SU475647A1

SU475647A1 - Measuring transducer of the angular displacement of the rosin of the selsyn

Info

Publication number: SU475647A1
Application number: SU1883470A
Authority: SU
Inventors: Михаил Борисович Лейтман; Ирина Михайловна Ефименко
Original assignee: Смоленский Филиал Московского Ордена Ленина Энергетического Института
Priority date: 1973-02-06
Filing date: 1973-02-06
Publication date: 1975-06-30

Description

1one

Предлагаемое устройство предназначено дл преобразовани углового перемещени в длительность импульса и напр жение посто нного тока и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники. The proposed device is intended to convert the angular displacement into pulse duration and direct voltage, and can be used in automation and computer systems.

Известно устройство дл измерени углового перемещени , основанное на принципе преобразовани угла поворота в сдвиг фаз двух синусоидальных напр жений. Это устройство содержит сельсин-датчик, обмотки которого объединены в две цепи и подключены через согласующие усилители к входам фазосдвигающих цепей, а выходы фазосдвигающих цепей - к суммирующему усилителю, соединенному через первый усилитель-ограничитель с первой дифференцирующей цепью. Перва дифференцирующа цепь подсоединена к первому входу триггера, выходы триггера - к фильтру посто нной составл ющей. Второй усилитель-ограничитель подключен к второй дифференцирующей цепи и через инвертор к третьей дифференцирующей цепи. Выходы второй и третьей дифференцирующих цепей соединены с вторым входом триггера.A device for measuring angular displacement is known based on the principle of converting an angle of rotation into a phase shift of two sinusoidal voltages. This device contains a selsyn sensor, the windings of which are combined into two circuits and connected via matching amplifiers to the inputs of phase-shifting circuits, and outputs of phase-shifting circuits to a summing amplifier connected to the first differentiating circuit through the first amplifier-limiter. The first differentiating circuit is connected to the first trigger input, and the trigger outputs are connected to a constant component filter. The second amplifier-limiter is connected to the second differentiating circuit and through the inverter to the third differentiating circuit. The outputs of the second and third differentiating circuits are connected to the second trigger input.

Однако такое устройство имеет невысокую точность и надежность и ограниченный диапазон измер емых угловых перемещений (О- 120°С). Объ сн етс это тем, что в известном устройстве за опорное принимаетс напр жение , снимаемое с выхода одного из согласующих усилителей, пропорциональное междуфазному напр жению сельсина. Амплитуда междуфазного напр жени зависит от углового положени ротора и при углах, превыщающих 120°, может стать равной нулю.However, such a device has a low accuracy and reliability and a limited range of measured angular displacements (O - 120 ° C). This is explained by the fact that in the known device the voltage taken from the output of one of the matching amplifiers, proportional to the phase voltage of the synchine, is taken as the reference. The amplitude of the interfacial voltage depends on the angular position of the rotor, and at angles exceeding 120 °, may become zero.

Цель изобретени - повыщение точности и надежности устройства и расширение диапазона измер емых угловых перемещений (от О до 330°).The purpose of the invention is to increase the accuracy and reliability of the device and expand the range of measured angular displacements (from 0 to 330 °).

Это достигаетс за счет введени в устройство резисторов, фазосдвигающего усилител , переключателей, схемы сравнени , логического триггера, трансформатора и формировател пр моугольных импульсов. Выходы согласующих усилителей подключены непосредственно к первым двум входам схемы сравнени и через резисторы - к входам фазосдвигающего усилител , выходы фазосдвигающего усилител - к второму усилителю-ограничителю, а третий вход схемы сравнени - к первому выходу формировател пр моугольных импульсов , подсоединенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика. Второй выход формировател пр моугольных импульсов через первый переключатель соединен с вторым входом триггера, выход схемы сравнени через логический триггер - соответственно с вторым и третьим переключател ми, подключенными к входам фазосдвигающего усилител .This is achieved by introducing into the device resistors, a phase-shifting amplifier, switches, a comparison circuit, a logical trigger, a transformer, and a square pulse shaper. The outputs of the matching amplifiers are connected directly to the first two inputs of the comparison circuit and through resistors to the inputs of the phase-shifting amplifier, the outputs of the phase-shifting amplifier to the second amplifier-limiter, and the third input of the comparison circuit to the first output of a square pulse former connected to a selsin rotor through a transformer - sensor The second output of the rectangular pulse driver is connected via the first switch to the second trigger input, and the output of the comparison circuit via a logical trigger is connected to the second and third switches, respectively, connected to the phase-shifting amplifier inputs.

