RU2703274C1

RU2703274C1 - Device for measuring non-uniformity of instantaneous rotation frequency of shaft

Info

Publication number: RU2703274C1
Application number: RU2018140839A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Афанасьев; Вячеслав Михайлович Полушкин; Роман Игоревич Князев; Валерий Васильевич Алексеев; Максим Александрович Болдырев; Павел Сергеевич Воронцов; Вахтанг Чолович Долидзе; Владимир Алексеевич Соболев
Original assignee: Алексей Сергеевич Афанасьев; Вячеслав Михайлович Полушкин; Роман Игоревич Князев; Валерий Васильевич Алексеев; Максим Александрович Болдырев; Павел Сергеевич Воронцов; Вахтанг Чолович Долидзе; Владимир Алексеевич Соболев
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-10-16

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and electrical engineering. Device comprises controlled drive 1, coupling 2, digital angle converter 3, circuit NAND 4, first AND circuit 5, first trigger 6, first shaper 7, delay circuit 8, first switch 9, first counter 10, second shaper 11, second trigger 12, second switch 13, third switch 14, pulse generator 15, recording device 16, second AND circuit 17, second counter 18, third shaper 19, control logic device 20. Device incorporates the following elements and articles (denoted by numbers): 2, 3, 4, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 18, 19, 20. New links of elements: 3-4-5-6-7; 6-8-9; 4-10-11-12-17-18-19- to two inputs 20; 3-13-16; 15-14-16; 12-13; 12-14; 20-1; 20-9.

EFFECT: improving measurement accuracy of non-uniformity of shaft instantaneous rotation speed and increasing information on its behavior within shaft rotation range.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и электротехнике и может быть использовано для измерения неравномерности вращения вала электропривода и синхронного электродвигателя.The invention relates to measuring equipment and electrical engineering and can be used to measure the uneven rotation of the shaft of the electric drive and the synchronous motor.

Известно устройство, содержащее генератор образцовой частоты, импульсный датчик скорости, первый, второй и третий регистрирующие счетчики, первую, вторую и третью схемы И, первый, второй и третий триггеры и клеммы «ЗАПРОС» и «ПУСК» [1].A device containing a reference frequency generator, a pulse speed sensor, first, second and third recording counters, first, second and third circuits AND, first, second and third triggers and terminals “REQUEST” and “START” [1].

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не позволяет точно определить проблемные места в конструкции электромагнитной системы контролируемого электропривода или электродвигателя.The disadvantage of this device is that it does not accurately determine the problem areas in the design of the electromagnetic system of a controlled electric drive or electric motor.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, согласующий делитель частоты, фазовращатель, усилитель мощности, подключенный к контролируемому электродвигателю, на валу которого установлен импульсный датчик положения его ротора. Устройство содержит также первый делитель частоты с коэффициентом деления N и второй делитель частоты с коэффициентом деления М, первый и второй блок переключения, первую и вторую схемы И, формирователь корректирующего импульса, триггер и блок регистрации [2].The closest technical solution to the invention is a device containing a serially connected master oscillator, matching frequency divider, phase shifter, power amplifier connected to a controlled electric motor, on the shaft of which a pulse position sensor of its rotor is mounted. The device also contains a first frequency divider with a division coefficient N and a second frequency divider with a division coefficient M, a first and second switching unit, a first and second circuit I, a correction pulse generator, a trigger and a recording unit [2].

Недостаток этого устройства тот же.The disadvantage of this device is the same.

Цель изобретения - повышение точности измерения неравномерности мгновенной частоты вращения вала и увеличение информации о ее поведении в пределах оборота вала.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring the unevenness of the instantaneous shaft speed and to increase information about its behavior within the shaft revolution.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения неравномерности мгновенной частоты вращения вала, содержащее привод (электродвигатель), с валом которого кинематически соединен импульсный датчик положения вала, генератор импульсов, первую и вторую схемы И, формирователь, триггер, регистрирующее устройство, отличающееся тем, что в устройство введены цифровой преобразователь угла (ЦПУ), муфта, схема И-НЕ, схема задержки, первый, второй и третий ключи, первый и второй счетчики, второй и третий формирователи, управляющее логическое устройство (УЛУ), причем вал электродвигателя кинематически соединен со входом муфты, выход которой кинематически связан с валом ЦПУ, выход которого соединен со входом схемы И-НЕ, выход которой подключен к входу первого счетчика, а также к первым входам первой и второй схем И, выход первого счетчика соединен со входом второго формирователя, выход которого подключен ко входу второго триггера, выход которого соединен со вторым входом второй схемы И, выход которой подключен ко входу второго счетчика, выход которого через третий формирователь связан с первым и вторым входами УЛУ, первый выход УЛУ соединен со входом первого ключа, выход которого подключен к второму входу первой схемы И, выход которой соединен со входом первого триггера, выход которого через схему задержки связан с управляющим входом первого ключа и со входом первого формирователя, с выхода которого импульс поступает на электронные элементы для обнуления перед началом собственно процесса измерения, выход ЦПУ соединен со входом второго ключа, выход которого подключен к первому входу регистрирующего устройства, выход второго триггера соединен с управляющими входами второго и третьего ключей, выход генератора импульсов через третий ключ связан со вторым входом регистрирующего устройства.This goal is achieved in that in the device for measuring the unevenness of the instantaneous shaft speed containing a drive (electric motor), with a shaft of which a pulse shaft position sensor, a pulse generator, the first and second circuits And, driver, trigger, recording device, characterized in that that a digital angle converter (CPU), a coupling, an NAND circuit, a delay circuit, the first, second and third keys, the first and second counters, the second and third formers, which controls the logic a second device (ULU), and the motor shaft is kinematically connected to the input of the coupling, the output of which is kinematically connected to the CPU shaft, the output of which is connected to the input of the NAND circuit, the output of which is connected to the input of the first counter, as well as to the first inputs of the first and second circuits And, the output of the first counter is connected to the input of the second driver, the output of which is connected to the input of the second trigger, the output of which is connected to the second input of the second circuit And, the output of which is connected to the input of the second counter, the output of which is through the third form It is connected with the first and second inputs of the ULU, the first output of the ULU is connected to the input of the first key, the output of which is connected to the second input of the first circuit AND, the output of which is connected to the input of the first trigger, the output of which is connected through the delay circuit to the control input of the first key and to the input the first driver, from the output of which the pulse is supplied to the electronic elements for zeroing before starting the actual measurement process, the CPU output is connected to the input of the second key, the output of which is connected to the first input of the recording devices a, the output of the second trigger is connected to the control inputs of the second and third keys, the output of the pulse generator through the third key is connected to the second input of the recording device.

