RU2161365C1 - Electric drive - Google Patents
Electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161365C1 RU2161365C1 RU99121953A RU99121953A RU2161365C1 RU 2161365 C1 RU2161365 C1 RU 2161365C1 RU 99121953 A RU99121953 A RU 99121953A RU 99121953 A RU99121953 A RU 99121953A RU 2161365 C1 RU2161365 C1 RU 2161365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- frequency
- trigger
- multiplexer
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 102100023185 Transcriptional repressor scratch 1 Human genes 0.000 description 1
- 101710171414 Transcriptional repressor scratch 1 Proteins 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010195 expression analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования угловой скорости, в частности электропривода, построенных на базе принципов фазовой синхронизации. The invention relates to electrical engineering and can be used in angular velocity control systems, in particular an electric drive, based on the principles of phase synchronization.
Известен ряд электроприводов [1], построенных на базе цифровых измерителей скорости, основным элементом которых являются фотоимпульсные датчики 12,3] . В большинстве цифровых измерителей скорости ее величина определяется путем подсчета количества импульсов датчика за фиксированный промежуток времени или путем измерения длительности одного или нескольких периодов сигнала фотоимпульсного датчика [1,3]. Первый способ построения цифровых измерителей скорости характеризуется низкой погрешностью ее измерения в области больших значений угловой скорости. При втором способе с повышением величины измеряемой скорости точность ее измерения падает. В зоне низких и инфранизких угловых скоростей даже при использовании измерительных преобразователей с высокой разрешающей способностью период квантования их выходного сигнала достигает столь больших значений, что обеспечение малой погрешности стабилизации регулируемых координат путем подсчета количества импульсов или измерения периода сигнала датчика становится практически невозможной. Поэтому в прецизионных системах электропривода используются сельсины, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы или фотоэлектрические растровые интерполяторы. A number of electric drives are known [1], built on the basis of digital speed meters, the main element of which are photo-pulse sensors 12.3]. In most digital speed meters, its value is determined by counting the number of sensor pulses for a fixed period of time or by measuring the duration of one or more periods of the signal of the photopulse sensor [1,3]. The first method of constructing digital speed meters is characterized by a low measurement error in the region of large angular velocity values. In the second method, as the measured speed increases, the accuracy of its measurement decreases. In the zone of low and infralow angular velocities, even when measuring transducers with high resolution are used, the quantization period of their output signal reaches such large values that providing a small error in the stabilization of the adjustable coordinates by counting the number of pulses or measuring the period of the sensor signal becomes practically impossible. Therefore, precision electric drive systems use selsyn, sine-cosine rotary transformers or photoelectric raster interpolators.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является электропривод постоянного тока [4], функциональная схема которого приведена на фиг. 1. Closest to the proposed device is a DC drive [4], a functional diagram of which is shown in FIG. 1.
Электропривод содержит двигатель 1, с валом которого связан датчик 2 скорости. Выход датчика 2 соединен с первым входом частотно-фазового дискриминатора 3, ко второму входу которого подключен генератор 4 задающей частоты. Выходы частотно-фазового дискриминатора 3 соединены с модулирующим и реверсирующим входами силового преобразователя 5, выполненного на транзисторах 6-9 по мостовой схеме, в диагональ которой включен двигатель 1. Частотно-фазовый дискриминатор 3 состоит из триггеров 10-13, элементов ИЛИ 14 и 15 и элементов И 16 и 17. Счетные входы триггеров 10 и 12, являющиеся вторым входом дискриминатора 3, соединены с выходом генератора 4 задающей частоты. Выход триггера 10 связан с информационным входом триггера 13 и первым входом элемента ИЛИ 15, второй вход которого подключен к выходу триггера 13 и первому входу элемента И 17. Выход элемента ИЛИ 15 соединен с информационным входом триггера 11, счетный вход которого, соединенный со счетным входом триггера 13, является первым входом частотно-фазового дискриминатора 3. Входы установки триггеров 12 и 13 соединены с выходом элемента И 17. Выход триггера 11 связан с информационным входом триггера 12 и первым входом элемента ИЛИ 14, второй вход которого подключен к выходу триггера 12 и второму входу элемента И 17. Выход элемента ИЛИ 14 соединен с информационным входом триггера 10. Входы сброса триггеров 10 и 11 соединены с выходом элемента И 16. Входы элемента И 16 подключены к выходам триггеров 10 и 11. Выходы триггеров 12 и 13 являются первым и вторым выходами частотно-фазового дискриминатора 3. The electric drive contains a
