SU1695233A2 - Датчик углового положени и скорости вращени вала - Google Patents

Description

1

(61)1615619 (21)4766606/10 (22)05.12.89 (46)30.11.91. Бюл. №44

(71)Томский институт автоматизированных систем управлени  и радиоэлектроники

(72)С.И.Богомолов (53)531.767(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1615619, кл. G 01 Р 3/489, 1988.

(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ И

СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

(57) Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в качестве совмещенного датчика углового положени , скорости и ускорени  вращени  вала в системах автоматического управлени . Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства. Цель достигаетс  за счет введени  последовательно соединенных четвертого регистра, блока инверторов и второго сумматора, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный ускорению. 1 ил.

Изобретение относитс  к измерительной технике, может быть использовано в качестве совмещенного датчика углового положени , скорости и ускорени  вращени  вала в системах автоматического управлени  и  вл етс  усовершенствованием основного изобретени  по авт.св. № 1615619.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства .

На чертеже представлена структурна  схема устройства.

Датчик углового положени  и скорости вращени  вала содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, первый счетчик 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, первый нуль- орган 5, первый регистр 6, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам первого счетчи-. ка 2, а выходы первого регистра 6  вл ютс  выходами кода углового положени  вала, а также подключенные к выходу генератора 1 импульсов последовательно соединенные первый ключ 7, второй счетчик 8, второй регистр 9. Вход разрешени  записи последнего подключен к выходу формировател  10 задержанных импульсов, входом подключенного к выходу первого нуль-органа 5, вторым выходом подключенного к установочному входу второго счетчика 8, а третьим выходом подключенного к одному из входов триггера 11. Второй вход последнего подключен к выходу первого нуль-органа 5, а выход подключен к управл ющему входу первого ключа 7.

К выходу фазовращател  4 подключены последовательно соединенные фазовый контур 12, второй нуль-орган 13, второй триггер 14, второй ключ 15, третий счетчик 16, третий регистр-17, первый сумматор 18. Вторые входы последнего подключены к выходам блока 19 начальных условий, а выходы первого сумматора 18  вл ютс  выходами кода скорости вращени . К выходам второго регистра 9 подключено пороговое устройство 20, выход которого подключен к управл ющему входу коммутатора 21. Сигнальные входы последнего подключены к старшим разр дам второго регистра 9 и первого сумматора 18 соответственно .

ел го

00 W

,

к

Устройство содержи г также подключеные к выходам основного сумматора послеовательно соединенные информационными ходами четвертый регистр22, блок 23 инвероров и второй сумматор 24, выходы которого вл ютс  выходами кода ускорени  вращени  вала, а вторые входы подключены к выодам первого сумматора 18. Вход записи етвертого регистра 22 подключен к выходу первого нуль органа 5.

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 импульсов формирует последовательность импульсов с частотой FT. Счетчики 2 выполн ют функцию делени  частоты генератора 1. Формирователь 3 опорных сигналов вырабатывает из выходных периодических сигналов счетчика 2 опорные напр жени  фазовращател  4 с частотой FO, равной FT/N, где N - емкость счетчика 2. Ротор фазовращател  4 закреплен на исследуемом валу, в результате, фаза выходного напр жени  фазовращател  4 несет информацию об угле поворота вала. Нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращател  пр моугольные периодические сигналы, по фронту которых осуществл етс  запись кода счетчика 2 в регистр 6, в котором фиксируетс  код текущего углового положени  вала.

По фронту выходного сигнала нуль-органа 5т PHI гер 11 переходит з нулевое состо ние и, воздейству  на управл ющий вход ключа 7, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход счетчика 8, Фронт выходного сигнала нуль-органа 5 запускает также формирователь 10 задержанных импульсов, который выдает на своем первом выходе импульс через врем , достаточное дл  завершени  распространени  переносов в счетчике 8. По этому импульсу происходит перезапись кода счетчика 8 в регистр 9.

Второй импульс формировател  10 задержанных импульсов, воздейству  на входы предустановки счетчика 8, осуществл ет запись в него кода, соответствующего интервалу времени между фронтом импульса нуль-органа 5 и началом импульса на третьем выходе формировател  10 задержанных импульсов. Этот импульс поступает на установочный вход триггера 11 и переводит его в единичное состо ние, в результате чего открываетс  ключ 7 и импульсы генератора 1 вновь поступают на счетный вход счетчика 8.

Таким образом, в регистре 9 в начале

каждого следующего периода выходного

сигнала нуль органа 5 фиксируетс  код разности периодадТ Т-Т0, определенной в предыдущем периоде выходного сигнала нуль-органа 5, где Т - период сигнала на выходе нуль-органа 5; Т0 - номинальна 

длительность периода, т.е. Т0 - 1/F0. При AT Т0 отклонени  частоты i пропорционально отклонению периода, код которого фиксируетс  в регистре 9. Так как счетчик 8 имеет разр дность на единицу большую

разр дности счетчика 2, поэтому старший разр д счетчика 8 несет информацию о направлении вращени  вала.