Кроме того предложен вариант выполнения УЛУ, которое заявлено в качестве зависимого пункта формулы изобретения и формулируется следующим образом: первый вход УЛУ является входом инвертора, выход которого соединен с первым входом третьей схемы И, выход которой подключен ко второму входу третьего триггера, выход которого соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей, выход первого источника питания подключен к первому входу кнопки «СТАРТ», первый выход которой соединен с первым (нормально замкнутым) контактом, а также с вторым и третьим контактами четвертого ключа, выход второго контакта этого (четвертого) ключа соединен с выходом его первого контакта, являющимся первым выходом УЛУ, первый выход кнопки «СТАРТ» подключен также к второму входу третьей схемы И, выход третьего контакта четвертого ключа соединен с выходом первого источника питания, выход второго источника питания подключен к второму входу кнопки «СТАРТ», второй выход которой соединен с первым (нормально замкнутым) контактом, а также с вторым и третьим контактами пятого ключа, выход второго контакта пятого ключа соединен с выходом первого контакта, выход которого является вторым выходом УЛУ, выход третьего контакта пятого ключа соединен с выходом второго источника питания, второй вход УЛУ является первым входом третьего триггера.In addition, an embodiment of the ULA is proposed, which is claimed as a dependent claim and is formulated as follows: the first input of the ULA is the inverter input, the output of which is connected to the first input of the third circuit AND, the output of which is connected to the second input of the third trigger, the output of which is connected to control inputs of the fourth and fifth keys, the output of the first power source is connected to the first input of the "START" button, the first output of which is connected to the first (normally closed) contact, as well as to the second m and the third contacts of the fourth key, the output of the second contact of this (fourth) key is connected to the output of its first contact, which is the first output of the ULU, the first output of the START button is also connected to the second input of the third circuit AND, the output of the third contact of the fourth key is connected to the output the first power source, the output of the second power source is connected to the second input of the "START" button, the second output of which is connected to the first (normally closed) contact, as well as to the second and third contacts of the fifth key, the output of the second contact that fifth key is connected to the output of the first contact, the output of which is the second output of the ULU, the output of the third contact of the fifth key is connected to the output of the second power source, the second input of the ULU is the first input of the third trigger.

В описании в основном рассматривается измерение неравномерности мгновенной частоты вращения вала электродвигателя, однако с помощью предложенного устройства можно проводить указанные измерения любого привода.In the description, the measurement of the unevenness of the instantaneous frequency of rotation of the motor shaft is mainly considered, however, using the proposed device, it is possible to carry out the indicated measurements of any drive.

Устройство (фиг.1) включает в себя следующие элементы: контролируемый привод (электродвигатель (ЭД)) 1, муфта 2, ЦПУ 3, схема И-НЕ 4, первая схема И₁ 5, первый триггер Тг₁ 6, первый формирователь F₁7, схема задержки (СЗ) 8, первый ключ Кл₁ 9, первый счетчик Сч₁ 10, второй формирователь F₂ 11, второй триггер Тг₂ 12, второй ключ Кл₂ 13, третий ключ Кл₃ 14, генератор импульсов ГИ 15, регистрирующее устройство РУ 16, вторая схема И₂ 17, второй счетчик Сч₂ 18, третий формирователь F₃ 19, УЛУ 20, инвертор Инв 21, третья схема И₃ 22, третий триггер Тг₃ 23, четвертый ключ Кл₄ 24, первый источник питания ИП₁ 25, кнопка «СТАРТ» 26, второй источник питания ИП₂ 27, пятый ключ Кл₅ 28.The device (Fig. 1) includes the following elements: controlled drive (electric motor (ED)) 1, coupling 2, CPU 3, I-NOT 4 circuit, first I ₁ 5 circuit, first trigger Tg ₁ 6, first driver F ₁ 7, delay circuit (SZ) 8, the first key is Cl ₁ 9, the first counter is Mid ₁ 10, the second driver is F ₂ 11, the second trigger is Tg ₂ 12, the second key is Cl ₂ 13, the third key is Cl ₃ 14, the pulse generator is GI 15, recording unit RU 16, the second AND circuit _{February 17,} second counter Cq _{February 18,} third shaper F _{March 19,} SFM 20 Inv inverter 21, the third AND circuit ₂₂ March, the third trigger Tr _{March 23,} fourth key Kl _{April 24,} first Power supply IP ₁ 25 "START" button 26, the second power source IP ₂ 27 Cl fifth switch ₂₈ May.

