RU2059216C1

RU2059216C1 - Model of rotation frequency of shaft

Info

Publication number: RU2059216C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Поджаренко; Андрей Васильевич Трофимов; Павел Леонидович Мельничук; Наталья Ростиславовна Искович-Лотоцкая
Original assignee: Винницкий государственный технический университет
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: instruments. SUBSTANCE: device has processor 1, memory unit 14, interface 9, two controlled dividers 2 and 3, tunable quartz clock oscillators 4 and 5, digital-to-analog converters 6 and 7. EFFECT: increased precision, increased functional capabilities. 2 dwg

Description

Устройство относится к измерительной технике и может найти применение в научно-исследовательских и заводских лабораториях при проверке и тестировании измерительных устройств. The device relates to measuring equipment and can find application in research and factory laboratories in the verification and testing of measuring devices.

Известен имитатор частоты вращения вала двигателя, содержащий формирователь импульсов, генератор опорной частоты, источник питания, смеситель и управляемый генератор изменяемой частоты, подключенный к схеме управления, генератор опорной частоты и управляемый генератор изменяемой частоты подключены к входам смесителя, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а схема управления выполнена в виде двух последовательно соединенных переменных резисторов, включателя и цепи, состоящей из параллельно соединенных переменного резистора и конденсатора, причем переменные резисторы подключены к источнику питания, а цепь через включатель подключена к подвижным контактам переменных резисторов [1]
Данный имитатор не обладает достаточно высоким быстродействием и точностью задания частоты, а также не позволяет задавать закон изменения частоты произвольно.A known simulator of the rotational speed of the motor shaft, comprising a pulse shaper, a reference frequency generator, a power source, a mixer and a controlled variable frequency generator connected to a control circuit, a reference frequency generator and a controlled variable frequency generator are connected to the inputs of the mixer, the output of which is connected to the input of the pulse shaper , and the control circuit is made in the form of two series-connected variable resistors, a switch and a circuit consisting of parallel-connected variable resistor and a capacitor, wherein the variable resistors are connected to a power source through a switch circuit connected to the movable contacts of the variable resistor [1]
This simulator does not have a sufficiently high speed and accuracy of setting the frequency, and also does not allow you to set the law of frequency change arbitrarily.

Наиболее близким к предлагаемому является имитатор частоты вращения вала двигателя, содержащий генератор импульсов, схему управления, первый фоpмирователь, генератор кодов, первую схему сравнения, вторую схему сравнения, первый шифратор, второй шифратор, третий шифратор, первый программируемый делитель, второй программируемый делитель и второй формирователь. Схема управления содержит первый триггер, схему запуска, схему ИЛИ, второй триггер и схему И [2]
Имитатор имеет два выхода, на одном из которых вырабатывается последовательность импульсов имитирующая сигналы от датчика угла поворота, на другом сигналы от датчика, фиксирующего момент прохождения поршнем верхней мертвой точки в одном из цилиндров двигателя.Closest to the proposed one is a motor shaft speed simulator comprising a pulse generator, a control circuit, a first shaper, a code generator, a first comparison circuit, a second comparison circuit, a first encoder, a second encoder, a third encoder, a first programmable divider, a second programmable divider and a second shaper. The control circuit includes a first trigger, a trigger circuit, an OR circuit, a second trigger and an AND circuit [2]
The simulator has two outputs, on one of which a pulse train is generated that simulates signals from the angle sensor, on the other, signals from the sensor, which records the moment the piston passes the top dead center in one of the engine cylinders.

Схема работает следующим образом. Генератор кодов вырабатывает кодовые комбинации. Шифраторы задают верхний и нижний номер кодовой комбинации. The scheme works as follows. The code generator produces code combinations. The encoders specify the upper and lower code combination number.

В момент запуска генератор кодов начинает последовательно вырабатывать кодовые комбинации в порядке возрастания номеров. В момент совпадения кода номера кодовой комбинации верхнего предела с кодом номера кодовой комбинации, на выходе второй схемы сравнения вырабатывается единичный импульс, поступающий на вход схемы управления, в результате чего прекращается изменение кодовых комбинаций в программируемом делителе, что соответствует "стационарному режиму". At the time of launch, the code generator begins to sequentially generate code combinations in ascending order of numbers. When the code code number of the upper limit coincides with the code number of the code combination, a single pulse is generated at the output of the second comparison circuit and fed to the input of the control circuit, as a result of which the code combinations in the programmable divider are stopped, which corresponds to the "stationary mode".

