RU2057346C1

RU2057346C1 - Device measuring movement speed

Info

Publication number: RU2057346C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Ярославцев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Ротор"
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device measuring movement speed includes generator 1 of standard frequency, power supply unit 2, phase inverter 3, comparator 4, pulse distributor 5, multichannel former 6 of reference pulses, multi-input logic circuit 7, former 8 of pulses of stable amplitude, integrator 9 of zero setting, functional converter 10 and retrieval and storage element 11 connected in series. It also has synchronization unit 12 linked with inputs to outputs of multi-input logic circuit 7 and with outputs - to controlling inputs of integrator 9 and element 11. EFFECT: reduced lagging behind while measuring movement speed. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика обратной связи по скорости в прецизионных приводах. The invention relates to measuring equipment and can be used as a speed feedback sensor in precision drives.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения скорости перемещения, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной частоты, блок питания, фазовращатель, компаратор, распределитель импульсов, многоканальный формирователь опорных импульсов, многовходовую логическую схему, формирователь импульсов стабильной амплитуды и блок осреднения, выход которого является выходом устройства [1]
На выходе формирователя импульсов стабильной амплитуды вырабатывается последовательность импульсов с постоянной амплитудой. Импульсы следуют с частотой выходного сигнала фазовращателя. Длительность импульсов пропорциональна модулю разности периодов питающего и выходного сигналов фазовращателя. Полярность импульсов определяется направлением перемещения. Скорость перемещения пропорциональна среднему за период значению формируемых импульсов.Closest to the proposed technical solution is a device for measuring the speed of movement, containing serially connected a reference frequency generator, a power supply, a phase shifter, a comparator, a pulse distributor, a multi-channel reference pulse shaper, a multi-input logic circuit, a stable amplitude pulse shaper and an averaging block, the output of which is device output [1]
At the output of the pulse shaper of stable amplitude, a sequence of pulses with a constant amplitude is generated. Pulses follow with the output frequency of the phase shifter. The pulse duration is proportional to the modulus of the difference between the periods of the supply and output signals of the phase shifter. The polarity of the pulses is determined by the direction of movement. The speed of movement is proportional to the average value of the generated pulses over the period.

В известном устройстве среднее за период значение импульсов определяется с помощью блока осреднения путем отфильтровывания высокочастотных составляющих сформированной последовательности импульсов. In the known device, the average value of the pulses over a period is determined using the averaging unit by filtering the high-frequency components of the generated pulse sequence.

Недостатком известного устройства является запаздывание, вносимое блоком осреднения при измерении скорости перемещения в переходных режимах, например при реверсе. A disadvantage of the known device is the delay introduced by the averaging unit when measuring the speed of movement in transient conditions, for example, when reversing.

Задача изобретения уменьшение запаздывания при измерении скорости перемещения в переходных режимах. The objective of the invention is the reduction of delay in measuring the speed of movement in transient conditions.

Это достигается тем, что в известное устройство для измерения скорости перемещения, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной частоты, блок питания, фазовращатель, компаратор, распределитель импульсов, многоканальный формирователь опорных импульсов, многовходовую логическую схему, формирователь импульсов стабильной амплитуды, введены последовательно соединенные интегратор с установкой на нуль, функциональный преобразователь и элемент выборки-хранения, а также блок синхронизации, интегратор подключен входом к выходу формирователя импульсов стабильной амплитуды, блок синхронизации подключен входами к выходам многовходовой логической схемы, а выходами к управляющим входам интегратора и элемента выборки-хранения, выходом устройства является выход блока выборки хранения, при этом функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения
Y K_o

где x входное напряжение функционального преобразователя;
k₀, x₀ постоянные величины.This is achieved by the fact that in a known device for measuring the speed of movement, containing a series-connected reference frequency generator, a power supply, a phase shifter, a comparator, a pulse distributor, a multi-channel reference pulse shaper, a multi-input logic circuit, a stable amplitude pulse shaper, an integrator is connected in series with the installation to zero, a functional converter and a sampling-storage element, as well as a synchronization unit, the integrator is connected by an input to the outputs dy PFN stable amplitude synchronization unit inputs connected to outputs of multiinput logic circuit, and outputs to the control inputs of the integrator and sample and hold element, the output device is the output sample storage unit, wherein the function generator is configured to generate on the output voltage
Yk _o

where x is the input voltage of the functional converter;
k ₀ , x _{0 are} constant values.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием интегратора с установкой на нуль, функционального преобразователя, элемента выборки-хранения и блока синхронизации с указанными связями. При этом функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения
Y K_o

