SU1101740A1 - Датчик углового положени ,скорости и ускорени вращени вала - Google Patents

Abstract

ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик , формирователь опорных сигналов, фазовращатель, первый нуль-орган и первый регистр, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам первого счетчика, выход генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра , вход разрешени  записи которого соединен с первым выходом формировател  задержанных импульсов. второй выход которого подключен к входу предустановки второго счетчика , третий выход - через дополнительный триггер к второму входу ключа , а вход - к второму входу дополнительного триггера и к последовательно соединенным фазовому детектору , интегратору, суммирующему элементу и управл емому генератору, при этом второй вход фазового детектора соединен с выходом управл емого генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента , отличающийс  тем, г что, с целью увеличени  точности измерени  в диапазоне низких скоростей и ускорений, в него введены умножитель частоты и последовательно соединенные схема запрета, делитель частоты , блок вычитани  частот и второй нуль-орган, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу схемы запрета, управл ющий вход которой соединен с выходом триггера 1-го разр ди первого C4et4HKa, выход фазовращател  через умножитель час тоты подключен к второму входу бло4 ка вычитани  частот, а выход второго нуль-органа соединен с входом формировател  задержанных импульсов.

Description

1 Изобретение относитс  к измери тельной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положени , мгновенной скорости и ускорени  вращени  вала в точных цифровых системах автомати ческого управлени . Известен индуктивный датчик угловых ускорений, который содержит импульсный датчик угловой скорости, расположенный на валу и соединенный со входами схем И, к другим входам которых подключены выходы генератора , выходы схем И соединены со входами реверсивного счетчика, инверсные выходы которого через схемы инк реманта и первую группу вентилей соединены с первыми входами отсчетного устройства, пр мые выходы счет чика соединены со входами дешифрато ра и через вторую группу вентилей со второй группой входов отсчетного устройства, пр мой и инверсный, выходы дешифратора соединены соответственно с управл ющими входами первой и второй групп вентилей Ж. Недостатком такого устройства  в л етс  запаздывание измерени  из-за двойного интервала времени между сигналами импульсного датчика угловой скорости. I Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  дат чик углового положени  j скорости и ускорени  вращени  вала, который содержит последовательно соединенны генератор импульсов, первый счетчик формирователь опорных сигналов, фазовращатель , первый нуль-орган и первый регистр, информационные вход которого подключены к соответствующим выходам первого счетчика, выход генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого подключен к информационным входам второго регистра , вход разрешени  записи кото рого соединен с первым выходом формировател  задержанных импульсов, второй выход которого подключен к входу предустановки второго счетчик третий выход - через дополнительный триггер к второму входу ключа, а вход - к второму входу дополнительного триггера и к последовательно соединенным фазовому детектору, интегратору , суммирующему элементу и управл емому генератору, при этом 402 второй вход фазового детектора соединен с выходом управл ющего генератора , а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента 2 . Недостатком известного устройства  вл етс  значительг1а  погрешность измерени  низких скоростей и ускорений , обусловленна  малой величиной относительного изменени  частоты выходных сигналов фазовращател , котора  равна алгебраической сумме опорной частоты фазовращател  F и частоты вращени  вала Fg. Погрешность измерени  низких скоростей и ускоре1шй может быть уменьшена путем непосредственного использовани  в каналах измерени  скорости и ускорени  сигналов дополнительного фазовращател  с большим коэффициентом электрической редукции L, у которого выходна  частота F выражаетс  следующим соотношением: F-FO LFgp. Однако использование в составе датчика двух фазовращателей существенно усложнит его конструкцию и увеличит стоимость. Цель изобретени  - увеличение точности измерени  в диапазоне низких скоростей и ускорений. Указанна  цель достигаетс  тем, что датчик углового положени , скорости и ускорени  вращени  вала, содержащий последовательно соединеншле генератор импульсов, первый счетчик , формирователь опорных сигналов, фазовращатель, первый нуль-орган и Первый регистр, информационные входы