Устройство работает следующим образом. Перед началом процесса измерения выставляют вал электродвигателя 1 в согласованное положение с валом ЦПУ 3, совмещая вручную метки на их валах.The device operates as follows. Before starting the measurement process, put the shaft of the electric motor 1 in a coordinated position with the shaft of the CPU 3, manually combining the marks on their shafts.

Нажимают кнопку «СТАРТ» 26, в результате с выходов первого 25 и второго 27 источников питания через нормально замкнутые контакты четвертого и пятого ключей 24 и 28 напряжение питания поступает от первого источника к электронным элементам (ЭЭ), а от второго источника питания к контролируемому электродвигателю 1. Кнопку «СТАРТ» отпускают, но напряжения от источников питания продолжают поступать на ЭЭ и электродвигатель. Это обусловлено тем, что на входы 1и 2 УЛУ 20 поступает нулевой сигнал, поскольку на выходах второго счетчика 18 и третьего формирователя 19 стоят нулевые сигналы. Нулевой сигнал с первого входа УЛУ поступает на вход инвертора 21, на его выходе формируется единичный сигнал, который приходит на первый вход третьей схемы И 22, а на второй ее вход поступает напряжение с первого источника питания со стороны входа четвертого ключа. Несмотря на то, что контакт кнопки «СТАРТ» разомкнут (кнопка отпущена), на входе контактов четвертого ключа присутствует напряжение питания, которое обеспечено следующей цепью: с выхода первого источника питания на выход третьего контакта четвертого ключа (ключ уже сработал) далее на вход четвертого ключа и в итоге на второй вход третьей схемы И. На выходе третьей схемы И устанавливается единичное состояние, которое поступает на второй (единичный) вход третьего триггера 23, а на первом входе его нулевой сигнал со входа 2 УЛУ. На выходе третьего триггера 23 установится единичное состояние, которое поступает на управляющие входы четвертого 24 и пятого 28 ключей, они остаются во включенном состоянии в течение всего процесса измерения. Тем самым напряжение питания с первого и второго источников питания поступает соответственно и к ЭЭ и к электродвигателю.Press the "START" button 26, as a result, from the outputs of the first 25 and second 27 power sources through the normally closed contacts of the fourth and fifth keys 24 and 28, the supply voltage is supplied from the first source to the electronic elements (EE), and from the second power source to the controlled motor 1. The “START” button is released, but the voltage from the power sources continues to flow to the EE and the electric motor. This is due to the fact that the inputs 1 and 2 of the ULU 20 receive a zero signal, since the outputs of the second counter 18 and the third driver 19 are zero signals. The zero signal from the first input of the ULA goes to the input of the inverter 21, a single signal is generated at its output, which comes to the first input of the third circuit And 22, and its second input receives voltage from the first power source from the input side of the fourth key. Despite the fact that the contact of the “START” button is open (the button is released), there is a supply voltage at the input of the fourth key contacts, which is provided by the following circuit: from the output of the first power source to the output of the third contact of the fourth key (the key has already worked) then to the fourth input key and, as a result, to the second input of the third circuit I. At the output of the third circuit And, a single state is established, which goes to the second (single) input of the third trigger 23, and at the first input its zero signal from input 2 of the ULU. At the output of the third trigger 23, a single state is established, which arrives at the control inputs of the fourth 24 and fifth 28 keys, they remain in the on state during the entire measurement process. Thus, the supply voltage from the first and second power sources is supplied respectively to the EE and to the electric motor.

Когда вал электродвигателя начинает вращение, то соответственно вращается и вал ЦПУ 3. При этом он в течение первого же оборота проходит нулевое положение, характеризующееся тем, что на выходе ЦПУ во всех его разрядах будут нули. В этом случае на выходе схемы И-НЕ 4 установится единичное состояние. Этот сигнал поступает на вход первой схемы И 5, на второй вход которой через первый ключ 9 через его нормально замкнутые контакты пришло напряжение с выхода 1 УЛУ. Первая схема И откроется и сигнал с ее выхода поступает на вход первого триггера 5. Он установится в единичное состояние. Этот постоянный сигнал приходит на вход первого формирователя F₁ 7, на выходе которого появится импульс, который подается на электронные элементы и производит их обнуление. Напряжение с выхода первого триггера через схему задержки 8 поступает на управляющий вход первого ключа 9, он срабатывает и размыкает его нормально замкнутые контакты, первая схема И запирается и в дальнейшем в течение всего процесса измерения обнуление электронных элементов не производится.When the shaft of the electric motor starts to rotate, the shaft of the CPU 3 rotates accordingly. Moreover, it passes through the zero position during the first revolution, characterized in that the output of the CPU will have zeros in all its discharges. In this case, a single state is established at the output of the AND-NOT 4 circuit. This signal is fed to the input of the first circuit And 5, to the second input of which through the first key 9 through its normally closed contacts came the voltage from output 1 of the ULU. The first circuit And opens and the signal from its output goes to the input of the first trigger 5. It will be set to a single state. This constant signal arrives at the input of the first driver F ₁ 7, at the output of which a pulse appears, which is fed to the electronic elements and produces their zeroing. The voltage from the output of the first trigger through the delay circuit 8 is supplied to the control input of the first switch 9, it trips and opens its normally closed contacts, the first circuit And is locked and in the future during the entire measurement process, the electronic elements are not reset.

