SU994988A2 - Датчик углового положени и скорости вращени вала - Google Patents

Description

(54) ДАТЧИК УГЛОЮГО ПОЛОЖЕНИЯ И СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

Изобретение относитс  к измерительной техшке и может быть исподьж)вано в качестве датчика углового положени  и мгновенной скорости вращени  вала в точных щсфровых системах автоматического управлени  и регулировани .

По основному, авт. св. № 934382 известен датчик золового положени  и скорости вра- . щени , содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчики, выход старшего разр да которого через формирователь опорных сипгалов соединен со входом фазовращател , подключенного своим выходом ко входу нульоргана . Выход последнего соединен со входом разрешени  записи первого регистра, информационные входа которого подключены к выходам соответствующих разр дов первого счетчика. Выход генератора импульсов соедннен так ж со счетным входом второго счётчика через ключ, управл н ций вход которого соединен с выходом дополнительного триггера . Вход сброса зтого триггера соединен с

ВАЛА

выходом нуль-органа. Выход нуль-органа соединен также со входом формировател  задержанных импульсов, управл ющего разрешением записи во второй регистр, а также с входом управлени  предустановкой второго счетчика и установкой в едшшчное состо ние

дополнительного триггера. Информационные . входы второго регистра подключены к соответствующим выходам второго счетчика 1,

, Недостатком этого устройства  вл етс  невозмо шость одновременного обеспечени  в широком диапазоне изменени  скорости вращени  высокой точности измерени  как углового положени , так и скорости вращени  вала, так как дл  достижени  минимальной погрещности определени  углового положени  необходима частота опорного сигнала фазовращател  значительно больща , чем частота qnopного сигнала, при которой достигаетс  мини20 мум погреишости определени  скорости вращени .

Относительна  погрешность определени  углового положени  имеет две составл юихие. Пер- 3994988

ва  составл юща  «Л, св зана с дискретностью измерений и определ етс  изменением углового положени  за врем  между двум  соседними измерени ми. Поскольку коды углового положени  формир ютс  с .час1;отой онорного j сигнала, то

. Ь

где Fep - частота вращени  вала};

TQ - нериод опорного сигнала. Втора  составл юща  погрещности определени  углового положени  (йрв зана с ограниченной разр дностью кода углового положени  и равна относительному весу младщего разр да кода, т.е.

г-1

()

где k - коэффициент пересчета счетчика-делител  частоты f генератора импульсов, причем k/f . С учетом выражений (1) и (2) суммарна  относительна  погрешность определени  углового положени  может быть записана в виде , --.-iViVi ;- Приравнива  к нулю производную всЛг/ Тд найдем оптимальное значение периода опорного сиг ала TQ , при котором погрешность минимальна - ni -IfFnp При посто нной скорости вращени  относительна  погрешность определени  скорости cf- также имеет две составл ющие. Перва  составл юща  св зана с отбрасыванием всех членов, кроме первого, в разложении частоты вращени  в р д Тейлора F -i.UALJ4l 2 «РТО Ьт, Что/Ч /-- где аТ - приращение периода выходного сигнала, равное модулю разности между пе риодами выходного и опорного сигналов фазовращател  (знаком плюс и минус соот ветствуют два противоположных направлени  вращени ). Можно считать, что погрешность, св заннал с отбрасыванием членов р да, определ етс  величиной первого отбора отбрасываемого члена. Эта оценка несколько завышен дл  случа  знакопеременного р да и заниж на дл  знакопосто нного р да. Считаем, что

4Т

«Fnpl (fc)

Т

дл  первой составл ющей погрешности определени  скорости вращени  сЛ можно записать следующее выражение

d

VoC)

L01

Втора  составл юща  погрещности опреде ,лени  скорости вращени  св зана- с Iограниченной разр дностью кода скорости. Реально фиксируетс  не код скорости вращени , а пропорциональный ему код приращени  периода дТ. Абсолютна  погрешность определени  л Т равна llf - периоду сигналов генератора импульсов.

Относительна  погрешность определени  дТ может быть записана в виде

XJ2

(8)

Claims (2)