Такой электропривод обеспечивает широкий диапазон регулирования угловой скорости и сравнительно малую погрешность ее стабилизации. Использование в качестве датчика обратной связи сельсина не позволяет получить высокую точность стабилизации текущего положения вала. В широкодиапазонных электроприводах удобно использовать СКВТ, но их точность измерения положения вала значительно уступает точности измерения с помощью фотоимпульсных датчиков, имеющих высокую разрешающую способность. Существенным недостатком последних является ограничение их применения на малых скоростях. Such an electric drive provides a wide range of angular velocity control and a relatively small error in its stabilization. Using selsyn as a feedback sensor does not allow to obtain high accuracy of stabilization of the current shaft position. In wide-range electric drives, it is convenient to use SCRT, but their accuracy in measuring the position of the shaft is significantly inferior to the accuracy of measurements using photo-impulse sensors with high resolution. A significant drawback of the latter is the limitation of their use at low speeds.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении точности стабилизации текущего положения вала двигателя за счет уменьшения погрешности его измерения и расширении сферы применения устройства в широкодиапазонных электроприводах. Это достигается использованием фотоимпульсного датчика с высокой разрешающей способностью и схемы преобразования его выходных сигналов. The technical result of the invention is to increase the accuracy of stabilization of the current position of the motor shaft by reducing the error of its measurement and expanding the scope of the device in wide-range electric drives. This is achieved by using a high-resolution photo-pulse sensor and a conversion circuit for its output signals.
Для этого в известное устройство введен первый делитель частоты, а в качестве измерителя скорости используется фотоимпульсный датчик и схема преобразования его выходных сигналов, содержащая два делителя частоты, четыре триггера и мультиплексор (фиг. 2). Первый делитель частоты включен между выходом генератора задающей частоты и первым входом частотно-фазового дискриминатора. Выходы фотоимпульсного датчика соединены с информационным и счетным входами первого (Т5) из новых триггеров. Его счетный вход подключен к счетному входу второго (Т6) триггера, вход сброса которого связан с первым адресным входом мультиплексора и выходом третьего (Т7) триггера, счетный вход которого объединен с выходом четвертого (Т8) триггера и вторым и четвертым информационными входами мультиплексора. Информационный вход третьего (Т7) триггера соединен с выходом второго (Т6) триггера. Выход первого (Т5) триггера подключен ко второму адресному входу мультиплексора, на первый информационный вход которого подан сигнал логического нуля, а на третий - логической единицы. Счетный вход четвертого (Т8) триггера соединен со входом управления мультиплексора, выход которого через второй делитель частоты соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора. Вход четвертого (Т8) триггера через третий делитель частоты связан с выходом генератора задающей частоты. To do this, the first frequency divider is introduced into the known device, and a photo-pulse sensor and a conversion circuit for its output signals containing two frequency dividers, four triggers and a multiplexer are used as a speed meter (Fig. 2). The first frequency divider is connected between the output of the master frequency generator and the first input of the frequency-phase discriminator. The outputs of the photopulse sensor are connected to the information and counting inputs of the first (T5) of the new triggers. Its counting input is connected to the counting input of the second (T6) trigger, the reset input of which is connected to the first address input of the multiplexer and the output of the third (T7) trigger, the counting input of which is combined with the output of the fourth (T8) trigger and the second and fourth information inputs of the multiplexer. The information input of the third (T7) trigger is connected to the output of the second (T6) trigger. The output of the first (T5) trigger is connected to the second address input of the multiplexer, at the first information input of which a logic zero signal is supplied, and at the third - a logical unit. The counting input of the fourth (T8) trigger is connected to the control input of the multiplexer, the output of which through the second frequency divider is connected to the second input of the frequency-phase discriminator. The input of the fourth (T8) trigger through the third frequency divider is connected to the output of the master frequency generator.
На фиг. 2 приведена функциональная схема электропривода. In FIG. 2 shows a functional diagram of an electric drive.