Вал электродвигателя вращается и каждый оборот вала просчитывается с помощью первого счетчика 10. Когда на этом счетчике наберется установленное число оборотов, на его выходе установится сигнал, по переднему фронту которого второй формирователь 11 выдает импульс на вход второго триггера 12, он устанавливается в единичное состояние и его постоянное напряжение, которое формируется на его выходе, поступает на управляющие входы второго и третьего ключей 13 и 14. Их контакты замыкаются и коды с выхода ЦПУ 3 и импульсы с выхода генератора импульсов 15 поступают на вход регистрирующего устройства 16.The motor shaft rotates and each revolution of the shaft is calculated using the first counter 10. When the set number of revolutions is typed on this counter, a signal is established at its output, along the leading edge of which the second driver 11 gives a pulse to the input of the second trigger 12, it is set to a single state and its constant voltage, which is formed at its output, is supplied to the control inputs of the second and third keys 13 and 14. Their contacts are closed and the codes from the output of the CPU 3 and the pulses from the output of the pulse generator 15 enter the input of the recording device 16.

Этот момент времени делит работу устройства на два этапа: первый этап - разгон вала электродвигателя от нуля до номинального числа оборотов (ω_ном) закончился, а второй этап - пошел процесс измерения неравномерности мгновенной частоты вращения вала.This point in time divides the operation of the device into two stages: the first stage - acceleration of the motor shaft from zero to the nominal speed (ω _nom ) is over, and the second stage - the process of measuring the unevenness of the instantaneous shaft speed has begun.

Второй этап процесса измерения начинается с момента появления на выходе второго триггера 12 постоянного напряжения, которое поступает на второй вход второй схемы И 17, а на первый ее вход будут поступать импульсы с выхода схемы И-НЕ, которые формируются при нулевых значениях кода во всех разрядах ЦПУ. То есть формируется один импульс за один оборот вала. Эти импульсы с выхода схемы И-НЕ проходя через вторую схему И 17 поступают на вход второго счетчика 18. Когда их накопится установленное число (о нем ниже), на выходе этого счетчика сформируется сигнал, по переднему фронту которого третий формирователь 19 выдает импульс (это единица) на первый и второй входы УЛУ.The second stage of the measurement process begins with the appearance of a constant voltage at the output of the second trigger 12, which is supplied to the second input of the second AND 17 circuit, and its first input will receive pulses from the output of the AND-NOT circuit, which are formed at zero values of the code in all digits CPU That is, one pulse is formed in one revolution of the shaft. These pulses from the output of the AND-NOT circuit passing through the second circuit AND 17 are fed to the input of the second counter 18. When they are accumulated by the set number (see below), a signal is generated at the output of this counter, on the leading edge of which the third driver 19 gives a pulse (this unit) to the first and second inputs of ULU.

Процесс завершения работы устройства осуществляется следующим образом. Импульс со входа 1 УЛУ поступает на вход инвертора 21, на выходе которого устанавливается нулевое состояние, которое поступает на первый вход третьей схемы И 22, она закрывается и на ее выходе будет нулевой сигнал, который поступает на единичный вход третьего триггера 23, а на его нулевой вход пришел единичный импульс со входа 2 УЛУ. Третий триггер устанавливается в нулевое состояние. Это нулевое напряжение поступает на управляющие входы четвертого и пятого ключей и отключает их. Питание электронных элементов и электродвигателя отключается, устройство закончивает свою работу.The process of shutting down the device is as follows. The pulse from input 1 of the ULA goes to the input of the inverter 21, the output of which is set to a zero state, which goes to the first input of the third circuit And 22, it is closed and its output will be a zero signal that goes to a single input of the third trigger 23, and on it zero input came a single pulse from input 2 of ULU. The third trigger is set to zero. This zero voltage is applied to the control inputs of the fourth and fifth keys and turns them off. The power of the electronic elements and the electric motor is turned off, the device ends its work.

Дополнения и пояснения по предложенному устройству. Муфта 2 в устройстве может отсутствовать, если будет применен ЦПУ с полым ротором. Он устанавливается непосредственно на вал.Additions and explanations on the proposed device. Clutch 2 in the device may be absent if a CPU with a hollow rotor is used. It is mounted directly on the shaft.

