专利名称：阀门电动装置的制作方法
这是一项有关电动机械的发明，更确切地说，是针对那些阀门电动装置的，这类装置可作为各种不同途的数控执行机械。
同步电机的高可靠性和操纵的灵活性使得这类装置在自动化设备的精密阀门电动方面应用前景广阔，现在，这些自动化设备已广泛地应用于各种不同的技术领域。
但是，在现有的阀门电动装置中没有考虑到由于电源电压的波动、电源电路中电阻的变化，所应用的电压源内阻为有限值，以及换向时产生的瞬时脉动的补偿问题。因为上述原因，速度的调节范围缩小了，而脉动增大了。此外，机械性能的刚度也降低了，因而使得对同步电机的位置和速度的控制变得更为复杂。
我们知道，阀门电动装置包括一个带有轴位置传送器的同步电机;包括一个固定存储器，它通过一些地址输入接口与控制单元的输出接口相接，并通过相应的输出接口与以同步电机的线圈匝数为标准的比较器的输入端相连，而该比较器的输出端又与接在同步电机线圈上的电源电压较换器的输入端相接。在逆向运动时，由于在上述接线图中旋转力矩的改变，由于没有补偿电源电压的漂移和脉动的手段，以及由于加在同步电机线圈上的宽脉冲调制电压的交变频率，同步电机转动速度的调节范围受到了限制。此外，由于在实用的电动装置中电压源的内阻为有限值，因而其机械特性的刚性是不高的。
在有些阀门电动装置中克服了上述的一部分缺点。这种阀门电动装置包括一个带有轴位置传送器的同步电机，该传送器的输出端与固定存储器的地址输入接口之间有着电的联系。固定存储器中存入了同步电机线圈供电电源脉冲的宽度和极性的代码，线圈电源的输出总线接在代码变换器的控制输入接口上，变换器把代码转换成随同步电机线圈匝数而改变的脉冲宽度。变换器的输出端接到转换器的脉冲宽度指令的输入端，而转换器脉冲极性指令的输入端则接到固定存储器的相应的输出接口上，控制信号的极性指令输入线并联在一起，并在其上加有关于控制信号极性值的信号，而极性信号指令的输出则与同步电机的线圈相连。这种阀门电动装置还包括有一只振荡发生器，它的输出端接在被控制的频率分频器的输入端，而在受控分频器的控制输入端则加上控制信号模的代码。受控分频器的输出接到变换器的脉冲频率指令输入口，变换器把代码转换成脉冲宽度。这种装置还包括一个接在转换器上的电压源。
在上述的那些阀门电动装置中并不能消除逆转运动时发生的旋转力矩量的变化，同时，也还存在着因为没有采取补偿脉动和电压源漂移的措施而造成的旋转力矩量的变化。虽然由于同步电机线圈电源的脉冲频率稳定了，这些变化比一般电动装置的要小些，但是，因为电压源的内阻为有限值，电动装置的机械特性的刚性仍是不高的。
本发明的基本任务是制造一种阀门电动装置，其中借助引入的反馈，保证加在同步电机线圈上的电压偏移得到补偿。
所提出的任务用下列方法给予解决。阀门电动装置包括一个带有轴位置传送器的同步电机，它的输出端和固定存储器的地址输入接口之间为电连接，此固定存储器中已写入同步电机线圈电源脉冲宽度和脉冲极性的代码。存储器的输出总线接向代码变换器的控制输入端，该变换器把代码按同步电机线圈匝数变成不同的脉冲宽度，变转器的输出接到按同步电机线圈匝数产生不同脉冲宽度的转换器的输入端。给出不同脉冲极性的转换器的输入端则直接与固定存储器的相应输出端相连，控制信号极性的指令输入端并联在一起，同时，在其上加有与控制信号极性相关的信号，极性转换器的输出接在同步电机的线圈上。本发明提出的电动装置包括一个振荡发生器，其输出端与被控频率分频器的输入端相接，在分频器的控制频率输入端上加上了控制信号模的代码，而受控分频器的输出端则和转换器的脉冲频率指令输入接口相接，该转换器将代码变换成脉冲宽度。本发明的电动装置还包括一个接在转换器上的电压源，按照本发明的要求，它具有一个在脉冲延续周期中改变电压变换单元，该变换单元的第一输入接在电压源上，而第二输入接到振荡发生器的输出端，其输出与将代码变换成脉冲宽度谋浠黄鞯氖淙胂嗔 最好的是，在阀门电动装置中，在脉冲延续周期时改变电压变换单元中，装入一个模数转换器，把脉冲延续周期电压变换单元的第一输入端作为模-数转换器的输入端，再装入一个受控制的频率分频器，它的控制输入端接到模-数转换器的输出端，它的另一个输入和输出端分别用作相应的脉冲延续周期时电压变换单元的第二输入和输出。
