CC BY
14
УДК 62-83:621.3.07
А.В. Бубнов, A.V. Bubnov, e-mail: [email protected] А.Н. Алпысова, A.N. Alpysova, e-mail: [email protected] А.М. Дайнович, A.M. Dainovich, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА СРАВНЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ
FEATURES CONVERSION OF THE OUTPUT SIGNAL IS A LOGICAL UNIT OF COMPARISON IN THE DRIVE WITH THE PHASE SYNCHRONIZATION
Рассмотрены особенности преобразования выходного сигнала логического устройства сравнения в электроприводе с фазовой синхронизацией. Предложен алгоритм коррекции выходного сигнала демодулятора ШИМ-сигнала на основе схемы выборки-хранения.
The peculiarities of transformation of the output signal is a logical unit of comparison in the drive with the phase synchronization. the algorithm correction of the output signal demodulator pulse width modulateimage signal schema-based sample-and-hold.
Ключевые слова: электропривод с фазовой синхронизацией, логическое устройство сравнения, широт-но-импульсная модуляция, схема выборки-хранения
Keywords: electric with phase synchronization, logical comparator, pulse-width modulation, sample and hold
circuit
Электроприводы с фазовой синхронизацией, в основе построения которых лежит принцип фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ), находят широкое применение при построении обзорно-поисковых и сканирующих систем и устройств, в системах тех-
нического зрения современных робототехнических комплексов, установках фототелеграфной и видеозаписывающей аппаратуры, лентопротяжных и регистрирующих устройствах, копировальных установках, многоцветных полиграфических машинах.
Более высокие точностные показатели электропривода с фазовой синхронизацией по сравнению с современными прецизионными цифровыми системами регулирования определяются заложенным в нем принципом фазовой автоподстройки частоты вращения, в соответствии с которым в качестве задающего сигнала используется частотный сигнал п , формируемый с помощью кварцевого генератора; в качестве сигнала обратной связи - частотный сигнал /ос , формируемый на выходе импульсного датчика частоты (ИДЧ) вращения, а в качестве сравнивающего элемента - логическое устройство сравнения (ЛУС) частот и фаз двух импульсных последовательностей (рис. 1, где ЧЗБ - частотно-задающий блок, КУ - корректирующее устройство, БДПТ - бесконтактный двигатель постоянного тока) [1].
Рис. 1. Функциональная схема электропривода с фазовой синхронизацией
В качестве логического устройства сравнения обычно используется импульсный частотно-фазовый дискриминатор (ИЧФД) [1]. В общем случае структура ИЧФД может быть представлена в виде функциональной схемы, приведенной на рис. 2, где ФД - фазовый дискриминатор, ЧД - частотный дискриминатор, ЛБ - схема логической блокировки.
Рис. 2. Функциональная схема ИЧФД
Фазовый дискриминатор обычно выполняется в виде ДО-триггера Т. На выходе ФД формируется сигнал Дф , пропорциональный фазовому рассогласованию Дф частот У"оп и
/ос . Частотный дискриминатор определяет наличие частотного рассогласования входных сигналов /оп и /ос и в зависимости от знака рассогласования формирует сигналы А/ или А/ _ , управляющие работой схемы логической блокировки. На выходе схемы ЛБ формируется сигнал у5 , который при отсутствии сигнала с частотного дискриминатора равен Аф^ , а при наличии частотного рассогласования А/ _ уровню напряжения логического нуля или логической единицы, фактическое значение которого определяется сигналами А/_ и А/+ соответственно.
В пропорциональном режиме работы электропривода логическое устройство находится в режиме фазового сравнения импульсов входных частот ( /оп , /ос ) и формирует на выходе последовательность импульсов у , длительность которых пропорциональна фазовому рассогласованию импульсов частот /т и /с (то есть пропорциональна угловой ошибке электропривода), а период следования равен Топ = 1//оп (ШИМ-сигнал). Для выделения полезного сигнала фазовой ошибки необходима его демодуляция. Широко используются два способа демодуляции сигнала у [1].
Наиболее простым в практической реализации является способ с использованием фильтра нижних частот (ФНЧ). Основным недостатком данного способа является ухудшение динамических характеристик процесса преобразования сигнала у , и его использование целесообразно только в области высоких частот вращения электропривода (где возможно уменьшение постоянной времени ФНЧ).
Увеличение точности и быстродействия при преобразовании сигнала ^ в аналоговый сигнал достигается при использовании демодулятора на основе блока выборки-хранения (БВХ). Данный способ более широко используется для демодуляции ШИМ-сигнала ^ , но его недостатком является наличие временной задержки преобразованного сигнала Аф, равной Тз.
= ИТоп.
Для устранения временной задержки преобразованного сигнала Аф предлагается производить его коррекцию по сигналу, пропорциональному разности его настоящего и предыдущего значений [2] в соответствии с формулой:
и, _ и, _1 и = и + -
2 ,
и и1Х „ .
где , 1 - текущее и предыдущее значения сигнала фазовой ошибки, запомненные в БВХ в момент времени 11 и 11-1 соответственно;
Предложенный алгоритм работы реализован в виде структурной схемы демодулятора ШИМ-сигнала на основе БВХ [3], приведенной на рис.3, где БФС - блок фазового сравнения, ВУ - вычислительное устройство.
Работа предложенной схемы демодулятора ШИМ-сигнала на основе БВХ, реализую -щей данный алгоритм коррекции, поясняется с помощью временных диаграмм, приведенных на рис. 4.
Рис. 3. Структурная схема демодулятора ШИМ-сигнала на основе БВХ с коррекцией выходного сигнала
Рис. 4. Временные диаграммы работы импульсно-фазового дискриминатора
Использование данного алгоритма демодуляции позволяет улучшить динамические характеристики электропривода с фазовой синхронизацией и расширить диапазон его регулирования по угловой скорости.
Работа выполнена в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований, проект №14-08-31109 «Улучшение динамических показателей качества регулирования прецизионного электропривода». Предложенный алгоритм демодуляции ШИМ-сигналов может быть использован при проектировании электроприводов с фазовой синхронизацией.
Библиографический список
1. Бубнов, А.В. Алгоритм демодуляции выходного сигнала импульсно-фазового дискриминатора / А.В. Бубнов, А.Н. Алпысова, А.М. Дайнович. - М.: ВНТИЦ, 2013. - № 50201351218.
2. Бубнов, А.В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: монография / А.В. Бубнов. - Омск : Омский научный вестник, 2005. - 190 с.
3. Пат. 140482 Российская Федерация, МПК H03D 13/00. Импульсно-фазовый дискриминатор / А.Н. Алпысова, А. В. Бубнов, М. В. Гокова, А.Н. Чудинов, А.М. Дайнович; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн.ун-т.- № 2013157628/08; заявл. 24.12.2013; опубл. 10.05.2014.