С помощью этих дополнительных блоков при любом повороте угла схемой автоматически выбираетс наибольшее дл указанного угла из выходных напр жений согласующих усилителей, принимаемое за опорное. Это позвол ет иметь не нулевое опорное напр жение при любых углах поворота ротора сельсина, в том числе превышающих 120°.With the help of these additional blocks, at any rotation of the angle, the circuit automatically selects the greatest for the specified angle from the output voltages of the matching amplifiers, taken as the reference. This makes it possible to have a non-zero reference voltage at any angles of rotation of the selsyn rotor, including those exceeding 120 °.

Предлагаемое устройство обеспечивает .преобразование угловых перемещений от О до 330° в напр жение посто нного тока от О до 6 в. Кроме того, предусмотрено получение врем -импульсного сигнала, который может быть использован дл преобразовани угла поворота в цифру.The proposed device provides for the conversion of angular displacements from 0 to 330 ° into direct current voltage from 0 to 6 volts. In addition, a time-pulse signal is provided that can be used to convert the rotation angle to a digit.

На чертеже представлена блок-схема измерительного преобразовател .The drawing shows a block diagram of the measuring transducer.

Устройство содержит сельсин-датчик 1, согласующие усилители 2, 3, фазосдвигающие цепи 4, 5, суммирующий усилитель 6, усилители-ограничители 7, 8, дифференцирующие цепи 9, 10, И, триггер 12, фильтр 13 посто нной составл ющей, инвертор 14, резисторы 15, 16, фазосдвигающий усилитель 17, переключатели 18, 19, 20, схему 21 сравнени , логический триггер 22, трансформатор 23, формирователь 24 пр моугольных импульсов. Кроме того, согласующие усилители включают в себ трансформаторы 25, 26 гальванической разв зки , усилители 27, 28, резисторы 29-32.The device contains a resolver sensor 1, matching amplifiers 2, 3, phase-shifting circuits 4, 5, summing amplifier 6, limiters 7, 8, differentiating circuits 9, 10, AND trigger 11, filter 13 constant component, inverter 14 , resistors 15, 16, phase-shifting amplifier 17, switches 18, 19, 20, comparison circuit 21, logical trigger 22, transformer 23, shaper 24 pulse generator. In addition, termination amplifiers include galvanic isolation transformers 25, 26, amplifiers 27, 28, and resistors 29-32.

Измерительный преобразователь содержит сельсин-датчик, измерительный канал, опорный канал, выходной каскад и схему управлени опорным напр жением.The measuring transducer contains a resolver sensor, a measuring channel, a reference channel, an output stage, and a voltage reference control circuit.

В измерительном канале входы согласующих усилителей 2 и 3 подключены к фазным обмоткам сельсина-датчика 1, а выходы фазосдвигающих цепей 4 и 5 - к входу суммирующего усилител 6. Выход последнего через усилитель-ограничитель 7 соединен с дифференцирующей цепью 9.In the measuring channel, the inputs of the matching amplifiers 2 and 3 are connected to the phase windings of the selsyn-sensor 1, and the outputs of the phase-shifting circuits 4 and 5 are connected to the input of the summing amplifier 6. The output of the latter through the limiting amplifier 7 is connected to the differentiating circuit 9.