где x входное напряжение функционального преобразователя;
k₀, x₀ постоянные величины.Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of an integrator with zeroing, a functional converter, a sampling-storage element, and a synchronization unit with the indicated connections. In this case, the functional converter is configured to generate voltage at the output
Yk _o

Указанные отличия позволяют уже по окончании каждого выходного импульса формирователя определять его среднее за период значение, тем самым измерять скорость перемещения без запаздывания, т.е. решить поставленную задачу уменьшения запаздывания при измерении скорости перемещения в переходных режимах. These differences allow already at the end of each output pulse of the shaper to determine its average value for the period, thereby measuring the speed of movement without delay, i.e. solve the problem of reducing the delay in measuring the speed of movement in transient conditions.

Промышленное применение изобретения в качестве датчика обратной связи по скорости перемещения в прецизионном электроприводе за счет уменьшения запаздывания при измерении скорости в переходных режимах обеспечивает повышение качества электропривода. Industrial application of the invention as a feedback sensor for the speed of movement in a precision electric drive by reducing the delay in measuring speed in transient conditions provides an increase in the quality of the electric drive.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения скорости перемещения; на фиг. 2 схема функционального преобразователя; на фиг.3 схема блока синхронизации. In FIG. 1 is a functional diagram of a device for measuring travel speed; in FIG. 2 circuit functional converter; figure 3 circuit block synchronization.

Устройство для измерения скорости перемещения (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор 1 эталонной частоты, блок 2 питания, фазовращатель 3, компаратор 4, распределитель 5 импульсов, многоканальный формирователь 6 опорных импульсов, многовходовую логическую схему 7, формирователь 8 импульсов стабильной амплитуды, интегратор 9 с установкой на нуль, функциональный преобразователь 10 и элемент 11 выборки-хранения, а также блок 12 синхронизации, который подключен входами к выходам многовходовой логической схемы 7, а выходами к управляющим входам интегратора 9 и элемента 11 выборки-хранения. Выходом устройства является выход элемента 11 выборки-хранения. При этом функциональный преобразователь 10 выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения
Y K_o

где x входное напряжение функционального преобразователя;
k₀, x₀ постоянные величины.A device for measuring the speed of movement (figure 1) contains a series-connected generator 1 of the reference frequency, a power supply 2, a phase shifter 3, a comparator 4, a pulse distributor 5, a multi-channel driver 6 reference pulses, a multi-input logic circuit 7, a pulse shaper 8 of a stable amplitude, an integrator 9 with zeroing, functional converter 10 and sample-storage element 11, as well as a synchronization unit 12, which is connected by inputs to outputs of a multi-input logic circuit 7, and outputs to control the input inputs of the integrator 9 and the element 11 of the sample-storage. The output of the device is the output of the element 11 sampling-storage. In this case, the functional converter 10 is configured to generate a voltage output
Yk _o

Функциональный преобразователь 10 (фиг.2) содержит первую схему 13 вычитания, подключенную первым входом к задатчику 14 постоянного напряжения, схему 15 умножения, подключенную первым входом к выходу первой схемы 13 вычитания, и вторую схему 16 вычитания, подключенную первым входом к выходу схемы 15 умножения, а выходом к второму входу схемы 15 умножения. При этом входом функционального преобразователя 10 являются объединенные вторые входы схемы 13 и 16 вычитания, а выходом выход второй схемы 16 вычитания. Functional converter 10 (Fig. 2) contains a first subtraction circuit 13 connected by a first input to a constant voltage regulator 14, a multiplication circuit 15 connected by a first input to the output of the first subtraction circuit 13, and a second subtraction circuit 16 connected by a first input to the output of circuit 15 multiplication, and the output to the second input of the multiplication circuit 15. In this case, the input of the functional converter 10 is the combined second inputs of the subtraction circuit 13 and 16, and the output of the second subtraction circuit 16.