该阀门电动装置可以消除因电压源输出端电压波动造成的同步电机旋转力矩的波动，其结果是扩展了同步电机旋转速度的可调节范围，并降低了它的波动。除此之外，还由于提高了阀门电动装置的机械性能的刚性，可以简化同步电机轴位置和它的旋转速度的调节方法。
下面用具体实施方案和附图
对本发明进一步说明。附图中给出了符合本发明要求的阀门电驱动装置的功能方块图。
阀门电动装置具有一个同步电机(1)，它装有轴位置传送器(2)。在所给出的方案中，传送器(2)由数字操纵，并包含一个移向器(3)。移向器的输出接在零-部件(4)的输入端上，而零-部件的输出则接到移位寄存器(6)的存入审定输入口(5)。移位寄存器的信息输入口(7)与分频器(8)的输出端相接，分频器可以用例如累加器构成。分频器(8)的另一个输出线接在多相电压源(9)的输入头上，(9)的几个输出都接到移向器(3)的输入口上。
轴位置传送器(2)的输出，也就是移位寄存器(6)的输出，接在固定存储器(10)的地址输入口，存储器(10)中已写入同步电机(1)的线圈电源脉冲的宽度和极性代码。在采用模拟输出信号驱动同步电机的轴位置传送器时，传送器通过一模-数转换器与固定存储器(10)的输入接口电联接。
固定存储器(10)的输出总线接在把代码转换成脉冲宽度的变换器(12)的输入端(11)，变换器的数量与同步电机绕组数目相等，在本发明的实施方案中是三个。本方案中每个变换器(12)都由一个读出计数器(13)和一个双路输入逻辑单元(14“与”)构成。变换器(12)的控制输入(11)同时也是读出计数器的指令输入端。而双路逻辑元件14“与”接至读出计数器13读出输入端15上，读出计数器倒相输出接至逻辑元件(14“与”)的输入口(16)上，同时也作为变换器(12)的输出。为了简化阀门电驱动装置的功能方框图，图上仅示出了一个变换器的原理线路。
所有变换器(12)的输出端都接到转换器(18)的脉冲宽度指令输入(17)上。转换器(18)的数目和同步电机(1)的线圈绕组数相同。本方案中每个转换器(18)都包括有二只双路输入逻辑元件(19，20“与”)，它们的第一组输入并联在一起，并作为转换器(18)的输入(17)。逻辑元件(19-“与”)接至逻辑元件(21“异-或”)的输出，同时也和“非门”(22)的输入相连。“非门”(22)的输出则接到逻辑元件(20“与”)的第二输入口上。逻辑元件(19，20“与”)的输出线接在开关(23)，(24)的控制输入接口上。开关(23)，(24)的电源输入线来自电压源(25)，它们的输出则并联在一起，用作转换器(18)的总输出。这个输出端直接接到相应的同步电机线圈上(图中没有绘出)。
“异-或”逻辑元件(21)的第一输入用作转换器(18)的脉冲极性的指令输入(26)，同时也接到固定存储器(10)的相应的输入口上，而它的第二个输入端则作为控制信号极性指令的输入极(27)，在其上输入了决定控制信号极性的值sign△g。所有转换器(18)的输入端(27)并联在一起。为使阀门电动装置的功能方框图简化，图上只画出了一个转换器(18)的原理图。
阀门电动装置里还装配有一个被控制的分频器(28)。在本方案中是利用读出计数器作为分频器的，它的指令输入则是分频器(28)的控制输入(29)。在控制输入端(29)上输入控制信号模｜△g｜代码。受控分频器(28)的输出，也即与写入输入端相连的读出计数器的借贷输出，与把代码转变成脉冲宽度的变换器(12)的脉冲频率指令输入(30)相连。输入(30)还作为逻辑元件(14“与”)的第二输入。作为读出计数器的读出输入端的受控分频器(28)的输入(31)连接在振荡发生器(32)的输出端。