Опорный канал содержит фазосдвигающий усилитель 17, усилитель-ограничитель 8, инвертор 14 и дифференцирующие цепи 10 и 11. Выходы согласующих усилителей 2 и 3 через ограничивающие резисторы 15 и 16 св заны с входами фазосдвигающего усилител 17, а выход этого усилител - с входом усилител -ограничител 8, выход которого непосредственно подключен к дифференцирующей цепи 10 и через инвертор 14 - к дифференцирующей цепи 11.The reference channel contains a phase-shifting amplifier 17, an amplifier-limiter 8, an inverter 14, and a differentiating circuit 10 and 11. The outputs of the matching amplifiers 2 and 3 are connected via the limiting resistors 15 and 16 to the inputs of the phase-shifting amplifier 17, limiter 8, the output of which is directly connected to the differentiating circuit 10 and through the inverter 14 to the differentiating circuit 11.

Выходной каскад включает в себ измерительный триггер 12, первый вход которого соединен с выходом дифференцируюп1,ей цепи 9 измерительного канала, второй - с выходами дифференцирующих цепей 10 и 11 опорного канала. Выход триггера подключен к фильтру посто нной составл ющей. В схеме управлени опорным напр жением два входа схемы 21 сравнени подсоединены к выходам согласующих усилителей 2 и 3, а третий вход - к выходу формировател 24 пр моугольных импульсов. Выход схемы сравнени св зан с логическим триггером 22, управл ющим транзисторными переключател ми 18 и 19, подключенными на входы фазосдвигающего усилител 17. К второму входу триггера 12 подключен также переключатель 20, управл емый формирователем пр моугольных импульсов, на вход которого через трансформатор 23 поступает напр жение питани однофазной обмотки сельсина-датчика.The output stage includes a measuring trigger 12, the first input of which is connected to the output of differential 1, the measuring channel 9 of the measuring channel, the second with the outputs of the differentiating chains 10 and 11 of the reference channel. The trigger output is connected to a DC filter. In the reference voltage control circuit, the two inputs of the comparison circuit 21 are connected to the outputs of the matching amplifiers 2 and 3, and the third input to the output of the driver of 24 square pulses. The output of the comparison circuit is connected to a logical trigger 22, a control transistor switches 18 and 19 connected to the inputs of a phase-shifting amplifier 17. A switch 20 controlled by a square pulse driver, to the input of which through the transformer 23 is connected to the second input of the trigger 12 supply voltage of a single-phase winding of a selsyn-sensor.

В измерительном канале происход т преобразование угла поворота ротора датчика в пропорциональный фазовый сдвиг и выделение моментов перехода полученного напр жени через нуль. -В опорном канале выдел ютс моменты перехода через нулевое значение опорного напр жени . Выходной каскад служит дл преобразовани разности фаз сравниваемых напр жений в длительность импульса и затем в посто нное напр жение. Назначение схемы управлени опорным напр жением - подавать на вход фазосдвигающего усилител в опорном канале большее по величине из двух сравниваемых напр жений, снимаемых с выходов согласующих усилителей.In the measuring channel, the rotation angle of the rotor of the sensor is transformed into a proportional phase shift and selection of the moments of transition of the obtained voltage through zero. -In the reference channel, the moments of transition through the zero value of the reference voltage are distinguished. The output stage is used to convert the phase difference of the compared voltages into a pulse duration and then into a constant voltage. The purpose of the reference voltage control circuit is to feed to the input of the phase-shifting amplifier in the reference channel the larger of the two compared voltages taken from the outputs of the matching amplifiers.

Магнитный поток сельсина-датчика при повороте ротора на угол 6 относительно положени , прин того за нулевое, индуцирует в каждой из трех статорных обмоток э.д.с, амплитудные значени которых соответственно равныWhen the rotor rotates through an angle of 6 with respect to the position taken as zero, the magnetic flux of the selsyn induces in each of the three stator windings emf, the amplitude values of which are respectively

л (e-120°);l (e-120 °);

EB (S + l20°);EB (S + l20 °);

..

