулятора по а. с. СССР №1798907, опубл. 28.02.93, бюл. №8, с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе. Для синхронной машины, работающей в режиме бесколлекторного двигателя постоянного тока, силовой преобразователь 5 может быть реализован, например, в виде цифрового модулятора по патенту России №2517423, опубл. 27.05.14, бюл. №15, также с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе. В качестве электродвигателя 6 может быть использован, например, любой электродвигатель постоянного тока или синхронная машина с датчиком положения ротора, например, 4СХ2П100L8 или 5FK70605AF71. Исполнительный механизм 7, например, может представлять собой стол координатно-расточного станка, соединенный с помощью ходового винта и муфты с валом электродвигателя 6. В качестве датчика 8 положения, например, может быть использована фотооптическая линейка BE 162 с соответствующим устройством оцифровки ее выходного сигнала.
Следует также отметить, что блок 1 задания параметров, интегральный 2, пропорциональный 3, пропорционально-дифференциальный 4 регуляторы, блок 9 дифференцирования, пропорциональное звено 10, сумматор 11, сумматор-вычитатель 12, блоки 13 и 14 сравнения и мультиплексор 15 могут быть реализованы также программно на микропроцессорном контроллере.
пд
1
1 max
я
я. max
пд
1 mах
я. max
Следящий электропривод работает следующим образом. В соответствии с величиной задающего сигнала, поступающего с первого выхода блока 1 задания, и сигнала датчика 8 положения интегральный регулятор 2 в совокупности с пропорциональным регулятором 3, блоком 9 дифференцирования и пропорционально-дифференциальным регулятором 4 формируют сигнал N на первых входах мультиплексора 15 и блоков 13 и 14 сравнения. Одновременно на выходе пропорционального звена 10 формируется сигнал , характеризующий ЭДС вращения, наводимую в электродвигателе и приведенную ко входу силового преобразователя 5. Этот сигнал подается на первые входы сумматора 11 и сумматора-вычитателя 12. С второго выхода блока 1 задания на вторые входы сумматора 11 и сумматора-вычитателя 12 в случае применения синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока, подается сигнал , пропорциональный максимально допустимому падению напряжения на активном сопротивлении R статорной обмотки под действием максимально допустимого тока I. В случае применения обычного двигателя постоянного тока с второго выхода блока 1 задания подается сигнал , где R - активное сопротивление обмотки якоря; I - максимально допустимый ток якоря. При этом на выходе сумматора 11 получается сигнал (в случае применения синхронной машины) , а на выходе сумматора-вычитателя . Выходной сигнал пропорционально-дифференциального регулятора 4 каждый такт вычислений сравнивается со значениями  и , получаемыми на выходах сумматора 11 и сумматора-вычитателя 12. Если , то через мультиплексор 15 на вход силового преобразователя 5 проходит сигнал N. В случае, когда , на вход силового преобразователя 5 подается цифровой код, равный . При  через мультиплексор 15 проходит сигнал . Силовой преобразователь 5 преобразует поступающий на него сигнал в напряжение на статоре синхронного двигателя 6 (якоре двигателя 6 постоянного тока). При этом вал электродвигателя начинает вращаться и приводит в движение исполнительный механизм 7, перемещение которого измеряется датчиком 8 положения. Движение продолжается до тех пор, пока величина сигнала с датчика 8 положения не сравняется с величиной задающего сигнала, поступающего с первого выхода блока 1 задания. При этом действия, производимые с помощью дополнительных элементов и блоков, позволяют ограничить ток в статорной обмотке синхронного электродвигателя 6 на уровне I (в якорной обмотке двигателя 6 постоянного тока на уровне I).
Таким образом, предлагаемый следящий электропривод позволяет эффективно производить ограничение тока исполнительного двигателя.