2. ЧАСТОТНЫЕ ЗАДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Одним из основных способов задания регулируемой величины в цифроаналоговых системах управления является частотный, т. е. с помощью частотных задающих устройств формируется последовательность импульсов, частота или период следования которых пропорциональны задаваемому значению регулируемого параметра. Высокая стабильность частоты достигается за счет применения кварцевых генераторов.

По принципу формирования импульсной последовательности 43 У можно разделить на две группы: обеспечивающие линейную зависимость между уставками задающего кода и выходной частотой следования импульсов; 2) обеспечивающие линейную зависимость между задающим кодом и периодом следования выходных импульсов.

Преимущественно используются ЧЗУ первой группы, так как большинство цифровых регуляторов работает по принципу сравнения частот задания и обратной связи.

Основным функциональным узлом такого ЧЗУ является управляемый делитель частоты (УДЧ). Различают двоичные и двоично-десятичные УДЧ. Двоичные имеют более простую структуру, однако ввод коэффициентов деления в них должен производиться в двоичном коде, что усложняет схему.

Отечественная промышленность выпускает интегральную микросхему представляющую собой двоичный делитель частоты с переменным коэффициентом деления (рис. 15, а).

Такой делитель состоит из двоичного шестиразрядного счетчика VI с параллельным переносом и формирователей весовых значений частотных составляющих . Схема работает следующим образом. Двоичный счетчик VI непрерывно заполняется импульсами входной частоты Сигналы с прямых и инверсных выходов триггеров, входящих в состав счетчика, а также импульсы входной частоты поступают на входы формирователей , представляющие

Рис. 15. (см. скан) Структурная схема (а) и временные диаграммы (б) двоичного делителя частоты К155ИЕ8

собой схемы И, количество которых равно количеству триггеров счетчика V1. На входы схемы И каждого разряда поступают сигналы с инверсного выхода триггера этого разряда и прямых выходов триггеров всех предыдущих разрядов. Такая комбинация сигналов приводит к тому, что на выходе каждого формирователя появляются только те импульсы входной частоты которые переводят триггер соответствующего разряда из нулевого состояния в единичное (рис. 15, б). Из временной диаграммы видно, что импульсы на выходе формирователей не совпадают между собой во времени. Это позволяет суммировать их на выходной схеме ИЛИ в любых сочетаниях.

Управление выходной частотой производится двоичным кодом, поступающим на входы . Элемент предназначен для последовательного соединения нескольких делителей. Предусмотрены также входы: — установки нуля; — стробирующий; С — разрешение счета; Т — счетный. Элемент формирует импульс переноса при переполнении счетчика делителя.

Выходная частота снимается с выхода и определяется по формуле , где -значения двоичного кода на входах .

С помощью делителя частоты можно реализовать режим последовательного деления частоты на число, превышающее 64. Схема соединения микросхем в режиме деления частоты на показана на рис. 16.

Результирующая частота снимается с выхода микросхемы и определяется по формуле , где , где - -значения двоичного кода на входах микросхем соответственно

(кликните для просмотра скана)

В двоично-десятичных УДЧ коэффициенты вводятся в десятичном коде через логическую схему, представляющую собой преобразователь десятичного кода в двоично-десятичных. При определенном выборе входной частоты УДЧ коэффициент деления выражается непосредственно в единицах регулируемой величины.

Процесс набора требуемой частоты сводится к формированию из входной частоты в соответствии с задающим кодом последовательности импульсов, определенным образом распределенных в постоянном временном интервале , где А — постоянная, зависящая от максимальной емкости делителя, при двоично-десятичной декаде — входная опорная частота.

Рис. 18. Структурная схема ЧЗУ

Работа схемы десятичного УДЧ аналогична работе описанного двоичного делителя частоты с той разницей, что комбинация логических сигналов на входах формирователей выбрана таким образом, что относительные значения частотных составляющих на выходах совпадают с весами двоичных разрядов в преобразуемом двоично-десятичном коде 8—4—2—1 (рис. 17, б). Суммирование выходных частот производится элементом .

Таким образом, Структурная схема двоично-десятичного УДЧ показана на рис. 17. Двоично-десятичный УДЧ состоит из двоично-десятичного счетчика работающего в коде 8—4—2—1, и формирователей весовых значений частотных составляющих .

В качестве счетчика можно использовать микросхему . Управляющий код поступает на входы . Импульс переполнения счетчика снимается с выхода .

Построение УДЧ с коэффициентом деления больше десяти выполняется последовательным соединением нескольких десятичных УДЧ. В этом случае импульсы переполнения предыдущей декады являются входными импульсами преобразуемой частоты для следующей декады.

Код задания зависит от способа задания программы, типа датчика, применяемого в цепи обратной связи системы, а также от специальных требований, предъявляемых к задающим устройствам, и может формироваться с помощью механических переключателей или цифровыми логическими устройствами.

При формировании кода с помощью переключателей существенно упрощается устройство ввода и облегчается контроль за набором задающего кода, так как численное значение кода задания однозначно определяется положением переключателей. Однако при изменении кода задания во время работы устройства в момент переключения выходные импульсы пропадают, особенно при изменении в старших разрядах, которое обусловлено конечной длиной межконтактного промежутка переключателя. Кроме того, при таком построении устройства ввода задания нельзя автоматически управлять режимами работы ЧЗУ.