Напр жени UAH, UBC, UCA, снимаемые с выходных обмоток сельсина, измен ютс по следуюп1 ,ему законуThe UAH, UBC, and UCA voltages removed from the output windings of the selsyn vary according to the following law,

UAB - Ел ЕВ и„ cos в sin ш(; UBC ЕВ-ЕС - и cos (в - 120°) sin u); UCA - ЕС - ЕА и т cos (9 -f 120°) sin ш.UAB - ЕЛ ЕВ and „cos in sin ш (; UBC EB-EC - and cos (в - 120 °) sin u); UCA - EC - EA and t cos (9-f 120 °) sin w.

Через трансформаторы 25 и 26, осуществл ющие гальваническое разделение входной и выходной цепей преобразовател , напр жени UBC и UCA поступают на вход усилителей 27 и 28. Поскольку усилители обхвачены глубокой отрицательной обратной св зью, коэффициенты усилени согласующих усилителей 2 и 3 в первом приближении определ ютс отношени ми величины сопротивлений обратной св зи (29 и 30) к величине согласующих сопротивлений (31, 32)Through transformers 25 and 26, which carry out galvanic separation of the input and output circuits of the converter, the voltages UBC and UCA are fed to the input of amplifiers 27 and 28. As the amplifiers are wrapped by deep negative feedback, the gains of matching amplifiers 2 and 3 are determined in the first approximation ratios of feedback resistances (29 and 30) to matching resistances (31, 32)

-; ko-; ko

RiRi

Л,L,

и не завис т от параметров разделительных трансформаторов. Коэффициенты усилени согласующих усилителей выбираютс равными Afoc, /(ос, Выходные напр жени усилителей подаютс на две фазосдвигающие цепи 4 и 5, имеющие равные модули коэффициентов передачи и осуществл ющие фазовый сдвиг соответственно на -120 и -60°.and does not depend on the parameters of the isolation transformers. The gains of the matching amplifiers are chosen to be Afoc, / (OS,. The output voltages of the amplifiers are fed to two phase-shifting circuits 4 and 5, which have equal transfer coefficient modules and carry out a phase shift of -120 and -60, respectively.

f/, f/,;cos(B - 1200sinH - 120); и, r: f/,; cos (9 + 120) sin (ш( - 60.f /, f /, cos (B - 1200sinH - 120); and, r: f / ,; cos (9 + 120) sin (w (- 60.

Эти напр жени суммируютс с помощью усилител 6. На его выходе образуетс сдвинутое напр жение неизменной амплитуды, фазы которого измен ютс в соответствии с углом поворота ротора,These voltages are summed with amplifier 6. At its output, a shifted voltage of constant amplitude is formed, the phases of which change in accordance with the rotation angle of the rotor,

Ув-,п,з1пИ + ), где Ф 9 + 90.Vv-, p, s1pI +), where F 9 + 90.

Полученное сдвинутое напр жение усиливаетс , ограничиваетс и дифференцируетс с помощью усилител -ограничител 7 и дифференцирующей цепи 9. Отрицательный импульс, по вл ющийс на выходе дифференцирующей цепи 9 в момент перехода сдвинутого напр жени через нулевое значение в положительную сторону, т. е. характеризующий фазу этого напр же 1и , поступает на один из входов измерительного триггера 12, перебрасыва его в единичное состо ние.The resulting shifted voltage is amplified, limited, and differentiated by an amplifier-limiter 7 and a differentiating circuit 9. A negative impulse that occurs at the output of the differentiating circuit 9 at the moment of the shifting of the shifted voltage through a zero value in the positive direction, i.e., characterizing the phase of this, for example, 1i, goes to one of the inputs of the measuring trigger 12, transferring it to a single state.

Опорным напр жением вл етс одно из междуфазных напр жений сельсина после прохождени через согласующие усилители 2 или 3. Это дает возможность отказатьс от использовани в качестве опорного напр жени питани сельсина. Между последним и напр жени ми на вторичных обмотках сельсина имеетс нестабильный фазовый сдвиг, привод щий к по влению дополнительной и существенной погрещности в случае использовани напр жени питани в качестве опорного.The reference voltage is one of the interfacial voltages of the selsyn after passing through the matching amplifiers 2 or 3. This makes it possible to refuse the use of the salsyn as the reference voltage. Between the latter and the voltages on the secondary windings of the selsyn, there is an unstable phase shift, which leads to the appearance of additional and substantial fault in the case of using the supply voltage as a reference voltage.