1. с учетом выражений (6), (7), (8) суммарна  относительна  погрешность определени  кода скорости может быть записана в виде 0.. F«r, Приравн в нулю производную Э сЛ / д Т получаем оптимальное значение периода опорного сигнала „ , при котором погрешность определени  скорости вращени  минимальна На основании соотношений (4) и (10) можно записать ouj 61 4 , -- , (j оо/ ГВр Считаем, например, что частота вращени  двигател  равна 100 Гц, а частота генератора импульсов - 10 Гц. Тогда 12,6, т.е. частота опорного сигнала фазовращател , при которой минимизируетс  погрешность определени  углового положени , в 12,6 раз выше частоты опорного сигнала, при которой минимизируетс  погрешность определени  скорости вращени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  углового положени  и скорости вращени  вала. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в состав датчика дополнительно введены умножитель в п раз частоты генератора импульсов , третий счетчик, фильтры п-й и первой гармоник выходного сигнала фазоврапштел  И второй нуль-орган, а формирователь опор ных сигналов выполнен в виде формировател  пр моугольных опорных напр жений ф зовращател , причем выход фазовращател  через фильтр первой гармоники и второй нуль-орган соединен с входом дополнительного триггера и с входом формировател  задержанных импульсов, фильтр п-й гармоники включен между выходом фазовращател  и входом первого нуль-органа, выход генератора импульсов через умножитель частоты соединен со счетным входом третьего счетчика, вход ус1ановки которого подключен к выходу первого счетчика, а выхода триггера третьего счетчика соединены с вхо дами первого регистра. На чертеже изображена функциональна  схема датчика. Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2. Выход старшего разр да счетчика 2 через формирователь 3 пр моугольных опорных сигналов соединен со входами фазовращател  4, подключенного своим выходом ко входу фильтра п-й гармоники 5, соединенного своим выходом со входом первого нуль-органа 6. Выход последнего соединен со входом разрешени  записи первого регистра 7, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров третьего счетчика 8 вход сброса которого соединен с выходом первого счетчика 2. Счетный вход счетчика 8 через умножитель 9 частоты соединен с выходом генератора 1, Коэффициент пересчета счетчика 8 такой же, как у счетчика
2. 2. Канал определени  скорости вращени  начинаетс  здесь с последовательно соединенных фильтра 10 первой гармоники сигнала фазовращател  и второго нуль-органа 11. Выход последнего, в свою очередь, подключен к входам сброса дополнительного тригге ра 12 и формировател  13 задержанных импульсов , третий выход которого соединен с входом установки в единичное состо ние триггера 12. Выход последнего подключен к управл ющему входу ключа 14. Выход ключа 14 соединен со счетным входом второго счетчика 15, входы предустановки которого соединены со вторым выходом формировател  13 задержанных импульсов, первый выход которого подключен к входу разрешени  записи второго регистра 16, информационные входы которого соединены с выходами триггеров счетчика 15. Устройство работает следующим образом. Первый счетчик 2 выполн ет функ1щю делени  частоты генератора 1 импульсов. Фо мирователь 3 вырабатывает из выходных пе86 риодических сигналов первого счетчика 2 пр моугольные опорные напр жени  фазовращател  4. Как известно, пр моугольный пери одический сигнал раскладываетс  в р д Фурье по нечетным гармоникам, следовательно , выходной сигнал фазовращател  содержит как первую, так и высшие нечетные гармоники . Первый фильтр 5 выдел ет высшую п-ю гармонику выходного сигнала фазовращател . Нуль-орган 6 формирует из выходных синусоидальных сигналов фильтра 5 пр моугольные импульсы, по переднему фронту которых производитс  запись во второй регистр 7 с выходов третьего счетчика 8 текущего углового положени . На счетный вход счетчика 8 поступают импульсы с выхода умножител  9 частоты, имеющие частоту в п раз выше частоты генератора I импульсов. Таким образом, фиксаци  кода углового положени  производитс  п раз за один период выходного напр жени  фазовращател . Канал определени  угловой скорости вращени  работает следующим образом. Второй фильтр 10 выдел ет первую гармонику выходного сигнала фазовращател  4, а второй нуль-орган П формирует из выходных сигналов фильтра 10 пр моугольные импульсы, по переднему фронту которых устанавливаетс  в нулевое состо ние триггер 12, вызыва . закрытие ключа 14 и прекраща  поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 15. Через врем , достаточное дл  завершени  переноса в счетчике 15, импульс 17 с первого выхода формировател  задержанных импульсов 13 разрешает перезапись кода скорости из счетчика 15 во второй регистр 16. Второй импульс 18 с выхода формировател  13 задержанных импульсов , воздейству  на входы предустановки счетчика 15, осуществл ет запись в счетчик 15 кода, соответствующего промежутку времени, в течение которого счетчик- 15 отключалс  от выхода генератора 1. Третий импульс 19 формировател  13 задержанных импульсов устанавливает триггер 12 в единичное состо ние, и цикл определени  кода скорости повтор етс . Формула изобретени  Датчик углового положени  и скорости вращени  вала по авт. св. N 934382, о тличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  углового положени  и скорости вращени , в датчик введены умножитель в п раз частоты генератора импульсов, третий счетчик, фильтры п-й и первой гармоник выходного сигнала 7.. 99 фазовращател , и второй нуль-орган, а формирователь опорных сигналов выполнен в виде формировател  пр моугольных опорных напр жений фазовращател , причем выход фазовращател  через фильтр первой гармоники и второй нуль-орган соединен с входом дополнительного триггера и с входом форми ровател  задержанных импульсов, фильтр п-й гармоники включен между выходом фазовращател  и входом первого нуль-органа, выход генератора импульсов через умножитель соединен со счетным вхрдом третьего счетчика, вход установки которого подключен к выходу первого счетчнка, а выходы триггеров третьего счетчика соединены с входами первого регистра. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 934382 кл. G 01 Р 3/489, 17.07.80 (прототип).

   CZJ- 1