SU1411976A2 - Магнитомодул ционный преобразователь угла - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бесконтактным преобразовател м углового положени  в электрический сигнал и может быть использовано в качестве датчика углового положени  систем контрол  и управлени  с вентильными электродвигател ми. Цель изобретени  - повышение точности преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный магнитомоду- л ционный преобразователь угла, содержащий ротор 1, первый и второй чувствительные элементы 2,3, первый и второй релейные элементы 4,5, первый , второй, третий формирователи 6,7,14 импульсов, элемент МЛН 8, пер вый элемент И 9, первый и второй одновибраторы 10,11, элемент ИЛИ 12, первый триггер 13, второй триггер 15, второй и третий элементы И 16, 17, первый сумматор 18, первый элемент 19 задержки, первый селектор 20, четверт1)1й и п тый элементы И 21, 22, третий триггер 23, второй селектор 24, первый инвертор 25, реверсивный счетчик 26, с элементом 27 пам ти , введены второй сумматор 28, интегратор 29, второй элемент 32 задержки , нелинейный элемент 30, управл емый одновибратор 31, шестой эле мент И 33, третий одновибратор 34, G S

Description

ЫОЗТО

HRUi

14)

Фиг.1

:второй инвертор 35, восьми элементов 28-35 позвол ет осуществить в предложенном устройстве линеаризацию выходных сигналов датчика , в результате чего повьшаетс  точность преобразовани  в 10 раз

Кроме того, используемый метод линеаризации в предложенном устройстве снижает требовани  к линейности выходных сигналов датчика, что значи- тельно упрощает конструкцию датчика, 4 ил.

15

20

1

Изобретение относитс  к бесконтак тным датчика.положени , к датчикам положени  ротора вентильных злектро-ч двигателей, преимущественно магнито - модул ционного типа и  вл етс  усо-г вершенствованием изобретени  по авт. св. 1234721.

Цель изобретени  - повышение, ности определени  углового положени  ю ротора вентильного двигател „путем введени  линеаризации внешней харакг теристики датчика.

На приведена структурна  схема магиитомодул цнонного преобра- зовател  угла; на фиг.2 - диаграмма выходных сигналов датчика; на фиг.З характеристика нелинейного элемента на фиг.4 - временна  диаграмма ра ,боты преобразовафел .

Магнитомодул ционный преобразова 1тель угла содержит ротор I в виде йосто нного магнита, первый 2 и вто

рой 3 чувствительные элементы, первый 25 4 и второй 5 релейные элементы, первый б и второй 7 формирователи импульсов , элемент ИЛИ 8,первый элемент И

9,первый 10 и второй 11 одновибраторы, элемент 2И-2И Ш1И 12, первый триггер 13, третий формирователь 14 импульов , второй триггер 15, второй 16 и третий 17 элементы И, первый сумматор 18, первый элемент 19 задержки,

первый селектор 20, четвертый 21 и  тый 22 элементы И, третий триггер 23, второй селектор 24, первый инвертор 25, реверсивный счетчик 26, элемент 27 пам ти, второй сумматор 28, интегратор 29, нелинейный элемент 30, управл емый одновибратор 31, второй элемент 32 задержки, шестой элемент И 33, третий одновибратор 34, второй инвертор 35. 30

35

40

5

0

5

0

5

0

Магнитомодул ционный преобразова тель угла работает следующим образом .

При повороте ротора 1 датчика в виде посто нного магнита с чувствительных элементов 2 и 3 магнитомо- дул ционного типа поступают широтно- модулированные последовательности (ШИМ) импульсов, относительна  длительность которых (скважность) измен етс  по гармоническим законам 36 и 37 с относительным фазовым сдвигом 90 , соответствующим пространственному сдвигу чувствительных элементов 2 и 3 около ротора 1.

Сигналы с чувствительных элементов 2 и 3 проход т через релейные элементы 4 и 5, улучшающие форму импульсов , и формирователи 6 и 7 импульсов , которые формируют короткие импульсы по информационному фронту ШИМ. Последние сигналы через элемент ИЛИ 8 поступают на первый вход первого элемента И 9, на .второй вход которого поступает стробирующий импульс 38 (фиг.2), формируемый относительно неподвижного фронта ШИМ с первого релейного элемента 4 с помощью последовательно соединенных двух одновибраторов 10 и 11. Длитель ность импульса 38 и его расположение в периоде Т несущей частоты ШИМ соответствует участкам синусоид 36 и 37, близким к линейным (но не строго линейньм). В данном случае прот женность этих участков по 90 (сплоив-.