Электропривод содержит двигатель 1, с валом которого связан измеритель скорости 2. Якорная обмотка двигателя 1 включена в диагональ моста силового преобразователя 5, выполненного на транзисторах 6-9. Модулирующий и реверсирующий входы силового преобразователя 5 соединены с первым и вторым выходами частотно-фазового дискриминатора 3. К первому входу частотно-фазового дискриминатора 3 через первый делитель частоты 19 подключен генератор задающей частоты 4. Частотно-фазовый дискриминатор 3 содержит четыре триггера (10-13), два элемента ИЛИ (14, 15) и два элемента И (16, 17). Счетные входы первого 10 и второго 11 триггеров подключены к первому входу частотно-фазового дискриминатора 3, второй вход которого связан со счетными входами третьего 12 и четвертого 13 триггеров. Информационные входы первого 10 и третьего 12 триггеров связаны с выходами элементов ИЛИ 14 и 15 соответственно. Входы сброса триггеров 10 и 12 соединены с выходом первого элемента И 16, второй вход которого связан с выходом триггера 12, информационным входом триггера 11 и вторым входом элемента ИЛИ 14, Первый вход последнего соединен с первым выходом частотно-фазового дискриминатора 3, выходом триггера 11 и первым входом элемента И 17. Второй вход элемента И 17 связан со вторым выходом частотно-фазового дискриминатора 3, выходом триггера 13 и вторым входом элемента ИЛИ 15, первый вход которого соединен с первым входом элемента И 18, выходом триггера 10 и информационным входом триггера 13, Входы сброса триггеров 11 и 13 подключены к выходу элемента И 17. Измеритель скорости 2 содержит фотоимпульсный датчик скорости 20, второй 26 и третий 27 делители частоты, четыре триггера (21-24) и мультиплексор 25. Выход мультиплексора 25 через второй делитель частоты 26 соединен со вторым входом частотно-фазового дискриминатора 3. Первый адресный вход мультиплексора 25 подключен к входу сброса триггера 22 и выходу триггера 24. Второй адресный вход мультиплексора 20 соединен с выходом триггера 21, информационный и счетный входы которого соединены с первым и вторым выходами фотоимпульсного датчика скорости 20. Информационный вход триггера 24 соединен с выходом триггера 22. Его счетный вход связан со вторым выходом фотоимпульсного датчика скорости 20. Счетный вход триггера 24, второй и четвертый информационные входы мультиплексора 25 соединены с выходом триггера 23. Вход триггера 23 подключен к выходу третьего делителя частоты 27 и входу управления мультиплексора 25. На первый информационный вход мультиплексора 25 подан сигнал логического нуля, а на третий - логической единицы. К генератору 4 задающей частоты подключен вход третьего делителя частоты 27. The electric drive contains a
На фиг. 3-6 приведены временные диаграммы, поясняющие работу электропривода, где цифрами обозначены сигналы на выходах соответствующих элементов устройства. In FIG. 3-6 are timing diagrams explaining the operation of the electric drive, where the numbers indicate the signals at the outputs of the corresponding elements of the device.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Электропривод представляет собой систему фазовой синхронизации, в которой управление скоростью двигателя 1 осуществляется в функции фазового рассогласования частотных сигналов задания и обратной связи. Выявление величины фазового рассогласования осуществляется посредством частотно-фазового дискриминатора 3. На его входы поступают импульсы частоты задания с делителя 19 - f19 и обратной связи с измерителя скорости двигателя - f26. В режиме стабилизации скорости двигателя 1, когда частоты сигналов задания и обратной связи примерно равны, длительность импульсов на первом или втором выходах частотно-фазового дискриминатора 3 определяется разностью фаз этих сигналов. Если f19>f26, широтно-импульсный сигнал появляется на первом выходе частотно-фазового дискриминатора 3, соединенном с модулирующим входом силового преобразователя 5. В противном случае широтно-импульсный сигнал появляется на втором выходе частотно-фазового дискриминатора 3, соединенном с реверсирующим входом силового преобразователя 5. При неравенстве входных частот дискриминатор 3 переходит в режим частотного сравнения сигналов, характеризуемый следующими соотношениями:
где γ3.1 и γ3.2 _ относительные длительности широтноимпульсных сигналов на первом и втором выходах частотно-фазового дискриминатора 3 соответственно.The electric drive is a phase synchronization system in which the speed of the
where γ 3.1 and γ 3.2 are the relative durations of pulse-width signals at the first and second outputs of the frequency-