которого подключены к соответствуюпц1м выходам первого счетчика, выХод генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, вход разрешени  записи которого соединен с первым выходом формировател  задержанных Импульсов, второй выход которого подключен к входу предустановки второго счетчика, третий выход через дополнительный триггер - к второму входу ключа, а вход - к второму входу дополнительного триггера и к последовательно соединенным фазовому детектору, интегратору, суммирующему элементу и управл емому генератору , при этом второй вход фазового детектора соединен с выходом управл емого генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента, введены умножитель частоты и последовательно соединенные схема запрета, делител частоты , блок вычитани  частот и второй нуль-орган, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу схемы запрета, управл ющий вход которой соединен с выходом триггера i-го разр да первого счетчика, выход фазовращател  через умножитель частоты подключен к второму вх ду блока вычитани  частот, а выход второго нуль-органа соединен с входом формировател  задержанных импульсов . На фиг. 1, изображена структурна  схема датчика углового положени , скорости и ускорени  вращени J на фиг, 2 - осциллограммы, иллюстрирую щие работу датчика. Датчик содержит герёратор 1 импульсов , выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2, выполненного на триггерах. Выход старшего разр да счетчика 2 через формирователь 3 опорных сигналов соединен со входом фазовращател  4, подключенного своим выходом ко вход первого нуль-органа 5. Выход первого нуль-органа 5 соединен со входом разрешени  запис первого регистра 6,информационные вхо которого подключены к выходам соответ ствующих триггеров счетчика 2. Выхо генератора 1 импульсов соединен так же с первым входом схемы запрета 7, управл ющий вход которой подключен к выходу триггера i -го разр да первого счетчика 2. Выход схемы 7 запр та через делитель 8 частоты соедине с первым входом блока 9 ычитани  частот, второй вход KOTOpjoro подклю чен к выходу умножител  1,0 частоты, соединенного сбоим входом с выходом фазовращател  4. Выход блока 9 вычитани  частот соединен со входом второго нуль-органа 11. Выход генератора 1 импульсов соединен также со счетным входом второго счетчика 12 через ключ 13, управл ющий вход которого соединен с выходом дополни тельного триггера 14. Вход сброса триггера 14 соединен с выходом,второго нуль-органа 11. Выход этого нуль-органа 11 соединен также со входом формировател  15 задержанных импульсов, первый выход которого подключен ко входу разрешени  записи второго регистра 16. Информационные входы регистра 16 соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 12, вход предустановки которого подключен ко второму выходу формировател  15 задержанных и шульсов. Третий выход формировател  15 соединен со входом установки в единичное состо ние дополнительного триггера 14. Выход второго нуль-органа t1 соединен также с первым входом фазового детектора, 17-, выход которого подключен ко входу фильтра 18 нижних частот и входу интегратора 19, Выход интегратора 19 подключен ко входу суммирующего элемента 20, другой вход которого подключен к выходу фазового детектора 17. Вьлход суммирующего элемента 20 соединен со входом управл емого генератора 21, вход которого подключен ко второму входу фазового детектора. Датчик углового положени , скорости и ускорени  вращени  вала работает следующим образом. Первичный счетчик 2 выполн ет функцию делител  частоты f генератора 1 на коэффициент 2, так, что на выходе старшего п-го разр да счетчика 2 образуютс  пр моугольные импульсы с частотой FJJ f/2 , Формирователь 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напр жени  фазовращател  4. Первый нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращател  4 пр моугольные периодические сигналы, по переднему фронту которых осуществл етс  запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6, В первом регистре 6 фиксируетс  код текущего углового положени  вала. Выходсше сигналы генератора 1 поступают также на первый вход схемы 7 запрета, на управл ющий вход которой .поступают сигналы с частотой f/2 с i-r.o разр да первого счетчика 2, которые запрещают прохождение через схему 7 каждого импульса с номером 2, Среднее значение частоты импульсов на схемы 7 запрета равно f (2 - 1)/2 Делитель 8 частоS ТЫ имеет коэффициент делени , равны , где 2 - коэффициент умножени  умножител  10 частоты, так, что выходна  частота Fj делител  8 равна Fj Fj. 2(2 - 1)/2 Умножитель 10 частоты умножает .