Метки, поставленные на валу и корпусе привода (электродвигателя), позволяют определять начало отсчета углов электромагнитной системы электродвигателя и в ней фиксировать положение проблемных мест, в том числе каждый раз при многократных процессах измерения.The marks placed on the shaft and housing of the drive (electric motor) allow determining the origin of the angles of the electromagnetic system of the electric motor and fixing the position of problem areas in it, including every time during multiple measurement processes.

Необходимое число на первом счетчике 10 устанавливают равным и(или) несколько большим, чем необходимое количество оборотов вала для его разгона до выхода на номинальную частоту вращения.The required number on the first counter 10 is set equal to and (or) somewhat larger than the required number of revolutions of the shaft for its acceleration to reach the nominal speed.

Необходимое число на втором счетчике 18 устанавливают равным числу измерений неравномерности мгновенной частоты вращения вала: предпочтительно в интервале от трех до восьми. Более восьми на счетчике устанавливать нецелесообразно, так как это не даст практического эффекта, поскольку многократные измерения способствуют эффективному уменьшению случайной составляющей погрешности лишь при кратности не более восьми [Сергеев А.Г. Метрология. - М.: Логос, 2004].The required number on the second counter 18 is set equal to the number of measurements of the unevenness of the instantaneous shaft speed: preferably in the range from three to eight. It is impractical to establish more than eight on the counter, since this will not have a practical effect, since multiple measurements contribute to the effective reduction of the random component of the error only with a multiplicity of no more than eight [Sergeev A.G. Metrology. - M .: Logos, 2004].

Последовательный тракт элементов 10-11-12-13 не будет действовать во время процесса обнуления, так как вероятность нахождения вала ЦПУ в нулевом положении (во всех разрядах нули)очень мала. Следовательно на выходе схемы И-НЕ 4 будет нулевое состояние. То есть обнуление произойдет в тот промежуток времени, за который вал ЦПУ повернется из любого произвольного положения до нулевого. Если все-таки возникнут сомнения в полученных результатах измерения, то, сдвинув вал немного вручную сойти с нулевого положения и повторить процесс измерения.The serial path of the elements 10-11-12-13 will not work during the zeroing process, since the probability of the CPU shaft being in the zero position (in all zeros) is very small. Therefore, the output of the AND-NOT 4 circuit will be a zero state. That is, zeroing will occur in the period of time during which the CPU shaft rotates from any arbitrary position to zero. If, nevertheless, doubts arise in the obtained measurement results, then, by moving the shaft a little manually, move from the zero position and repeat the measurement process.

При выборе типа ЦПУ следует учитывать следующее. Во-первых, необходима достаточная точность измерения. Этот комплексный показатель согласно стандарта ГОСТ РВ 52015-2003 характеризуется следующими параметрами: числом двоичных разрядов кода и погрешностью преобразования Е, которая в свою очередь состоит из двух составляющих: погрешности квантования E₁ и погрешности угловых координат смены значений кода Е₂.When choosing a CPU type, the following should be considered. Firstly, sufficient measurement accuracy is needed. This complex indicator according to GOST RV 52015-2003 standard is characterized by the following parameters: the number of binary bits of the code and the error of conversion E, which in turn consists of two components: quantization error E ₁ and error of the angular coordinates of changing the values of the code E ₂ .

Чтобы измерить неравномерность мгновенной частоты вращения вала с требуемой точностью, необходимо метрологическое соответствие между допустимым ее значением и погрешностью измерения, в данном случае практически полностью определяемой точностью ЦПУ.To measure the non-uniformity of the instantaneous shaft speed with the required accuracy, a metrological correspondence is necessary between its permissible value and the measurement error, in this case almost completely determined by the accuracy of the CPU.

Конкретный пример. Согласно техническим условиям (ОСТ 16 0.512.011-75) на синхронные электродвигатели типов ДСП-10, …, ДСП-120 неравномерность мгновенной частоты вращения вала электродвигателя (ее относительное значение) равна 5×10^-4 и определяется по формулеSpecific example. According to the technical conditions (OST 16 0.512.011-75) for synchronous motors of the DSP-10, ..., DSP-120 types, the non-uniformity of the instantaneous frequency of rotation of the motor shaft (its relative value) is 5 × 10 ^-4 and is determined by the formula

где ω_макс, ω_мин, ω_ном - соответственно максимальное, минимальное и номинальное значения угловой скорости. Для указанных типов ДСП ω_ном=6000 об/мин = 100 об/с.where ω _max , ω _min , ω _nom - respectively, the maximum, minimum and nominal values of the angular velocity. For these types of chipboard, ω _nom = 6000 rpm = 100 rpm.

Подставив в формулу (1) значения Δω и ω_ном, получаем 5×10^-4=(ω_макс-ω_мин)/100; (ω_макс-ω_мин)=5×10^-2=0,05 об/с.Substituting the values Δω and ω _nom into formula (1), we obtain 5 × 10 ^-4 = (ω _max -ω _min ) / 100; (ω _max −ω _min ) = 5 × 10 ^-2 = 0.05 rpm.