Во всех режимах работы электропривода вращение вала двигателя 1 и механически связанного с ним фотоимпульсного датчика 20 приводит к появлению на его первом и втором выходах сигналов сдвинутых по пространственной фазе на π/2 относительно друг друга, то есть находящихся в квадратуре [2]. Частота их изменения f20 определяется как
где Ω - угловая скорость вала двигателя 1;
p - число меток фотоимпульсного датчика 20.In all modes of operation of the electric drive, the rotation of the shaft of the
where Ω is the angular velocity of the
p is the number of marks of the
При изменении направления вращения вала двигателя 1 изменяется взаимное положение этих импульсов по пространственной фазе на угол π. Поэтому фронтам импульсов на втором выходе фотоимпульсного датчика 20 соответствуют разные по уровню (высокий или низкий) сигналы на первом его выходе и, соответственно, разные уровни выходного сигнала триггера 21. Примем, что вращению вала двигателя 1 по часовой стрелке соответствует сигнал высокого уровня на выходе триггера 21. При противоположном направлении вращения вала двигателя 1 на выходе триггера 21 появляется сигнал низкого уровня. Таким образом, триггер 21 выявляет знак направления вращения в виде логических сигналов высокого и низкого уровней. When the direction of rotation of the shaft of the
В отсутствии фронта импульса с фотоимпульсного датчика 20 (фиг. 3) на выходе триггера 22 присутствует сигнал низкого уровня. Функция изменения выходного сигнала триггера 24 имеет вид
где Q24[i] и D24[i] - сигналы на выходе и информационном входе триггера 24;
Q23[i] и Q23[i-τ ] - выходные сигналы триггера 23 в моменты времени (i) и (i-τ ) соответственно.In the absence of a pulse front from the photopulse sensor 20 (Fig. 3), a low level signal is present at the output of the
where Q 24 [i] and D 24 [i] are the signals at the output and the information input of
Q 23 [i] and Q 23 [i-τ] are the output signals of
Поэтому выходные импульсы триггера 23 не изменяют величину выходного сигнала триггера 24, который сохраняет высокий уровень. Therefore, the output pulses of the
Частота сигнала на выходе третьего делителя 27 f27 определяется как
где f4 - частота генератора 4,
N27 - коэффициент пересчета третьего делителя 27.The frequency of the signal at the output of the third divider 27 f 27 is defined as
where f 4 is the frequency of the
N 27 - conversion factor of the
Частота f23 выходного сигнала триггера 23 - в два раза меньше величины f27.The frequency f 23 of the output signal of the
Функция мультиплексора 25, то есть его выходной сигнал D25, определяется, согласно [5], как
где U25 - сигнал на входе управления мультиплексора 25,
(DI1 - DI4) - сигналы на первом - четвертом информационных входах мультиплексора 25 соответственно,
A1, A2 - сигналы на первом и втором адресном входах мультиплексора 25 соответственно.The function of the
where U 25 is the signal at the control input of
(DI 1 - DI 4 ) - signals at the first to fourth information inputs of the
A 1 , A 2 - signals at the first and second address inputs of the
Так как в этом режиме сигнал на первом адресном входе мультиплексора 25 имеет высокий уровень, то его выходной сигнал определяется уровнями сигналов на втором или четвертом информационных входах в зависимости от направления вращения вала двигателя 1. Так как на эти входы поступают импульсы частоты f23, то, согласно (5), на выходе мультиплексора возникают инверсные импульсы такой же частоты. Относительная длительность этих импульсов равна 0,75 (фиг. 3). Частота следования импульсов на выходе второго делителя 26 определяется как
где N26 - коэффициент пересчета делителя 26.Since in this mode the signal at the first address input of the
where N 26 is the conversion factor of the
Такое значение частоты сигнала на выходе делителя 26 имеет место при нулевой скорости двигателя 1. Известно, что для фазовой системы электропривода состояние равновесие достигается при равенстве частот на первом и втором входах частотно-фазового дискриминатора 3
(f19=f26 (7)
Так как то условие задания нулевой скорости двигателя 1 определяется как
где N19 - коэффициент пересчета делителя 19.This value of the signal frequency at the output of the
(f 19 = f 26 (7)
Because then the condition for setting the zero speed of
where N 19 is the conversion factor of the