振荡发生器(32)的输出端雇庇氲缪孤龀遄坏ピ 4)的输入(33)相连，此单元把电压转变成脉冲延续周期，电压脉冲转换单元(34)的输入(35)与电压源(25)相接，而其输出则接向把代码转换成脉冲宽度的变换器(12)的触发输入(36)。输入线(36)是读出计数器(13)的写入输入。
把电压转变成脉冲延续周期的转换单元(34)，其实质是阀门电动装置中的一个反馈系统，它由模-数转换器(37)和受控分频器(38)构成。其中模-数转换器(37)的输入由电压-脉冲转换单元(34)的输入(35)充当，而受控分频器的控制输入接向模-数转换器(37)的输出，另一个输入和输出端分别相应作为电压-脉冲转换单元(34)的输入(33)和输出。
受控分频器(38)可以用类似于受控分频器(28)的分频器担当，也就是说，可以用读出计数器构成，读出计数器的借贷输出端与写入输入端相连。
在上述的同步电机轴位置传送器(2)线路中，由于使用了分频器(8)的缘故，必须要有一个脉冲发生器。因此，利用振荡发生器(32)作为所需的脉冲发生器，它的输出就连到分频器(8)的输入。
阀门电动装置是以下述方式工作的。同步电机的轴位置传送器(2)的分频器(8)把振荡发生器(32)产生的频率fo分割为2n份，这里n是指用以构成振荡发生器的计算机的数位数量。按照分频器(8)给出的信号，多相电压源(9)形成了一个相互之间相位相对位移了的信号，例如，频率为fo/2n的正弦波信号，该信号输入到移相器(3)的多相绕组，移相器的转子和同步电机的轴是连在一起的(图上没有示出)。移相器(3)的输出信号加到零-部件(4)上，在此零-部件的输出端产生的是矩形脉冲。根据进入移位寄存器(6)的输入线(5)的这些脉冲前沿，把来自分频器(8)的轴位置代码写入移位寄存器(6)。此代码由同步电机(1)的转子位置决定，并指令定子磁场的取向，例如，与转子的磁场相垂直，从而保证同步电机(1)具有最大的旋转力矩。轴位代码输入到固定存储器(10)的地址输入口，固定存储器中已写入了与间步电机(1)三个相相对应的电源脉冲Ni(此外i指相位号)宽度的代码，同时还写入了这些脉冲极性的代码，这些代码，可以在已把所有各种轴位代码存储入移位寄存器中的情况下，保证定子和转子的两个磁场相互垂直，同时还保证旋转力矩波动最小。K-电源脉冲Ni宽度数位的码输入到把代码转换成脉冲宽度的变换器(12)中的读出计数器(13)，其写入频率为f＝fo/Ku (1)式中Ku是将电压变成脉冲延续周期转换单元(34)中模-数转换器(37)的输出端上的电压代码。是由于电压转换单元(34)中的受控分频器(38)把振荡发生器(32)的发生频率fo减少到Ku分之一，才得到式(1)的结果的。
按照受控分频器(38)的输出信号的前沿，经过变换器(12)的写入输入线(36)，把代码输入进读出计数器(13)。存入代码后，在计数器(13)的借贷输出端就出现逻辑“1”信号，它指令开始触发线圈电源脉冲。这时，逻辑“1”信号同时还迭加在逻辑元件(14“与”)的输入端(16)上，所以同时使脉冲从受控分频器(28)的输出进入计数器(13)的读出输入口(15)。这些脉冲的频率等于fo/｜△g｜，这里，｜△g｜为控制信号模的代码，控制信号是从外部设备中加在分频器(28)的控制输入端(29)上的。因此，在读出计数器(13)的借贷输出端上，逻辑“1”能够存在的时间间隔长度ti为ti＝Ni·｜△g｜/fo(2)在读出计数器(13)的输出端上代码为零时，借贷信号也变为逻辑“0”，其结果是，闭锁了通过逻辑元件(14“与”)加在计数器读出输入端上的脉冲。