в 2 раз выходную частоту фазовраща тел  4, равную сумме F , так, что выходна  частота умножител  10 будет равна: Fy 24F, -н Fgp). На выходе блока 9 вычитани  частот образуетс  частота Fp, равна  разности частот умножител  10 и делител  8: FP + ,p. При i k, выходна  частота блок 9 вычитани  будет равна Fp FQ+ 2Fe Выходной сигнал блока 9 вычитани  частот аналогичен выходному сигналу фазовращател , имеющего коэффициент электрической редукции, равный 2. Второй нуль-орган 11 фор мирует из выходных синусоидальных сигналов блока 9 вычитани  частот пр моугольные импульсы, которые поступают в блок вычислени  частоты вращени  и блок вычислени  ускорени Второй счетчик 12, имеюнщй разр дность , равную разр дности nepBorj счетчика, плюс дополнительный знако вый разр д, вместе с ключом 13, дополнительным триггером 14, формирователем 15 задержанных импульсов и регистром 16 образуют блок вычислени  частоты вращени , причем вычисление кода скорости заменено вычислением кода приращени  дТ период Т выходного сигнала блока 9 вычитани частоты по отношению к периоду Т опорного сигнала фазовращател  4. По переднему фронту выходного си нала второго нуль-органа 11 переходи в нулевое состо ние дополнительный триггер 14 и одновременно запускает с  формирователь 15 задержанных импульсов . Сигнал с выхода триггера 14 воздейству  на управл ющий вход, ключа 13, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 12. Через врем  , достаточное дл  переноса в счетчике 12, вырабатываетс  первый импульс формировател  15, который поступает на вход разрешени  записи 406 второго регистра 16, и осуществл етс  запись кода &Т из счетчика 12 во второй регистр 16. Второй импульс формировател  15, воздейству  на входы предустановки второго счетчика 12, осуществл ет запись в счетчик 12 кода, соответствующего промежутку времени между по влением первого и третьего выходных импульсов формировател  15. Импульс с третьего выхода формировател  15 переводит в единичное состо ние триггер 14, в результате чего открываетс  ключ 13 и сигналы генератора 1 вновь поступают на вход счетчика 12. Поскольку коэффициенты пересчета первого счетчика 2 и второго счетчика 12 равны, то в конце каждого периода выходного сигнала нуль-органа 11 в регистре 16 будет зафиксирован либо пр мой код дТ, если Т TQ, либо дополнительный код ЛТ, если Т TQ. Фазовый детектор 17, фильтр 18, интегратор 19, суммирующий элемент 20 и управл емый генератор 21 образуют блок вычислени  ускорени . Вы .ходное напр жение U фазового детектора 17 пропорционально разности фаз сигналов на его входах, или иначе и пропорционально интегралу от разности между выходной частотой FP второго нуль-органа 11 и частотой управл емого генератора 21. В операторной форме выходное напр жение фазового детектора равно: ) 1 tFp(P) - ), где Т,, - посто нный коэффициент, .Р - оператор Лапласа. Выходной сигнал фазового детектора непосредственно подан на первый вход суммирующего элемента и через интегратор с передаточной функцией 1/12 - на второй вход суммирующего элемента 20. Следовательно, напр жение на выходе суммирующего элемента равно: ) 1 и, (р) Частота генератора F, пропорционгшьна с коэффициентом К2 входному управл ющему напр жению Ш : ) K2U2.P) Следовательно / Та. р2 + + К2)и, (Р) ) . 1101740 Предлагаемое устройство обладает возможностью измерени  значительно более низких скоростей и ускорений вращени .

iг/(oдoe положение

Углооо  скорость

Фиг.1

Углобое ускорение

Фиг.2

Claims (1)

1. ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик, формирователь опорных сигналов, фазовращатель, первый нуль-орган и первый регистр, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам первого счетчика, выход генератора импульсов через ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, вход разрешения записи которого соединен с первым выходом формирователя задержанных импульсов, второй выход которого подключен к входу предустановки второго счетчика, третий выход - через дополнительный триггер к второму входу ключа, а вход - к второму входу дополнительного триггера и к последовательно соединенным фазовому детектору, интегратору, суммирующему элементу и управляемому генератору, при этом второй вход фазового детектора соединен с выходом управляемого генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения в диапазоне низких скоростей и ускорений, в него введены умножитель частоты и последовательно соединенные схема запрета, делитель частоты, блок вычитания частот и второй нуль-орган, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу схемы запрета, управляющий вход которой соединен с выходом триггера 1-го разряди первого счетчика, выход фазовращателя через умножитель частоты подключен к второму входу блока вычитания частот, а выход второго нуль-органа соединен с входом формирователя задержанных импульсов.

   U .,.,1101740