(ω_макс-ω_мин) - это диапазон изменения мгновенной частоты вращения вала. А пройденный при этом путь, например за одну секунду, есть фактически сектор погрешности, а именно: 0,05 оборота. В угловых единицах это будет 18 угл. град или 1080 угл. мин.(ω _max -ω _min ) is the range of variation of the instantaneous shaft speed. And the path traveled with this, for example in one second, is actually a sector of the error, namely: 0.05 revolutions. In angular units, it will be 18 angles. hail or 1080 ang. min

С какой точностью следует измерять этот сектор? Согласно метрологическому стандарту ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ Методики выполнения измерений» погрешность методики измерения должна составлять не более 0,3 от поля допуска измеряемой величины. Исходя из этого для рассматриваемого случая сектор погрешности (поле допуска) составит величину 1080×0,3=324 угл. мин.How accurate should this sector be measured? According to the metrological standard GOST R 8.563-96 “GSI Measurement Procedures”, the error in the measurement procedure should be no more than 0.3 from the tolerance field of the measured value. Based on this, for the case under consideration, the error sector (tolerance field) will be 1080 × 0.3 = 324 angles. min

Кроме того при измерении следует получать такой объем данных, чтобы можно было построить гистограмму (статистический вид закона распределения вероятностей) и определить вид полученного закона, поскольку лишь закон является наиболее полной характеристикой исследуемой величины. Минимальное значение объема данных составляет 30 значений. Тогда дискретизация сектора погрешности составит величину 324/30=10,8 угл. мин.In addition, when measuring, one should obtain such a volume of data that it is possible to construct a histogram (statistical form of the law of probability distribution) and determine the type of the obtained law, since only the law is the most complete characteristic of the studied quantity. The minimum value of the data volume is 30 values. Then the discretization of the error sector will be 324/30 = 10.8 angles. min

Полученное требование по точности может быть удовлетворено с помощью 12-разрядного ЦПУ, имеющего протяженность кванта q=5,27 угл. мин и погрешность преобразования Е=±7,91 угл. мин.The obtained accuracy requirement can be satisfied using a 12-bit CPU having a quantum length q = 5.27 angles. min and the conversion error E = ± 7.91 ang. min

У 12-разрядного ЦПУ протяженность кванта q=21600/(2¹²=4096)=5,27 угл. мин; погрешность квантования Е₁=±q/2=±2,64 угл. мин; погрешность угловых координат смены значений кода Е₂=±q=±5,27 угл. мин; погрешность преобразования Е=E₁+Е₂=±7,91 угл. мин.For a 12-bit CPU, the quantum length q = 21600 / (2 ¹² = 4096) = 5.27 ang. min; quantization error E ₁ = ± q / 2 = ± 2.64 ang. min; the error of the angular coordinates of the change in the values of the code E ₂ = ± q = ± 5.27 ang. min; conversion error E = E ₁ + E ₂ = ± 7.91 ang. min

Во-вторых, при выборе ЦПУ следует учитывать и такую характеристику как быстродействие. Необходимо, чтобы время преобразования (время обновления кода) было достаточно мало: на уровне 1-3 мкс (микросекунд), чтобы измерение проходило без пропуска кодов (квантов).Secondly, when choosing a CPU, one should also take into account such a characteristic as speed. It is necessary that the conversion time (code update time) be sufficiently small: at the level of 1-3 μs (microseconds), so that the measurement takes place without missing codes (quanta).

Кроме вышеизложенного можно провести частичную проверку правильности выбора ЦПУ по величине его разрядности путем сравнения с периодом изменения мгновенной частоты вращения вала, который зависит от числа полюсов (2р) электродвигателя. Например, если р=32, то период будет равен 21600/32=675 угл. мин. Полученное значение периода не равно (меньше) величине сектора погрешности, так как ω_макс и ω_мин, как правило, не находятся в одном периоде (см. фиг. 2). Поэтому приведенное выше обоснование по выбору ЦПУ остается без изменения.In addition to the above, it is possible to conduct a partial check of the correctness of the CPU choice by the value of its bit capacity by comparing it with the period of change of the instantaneous shaft speed, which depends on the number of poles (2p) of the electric motor. For example, if p = 32, then the period will be equal to 21600/32 = 675 angles. min The obtained value of the period is not equal (less) to the size of the error sector, since ω _max and ω _min , as a rule, are not in the same period (see Fig. 2). Therefore, the above rationale for choosing a CPU remains unchanged.

Реальным ЦПУ, с помощью которого можно выполнить указанные требования, причем с запасом, является 13-разрядный фотоэлектрический ЦПУ типа ECN 413 фирмы «Heidenhain» (Германия). Он обладает следующими характеристиками: число двоичных разрядов выходного кода 13; число двоичных кодов (информационная емкость) 2¹³=8192; протяженность квантов (дискретность преобразования) q=21600/8192=2,64 угл. мин; погрешность квантования E₁=±q/2=±1,32 угл. мин; погрешность угловых координат смены значений кода Е₂=±2,64 угл. мин; погрешность преобразования Е=E₁+E₂=±3,96 угл. мин; тактовая частота опроса 400 кГц (то есть быстродействие не хуже 2,5 мкс); допустимая частота вращения вала 12000 об/мин (200 об/с).The real CPU with which you can fulfill these requirements, and with a margin, is a 13-bit photoelectric CPU type ECN 413 from Heidenhain (Germany). It has the following characteristics: the number of binary bits of the output code is 13; the number of binary codes (information capacity) 2 ¹³ = 8192; the length of quanta (discreteness of transformation) q = 21600/8192 = 2.64 ang. min; quantization error E ₁ = ± q / 2 = ± 1.32 ang. min; the error of the angular coordinates of the change in the values of the code E ₂ = ± 2.64 ang. min; conversion error E = E ₁ + E ₂ = ± 3.96 ang. min; clock polling frequency of 400 kHz (that is, speed is not worse than 2.5 μs); permissible shaft speed 12000 rpm (200 rpm).