При последующем срабатывании схемы запуска происходит считывание кодовых комбинаций в обратном порядке, до момента совпадения номера кодовой комбинации с кодом шифратора нижнего предела, после чего опять устанавливается "стационарный режим 2". The next time the triggering circuit is triggered, the code combinations are read in the reverse order until the code combination number matches the lower limit encoder code, after which "stationary mode 2" is set again.

Однако это устройство обладает рядом существенных недостатков. Алгоритм работы устройства позволяет получить только симметричную характеристику изменения частоты. В тому же при воспроизведении длительности импульса возникает абсолютная погрешность, обусловленная ошибкой округления или усечения кодовых комбинаций
ΔТ Т' Т, (1), где Т' длительность, задаваемая схемой;
Т действительное значение длительности.However, this device has a number of significant disadvantages. The algorithm of the device allows you to get only a symmetric characteristic of the frequency change. In addition, when reproducing the pulse duration, an absolute error arises due to the rounding or truncation error of code combinations
ΔT T 'T, (1), where T' is the duration specified by the circuit;
T is the actual value of the duration.

Длительность имплульса
T

(2) где N код делителя частоты;
f_o частота генератора опорной частоты.Impulse duration
T

(2) where N is the code of the frequency divider;
f _o frequency of the reference frequency generator.

Ясно, что максимальное значение
ΔT ±

(3) т.е. погрешность при округлении результата вычисления с целью получения кодовой комбинации.It is clear that the maximum value
ΔT ±

(3) i.e. the error when rounding the calculation result in order to obtain a code combination.

Из (2) видно, что при увеличении частоты на выходе управляемого делителя количество импульсов уменьшается, а следовательно, погрешность растет. From (2) it is seen that with an increase in the frequency at the output of the controlled divider, the number of pulses decreases, and therefore, the error increases.

Например, при частоте опорного генератора f_o 2,5 МГц, длительности импульса 15,5 с, что при датчике ВE-51 с Z 500 соответствует угловой скорости
ω

8103,23

(4) реально имитируемая угловая скорость
ω′

8377,58

(5) абсолютная погрешность
Δω= ω′-ω= 274,35

(6) т.е. относительная погрешность
ε

• 100 3,4 (7)
При имитации сигналов с датчика более высокой разрешающей способностью погрешность уменьшается.For example, at a frequency of the reference oscillator f _o 2.5 MHz, a pulse duration of 15.5 s, which with a BE-51 sensor with Z 500 corresponds to an angular velocity
ω

8103.23

(4) real simulated angular velocity
ω ′

8377.58

(5) absolute error
Δω = ω′-ω = 274.35

(6) i.e. relative error
ε

• 100 3.4 (7)
When simulating signals from a sensor with a higher resolution, the error decreases.

Задача изобретения создать имитатор частоты вращения вала, в котором за счет введения новых элементов, а именно процессора, ОЗУ, интерфейса, двух управляемых делителей, перестраиваемых кварцевых генераторов опорной частоты, ЦАП, достигается улучшение метрологических характеристик и расширение функциональных возможностей устройства. The objective of the invention is to create a simulator of shaft speed, in which due to the introduction of new elements, namely a processor, RAM, interface, two controlled dividers, tunable crystal oscillators of the reference frequency, DAC, an improvement in metrological characteristics and expansion of the device's functionality are achieved.

Таким образом, предлагаемый имитатор отличается от известных следующими признаками:
для управления имитатором используется процессор;
введен второй программируемый делитель частоты и триггер управления;
введены перестраиваемые генераторы и ЦАП для управления перестройкой.Thus, the proposed simulator differs from the known following features:
a processor is used to control the simulator;
introduced a second programmable frequency divider and control trigger;
tunable generators and DACs to control tuning are introduced.

Эти признаки существенны, в литературе не описаны, в имитаторах частоты вращения вала двигателя не реализованы и направлены на решение указанной выше задачи. These signs are significant, are not described in the literature, are not implemented in the engine shaft speed simulators and are aimed at solving the above problem.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 алгоритм, объясняющий работу устройства. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device; figure 2 algorithm explaining the operation of the device.

Имитатор вращения вала двигателя содержит процессор 1, шина данных которого соединена с информационными входами программируемых делителей 2 и 3, счетные входы которых соединены с выходами перестраиваемых кварцевых генераторов 4 и 5, управляемых напряжением, ЦАП 6 и 7, информационные входы которых подключены к шине данных процессора 1, выходы к входам генераторов 4 и 5. The motor shaft rotation simulator comprises a processor 1, the data bus of which is connected to the information inputs of programmable dividers 2 and 3, the counting inputs of which are connected to the outputs of tunable crystal oscillators 4 and 5, voltage-controlled, DACs 6 and 7, the information inputs of which are connected to the processor data bus 1, the outputs to the inputs of the generators 4 and 5.