ные участки синусоид 36 и 37). I

Триггер 13 устанавливаетс  по одному входу через третий формирователь 14 импульсов по моменту неподвижного фронта ШИМ и устанавливаетс  по второму своему входу тем из корот

14

хих импулБсов информационных фронтов ШИМ , положение которых в периоде совпадает с импульсом 38 строба. На одном выходе первого триггера 13 получаетс  близкий к линейному (но не строго линейный) закон изменени  скважности ШИМ импульсов 39,40,41 и 42, отличный от пилообразованного. Преобразование закона (39,40,41 и 42 в пилообразный (39,40,43, 44) производитс  путем инверсии сигналов 41 и

42 на участке 180-360 угла ei , т.е. на том участке, где длительност ШИМ импульса 37 больше длительности импульса 36, Импульсы ШИМ 36 с первого релейного элемента 4 поступают на один вход второго элемента И 16, на второй вход которого поступают импульсы 37 информационного фронта ШИМ, которые проход т элемент 16 тол ко, если он открыт импульсом 36, т,е, в случае 36 37, Аналогично на выходе третьего элемента И 17 им пульс по вл етс  в том случае, когда 37 36, Второй триггер 15 устанавли ваетс  ими в положение, индицирующее положение вала в участках 180-360, т,е, 36 37 или 37 36, своими выходными сигналами разреша  прохождение через элемент 2И-2И-ШШ пр мого сигнала с первого триггера 13 или его инверсного выхода. Таким образом, на выходе элемента 2И-2И- ИЛИ 12 получаем близкий к пилообразному от угла закон 39,40,43 и 44 и другие изменени  относительной длительности ШИМ.

ШИМ сигнал 39,40,43 и 44 с законом изменени  относительной длительности с выхода элемента 2И-2И-ИЛИ 12 поступает на один вход первого сумматора 18 и на второй его вход через первый элемент 19 задержки на период ШИМ Т, Сумматор 18 вычитает означенные сигналы . При движении вала датчика в сторону увеличени  угла последующий импульс ШИМ длиннее предыдущего, поэтому разностный импульс с выхода первого сумматора 18 положителен, ри движении вала в обратную сторону разностный импульс с выхода первого сумматора 18 отрицателен.

Пол рность разностного импульса с первого сумматора показьгоает направление вращени  вала датчика. Почти все разностные импульсы первого сумматора 18 имеют малую длительность,

It

in

4

так как частота ШНМ 2-20 кГц, и за период Т ротор даже при высокой ско,

5

0

5

0

5

5

0

рости его вращени , например . 5000 об/мин, проходит не более ТО , что соответствует относительной длительности 0,1 разностного импульсе по характеристике 39 на фиг,2, Именно на такую максимальную длительность (или относительную длительность, так как Т const) настроен первый селектор 2А импульсов, пропускающий только короткие импульсы.

При переходе одного участка пилы например с 39 на 40, с 40 на 41 и т,д., разностный импульс; с первого сумматора 18 имеет длину размаха пит лы, т,е. 38, По вление такого дли тельного сигнала с выхода сумматора 18 показьшает, что входной угол дат- чика перешел на следующий участок пилы,

в данном преобразователе угла производитс  перерасчет участков пилы реверсивным счетчиком 26, Причем при движении в одном направлении третий триггер 23 находитс  в одном положении , длинные разностные импульсы через первый селектор 20, пропускаю щий сигналы длительностью не менее 0,8-0,9 от длительности сигнала 38, проход т через один из злементов И :21 или 22 и суммируютс  счетчиком 26; при вращении ротора 1 в обратном направлении открыт вычитающий вход счетчика, число участков пилы на счетчике 26 умеиьшаетс .

Таким образом, состо ние выходных шин счетчика 26 и его элементы 27 пам ти в двоичном коде показывает 1 номер участка пилы, на котором в данный момент находитс  ротор, , чество оборотов,, которое может быть перекрыто данным преобразователем угла, определ етс  разр дностью Р iсчетчика 26. Так, при Р 3 зона однозначного измерени  угла составит 630°, при Р 4 - 1350 и т,д,

В данном преобразователе угла функционируют два канала отсчета: грубый - код с реверсивного счетчика 26 и элемента 27 пам ти, показывающий номер участка точный - ШИМ сигнал с выхода элемента ЙЛИ, показьшающий своей относительной длительностью местонахождение внутри одного участка пилы,

В точном канале датчика имеетс  погрешность в определении угла.

