Датчик углового положения,скорости и ускорения вращения вала

 

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, г 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 C4et4HKa, выход фазовращателя через умножитель час тоты подключен к второму входу бло4 ка вычитания частот, а выход второго нуль-органа соединен с входом формирователя задержанных импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(5D G 01 Р 3/489

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙИЬЛЫО.а<(.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3607994/18-10 (22) 17.06.83 (46) 07.07.84. Бюл. Ф 25 (72) Г.И. Каплун и Д.Ю.Симонов (71) Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева (53) 621.317.39:531.77 (088.8) (56) 1. Авторское-свидетельство СССР

Ф 532116, кл. G 01 P 11/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N - 3342111/18-10, кл. G 01 Р 3/489, 1981 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА, содержащий последовательносоединенные 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

i-ro paspapi первого счетчика, выход

3 фазовращателя через умножитель частоты подключен к второму входу блока вычитания частот, а выход второго нуль-органа соединен с входом формирователя задержанных импульсов.

1 1101

Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения, мгновенной скорости и ускорения вращения вала 5 в точных цифровых системах автоматического управления.

Известен индуктивный датчик угловых ускорений, который содержит импульсный датчик угловой скорости, 10 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 инкреманта и первую группу вентипей соединены с первыми входами отсчетного устройства, прямые выходы счет- . чика соединены со входами дешифрато- 2п ра и через вторую группу вентилей— со второй группой входов отсчетного устройства, прямой и инверсный выходы дешифратора соединены соответственно с управляющими входами пер- .25 вой и второй групп вентилей и .

Недостатком такого устройства является запаздывание измерения из-за двойного интервала времени между сигналами импульсного датчика угло- ЗО вой скорости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала, который содержит последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик, формирователь опорных сигналов, фазовращатель, первый нуль-орган и

1, первый регистр, информационные входы 4О которого подключены к соответствующим выходам первого счетчика, выход генератора импупьсов через ключ соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого подключены 45 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

740 2 второй вход фазового детектора соединен с выходом управляющего генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента (2) .

Недостатком известного устройства является значительная погрешность измерения низких скоростей и ускорений, обусловленная малой величиной относительного изменения частоты выходных сигналов фазовращателя, которая равна алгебраической сумме опорной частоты фазовращателя F> и частоты вращения вала F>> . Погрешность измерения низких скоростей и ускорений может быть уменьшена путем непосредственного использования в каналах измерения скорости и ускорения сигналов дополнительного фазовращателя с большим коэффициентом электрической редукции L у которого выходная частота F выражается следующим соотношением:

Fo LF8p °

Однако использование в составе датчика двух фазовращателей существенно усложнит его конструкцию и увеличит стоимость.

Цель изобретения — увеличение точности измерения в диапазоне низких скоростей и ускорений.

Укаэанная цель достигается тем, что датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала, со.— держащий 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, суммирую30

3 11017 щему 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, введены умножитель частоты и последовательно соединенные схема запрета, делитель частоты, блок вычитания частот и второй 10 нуль-орган, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу схемы запрета, управляющий вход которой соединен с выходом триггера -го разряда первого счетчика, е выход фазовращателя через умножитель частоты подключен к второму входу блока вычитания частот, а выход второго нуль-органа соединен с входом формирователя задержанных импульсов .

На фиг. 1,изображена структурная схема датчика углового положения, скорости и ускорения вращения, на фиг. 2 — осциллограммы, иллюстрирую- щие работу датчика.

Датчик содержит герератор 1 импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого, счетчика 2, выполненного на триггерах. Выход старшего разряда счетчика 2 через формирователь 3 опорных сигналов соединен со входом фазовращателя 4, подключенного своим выходом ко входу первого нуль-органа 5.

Выход первого нуль-органа 5 соединен со входом разрешения записи первого регистра б,информационные входы которого подключены к выходам соответ- . ствующих триггеров счетчика 2. Выход 40 генератора 1 импульсов соединен так-, же с первым входом схемы запрета 7, управляющий вход которой подключен к выходу триггера i -го разряда первого счетчика 2. Выход схемы ? запре-4> та через делитель 8 частоты соединен с первым входом блока 9 ю ычитания частот, второй вход которого подключен к выходу умножителя 1,0 частоты, соединенного своим входом с выходом: фазовращателя 4, Выход блока 9 вычитания частот соединен со входом второго нуль-органа 11. Выход генератора 1 импульсов соединен также со счетным входом второго счетчика Ы

12 через ключ 13, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 14. Вход сброса

40 4 триггера 14 соединен с выходом второго нуль-органа 11. Выход этого нуль-органа 11 соединен также со входом формирователя 15 задержанных импульсов, первый выход которого подключен ко входу разрешения записи второго регистра 16. Информационные входы регистра 16 соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 12, вход предустановки которого подключен ко второму выходу формирователя 15 задержанных импульсов. Третий выход формирователя 15 соединен со входом установки в епиничное состояние дополнительного триггера 14. Выход второго нуль-органа 11 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. Выход суммирующего элемента 20 соединен со входом управляемого генератора 21, вход которого подключен ко второму входу фазового детектора.

Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала работает следующим образом.

Первичный счетчик 2 выполняет функцию делителя частоты f генератора

1 на коэффициент 2, так, что на и выходе старшего n-ro разряда счетчика 2 образуются прямоугольные импульсы с частотой Ро f/2 . ФормироваМ тель 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Первый нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные перно" дические сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6. В первом регистре 6 фиксируется код текущего углового положения вала..

Выходные сигналы генератора 1 поступают также на первый вход схемы

7 запрета, на управляющий вход которой .поступают сигналы с частотой

f/2 c i-ro разряда первого счетчика 2, которые запрещают прохождение через схему 7 каждого импульса с номером 2 . Среднее значение частоты импульсов на выходе схемы 7 запрета равно f (2 — 1)/2 . Делитель 8 часто1101740 ты имеет коэффициент деления, равный

2, где 2 " — коэффициент умножения . умножителя 10 частоты, так, что выходная частота Fg делителя 8 равна

Ро ° 2 (2 — 1) /2

Умножитель 10 частоты умножает ,в 2" раз выходную частоту фазовращателя 4, равную сумме Р@ + Р о, так, что выходная частота умножителя 10 будет равна:

Р3 2 (Fo + РВР)

На выходе блока 9 вычитания частот образуется частота Fp, равная разности частот умножителя 10 и делителя 8:

К.1 %

Г ч

При i = k выходная частота блока

К

9 вычитания будет равна Fp= Fo+ 2 Fep, Выходной сигнал блока 9 вычитания частот аналогичен выходному сигналу фазовращателя, имеющего коэффициент электрической редукции, равный 2 . Второй нуль-орган 11 формирует из выходных синусоидальных сигналов блока 9 вычитания частот прямоугольные импульсы которые поЭ

30 ступают в блок вычисления частоты вращения и блок вычисления ускорения.

Второй счетчик 12, имеющий разрядность, равную разрядности первого счетчика, плюс дополнительный знаковый разряд, вместе с ключом 13, дополнительным триггером 14, формирователем 15 задержанных импульсов и регистром 16 образуют блок вычисления частоты вращения, причем вычисление кода скорости заменено вы40 числением кода приращения АТ периода

Т выходного сигнала блока 9 вычитания частоты по отношению к периоду То опорного сигнала фазовращателя 4.

По переднему фронту выходного сиг45 нала второго нуль-органа 11 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 14 и одновременно запускается формирователь 15 задержанных импульсов. Сигнал с выхода триггера 14, 0 воздействуя на управляющий вход, ключа 13, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 12. Через время, достаточное для переноса в счетчике 12, вырабатывается первый импульс формирователя 15, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 16, и осуществляется запись кода Т из счетчика 12 во второй регистр 16. Второй импульс формирователя 15, воздействуя на входы предустановки второго счетчика

12, осуществляет запись в счетчик 12 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и третьего выходных импульсов формирователя 15. Импульс с третьего выхода формирователя 15 переводит в единичное состояние триггер 14, в результате чего открывается 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 прямой код (Т, если Т 7 То, лиГо дополнительный код ЬТ, если Т (То.

Фазовый детектор 17, фильтр 18, интегратор 19, суммирующий элемент

20 и управляемый генератор 21 образуют блок вычисления ускорения. Вы.ходное напряжение U фазового детектора 17 пропорционально разности фаз сигналов на его входах, или иначе 01 пропорционально интегралу от разности между выходной частотой

Р второго нуль-органа 11 и частоР той управляемого генератора 21. В операторной форме выходное напряжение фазового детектора равно: и (() — — ((г) — (г)), где Т,, — постоянный коэффициент, .P - оператор Лапласа.

Выходной сигнал фазового детектора непосредственно подан на первый вход суммирующего элемента и через интегратор с передаточной функцией 1/Т2Р— на второй вход суммирующего элемента 20. Следовательно, напряжение на выходе суммирующего элемента равно:

U2(P) Т Р2 U1(P)

Частота генератора F пропорцио2 нальна с коэффициентом К2 входному управляющему напряжению U> .

2 2

Следовательно — P + К Т P + К2)П. (P)

Тл

= т Рг(р) .

i 101 740

Предлагаемое устройство обладает возможностью измерения значительно более низких скоростей и ускорений вращения.

Фиг.1

Углодое ускорение

1 101740

Составитель N.Õàóñòoâ

Техред Л. Бабинец 1(орректор С.Шекмар

Редактор Н.Данкулич

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4

Заказ 4757/29 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д. 4/5