При вращении вала двигателя 1 по часовой стрелке (фиг. 4) появляются импульсы на выходах фотоимпульсного датчика 20. При этом на втором выходе дискриминатора 3 и связанном с ним выходе триггера 13 присутствует широтно-импульсный сигнал. Фронт этого сигнала определяется импульсом с делителя 26, а спад - импульсом с делителя 19. При этом сигнал на выходе триггера 21 имеет высокий уровень. Фронт импульса со второго выхода фотоимпульсного датчика 20 устанавливает высокий уровень сигнала на выходе триггера 22. Ближайший к этому моменту времени фронт импульса с триггера 23, согласно (3), сбрасывает триггер 24. Это приводит к возвращению триггера 22 в исходное состояние, так как на входе его сброса появляется сигнал низкого уровня. При полученной комбинации сигналов на адресных входах мультиплексора 25 (A1=0 и A2=1) сигнал на его выходе, определяемый как D25= U25∨DI3, тождественно равен логической единице, так как DI3=1. Следовательно, запрещается прохождение импульсов с выхода делителя 27 на выход мультиплексора 25. Такое состояние сохраняется в течение одного периода выходного сигнала триггера 23. В момент его окончания на выходе триггера 24 устанавливается сигнал высокого уровня. При этом устанавливается такая комбинация сигналов - на адресных входах мультиплексора 25, которая разрешает прохождение каждого второго импульса с делителя 27 на выход мультиплексора 25. При появлении следующего фронта на втором выходе фотоимпульсного датчика 20 процессы повторяются. Так как в течение периода T20 выходного сигнала фотоимпульсного датчика 20 происходит "высекание" одного импульса из выходной частоты мультиплексора 25, то общее их число за это время определяется как
где T23=f23 -1 - период частоты выходного сигнала триггера 23.When the shaft of the
where T 23 = f 23 -1 - the period of the frequency of the output signal of the
Среднее значение частоты выходного сигнала мультиплексора 25 может быть найдено исходя из (9) по следующему выражению:
Текущее положение t25[j] импульсов частоты f25 может быть определено как
t25[j] = (j+N20)•T23, (11)
где N20 - число импульсов с датчика 20, пришедшее за рассматриваемый промежуток времени.The average frequency of the output signal of the
The current position t 25 [j] of the pulses of frequency f 25 can be defined as
t 25 [j] = (j + N 20 ) • T 23 , (11)
where N 20 is the number of pulses from the
Очевидно, что величина t25[j] однозначно определяется числом импульсов, пришедшим с датчика 20, то есть углом поворота вала двигателя 1. Среднее значение частоты, снимаемой с делителя 26
С учетом (1) получаем, что
где p* = p/N26 - эквивалентное число меток измерителя скорости.Obviously, the value of t 25 [j] is uniquely determined by the number of pulses received from the
In view of (1), we obtain
where p * = p / N 26 is the equivalent number of speed meter marks.
Уменьшение выходной частоты делителя 26 по сравнению с частотой f19 на первом входе частотно-фазового дискриминатора 3 изменяет взаимное фазовое положение импульсов этих сигналов. При этом увеличивается длительность импульса широтно-импульсного сигнала на его втором выходе на ΔT[i] Величина этого приращения ΔT[i] находится из следующих соображений. Фазовое рассогласование импульсов частотно-фазового дискриминатора 3 на рассматриваемом (i - t[i]) интервале определяется как
t[i] = t[i-1]-1]+T26-T19, (14)
где t[i-1] - величина фазового рассогласования импульсов управления частотно-фазовым дискриминатором 3 на (i-1) интервале.The decrease in the output frequency of the
t [i] = t [i-1] -1] + T 26 -T 19 , (14)
where t [i-1] is the magnitude of the phase mismatch of the control pulses of the frequency-
Поэтому приращение ΔT[i] за один период выходного сигнала делителя 26 t[i-1] может быть найдено как
ΔT[i] = t[i]-t[i-l] = T26-T19. (15)
Так как в квазиустановившемся режиме период частоты на первом входе частотно-фазового дискриминатора 3 постоянен и T19 = T26, то можно считать, что величина ΔT[i] определяется только изменением периода частоты второго делителя. В общем случае за период частоты f26 приходит несколько импульсов датчика 20, число которых k определяется как
где φ1= ∫Ωdt - угол поворота вала двигателя 1 за рассматриваемый промежуток времени.Therefore, the increment ΔT [i] for one period of the output signal of the divider 26 t [i-1] can be found as
ΔT [i] = t [i] -t [il] = T 26 -T 19 . (fifteen)
Since in the quasi-steady mode, the frequency period at the first input of the frequency-
where φ 1 = ∫Ωdt is the angle of rotation of the shaft of the
Период T26 частоты обратной связи можно определить как
T26 = (k•2T23(N26-k)T23) = T23(N26+k),
а так как период частоты делителя 19 в квазиустановившемся режиме равен (T23N26), то может быть найдено из следующего соотношения
Задержка изменения положения импульса делителя 26 зависит от состояния этого делителя в момент формирования импульса с датчика скорости 20. Очевидно, что она не может превышать длительности периода выходной частоты делителя 26, то есть величины следующего отношения (N26/f23).The period T 26 feedback frequency can be defined as
