Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые модуляторы для систем управления электроприводов. Учебное пособие по дисциплине «Системы управления электроприводов»
.pdf
11
12
1
1
1
1
1
1
1
n1-m
n1-m
n1-m+1
n1-m+1
n
1
n
1
25(знак)
31
26
27
30
32
24
28
29
1
сб
R
сб
C
пит
U
Рисунок 1.5 – Схема ограничения входного сигнала
Выход элемента 29 ИЛИ соединен с первым входом элемента 31 ИЛИ-НЕ, второй
вход которого соединен с выходом инвертора 32, а выход – со вторыми входами
группы 26 элементов ИЛИ. Второй вход элемента 30 ИЛИ и вход инвертора соединены с шиной 25 знака.
Схема 21 сброса, например, может быть выполнена в виде последовательно
соединенных резистора
присоединяется к шине питания
и конденсатора
цифрового модулятора, а второй вывод кон-
, причем второй вывод резистора
денсатора – к общей шине (рис. 1.6). Вывод сопротивления, соединенный с конденсатором, является выходом схемы 21 сброса.
13
R
сб
C
сб
U
пит
Выход
схемы
сброса
0
f
1
1
0
2
n
N
t
f
1
n
Рисунок 1.6 – Схема сброса
Цифровой широтно-импульсный модулятор для симметричного управления
силовыми транзисторами работает следующим образом. После включения напряжения питания схема 21 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние триггеры 9 и 10, стробирует через элемент 12 И счетчики 2 и 3,
а также через инвертор 11 – триггер 5 знака. При этом входной сигнал, пройдя
через схему 20 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке
сигнала) или дополнительном (при отрицательном знаке сигнала) коде в счетчик
3, а код знака этого сигнала записывается в триггер 5.
В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой
(рис. 1.7 а) проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный), либо
элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход
прямого счета, либо на вход обратного счета счетчика 3. В зависимости от величины N входного сигнала на выходах переноса счетчика 3 через промежуток
времени
,
где
– количество разрядов двоичного счетчика, после начальной установки
(стробирования) появится отрицательный импульс (рис. 1.7 б). Этот отрицательный импульс с выхода счетчика 3, пройдя через элемент 8 ИЛИ, поступает на
вход установки триггера 9. При этом на инверсном выходе триггера 9 появляется
сигнал низкого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 17 и
на второй вход мультиплексора 16, а на прямом выходе триггера 6 появляется
сигнал высокого уровня, который поступает на первый вход мультиплексора 16,
второй вход мультиплексора 17 и на второй вход элемента 8 ИЛИ.
14
а
б
в
г
д
е
ж
з
0
f
0
2
f
1
1
2
0
2
n
t
f
Рисунок 1.7 – Временные диаграммы работы цифрового широтно-импульсного
модулятора для симметричного управления силовыми транзисторами
Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают также на вход счетного
триггера 4, который производит деление частоты
пульсы с частотой
(рис. 1.7 в) со счетного триггера 4 поступают на счетный
на 2. Прямоугольные им-
вход счетчика 2. На выходе переноса счетчика 2 через промежуток времени
после начальной установки появляется отрицательный импульс (рис. 1.7 г), который, пройдя через элемент 12 И, поступает на вход сброса триггера 9 и возвращает его в исходное состояние.
15
Отрицательный импульс с выхода счетчика 2 через элемент 12 И стробиру-
1
1
1
2
2
n
nN
ет счетчики 2 и 3 и через инвертор 11 – триггер 5 знака, после чего процесс формирования выходных сигналов счетчиков 2 и 3, триггера 9, мультиплексоров 16 и
17 и элементов 14 и 15 И повторяется. При положительном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 16 проходит сигнал с прямого выхода триггера 9
(рис. 1.7 д), а на выход мультиплексора 17 – с инверсного выхода триггера 9. При
отрицательном знаке входного сигнала на выход мультиплексора 16 проходит
сигнал с инверсного выхода триггера 9, а на выход мультиплексора 17 – с прямого выхода триггера 9. В результате на выходных шинах 22 и 23 (рис. 1.7 ж, з)
цифрового широтно-импульсного модулятора при любом знаке входного сигнала
получается прямая и инверсная широтно-модулированные последовательности
импульсов скважностью
.