Блок 12 синхронизации (фиг.3) может быть выполнен по схеме, содержащей элементы 17 и 18 ИЛИ, элемент 19 И, элемент 20 задержки и инвертор 21. Выход элемента 17 ИЛИ подключен к входу элемента 20 задержки, к входу инвертора 21 и к первому входу элемента 18 ИЛИ. Выход элемента 20 задержки подключен к второму входу элемента 18 ИЛИ и к первому входу элемента 19 И, второй вход которого подключен к выходу инвертора 21. Входами блока 12 синхронизации являются входы элемента 17 ИЛИ, а выходами выход элемента 18 ИЛИ и выход элемента 19 И. Block 12 synchronization (figure 3) can be performed according to the scheme containing elements 17 and 18 OR, element 19 AND, element 20 delay and inverter 21. The output of element 17 OR is connected to the input of element 20 of the delay, to the input of inverter 21 and to the first input element 18 OR. The output of the delay element 20 is connected to the second input of the OR element 18 and to the first input of the AND element 19, the second input of which is connected to the output of the inverter 21. The inputs of the synchronization unit 12 are the inputs of the OR element 17, and the outputs of the OR element 18 and the output of the 19 element I.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Многовходовая логическая схема 7 вырабатывает импульсы, которые следуют с частотой выходного сигнала фазовращателя 3 и имеют длительность, пропорциональную модулю разности периодов питающего и выходного сигналов фазовращателя 3. При положительной разности периодов последовательность импульсов формируется на первом выходе схемы 7, а при отрицательной разности на ее втором выходе. The multi-input logic circuit 7 generates pulses that follow the frequency of the output signal of the phase shifter 3 and have a duration proportional to the modulus of the difference of the periods of the supply and output signals of the phase shifter 3. With a positive difference in the periods, a sequence of pulses is generated at the first output of the circuit 7, and with a negative difference at its second output.

Многовходовая логическая схема 7 подключена первым выходом к неинвертирующему входу формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды, а вторым выходом к его инвертирующему входу. Формирователь 8 импульсов преобразует каждый входной импульс в импульс стабильной амплитуды с длительностью, равной длительности входного импульса, и с полярностью, соответствующей входу, на который приходит импульс. The multi-input logic circuit 7 is connected by the first output to the non-inverting input of the pulse shaper 8 of stable amplitude, and the second output to its inverting input. The pulse generator 8 converts each input pulse into a pulse of stable amplitude with a duration equal to the duration of the input pulse and with a polarity corresponding to the input to which the pulse arrives.

Выходной сигнал формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды поступает на информационный вход интегратора 9. При этом интегратор 9 периодически устанавливается на нуль с приходом сигнала на его управляющий вход. The output signal of the shaper 8 pulses of stable amplitude is fed to the information input of the integrator 9. In this case, the integrator 9 is periodically set to zero with the arrival of the signal at its control input.

С выхода интегратора 9 сигнал поступает на вход функционального преобразователя 10, который формирует на информационном входе элемента 11 выборки-хранения напряжение
Y K_o

где x входное напряжение функционального преобразователя;
k₀, x₀ постоянные величины.From the output of the integrator 9, the signal is fed to the input of the functional converter 10, which generates a voltage at the information input of the element 11 of the sample-storage
Yk _o

Элемент 11 выборки-хранения фиксирует значение входного напряжения в момент прихода импульса на его управляющий вход и запоминает его до прихода следующего управляющего импульса. Element 11 of the sample-storage captures the value of the input voltage at the time of arrival of the pulse at its control input and remembers it until the next control pulse arrives.