T 26 = (k • 2T 23 (N 26 -k) T 23 ) = T 23 (N 26 + k),
and since the frequency period of the
The delay in changing the position of the pulse of the
При вращении вала двигателя 1 против часовой стрелки (фиг. 5) на первом выходе дискриминатора 3 и связанном с ним выходе триггера 11 появляется широтно-импульсный сигнал. Фронт этого сигнала определяется импульсом с делителя 19, а спад - импульсом с делителя 26. На выходе триггера 21 появляется сигнал низкого уровня. Фронт импульса со второго выхода фотоимпульсного датчика 20 устанавливает высокий уровень сигнала на выходе триггера 22. Ближайший к этому моменту времени фронт импульса с триггера 23, согласно (3), сбрасывает триггер 24, который возвращает триггер 22 в исходное состояние. При существующей комбинации сигналов на адресных входах мультиплексора 25 (A1=1 и A2=1) сигнал на его выходе обусловливается только U25 так как DI3=0. Такое состояние сохраняется в течение одного периода выходного сигнала триггера 23. В момент его окончания на выходе триггера 24 устанавливается сигнал высокого уровня. Так как в течение периода выходного сигнала фотоимпульсного датчика 20 происходит добавление одного импульса к исходной последовательности импульсов мультиплексора 25, то общее их число
Среднее значение частоты выходного сигнала мультиплексора 25 находится по следующему выражению:
f25 = f23+f20 (20)
Текущее положение импульсов частоты f25 может быть определено как
t25[j] = (j-N20)•T23 (21)
Очевидно, что величина T25[j] однозначно определяется числом импульсов датчика 20, то есть углом поворота вала двигателя 1. Среднее значение частоты, снимаемой с делителя 26
Увеличение частоты делителя 26 по сравнению с частотой f19 на первом входе частотно-фазового дискриминатора 3 изменяет фазовое положение этих сигналов. При этом увеличивается длительность импульса широтно-импульсного сигнала на его первом выходе. Так как период частоты обратной связи Т26
а с учетом величины периода частоты f19 в квазиустановившемся режиме значение ΔT[i] можно определить по (18).When the shaft of the
The average frequency of the output signal of the
f 25 = f 23 + f 20 (20)
The current position of the pulses of frequency f 25 can be defined as
t 25 [j] = (jN 20 ) • T 23 (21)
Obviously, the value of T 25 [j] is uniquely determined by the number of pulses of the
The increase in the frequency of the
and taking into account the magnitude of the frequency period f 19 in the quasi-steady state, the value ΔT [i] can be determined from (18).
На фиг. 6 представлена работа устройства при изменении направления вращения вала двигателя 1. In FIG. 6 shows the operation of the device when changing the direction of rotation of the shaft of the
Из (18) следует, что величина изменения фазового положения импульса обратной связи f26 относительно импульса частоты задания f19 пропорциональна углу поворота вала двигателя, то есть интегралу от угловой скорости вала двигателя 1. Поэтому при использовании измерителя частоты 2 сохраняются все достоинства фазовых систем в отношении точности стабилизации частоты вращения двигателя 1.From (18) it follows that the change in the phase position of the feedback pulse f 26 relative to the reference frequency pulse f 19 is proportional to the angle of rotation of the motor shaft, that is, the integral of the angular velocity of the
Величина погрешности измерения положения вала двигателя 1 и его угловой скорости может быть оценена, исходя из следующих соображений. Погрешность определения положения импульса делителя 26 возникает из-за дискретности его формирования. Ее величина определяется разностью периода этой частоты и его идеального значения, определяемого из (12). Разность этих величин находится из следующего выражения
где k - целое число импульсов датчика 20 за время Т26.The magnitude of the error in measuring the position of the shaft of the
where k is the integer number of pulses of the
Величина δT, отнесенная к периоду идеального значения преобразованной частоты фотоимпульсного датчика, соответствующей определенному значению угла поворота вала двигателя 1, является относительной погрешностью δφ преобразования его текущего положения, которая находится по выражению вида
Максимальное значение δφ, найденное по (25), не превышает N26 -1.The value of δT, referred to the period of the ideal value of the converted frequency of the photopulse sensor, corresponding to a certain value of the angle of rotation of the
The maximum value of δφ found from (25) does not exceed N 26 -1 .