Целесообразно проводить многократные измерения. Они начинаются с нажатия кнопки «СТАРТ». Не путать с теми многократными измерениями, которые заложены в процесс измерения и их количество отсчитывает второй счетчик 18. Предлагаемые многократные измерения позволят обнаружить те изменения неравномерности частоты вращения вала, которые обусловлены медленно изменяющимися влияющими факторами: изменение температуры окружающей среды, а также температуры прогрева электродвигателя, колебания параметров напряжения питания электродвигателя (амплитуды, частоты, фазы) и др.It is advisable to carry out multiple measurements. They begin by pressing the "START" button. Not to be confused with those multiple measurements that are embedded in the measurement process and their number is counted by the second counter 18. The proposed multiple measurements will detect the changes in the non-uniformity of the shaft rotation speed that are caused by slowly changing influencing factors: changes in the ambient temperature, as well as the temperature of the electric motor, fluctuations in the parameters of the voltage of the electric motor (amplitude, frequency, phase), etc.

Пояснения к результатам измерений. По окончании процесса измерения будут записаны в регистрирующем устройстве 16 два массива: один из них представляет собой запись пройденного пути (с первого входа от ЦПУ -∑q), выраженного суммарным числом действительных квантов, а второй массив - время измерения (с второго входа от генератора импульсов).Explanation of the measurement results. At the end of the measurement process, two arrays will be recorded in the recording device 16: one of them is a record of the distance traveled (from the first input from the CPU -∑q), expressed by the total number of real quanta, and the second array is the measurement time (from the second input from the generator pulses).

На фиг. 3 приведен график зависимости неравномерности мгновенной частоты вращения вала (ω_нер) от времени и от нарастания угла поворота вала (∑q) при его вращении как с равномерной скоростью (прямая 1), так и с переменной составляющей на фоне равномерной скорости (кривая 2).In FIG. Figure 3 shows a graph of the dependence of the non-uniformity of the instantaneous shaft speed (ω _ner ) on time and on the increase in the angle of rotation of the shaft (∑q) during its rotation both with uniform speed (straight line 1) and with a variable component against the background of uniform speed (curve 2) .

Для удобства восприятия процесса формирования неравномерности мгновенной частоты вращения вала при построении графика на фиг. 3 приняты следующие ограничения:For convenience of perception, the process of formation of non-uniformity of the instantaneous shaft speed during plotting in FIG. 3 the following restrictions are accepted:

1) ЦПУ принят идеализированный - у него все кванты равны расчетной величине;1) CPU adopted idealized - all quanta are equal to its calculated value;

2) на оси абсцисс за единицу времени принята величина Δt. Это тот промежуток времени, за который квант ЦПУ пройдет при вращении вала с равномерной скоростью, равной номинальной;2) on the abscissa axis, the value of Δt is taken per unit time. This is the period of time for which the CPU quantum will pass when the shaft rotates at a uniform speed equal to the nominal;

3) так как ЦПУ идеализированный и частота вращения его вала равномерная, то нарастание кода (суммирование квантов) происходит на одну и ту же величину (на фигуре на один квант), в итоге образуя равномерные ступени 3.3) since the CPU is idealized and the frequency of rotation of its shaft is uniform, the code grows (summation of quanta) by the same amount (in the figure by one quantum), eventually forming uniform steps 3.

В этом случае реализуется следующая зависимость ∑q=ωΔt. Это уравнение прямой, на фиг. 3 - прямая 1. В действительности частота вращения вала изменяется, на фиг. 3 - это кривая 2. В этом случае, например при увеличении частоты вращения вала за время t₁=3 Δt согласно графику будет сосчитано ∑q₁=6 квантов. А при уменьшении частоты вращения за время t₂=5 Δt на регистрирующее устройство поступит ∑q₂=2 кванта. Аналогичная картина наблюдается и во второй половине периода изменения частоты вращения: за время t₃=5 Δt поступит два кванта, а за время t₄=2 Δt - шесть квантов.In this case, the following dependence ∑q = ωΔt is realized. This equation is a line, in FIG. 3 - direct 1. Actually, the shaft rotation frequency changes, in FIG. 3 is curve 2. In this case, for example, when the shaft rotational speed increases over time t ₁ = 3 Δt, according to the graph, ∑q ₁ = 6 quanta will be counted. And when the rotation speed decreases during the time t ₂ = 5 Δt, ∑q ₂ = 2 quanta will arrive at the recording device. A similar picture is observed in the second half of the rotation frequency change period: two quanta will arrive in the time t ₃ = 5 Δt, and six quanta in the time t ₄ = 2 Δt.