Выходы управляемых делителей частоты подключены к входам элемента ИЛИ 8, а также выход управляемого делителя 2 соединен с S-входом триггера 10 управления, а выход управляемого делителя 3 подключен к R-входу триггера 10, а также входы обоих программируемых делителей соединены с линиями запроса прерывания интерфейса 9. The outputs of the controlled frequency dividers are connected to the inputs of the OR element 8, and the output of the controlled divider 2 is connected to the S-input of the trigger 10 of the control, and the output of the controlled divider 3 is connected to the R-input of the trigger 10, and the inputs of both programmable dividers are connected to the interrupt request lines interface 9.

Триггер 11 разрешения входами соединен с шиной управления интерфейса 9, а выходом с входами элементов И 12 и 13. Второй вход первого элемента И 12 соединен с выходом триггера 10 управления, а выход с входом разрешения счета программируемого делителя 2. Второй вход второго элемента И 13 соединен с выходом триггера 10, а выход с входом разрешения счета программируемого делителя 3. The trigger 11 permission inputs connected to the control bus of the interface 9, and the output with the inputs of the elements And 12 and 13. The second input of the first element And 12 is connected to the output of the trigger 10 of the control, and the output with the input resolution account programmable divider 2. The second input of the second element And 13 connected to the output of the trigger 10, and the output with the input resolution account programmable divider 3.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении питания триггер 11 разрешения сбрасывается в "0" и запрещает прохождение сигнала от триггера 10 управления на входы разрешения программируемых делителей 2 и 3. When the power is turned on, the trigger trigger 11 is reset to "0" and prohibits the passage of a signal from the trigger trigger 10 to the resolution inputs of programmable dividers 2 and 3.

В процессор с клавиатуры вводятся начальные данные, характеризующие закон изменения частоты вращения вала двигателя, после чего программа вычисляет коды длительностей для программируемых делителей и коды манипуляции частотой для ЦАП, таким образом, что в случае дробного результата длительности импульса он округляется, а кодовая комбинация для ЦАП вычисляется с целью коррекции частоты перестраиваемого генератора в пределах ± 10% при соблюдении условия
f

=

• f_o, (8) где N₁ вычисленная кодовая комбинация;
N₂ округленная кодовая комбинация;
f_o начальная частота опорного генератора;
f_o' рабочая частота опорного генератора для кодовой комбинации.Initial data is entered into the processor from the keyboard characterizing the law of change of the motor shaft rotation frequency, after which the program calculates the duration codes for programmable dividers and the frequency manipulation codes for the DAC, so that in the case of a fractional result of the pulse duration, it is rounded, and the code combination for the DAC calculated to correct the frequency of the tunable generator within ± 10% subject to the conditions
f

=

• f _o , (8) where N _{1 is the} calculated code combination;
N ₂ rounded code combination;
f _{o the} initial frequency of the reference generator;
f _o 'operating frequency of the reference oscillator for code combination.

Результаты вычислений попарно размещаются в последовательных ячейках ОЗУ 14, затем производится загрузка делителей 2 и 3, ЦАП 6 и 7 первой и второй парами кодовых комбинаций и устанавливается триггер 11 разрешения. Триггер 10 управления установлен в "0", разрешает работу делителя 2. Управляемый генератор настроен на частоту f_o' согласно (8).The calculation results are placed in pairs in successive cells of the RAM 14, then the dividers 2 and 3, the DAC 6 and 7 are loaded with the first and second pairs of code combinations and the trigger 11 is set. The trigger 10 of the control is set to "0", allows the operation of the divider 2. The controlled generator is tuned to the frequency f _o 'according to (8).

Программируемый делитель 2 отсчитывает заданное количество импульсов f_o' и вырабатывает на выходе импульс, который производит следующие действия: через схему ИЛИ 8 поступает на выход генератора, устанавливает триггер 10 управления в "1", поступает на вход запроса прерывания интерфейса.Programmable divider 2 counts the specified number of pulses f _o 'and generates a pulse at the output, which performs the following actions: through the OR 8 circuit, it goes to the generator output, sets the control trigger 10 to "1", and the interface interrupt request input.