В св зи с тем, что с поворотом ротора междуфазные напр жени измен ют свою величину и в некоторых точках могут быть близки к нулю, на вход опорного канала с помощью специальной схемы подаетс большее по величине из этих напр жений. Выходные напр жени согласующих усилителей поступают через ограничивающие резисторы 15 и 16 на входы фазосдвигающего усилител 17. Кроме того, эти напр жени подаютс на вход схемы 21 сравнени , где выпр мл ютс и сглаживаютс . На выходе схемы сравнени формируютс импульсы разности выпр мленных напр жений длительностью, задаваемой формирователем 24 пр моугольных импульсов. Полученные импульсы поступают на вход логического триггера 22 и перевод т его в одно из двух устойчивых состо ний в зависимости от знака разности выпр мленных напр жений. При этом один из переключателей 18 и 19, управл емых логическим триггером 22, замкнут, а второй разомкнут и на вход фазосдвигаюП1 ,его усилител 17 подаетс больщее по величине из двух сравниваемых напр жений.Due to the fact that with the rotation of the rotor, the phase-to-phase voltages change their value and at some points can be close to zero, the input of the reference channel with the help of a special circuit is applied to the larger of these voltages. The output voltages of the terminating amplifiers are fed through the limiting resistors 15 and 16 to the inputs of the phase-shifting amplifier 17. Furthermore, these voltages are fed to the input of the comparison circuit 21, where they are rectified and smoothed. At the output of the comparison circuit, the pulses of the difference of rectified voltages with the duration specified by the shaper 24 square pulses are formed. The received pulses are fed to the input of the logical trigger 22 and translate it into one of two stable states depending on the sign of the difference between the rectified voltages. In this case, one of the switches 18 and 19, controlled by the logical trigger 22, is closed, and the second is open and to the input of the phase shift P1, its amplifier 17 is supplied the largest of the two compared voltages.

Таким образом, амплитуда опорного напр жени па выходе фазосдвигающего усилител при изменении угла поворота ротора не уменьщаетс ниже некоторой величины, достаточной дл обеспечени требуемой точности преобразовател . Опорное напр жение усиливаетс , ограничиваетс и дифференцируетс с помощью усилител -ограничител 8, инвертора 14, дифференцирующих цепей 10 иИ. Отрицательные импульсы на выходе одной из дифференцирующих ценей 10 и 11 по вл ютс в моменты каждого перехода опорного напр жени через нуль как и в положительную, так и в отрицательную сторону.Thus, the amplitude of the reference voltage on the output of the phase-shifting amplifier does not decrease below a certain magnitude when changing the angle of rotation of the rotor, to ensure the required accuracy of the converter. The reference voltage is amplified, limited, and differentiated by an amplifier-limiter 8, an inverter 14, a differentiation circuit 10 AND. Negative pulses at the output of one of the differentiating prices, 10 and 11, appear at the moments of each transition of the reference voltage through zero, both in the positive and in the negative direction.