Элемент 13 И и формирователь 18 импульсов служат для формирования
раздвижки фронтов прямой и инверсной широтно-модулированных последовательностей, что необходимо для защиты широтно-импульсного преобразователя,
в составе которого предполагается работа модулятора, от сквозных токов при переключении транзисторов. Это достигается тем, что при переключениях триггера
9 сигнал (рис. 1.7 е) формирователя 18 импульсов блокирует работу мультиплексоров 16 и 17. При этом на выходе мультиплексоров 16 и 17, а также на выходе
элементов 14 и 15 И и, соответственно, на выходных шинах 22 и 23 появляется
сигал низкого уровня длительностью равный длительности выходного импульса
формирователя 18.
Элемент 19 И-НЕ и триггер 10 служат для защиты широтно-импульсного
преобразователя от возможных сбоев. При появлении сигналов высокого уровня
одновременно на выходах мультиплексоров 16 и 17 на выходе элемента 19 И-НЕ
появляется сигнал низкого уровня, который устанавливает на выходе триггера 10
сигнал низкого уровня. При этом происходит блокировка элементов 14 и 15 И, и
на выходных шинах 22 и 23 модулятора появляется сигнал низкого уровня.
16
Схема 20 ограничения предназначена для ограничения на определенном
уровне входного сигнала с целью исключения возможности опрокидывания широтно-импульсной модуляции. Ограничивать входной сигнал можно и программно на устройстве, которое управляет широтно-импульсным модулятором, но аппаратная поддержка этого процесса значительно повышает надежность работы
устройства и всего электропривода в целом.
Следует обратить внимание на тот факт, что триггер 10 можно исключить
из схемы цифрового широтно-импульсного модулятора, подав выходной сигнал
элемента 19 И-НЕ непосредственно на соответствующие входы элементов 14 и 15
И. При этом защита широтно-импульсного преобразователя будет функционировать, но перезапуска при сбоях делать не придется, так как рассматриваемое устройство автоматически начнет работать в штатном режиме со следующего такта.
Кроме того, устройство цифрового широтно-импульсного модулятора для
симметричной коммутации можно еще более упростить, если в каждом плече
транзисторного моста (см. рис. 1.1) использовать комплементарные пары. Однако
это возможно сделать только в силовых преобразователях малой мощности.
Следует отметить, что симметричный закон коммутации силовых транзисторов обладает определенными недостатками, перечисленными выше. Но существуют ситуации, что только такой способ приемлем для управления определенными объектами. Примером могут послужить электромагнитные подшипники, в
которых для значительного упрощения технической реализации системы управления принципиально используется силовой транзисторный преобразователь с
симметричным законом коммутации [14, 15].
17
1.3 Цифровой широтно-импульсный модулятор для несимметричного
0
f
1
0
N
t
f
управления силовыми транзисторами
Для обеспечения несимметричного закона коммутации силовых транзисторов разработан другой цифровой модулятор [5]. Он содержит (нумерацию элементов начнем с начала) генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3,
счетный триггер 4, триггер 5 знака, элементы ИЛИ 6, 7, 8, 9, 10 и 11, триггеры 12
и 13, инвертор 14, элементы И 15, 16 и 17, элементы И-НЕ 18 и 19, формирователи 20 и 21 импульсов, мультиплексоры 22, 23, 24 и 25, схему 26 ограничения и
схему 27 сброса, выходные шины 28, 29, 30 и 31, шину 32 входного сигнала, шину 33 знака и шину 34 блокировки (рис. 1.8). Схемы ограничения 26 и сброса 27 в
этом модуляторе выполнены точно также как и в модуляторе для симметричного
управления.