Имея данные измерений пройденного расстояния (числа квантов) и времени, можно определить частоту вращения вала по формуле ω=∑q/t. Из полученного массива значений ω находят и фиксируют ее минимальное и максимальное значения, определяют разность между ними, делят эту разность на среднее значение, которое в данном измерении является оценкой номинального значения ω, и определяют при этом относительное значение неравномерности мгновенной частоты вращения вала.Having the measurement data of the distance traveled (number of quanta) and time, we can determine the shaft rotation frequency by the formula ω = ∑q / t. From the obtained array of values of ω, its minimum and maximum values are found and fixed, the difference between them is determined, this difference is divided by the average value, which in this measurement is an estimate of the nominal value of ω, and the relative value of the non-uniformity of the instantaneous shaft speed is determined.

Полученный массив частоты вращения вала привода можно подвергнуть статистической обработке, определяя при этом среднее значение, среднее квадратическое отклонение, диапазон закона распределения вероятностей (d=ω_макс-ω_мин), строят гистограмму, согласовывают ее с теоретическим законом распределения вероятностей и определяют в итоге вид этого теоретического закона.The resulting array of rotational speeds of the drive shaft can be subjected to statistical processing, determining the mean value, standard deviation, and the range of the law of probability distribution (d = ω _max -ω _min ), construct a histogram, coordinate it with the theoretical law of probability distribution, and determine the form of this theoretical law.

И, наконец, определяют также угловые положения, в которых имеют место быть экстремальные значения частоты вращения вала, а также при необходимости как ближайшие к ним значения, так и положения всех остальных значений ω. Это позволит выявить не только все проблемные места электромагнитной системы измеряемого изделия (привода, электродвигателя), но и все особенности изменения частоты вращения вала.And, finally, they also determine the angular positions at which extreme values of the shaft rotation frequency take place, and also, if necessary, both the values closest to them and the positions of all other ω values. This will reveal not only all the problem areas of the electromagnetic system of the measured product (drive, electric motor), but also all the features of changing the shaft speed.

Поскольку на валу привода (электродвигателя) установлена метка и ее положение согласовано с меткой нулевого положения ЦПУ, то имеется возможность однозначно определить все отклонения Δω от ω_ном, а разработчику изделия проанализировать состояние каждого рассматриваемого участка электромагнитной системы и разработать предложения по ее улучшению.Since a mark is installed on the shaft of the drive (electric motor) and its position is consistent with the zero position mark of the CPU, it is possible to unambiguously determine all deviations of Δω from ω _nom , and the product developer to analyze the condition of each section of the electromagnetic system under consideration and develop proposals for its improvement.

Список документов, цитированных в отчете о поиске:List of documents cited in the search report:

1 SU №881622 15.11.1981.1 SU No. 881622 11/15/1981.

2 SU №1120243 А 23.10.1984.2 SU No. 1120243 A on 10.23.1984.

Claims

1. A device for measuring the non-uniformity of the instantaneous rotational speed of a shaft, comprising a drive (electric motor), with a shaft of which a pulse encoder of the shaft position, a pulse generator, the first and second circuits are kinematically connected And, a shaper, a trigger, a recording device, characterized in that the device is digitally inserted angle converter (CPU), coupling, NAND circuit, delay circuit, first, second and third keys, first and second counters, second and third formers, control logic device (ULA), and the shaft is an electrode drive is kinematically connected to the input of the coupling, the output of which is kinematically connected to the CPU shaft, the output of which is connected to the input of the AND circuit, the output of which is connected to the input of the first counter, and also to the first inputs of the first and second circuits AND, the output of the first counter is connected to the input the second shaper, the output of which is connected to the input of the second trigger, the output of which is connected to the second input of the second circuit And, the output of which is connected to the input of the second counter, the output of which is connected through the third shaper to the first and second inputs of the ULU, The first output of the ULU is connected to the input of the first key, the output of which is connected to the second input of the first circuit AND, the output of which is connected to the input of the first trigger, the output of which is connected through the delay circuit to the control input of the first key and to the input of the first driver, from which the pulse is supplied to electronic elements for zeroing before starting the actual measurement process, the CPU output is connected to the input of the second key, the output of which is connected to the first input of the recording device, the output of the second trigger is connected to vlyayuschimi inputs of the second and third keys, and the pulse generator output via the third switch is connected to the second input of the recording device.

2. The device according to p. 1, characterized in that the first input of the ULU is the input of the inverter, the output of which is connected to the first input of the third circuit AND, the output of which is connected to the second input of the third trigger, the output of which is connected to the control inputs of the fourth and fifth keys, output the first power source is connected to the first input of the "START" button, the first output of which is connected to the first (normally closed) contact, as well as to the second and third contacts of the fourth key, the output of the second contact of this (fourth) key is connected to the output m of its first contact, which is the first output of ULU, the first output of the START button is also connected to the second input of the third circuit AND, the output of the third contact of the fourth key is connected to the output of the first power source, the output of the second power source is connected to the second input of the START button, the second output of which is connected to the first (normally closed) contact, as well as to the second and third contacts of the fifth key, the output of the second contact of the fifth key is connected to the output of its first contact, the output of which is the second output of the ULU the third contact of the fifth key is connected to the output of the second power source, the second input of the ULU is the first input of the third trigger.