Переброс измерительного триггера 12 в исходное состо ние осуществл етс только тем из двух отрицательных импульсов, который соответствует интервалу времени, когда со вторичной обмотки трансформатора 23 на вход формировател 24 пр моугольных импульсов поступает отрицательна полуволна напр жени питани однофазной обмотки сельсина. В это врем переключатель 20 разомкнут и отрицательный импульс с выхода одной из дифференцирующих цепей 10 или 11, характеризующий фазу опорного напр жени , перебрасывает триггер 12 в ис.чодное состо ние . В течение второго полупериода напр жени питани , переключатель 20 замкнут, триггер 12 не перебрасываетс импульсами с выхода дифференцирующих цепей 10 и 11 опорного канала. Таким образом, на выходе триггера 12 образуютс импульсы напр жени , длительность которых определ етс разностью фаз сдвинутого напр жени и опорного. Эти импульсы нормируютс по амплитуде с помощью источника импульсов и осредн ютс фильтром посто нной составл ющей. Выходное напр жение фильтра посто нной составл ющей пропорционально длительности осредн емых импульсов , а следовательно, и углу поворота ротора сельсина.The resetting trigger 12 is reset to the initial state only by one of two negative pulses, which corresponds to the time interval when the negative half-voltage supply of the single-phase winding of the selsyn enters the input of the rectangular pulse generator 24 from the secondary winding. At this time, the switch 20 is open and a negative pulse from the output of one of the differentiating circuits 10 or 11, which characterizes the phase of the reference voltage, flips the trigger 12 to the original state. During the second half-cycle of the supply voltage, the switch 20 is closed, the trigger 12 is not transferred by pulses from the output of the differentiating circuits 10 and 11 of the reference channel. Thus, at the output of the trigger 12, voltage pulses are generated, the duration of which is determined by the difference between the phases of the shifted voltage and the reference voltage. These pulses are normalized in amplitude with the aid of a pulse source and averaged by a DC filter. The output voltage of the filter constant is proportional to the duration of the averaged pulses and, therefore, to the rotation angle of the selsyns rotor.

Предмет изобретени Subject invention

Измерительный преобразователь углового перемещени ротора сельсина, содержащий сельсин-датчик, обмотки которого объединены в две цепи и подкл 0чены через согласующие усилители к входам фазосдвигающих цепей, выходы фазосдвигающих цепей подключены к суммирующему усилителю, соединенному через первый усилитель-ограничитель с первой дифференцирующей цепью, подключенной к первому входу триггера, выходы которого соединены с фильтром посто нной составл ющей , второй усилитель-ограничитель подключен к второй дифференцирующей цепи и через инвертор к третьей дифференцирующей цепи, выходы второй и третьей дифференцирующих цепей подключены к второму входу триггера, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и надежности устройства, в него введены резисторы, фазосдвигающий усилитель, переключатели, схема сравнени , логический триггер, трансформатор и формирователь пр моугольных импульсов, причем выходы согласующих усилителей подключены непосредственно к первым двум входал схемыThe transducer of the angular displacement of the rosin of the synchine, containing a selsyn sensor, the windings of which are combined into two circuits and connected through matching amplifiers to the inputs of phase-shifting circuits, the outputs of phase-shifting circuits connected to the summing amplifier connected to the first differentiating circuit the first input of the trigger, the outputs of which are connected to the filter of the constant component, the second amplifier-limiter is connected to the second differentiating circuit and through the inverter to the third differentiating circuit, the outputs of the second and third differentiating circuits are connected to the second trigger input, characterized in that, in order to improve the accuracy and reliability of the device, resistors, a phase-shifting amplifier, switches, a comparison circuit, a logic trigger, a transformer and a driver are inserted into it rectangular pulses, with the outputs of the matching amplifiers connected directly to the first two of the input circuits

сравнени и через резисторы к входам фазосдвигающего усилител , выходы которого подключены к второму усилителю-ограничителю, третий вход схемы сравнени соединен с первым выходом формировател пр моугольных импульсов, подключенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика, второй выходcomparison and through resistors to the inputs of the phase-shifting amplifier, the outputs of which are connected to the second amplifier-limiter, the third input of the comparison circuit is connected to the first output of the square pulse generator connected via a transformer to the selsyn-sensor rotor, the second output

формировател пр моугольных импульсов через первый переключатель подключен к второму входу триггера, выход схемы сравнени через логический триггер соединен соответственно с вторым и третьим переключател ми, соединенными с входами фазосдвигающего усилител .the rectangular pulse driver is connected via the first switch to the second trigger input, the output of the comparison circuit is connected via a logic trigger to the second and third switches, respectively, connected to the phase-shifting amplifier inputs.