С выхода фазовращател  4 гармонический сигнал поступает на .фазовый контур

12. Фазочастотчую характеристику фазового контура в диапазоне рабочих частот (при малых отклонени х частоты от номинальной ) можно считать линейной, амплитудно- частотна  характеристика в этом же

диапазоне почти посто нна. Так как фаза колебаний на выходе фазового контура 12 несет информацию о частоте напр жени  на выходе фазовращател  4 и, следовательно, о скорости вращени  ротора фазовращател  4. Нуль-орган 13 формирует из выходных сигналов фазового контура 12 пр моугольные периодические сигналы, по фронту которых триггер 14 переводитс  в единичное состо ние, пропуска  при этом через ключ

15 на счетный вход счетчика 16 импульсы генеоатора 1. Триггер 14 в нулевое состо ние переводитс  импульсом с выхода нуль- органа 5, прекраща  прохождение импульсов генератора 1 ча счетчик 16. В

результате, в счетчике 16 будет зафиксировано количество импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу сигналов с выходов фазовращател  4 и фазового контура 12.

По фронту задержанного, импульса с первого выхода формировател  10 задержанных импульсов коде выхода счетчика 16 будет переписан в регистр 17, а затем по фронту импульса с второго выхода формировател  10 задержанных импульсов счетчик 16 будет очищен, подготавлива  следующий период обработки сигнала.

Выходные разр ды регистра подключены к входам первого слагаемого первого

сумматора 18, на входы второго слагаемого которого подаютс  логические потенциалы с выхода блока 19 начальной установки. На выходах блока 19 начальной установки задаетс  код, равный разности емкостей регистра 17 и первого сумматора 18 и кода, зафиксированного в регистре 17 при неподвижном роторе фазовращател  4. Следовательно , на выходах первого сумматора 18 (без использовани  сигнала с выхода переноса первого сумматора 18) при этих услови х будет зафиксирован код, равный нулю . Соответственно, при вращении фазовращател  4 на выходе первого сумма - тора 18 будет зафиксирован код, пропорци- ональный скорости вращени  вала. При вращении вала в противоположную сторону код, пропорциональный скорости вращени  вала, следует читать в обратном коде.

Код знака направлени  вращени  фик- сируетс  на выходе коммутатора 21, управл емого пороговым устройством 20. На входы порогового устройства 20 поступает код грубого отсчета скорости вращени  с выходов регистра 9. Если абсолютна  вели- чина кода скорости превышает пороговое значение, на выходе порогового устройства будет зафиксирован логический потенциал, который поступает на управл ющий вход коммутатора 21, на сигнальные входы кото- рого поступают сигналы с выхода знакового разр да регистра 9 грубого отсчета скорости и старшего разр да первого сумматора 18. При скорост х вращени  вала, превышающих пороговое значение на выходах кода направлени  вращени  вала через коммутатор 21 проходит сигнал с выхода знакового разр да регистра 9 грубого отсчета скорости . Если скорость вращени  вала не достигает порогового значени , на выход кода направлени  вращени  поступает код старшего разр да первого сумматора 18, при малых скорост х вращени  вала однозначно указывающий направление вращени .

С выходов первого сумматора 18 код скорости вращени  поступает на входы

второго сумматора 24, а также на информационные входы регистра 22. На вход записи регистра 22 поступает сигнал с выхода нуль- органа 5, по фронту которого информаци  из первого сумматора 18 переписываетс  в регистр 22. Через интервал времени, определ емый задержкой с первого выхода формировател  10 задержанных импульсов, в регистре 18 будет зафиксирован код соответствующий текущему значению скорости вращени  вала. С выхода регистра 22 код, соответствующий скорости вращени  вала в предыдущий отсчет, через блок 23 инверторов подаетс  на вторые входы второго сумматора 24. В результате, на выходе второго сумматора 24 формируетс  код, пропорциональный разности скоростей в момент текущего и предыдущего отсчетов. Так как интервал времени между отсчетами можно в первом приближении считать посто нным, то код, формируемый на выходе дополнительного сумматора, будет пропорционален ускорению вращени  вала.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик углового положени  и скорости вращени  вала по авт.св. № 1615619, от л и- чающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства в него введены последовательно соединенные четвертый регистр, блок инверторов и второй сумматор, причем к выходам первого сумматора подключены информационными входами четвертый регистр и вторые входы второго сумматбра, а вход разрешени  записи чет вертого регистра подключен к выходу первого нуль-органа.

   3

   го

   zt

   Т

   Ш

   19