[其他]一種數字鎖相隨動調速系統

在審

• 申請號: 101985000000404
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1004782B
• 公開（公告）日: 1989-07-12
• 發明（設計）人: 陸啟湘
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電機控制領域，提供一種能省去濾波器和模數轉換，而且能輸出數字量相位差的鑒相器。這種鑒相方案的鑒相范圍超出了±２π。采用計算機控制。位置反饋則使用一種按Ｍｅａｌｙ機方式工作的邏輯，直接輸出位移脈沖和方向電平信號。驅動方式是數字比較式ＰＷＭ電路，精度高，不需專用的數模轉換元件。

本發明屬于電機控制領域。根據美國82年雜志《IEEE-Transaction》Vol IECI-29№1和我國84年五期《電氣自動化》介紹，一般直流電機，用在精度要求高的場合時，多采用鎖相環路控制系統如圖一所示。1是鑒相器，是系統的核心部件之一（又稱相位比較器或相位檢波器）。如美國Motorola公司的集成電路產品MC4044，中國的產品ST002和1691等，原理相同，邏輯框圖如圖二所示。圖一中，參考輸入脈沖θ_R和檢測反饋脈沖θ_S一齊送入鑒相器1，輸出端得到反映相位差的方波θ₀。相位差信息含在θ₇的零次諧波中，經濾波器2后，去除高次諧波，得到較平直的電壓θ。再由模數轉換器3，化為數字量，饋入計算機4，5是功率驅動部分，一般用脈寬調制方式（PWM），或可控硅橋路整流組成，6是控制對象-電機，7是電流檢測部件，將電樞電流值化為數字量送入計算機。U和f視為系統干撓。電機軸角θ經位置檢測部件8化為位移脈沖送入鑒相器1。

上述用九個與非門表示的鑒相器圖二a），其鑒相范圍為±2π。相位差信息含在輸出H或I的波形中，即為方波H或I的平均值所對應。圖二b）是相位差為零時的情形，H和I諧輸出高電平。圖2d）為θ_R落后θ_S一個角度θ₀的情形。圖2c）則表示θ_R超前θ_S一個相位角。圖二e）表示九門鑒相器的輸出均值U與輸入相位差θ₀的關系特性。

這樣構成的系統有若干缺點：鑒相范圍窄，給頻率捕捉帶來困難;加了濾波器去除高次諧波，不可免地增加了系統開環零極點數，對穩定性不利;采用模數轉換又在開環中增加了一個帶有誤差和滯后特性的環節。

閉環調速系統中的位置反饋檢測部件一般使用位移脈沖發生裝置，其中轉動方向的辨別多采用測速電機或圖三所示邏輯電路〔見（檢測與變換技術），高校教材，1982〕。φ₁和φ₂為敏感元件發出的信號。兩只敏感元件在空間按一定相對位置安裝，即要求它們產生的脈沖信號在相位上相差1/4周期。其中φ₁經放大整形電路1整形后，一路送入微分電路3，另一路經反相器4倒相后，送入另一微分電路5。兩路微分信號分別送入與門Y₁和Y₂。φ₂經放大整形電路2整形后，同時送達與門Y₁和Y₂。若φ₁超前φ₂。則每當φ₂到來時，3將Y₁打開，計數信號由Y₁通過，Y₁₀到達方向門F，使可逆計數器6作好減計數準備，另外Y₁₀經Δ延遲單元后產生計數脈沖P使6作減計數。同樣道理，當φ₁相位落于后φ₂時，Y₂與門打開，6作加計數。

這種辨向邏輯對敏感元件的安裝位置要求高，不易實用化，對微分電路的時間常數定成何值亦很難考慮，要求其充或放電時間是反饋脈沖周期的1/4。但轉速變化時，脈沖周期亦變化微分時間常數卻不能跟著變，以致這種方案不適用于寬調速場合。

計算機輸出數值在PWM驅動方式中要求轉換為相應的脈沖寬度，而周期不變。如圖四，是脈寬調制器示意圖。計算機1輸出數經D/A數模轉換化為電壓2，與恒定頻率和幅值的鋸齒波3一齊送入比較器5G23。輸出的信號U₁₀即在寬度上滿足調制要求。這種調制方式精度不能很高，一般最好是3%。以上是這類系統存在的一些問題和缺點。