Рассматриваемый цифровой широтно-импульсный модулятор работает следующим образом. После включения напряжения питания схема 27 сброса формирует сигнал, который устанавливает в исходное состояние счетный триггер 4 и
через элементы 16 и 17 И триггеры 12 и 13, через элемент 15 И стробирует счетчики 2 и 3, а также через инвертор 14 – триггер 5 знака. При этом входной сигнал, пройдя через схему 26 ограничения, записывается в прямом (при положительном знаке сигнала) или дополнительном (при отрицательном знаке сигнала)
коде в счетчик 3, а код знака этого сигнала записывается в триггер 5 знака.
В зависимости от знака входного сигнала импульсы генератора 1 с частотой
(рис. 1.9 а) проходят либо через элемент 6 ИЛИ (знак положительный), либо
элемент 7 ИЛИ (знак отрицательный) и поступают соответственно либо на вход
обратного счета, либо на вход прямого счета счетчика 3. В зависимости от величины N входного сигнала на выходе переноса счетчика 3 через промежуток времени
18
19
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
л
м
н
о
21
2t
21
2 (1 )t
Рисунок 1.9 – Временные диаграммы работы цифрового широтно-импульсного
модулятора для несимметричного управления силовыми транзисторами
после начальной установки (стробирования) появится отрицательный импульс
(рис. 1.9 б). Этот импульс через элемент 10 ИЛИ поступает на вход установки
триггера 12. При этом на инверсном выходе триггера 12 появляется сигнал низкого уровня (рис. 1.9 в), который поступает на первый вход мультиплексора 23 и
второй вход мультиплексора 22, а на прямом выходе триггера 12 появляется сигнал высокого уровня (рис. 1.9 г), который поступает на первый вход мультиплексора 22 и второй вход мультиплексора 23. Прямоугольные импульсы с генератора
20
1 поступают также на счетный вход счетчика 2. На выходе переноса счетчика 2
1
2
0
2
n
t
f
через промежуток времени
после начальной установки появляется отрицательный импульс (рис. 1.9 д), который, пройдя через элементы 8 ИЛИ и 16 И, поступает на вход сброса триггера 12
и возвращает его в исходное состояние. Этот же импульс поступает на вход счетного триггера 4, устанавливает на его прямом выходе сигнал высокого уровня
(рис. 1.9 е), и далее через элемент 15 И стробирует счетчики 2 и 3 и через инвертор 14 – триггер 5 знака, после чего процесс формирования выходных сигналов
счетчиков 2 и 3 повторяется. При высоком уровне сигнала на прямом выходе
счетного триггера 4 импульсы с выходов переноса счетчика 2 и 3 не проходят на
входы установки и сброса триггера 12. Но при этом импульс с выхода переноса
счетчика 3 через элемент 11 ИЛИ поступает на вход установки триггера 13. Тогда
на инверсном выходе триггера 13 появляется сигнал низкого уровня (рис. 1.9 ж),
который поступает на первый вход мультиплексора 25 и второй вход мультиплексора 24, а на прямом выходе триггера 13 появляется сигнал высокого уровня
(рис. 1.9 з), который поступает на первый вход мультиплексора 24 и второй вход
мультиплексора 25. Импульс с выхода переноса счетчика 2 через элементы 9 ИЛИ
и 17 И поступает на вход сброса триггера 13 и возвращает его в исходное состояние. Импульсы, приходящие на входы установки и сброса триггера 12, поступают
через элемент 18 И-НЕ на формирователь импульсов 20, который формирует импульс определенной длины (рис. 1.9 и), блокирующий работу мультиплексоров 22
и 23. Аналогично импульсы, приходящие на входы установки и сброса триггера
13, поступают через элемент 19 И-НЕ на формирователь импульсов 21, который
формирует импульс определенной длины (рис. 1.9 к), блокирующий работу мультиплексоров 24 и 25. В результате, если на шине 34 блокировки присутствует разрешительный уровень сигнала, то при положительном знаке входного сигнала на
выходах мультиплексоров 22, 23, 24 и 25 и соответственно на выходных шинах
28, 29, 30 и 31 формируются выходные сигналы (рис. 1.9 л, м, н, о). Таким обра-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]