5U

вызванна  отклонением близких к ли :нейным yiacTKOB синусоид 36 и 37 относительной длительности от строго линейных законов На фиг.З показан более подробно участок синусоиды 36, близкий к линейному 45, и линейный ;закон 46j эпюра 47 показывает раз ность 46-45, т.е. величину погрешности , котора  пропорциональна oi - - sin ее, .Видно,что на участках пилы дл  устранени  ошибки необходимо укоротить импульсы с выхода элемента 2Й-2И-ИЛИ 12, на участках 45-90° - удлинить, В данном уст- ройстве использован иной метод коррекции - вначале все т-тпульсы с выхода элемента 2И-2И-Ш1И 12 удлин ютс  на величину, пропорциональную закону 48 (фиг.З), а затем;укора чиваютс  на посто нную величину 49, на которую нелинейность 47 подн та дл  получени  положительной нелинейности 48. Причем добавление длины импульсов на 48 производитс  к по- движному информационному заднему фронту импульса ШИМ, а уменьшение на 49 производитс  со стороны неподвижного переднего фронта.

Эпюры на фиг.4 по сн ют процессы коррекции длительности одного из импульсов ШИМ в точном канале. Импульс 50 с выхода элемента 2И-2И-ИЛИ 12 поступает на один вход второго сумматора 28 и на вход интегратора 29, выходное напр жение 51 которого пропорционально длительности сигнала 50. Напр жение 51 с выхода интегратора 29 через нелинейный элемент 30 с характеристикой 48 поступает на управл ющий вход управл емого одно- вибрато1 а 31, на вход запуска которого подключен короткий импульс 52, вырабатываемый первой схемой 9 совпадени , который соответствует зад- нему подвижному фронту ШИМ. Управл емый одновибратор 31 вырабатывает импульс 53, длительность которого пропорциональна управл ющему одно- вибратором сигналу, т.е. 48. Импульс 53 и 50 складываютс  на втором сумматоре 28, в результате чего на выходе последнего импульс 54 длиннее импульса 50 на вел ичику 48, Импульсы 55 с выхода третьего формировател 

14, соответствующие положению перед него неподвижного фронта ШИМ запускают третий одновибратор 34, на выходе которого импульс 56 имеет дпитель

Q о 5

g

0

5

9766

ность 49 (не обозначена ; импульс 56 инвертируетс  вторым инвертором 35 и поступает на второй вход шестого элемента И 33, закрьша  его на врем  49. Таким образому импульс 54 с выхода второго сумматора укорачиваетс  на величину 49, и на выходе шестого элемента И 33 получаем ШИМ сигнал 57, ,в котором компенсирована погрешность

tL - sin d/ . Достигаема  точность определ етс  точностью реализации нелинейной функции 48 на нелинейном элементе 30. Даже при линейной аппрок симации 48 с помощью двух диодов и операционного усилител  удаетс  повысить точность измерени  угла в 18-20 раз, т.е. с 10% снизить ошибку до 0,5%.

Кроме того, предлагаемый метод компенсации ошибки в магнитомодул ци онном преобразователе угла позвол ет свести к минимуму ошибки, св занные с отличи ми формы сигналов 36 и 37 от синусоид, В последнем случае нелинейный элемент должен иметь характе ристику разности линейной и реальной характеристики 36,

Импульс 52 заднего фронта ПШМ задерживаетс  элементом 32 задержки, с выхода которого он поступает на вход обнулени  интегратора 29, подготавлива  последний к приходу следующего импульса ШИМ на вход дл  интегрировани  длительности.

Математическа  зависимость, описывающа  характеристику нелинейного элемента 30 следующа : 0,5 ( rf-,. - sin oi ),что следует из вычитани  законов 45 и 46: (0,5 + 0,5 ti - - 0,5-0,5 sin 61.). Величина 49, на которую укорачиваетс  импульс 54 соответствует 0,5 (45 - sin 45) 0,0391, т.е. импульс 56, вырабатываемый третьим одновибратором, должен иметь длительность О,0391-Т, где Т - период несущей частоты ШИМ.

Элемент 27 пам ти счетчика 26 сохран ет код и после выключени  системы, предотвраща  ошибки неоднозначного измерени  угла.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Магнитомодул ционный преобразователь угла по авт.св. № 1234721, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател  в него введены второй

   сумматор, интегратор, нелинейный элемент , управл емый одновибратор, вто рой элемент задержки, шестой элемент И, третий одновнбратор, второй инвертор , выход первого элемента И соединен с первым входом управл емого одновибратора и через второй элемент задержки с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к ю выходу элемента и к первому входу второго сумматора, выход кото- рого соединен с первым входом шестого

   О 5 90 ISQ Фиг.2

   W

   О 90

   Фиг,3

   элемента И, выход третьего формировател  импульсов через последовательно соединенные .третий одновибратор и второй инвертор подключен к второму входу шестого элемента И, выход интегратора через нелинейный элемент подключен к второму входу управл емог го одновибратора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход шестого элемента И  вл етс  выходом точного отсчета преобразовател .

   J7

   Фиг.