При формировании кода с помощью цифровых устройств (реверсивные счетчики, сумматоры, регистры памяти) эти недостатки устраняются.

Структурная схема разработанного авторами частотного задающего устройства для цифроаналоговой системы управления частотой вращения двигателя постоянного тока изображена на рис. 18. С помощью устройства можно управлять режимами работы двигателя, в том числе:

1. Производить разгон и торможение двигателя с заданным ускорением (замедлением) до требуемой частоты

вращения с фиксированием любой промежуточной частоты вращения при разгоне (торможении) по команде Так держать.

2. Осуществлять ручную коррекцию частоты вращения двигателя в небольших пределах по командам оператора.

3. При любой коррекции частоты вращения двигателя, в том числе и останове, его устройство сохраняет предварительно набранное значение рабочей частоты вращения.

В ЧЗУ входят кварцевый генератор двоично-десятичный УДЧ, реверсивный счетчик управляемый генератор низкочастотный генератор схема формирования команд управления схема сравнения кодов буферный делитель частоты схема ввода и хранения кода задания устройство индикации

Выходную частоту устройства можно представить как сумму импульсов каждой декады , где — выходная частота; — номер разряда вводимого десятичного числа; — значение коэффициента деления в разряде; — количество разрядов вводимого числа.

Диапазон изменения частоты вращения электродвигателя с дискретностью в 1 мин. Следовательно, для обеспечения требуемого диапазона необходимо иметь три последовательно соединенные декады УДЧ с коэффициентом деления, равным 1000. Выходная частота формируется из последовательности импульсов кварцевого генератора и поступает в буферный делитель БДЧ. Управление УДЧ производится трехдекадным двоично-десятичным реверсивным счетчиком причем старшая декада управляет работой младшей декады УДЧ.

Управление режимами и определение моментов достижения заданной частоты вращения производятся узлом сравнивающим код задания с текущим, вырабатываемым в PC. Схема формирования команд предназначена для выработки логических сигналов, управляющих работой устройства.

Генератор, выполненный по схеме рис. 8, б, вырабатывает высокостабильную последовательность импульсов Частота управления вырабатывается управляемым генератором частоты . Частота уставки ускорения изменяется напряжением при этом изменяется ускорение (замедление) двигателя. Для ручной коррекции задания используются импульсы низкой частоты (около 0,5 Гц), вырабатываемые низкочастотным генератором .

Схема ввода и хранения кода задания служит для ввода кода задания и записи его в регистр памяти. В ее состав входят три многопозиционных переключателя типа и регистр задания . В состав переключателей входит дешифратор десятичного кода в двоично-десятичный код

Частотно-задающее устройство работает следующим образом. В исходном состоянии обнулен, выходная частота на выходе ЧЗУ отсутствует. Переключатели устанавливаются в положения, соответствующие десятичным цифрам вводимого числа, при этом с выходных клемм переключателей вводимое число в двоично-десятичном коде 8—4—2—1 поступает на вход регистра задания При нажатии кнопки Работа этот код записывается в и вырабатывает сигнал (где А — код задания, В — код PC). При этом импульсы частоты начинают поступать на счетный вход . С каждым импульсом частоты код изменяется на единицу, что приводит к изменению выходной частоты вращения на

При достижении заданной частоты вращения, когда код в равен коду, хранящемуся в вырабатывает сигнал который поступает в Действие команды Работа прекращается. Импульсы частоты не поступают. В этом режиме выполняет роль оперативной памяти, где хранится код числа, соответствующего заданной частоте вращения. При необходимости изменения частоты вращения в регистр задания при помощи переключателей вводится новое число, при этом на выходе появляется

сигнал или , который управляет соответственно шиной сложения или вычитания Изменение скорости производится после нажатия кнопки Работа.

Для полного останова двигателя выдается команда Стоп. При этом регистр сбрасывается в нуль и в поступает нулевое значение кода. Сигнал с выхода посту, паег на управление вычитающей шиной Одновременно импульсы частоты управления поступают на вход уменьшая содержимое счетчика до нуля.

При выдаче команды Так держать в процессе разгона или торможения вход блокируется и выходная частота определяется кодом, который записан в к моменту выдачи команды.

Режим ручной коррекции частоты вращения двигателя производится подачей команд Больше и Меньше. При этом импульсы с выхода низкочастотного генератора поступают на счетный вход соответственно на сложение или вычитание. Одновременно блокируется выход так как под действием сигналов устройство будет стремиться вернуться в первоначальное состояние.

Благодаря низкой частоте импульсов коррекции можно контролировать изменение скорости визуально и уменьшать ошибки оператора. Для уменьшения неравномерности выходных импульсов УДЧ на выходе устройства включен буферный делитель который представляет собой пятиразрядный двоичный счетчик. Выходная частота контролируется с помощью узла цифровой индикации

При работе с тахогенератором в качестве частотного датчика обратной связи, который выдает импульса за частота кварцевого генератор где — максимальная задаваемая частота вращения; — коэффициент деления БДЧ.

Стабильность частоты составляет диапазон выходной частоты 9,2 Гц...9,2 кГц с дискретностью 9,2 Гц, что соответствует изменению задания от 1 до с дискретностью в