Интерфейс фиксирует импульс запроса прерывания и формирует запрос прерывания для процессора согласно дисциплине шины управления процессора. Процессор при получении запроса прерывания прерывает выполнение программы и передает управление по вектору, где хранится подпрограмма обработки прерывания. Подпрограмма обработки прерывания обращается в ОЗУ и читает, начиная с текущего адреса, две следующих ячейки и передает их содержимое через интерфейс в ПД и ЦАП, после чего управление передается в основную программу. The interface captures the interrupt request pulse and generates an interrupt request for the processor according to the processor control bus discipline. Upon receipt of an interrupt request, the processor interrupts the execution of the program and transfers control along the vector where the interrupt processing routine is stored. The interrupt processing routine accesses the RAM and reads, starting from the current address, the next two cells and transfers their contents through the interface to the PD and DAC, after which control is transferred to the main program.

Программируемый делитель отсчитывает заданное количество импульсов fo" и вырабатывает на выходе импульс, который через схему ИЛИ 8 поступает на вход запроса прерывания интерфейса 9. Триггер 10 управления разрешает счет одному программируемому делителю и запрещает другому. The programmable divider counts the predetermined number of pulses fo "and generates a pulse at the output, which through the OR circuit 8 is fed to the input of the interrupt request of interface 9. The trigger 10 controls the counting of one programmable divider and prohibits the other.

"Стационарный режим" реализуется программно путем повторного чтения одной кодовой комбинации, режимы "выбега" либо "торможения" могут быть реализованы либо чтением кодовых комбинаций "разгона" с декрементом адреса, либо (в случае несимметричной характеристики) чтением заранее рассчитанного массива в ОЗУ. The "stationary mode" is implemented programmatically by re-reading one code combination, the "coast" or "braking" modes can be realized either by reading the code combinations of "acceleration" with the address decrement, or (in case of asymmetric characteristics) by reading a previously calculated array in RAM.

Минимальное количество импульсов, задаваемое для делителя, исключающее погрешности при усечении или округлении
f_o+f_o•0,1

• f_o откуда N 5.Minimum number of pulses set for the divider, excluding errors during truncation or rounding
f _o + f _o • 0.1

• f _o whence N 5.

Таким образом, минимальное количество импульсов, при котором исключается погрешность округления (усечения) 5 импульсов, что при номинальной частоте опорного генератора 2,5 МГц соответствует длительности импульса из (2):
T 2 · 10⁷ (с), что значительно меньше, чем в известном устройстве, и позволяет при имитации применять более низкие частоты опорных генераторов, что упрощает их конструкцию.Thus, the minimum number of pulses at which the rounding (truncation) error of 5 pulses is excluded, which at a nominal frequency of the reference oscillator of 2.5 MHz corresponds to the pulse duration from (2):
T 2 · 10 ⁷ (s), which is significantly less than in the known device, and allows the simulation to use lower frequencies of the reference oscillators, which simplifies their design.

В предлагаемом устройстве целесообразно использовать микроЭВМ ДВК-2 с интерфейсом пользователя И 2, имеющую достаточный объем оперативной памяти, перестраиваемые кварцевые генераторы описаны в литературе (Горшков В.Н. Элементы радиоэлектронных устройств. М. Радио и связь, 1988, с.10). In the proposed device, it is advisable to use the DVK-2 microcomputer with the I 2 user interface having a sufficient amount of RAM, tunable crystal oscillators are described in the literature (V.N. Gorshkov. Elements of electronic devices. M. Radio and communications, 1988, p. 10).

Все остальные блоки реализованы с помощью интегральных микросхем серий 555, 1801, 1802. All other blocks are implemented using integrated circuits of the 555, 1801, 1802 series.

Claims

A SHAFT FREQUENCY SIMULATOR comprising two programmable frequency dividers and a control unit, characterized in that it includes a control trigger, a resolution trigger, two digital-to-analog converters, two AND elements, an OR element, two tunable reference frequency generators, and the control unit contains a processor, random access memory and interface connected via a data bus and a control bus, while the information inputs of programmable frequency dividers and digital-to-analog converters (DACs) are connected are connected to the data bus of the interface whose control outputs are connected to the inputs of the enable trigger, the S-input and R-input of the control trigger are connected respectively to the outputs of the first and second programmable frequency dividers and the inputs of the OR element, the output of which is connected to the output of the shaft speed simulator, and the outputs of the first and second DACs through the corresponding tunable reference frequency generators are connected to the inputs of the first and second tunable frequency dividers, respectively, having resolution inputs connected respectively respectively with the outputs of the first and second elements I.