Для фотоимпульсных датчиков скорость вращения оценивается по интервалу времени поворота вала на определенное число меток датчика. В предлагаемой схеме погрешность измерения этого интервала не превышает одной дискреты его заполнения, то есть частоты f23. При многократных измерениях точки начала и конца счета случайным образом размещаются в пределах первого и последнего периода частоты f23, следовательно, погрешность квантования будет иметь случайный характер. При равновероятном размещении начала и конца измерительного интервала в пределах первого и последнего кванта результирующая погрешность будет иметь треугольный закон распределения вероятности с предельными значениями ±T23 [3]. Дисперсия погрешности квантования в этом случае будет равна T23 2/6.For photopulse sensors, the rotation speed is estimated from the time interval of the shaft rotation by a certain number of sensor marks. In the proposed scheme, the measurement error of this interval does not exceed one discrete of its filling, that is, frequency f 23 . In multiple measurements, the points of the beginning and the end of the count are randomly placed within the first and last period of the frequency f 23 , therefore, the quantization error will be random. If the beginning and end of the measuring interval is equally likely to be located within the first and last quanta, the resulting error will have a triangular probability distribution law with limit values ± T 23 [3]. The dispersion of quantization errors in this case is equal to T February 23/6.
Относительная среднеквадратическая погрешность во многом зависит от угла поворота вала двигателя 1, на котором производится измерение времени движения. В самом общем случае величина угла поворота определяется количеством импульсов датчика 20 за период частоты f26. Тогда относительная среднеквадратическая погрешность может быть записана в виде
С учетом (2) величина погрешности измерения скорости двигателя 1 может быть рассчитана по выражению
Анализ (27) показал, что имеется максимум среднеквадратического значения погрешности измерителя 2, который возникает при такой скорости вала двигателя 1, при которой в течение каждого периода частоты f26 появляется один импульс с датчика 20. В таком случае имеем
Из вышеприведенного равенства следует, что значение скорости вала двигателя 1, при которой среднеквадратическая погрешность ее измерения максимальна, будет определяться формулой
С учетом (28) максимальное значение относительной среднеквадратической погрешности находится из выражения
Из (29) следует, что максимальное значение относительной среднеквадратической погрешности зависит от коэффициента пересчета делителя 26. При его величине, большей чем тысяча, будет достигаться погрешность измерения скорости не более 0.02%.The relative standard deviation in many respects depends on the angle of rotation of the shaft of the
Given (2), the magnitude of the error in measuring the speed of the
Analysis (27) showed that there is a
From the above equality it follows that the value of the speed of the
Taking into account (28), the maximum value of the relative mean square error is found from the expression
From (29) it follows that the maximum value of the relative mean square error depends on the conversion factor of the
Из приведенных выше соотношений следует, что использование предлагаемого измерителя скорости 2 обеспечивает, во-первых, увеличение частоты сигнала управления частотно-фазовым дискриминатором 3, а во-вторых, сохраняется зависимость между положением импульса обратной связи и вала двигателя 1. Последнее позволяет использовать предлагаемый измеритель 2 в фазовых системах стабилизации скорости, обладающих более высокими точностными характеристиками по сравнению с электроприводами, базирующимися на измерении периода выходного сигнала фотоимпульсного датчика [6]. From the above relationships it follows that the use of the proposed
Уровень угловой скорости не зависит от напряжения питающей сети и колебаний температуры, а определяется только нестабильностью генератора 4 задающей частоты, которая при использовании кварцевых резонаторов не превышает 10-5%.The level of angular velocity does not depend on the voltage of the supply network and temperature fluctuations, but is determined only by the instability of the
Электропривод прост по конструкции и не содержит аналоговых и настраиваемых элементов. The electric drive is simple in design and does not contain analog and custom elements.
Источники информации
1. Файнштейн В.Г. Микропроцессорные системы управления электроприводами. -М.: Энергоатомиздат, 1986.Sources of information
1. Feinstein V.G. Microprocessor control systems for electric drives. -M .: Energoatomizdat, 1986.
2. Схемотехника цифровых преобразователей перемещения: Справочное пособие/В. Г. Домрачев, В. Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -392 с. 2. Circuitry of digital displacement transducers: Reference manual / B. G. Domrachev, V.R. Matveevsky, Yu.S. Smirnov. -M .: Energoatomizdat, 1987. -392 p.
3. Андрущук В.В. Цифровые системы измерения параметров движения механизмов в машиностроении. -СПб.: Политехника, 1992. -237 с. 3. Andrushchuk V.V. Digital systems for measuring the parameters of movement of mechanisms in mechanical engineering. -SPb .: Polytechnic, 1992. -237 p.