同步电机(1)的反向运动是采取变换同步电机线圈电源脉冲的极性的方法实现的，这些脉冲来自固定存储器(10)的相应输出端，并在转换器(18)中的逻辑元件(21“异-或”)的帮助下产生的。由于这种变换的结果，在改变控制信号Sign△g的极性过程中，原先是从变换器(12)的输出端进入转换器(18)的脉冲宽度指令输入(17)端，例如，经过逻辑元件(19“与”)加在开关(23)上的信号，现在将经过逻辑元件(20“与”)进入开关(24)的控制输入端。这时，同步电机线圈将与电压源(25)的另一极相通庋诜聪蚯保涂梢栽诓桓谋渌哪Ａ壳榭鱿路醋降缁男兀蚨笨梢韵氐牟ǘ 因为同步电机(1)的线圈电源脉冲频率等于式(1)中的f，所以计入式(2)后，加在第i个线圈上的平均电压值将由下式决定Ui=tif·u= (Ni｜△g｜·f)/(f0) ·U= (Ni｜△g｜)/(Ku) (3)式中U是电源(25)的输出电压。
很明显，第i个线圈上的平均电压值与电源电压U的大小无关(在Ui＜U的条件下)。因而电压源(25)输出端上经常发生的电压U的波动和漂移将不会影响同步电机的旋转力矩。在采用整流和滤波的办法把交流电转变为直流电的过程中，这样的电压波动和漂移是不可避免的。
电压源(25)总是有一个有限值的内阻，因此，由于电流流经它时的压降，必然会使加在同步电机(1)的线圈上的电压降低。借助于在脉冲延续期把电压转变为脉冲延续周期的转换单元(34)，线圈电源脉冲延续周期将按照式(1)相应地减小，这样就导致了负载力矩对同步电机(1)的旋转速度的影响减弱，也即提高了阀门电动装置的机械性能的刚度。机械性能的刚度的提高降低了阀门电动装置的电动机构的时间常数，从而简化了它的位置和速度的调节过程。
权利要求
1.一种阀门电动装置，它包括一个带有轴位置传送器(2)的同步电机(1)，轴位置传送器的输出与固定存储器(10)的地址输入是电联系的，在存储器中存入了同步电机线圈的电源脉冲宽度和极性的代码，固定存储器的输出总线接向变换器(12)的控制输入口(11)，变换器把代码转变为根据同步电机(1)线圈匝数而定的脉冲宽度，变换器的输出接到转换器(18)的脉冲宽度指令输入线(17)上，脉冲宽度按同步电机线圈匝数而定，转换器(18)的脉冲极性指令输入线(26)接在相应的固定存储器(10)的输入口，而控制信号的极性指令输入线并联在一起，并在其上加上了携有控制信号极性值的信号，转换器的输出线接在同步电机(1)的线圈上；阀门电动装置还包含一个振荡发生器(32)，它的输出端与被控分频器(28)的输入端相连，分频器(28)的控制输入端(29)上输入控制信号模的代码，而其输出端接在变换器(12)的脉冲频率的指令输入口，此变换器把代码转变成脉冲宽度；阀门电动装置还有一个接在转换器(18)上的电压源(25)，此电压源与众不同的是，它有一个把电压转变成脉冲延续周期的转换单元(34)，转换单元的第一输入(35)接在电压源(25)上，其第二输入端(33)接在振荡发生器(32)的输出端，而转换单元的输出则接到把代码转换成脉冲宽度的变换器(12)的触发输入端。
2.按照权利要求1所述的阀门电动装置，其特征为，在把电压转变成脉冲延续周期的转换单元(34)中装有模-数转换器(37)和受控分频器(38)，转换器(37)的输入端充当把电压转变为脉冲延续周期的转换单元(34)的第一输入端(35)，受控分频器(38)的控制输入端接在模-数转换器(37)的输出端上，而另一个输入端和输出端则分别相应作为把电压转变成脉冲延续周期的转换单元(34)的第二输入端(33)和输出端。
全文摘要
阀门电动装置的同步电机轴位置传送器作为固定存储器的地址输入。存储器的输出总线接变换器的控制输入，变换器把代码转换成脉冲宽度，其输出接转换器的脉冲宽度指令输入，转换器的脉冲极性指令输入接固定存储装置的输出端，输出接同步电机的线圈。还有一个转换单元把电压转换成脉冲延续周期，其输入接电压源和振荡发生器，输出接变换器的触发输入。分频器的控制端输入控制信号模的代码，其输出接变换器的脉冲频率指令输入。
文档编号F16K31/04GK1031127SQ8710537
公开日1989年2月15日 申请日期1987年8月5日 优先权日1987年8月5日
发明者朱德米拉·伊瓦诺纳·马米克黑纳, 阿莱桑德·瑟吉·尼科拉维奇希多鲁克, 伊格尔·米克哈洛维奇·楚申科夫 申请人:白俄罗斯国立列宁大学