Блок 12 синхронизации формирует управляющие сигналы элемента 11 выборки-хранения и интегратора 9. Управляющим импульсом элемента 11 выборки-хранения является короткий единичный импульс, вырабатываемый в момент окончания выходного импульса формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды. Интегратор 9 устанавливается на нуль нулевым управляющим сигналом, который формируется по окончании управляющего импульса элемента 11 выборки-хранения. The synchronization unit 12 generates control signals of the sample-storage element 11 and the integrator 9. The control pulse of the sample-storage element 11 is a short single pulse generated at the end of the output pulse of the stable-amplitude pulse generator 8. The integrator 9 is set to zero by a zero control signal, which is formed at the end of the control pulse of the sample-storage element 11.

По окончании выходного импульса формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды выходное напряжение интегратора 9 достигает величины
x k₁ (T_о T), (1) где Т₀, Т₁ периоды питающего и выходного сигналов фазовращателя 3;
k₁ постоянная величина.At the end of the output pulse of the shaper 8 pulses of stable amplitude, the output voltage of the integrator 9 reaches a value
xk ₁ (T _about T), (1) where T ₀ , T ₁ periods of the supply and output signals of the phase shifter 3;
k _{1 is a} constant.

В случае обеспечения равенства х₀k₁ T₀ напряжение (1) преобразуется функциональным преобразователем 10 в напряжение
Y K_o

которое запоминается элементом 11 выборки-хранения и поступает на выход устройства.In the case of equality x ₀ k ₁ T ₀ voltage (1) is converted by a functional Converter 10 into voltage
Yk _o

which is remembered by the element 11 sample-storage and is output to the device.

Поскольку скорость перемещения пропорциональна среднему за период значению выходных импульсов формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды, то предлагаемое устройство позволяет определять скорость перемещения по окончании каждого выходного импульса формирователя 8, т.е. по существу без запаздывания. Since the speed of movement is proportional to the average over the period the value of the output pulses of the shaper 8 pulses of stable amplitude, the proposed device allows you to determine the speed of movement at the end of each output pulse of the shaper 8, i.e. essentially without delay.

Функциональный преобразователь 10 построен на основе реализации операции деления с использованием схемы умножения. Functional Converter 10 is built on the basis of the implementation of the division using the multiplication scheme.

Функциональный преобразователь 10 работает следующим образом. Functional Converter 10 operates as follows.

С задатчика 14 на неинвертирующий вход схемы 13 вычитания подается постоянное напряжение, пропорциональное величине х₀. На инвертирующий вход поступает входной сигнал функционального преобразователя 10. Причем х₀ >

х

В данном случае обратная связь в схеме функционального преобразователя 10 будет отрицательной. Благодаря наличию отрицательной обратной связи выходное напряжение второй схемы 16 вычитания устанавливается равным.From the setter 14 to the non-inverting input of the subtraction circuit 13, a constant voltage is proportional to the value x ₀ . The input signal of the functional Converter 10 is received at the inverting input. Moreover, x ₀ >

x

In this case, the feedback in the circuit of the functional Converter 10 will be negative. Due to the presence of negative feedback, the output voltage of the second subtraction circuit 16 is set equal.

y k₂(k₀x (x₀ x)· y), где k₂ коэффициент усиления схемы 16 вычитания. При достаточно большом коэффициенте усиления k₂ выходное напряжение функционального преобразователя 10 будет равным требуемому значению
Y K_o

yk ₂ (k ₀ x (x ₀ x) · y), where k _{2 is} the gain of the subtraction circuit 16. With a sufficiently large gain k _{2, the} output voltage of the functional converter 10 will be equal to the required value
Yk _o

Claims

DEVICE FOR MEASURING SPEED OF MOVEMENT, containing serially connected reference frequency generator, power supply, phase shifter, comparator, pulse distributor, multi-channel reference pulse shaper, multi-input logic circuit, stable amplitude pulse shaper, characterized in that the integrator is inserted into it in series with installation on zero, a functional converter and a storage sample element, as well as a synchronization unit, the integrator input is connected to the output of the form ovatelya stable amplitude pulses, clock inputs connected to outputs of block multiinput logic one output synchronization unit coupled to the control input of the integrator, and the other - the control input of the sample-and-hold element, wherein the function generator is configured to generate on the output voltage

where X is the input voltage of the functional Converter;
To ₀ , X ₀ - constant coefficients.