4. А.с СССР 1411910 кл. H 02 P 5/06, 1988. 4. A. with the USSR 1411910 cells. H 02
5. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. -М.: Радио и связь, 1990. 5. Pukhalsky G.I., Novoseltseva T.Ya. Design of discrete devices on integrated circuits. -M .: Radio and communications, 1990.
6. Трахтенберг Р. М. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. -М.: Энергоиздат, 1982. 6. Trachtenberg R. M. Pulse astatic electric drive systems with discrete control. -M .: Energoizdat, 1982.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99121953A RU2161365C1 (en) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99121953A RU2161365C1 (en) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Electric drive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2161365C1 true RU2161365C1 (en) | 2000-12-27 |
Family
ID=20225978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99121953A RU2161365C1 (en) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | Electric drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2161365C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2258297C2 (en) * | 2003-07-02 | 2005-08-10 | Ивановский государственный энергетический университет | Direct-current drive |
RU2260897C2 (en) * | 2003-09-23 | 2005-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Electric drive |
RU2302073C1 (en) * | 2005-10-10 | 2007-06-27 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.И. Ленина" | Electric drive |
RU2310971C1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-11-20 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Synchronous-cophased electric motor |
RU2422978C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-06-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Synchronous-cophased electric drive |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1084840A (en) * | 1964-08-24 | 1967-09-27 | Continental Oil Co | Motor control servo system |
SU1267575A1 (en) * | 1985-04-30 | 1986-10-30 | Ивановский Ордена "Знак Почета" Энергетический Институт Им.В.И.Ленина | D.c.electric drive |
SU1488948A1 (en) * | 1987-11-02 | 1989-06-23 | Ivanovsk Energet Inst | Dc electric drive |
-
1999
- 1999-10-18 RU RU99121953A patent/RU2161365C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1084840A (en) * | 1964-08-24 | 1967-09-27 | Continental Oil Co | Motor control servo system |
SU1267575A1 (en) * | 1985-04-30 | 1986-10-30 | Ивановский Ордена "Знак Почета" Энергетический Институт Им.В.И.Ленина | D.c.electric drive |
SU1488948A1 (en) * | 1987-11-02 | 1989-06-23 | Ivanovsk Energet Inst | Dc electric drive |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2258297C2 (en) * | 2003-07-02 | 2005-08-10 | Ивановский государственный энергетический университет | Direct-current drive |
RU2260897C2 (en) * | 2003-09-23 | 2005-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Electric drive |
RU2302073C1 (en) * | 2005-10-10 | 2007-06-27 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.И. Ленина" | Electric drive |
RU2310971C1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-11-20 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | Synchronous-cophased electric motor |
RU2422978C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-06-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Synchronous-cophased electric drive |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6380811B1 (en) | Signal generator, and method | |
US7898344B2 (en) | Phase-locked oscillator and multi-radar system using same | |
JP3406439B2 (en) | Variable delay circuit delay time measurement device | |
JP2730280B2 (en) | Digital time base generating circuit and method for adjusting delay time between two output signals | |
US5367200A (en) | Method and apparatus for measuring the duty cycle of a digital signal | |
CA1246156A (en) | Multiphase frequency selective phase locked loop with multiphase sinusoidal and digital outputs | |
US5382899A (en) | Position detecting and time measuring device providing measurement finer than a clock signal period | |
US5920494A (en) | Method and device for varying interpolation factors | |
RU2161365C1 (en) | Electric drive | |
GB2113932A (en) | System for detecting mechanical movement | |
US3764903A (en) | Phase measuring system | |
NZ205715A (en) | Generating switching signal having reduced dc error due to interaction with switched signal | |
US20100301906A1 (en) | Multiphase signal divider | |
US6441601B1 (en) | Phase meter using a permuter | |
EP0120692B1 (en) | Phase modulation type digital position detector | |
JPH0420528B2 (en) | ||
US4926174A (en) | Digital voltmeter | |
US7057978B2 (en) | Time interval measurement device | |
RU2260897C2 (en) | Electric drive | |
US6452377B1 (en) | Phase meter using a permuter and matched filter | |
RU2302073C1 (en) | Electric drive | |
US4217655A (en) | Clock circuit having a swept output frequency | |
RU2612055C1 (en) | Digital phase-shifting device | |
JPS63159774A (en) | Circuit for determining frequency response | |
SU1042056A1 (en) | Angular speed digital meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081019 |