Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала

 

ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА по авт.св. № 994990, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности измерения углового ускорения, ы&кр,у выходом суммирующего элемента и входом управляемого генератора дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующее звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитакнцего элемента.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОЮ (11) зсЮ G 01 Р 3/489

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ у дь„ (61) 994990 (21) 3525592/18-10 (22) 30. 11.82 (46) 07.08.84. Бюл. Ф 29 (72) Г.И. Каплун (711 Дяльневосточный ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.B. Куйбышева (53) 621.317.39:531.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке N - 3342111/18-10, кл. G 01 P 3/489, 1981 (прототип). (54) (57) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА по авт.св. Ф 994990, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности измерения углового ускорения, между выходом суммирующего элемента и входом управляемого генератора дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующее звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитающего элемента.

1107055

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в. качестве датчика углового положения мгновенной скорости и ускорения вращения вала в точных цифровых g системах автоматического управления.

По основному авт.св. 9 994990 известен датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала, содержащий генератор импульсов, первый и второй счетчики, формирователь опорных сигналов, фазовращатель, нульорган, первый и второй регистры, управляемый ключ, формирователь задержанных импульсов и дополнительный 15 триггер, а также фильтр нижних частот и последовательно соединенный фазовый детектор, интегратор, суммирующий элемент и управляемый генератор. Выход генератора импульсов под- 20 ключен непосредственно к первому счетчику и через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, — к второму счетчику, нуль-орган через последо- 25 вательно соединенные фазовращатель и формирователь опорных сигналов подключен к выходу старшего разряда первого счетчика, выходы всех разрядов которого соединены с входами 30 первого регистра, первый вход дополнительного триггера и вход формирователя задержанных импульсов соединены с выходом нуль-органа, первый, второй и третий выходы формирователя задержанных импульсов — соответственно с входом разрешения записи второго регистра, входом сброса второго счетчика и вторым входом дОполнительного триггера, выходы счетных триггеров 4О второго счетчика — с информационными входами второго регистра, выход нульоргана подключен также к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом управляемого 4 генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента (1 ).

Недостаток известного устройства заключается в наличии динамической погрешности при измерении переменных ускорений вращения. Выходное напряжение фазовращателя пропорционально измеряемому ускорению только при по- стоянном значении ускорения, а при переменном ускорении появляется динамическая ошибка измерения ускорения.

Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности измерения углового ускорения.

Укаэанная цель достигается тем, что в датчике углового положения, скорости и ускорения вращения вала между выходом суммирующего элемента и входом управляемого генератора дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующие звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитающего элемента.

На чертеже изображена структурная схема датчика углового положения, скорости и ускорения вращения вала.

Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого под лючен к счетному входу первого счетчика 2, выполненного на триггерах. Выход старшего разряда счетчика 2 через формирователь 3 опорных сигналов соединен с входом фазовращателя 4, подключенного своим выходом к входу нуль-органа 5. Выход нуль-органа 5 соединен с входом разрешения записи первого регистра 6, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2. Выход генератора 1 импульсов соединен также со счетным входом второго счетчика 7 через ключ 8, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 9. Вход сброса триггера

9 соединен с выходом нуль †орга 5, выход нуль-органа 5 — с входом формирователя 10 задержанных импульсов, первый выход которого подключен к входу разрешения записи второго регистра 11. Информационные входы регистра 11 соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 7, вход предустановки которого подключен к второму выходу формирователя 10 задержанных импульсов, третий выход формирователя 10 соединен с входом установки в единичное состояние дополнительного триггера 9.

Выход нуль-органа 5 соединен также с первым входом фазового детектора 12, выход которого подключен к входу фильтра 13 нижних частот и входу ин тегратора 14. Выход интегратора 14 подключен к входу суммирующего элемента 15, другой вход которого подключен к выходу фазового детектора 12, Выход суммирующего элемента 15 под1.1 07055 ключен к первому входу вычитающего элемента 16 и входу дифференцирующего звена 17, выход которого соединен с вторым входом вычитающего элемента

16, соединенного своим выходом с вхо- 5 дом управляемого генератора 18.

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

Первый счетчик 2 выполняет функцию делителя частоты генератора 1.

Формирователь 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Нуль-орган 5 формирует15 из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 2О

6. В последнем фиксируется код текущего углового положения вала.

Второй счетчик 7, имеющий разрядность, равную разрядности первого счетчика 2 плюс дополнительный знаковый разряд, вместе с ключом 8, дополнительным триггером 9, формироватеЛем 10 задержанных импульсов и регистром 11 образуют блок вычисления частоты вращения, причем вычисле-ЗО ние кода скорости заменено вычислением кода приращения,Т периода Т выходного сигнала фазовращателя по отношению к периоду Т опорного сигнала фазовращателя.

По переднему фронту выходного сигкала нуль-органа 5 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер

9 и одновременно запускается формирователь 10 задержанных импульсов. 40

Сигнал с выхода триггера 9, воздействуя на управляющий вход ключа 8, прекрашает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 7. Через время, достаточное 45 для переноса в счетчике 7, вырабаты вается первый импульс формирователя l0, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 11 и осуществляет запись кода йт из счет- 50 чика 7 во второй регистр 11. Второй импульс формирователя 10, воздействуя на используемые входы предустановки второго счетчика, осуществляет запись в счетчик 7 кода, соответствую- 55 щего промежутку времени между появлением первого и третьего выходных импульсов формирователя 10. Импульс с

4 третьего выхода формирователя l0 переводит в единичное состояние триггер 9, в результате чего открывается ключ 8 и сигналы генератора 1 вновь поступают на вход счетчика 7. Поскольку коэффициенты пересчета первого счетчика 2 и второго счетчика 7 равны, то в конце каждого периода выходного сигнала нуль-органа 5 в регистре 11 будет зафиксирован либо прямой код

ЛТ, если Т > Т, либо дополнительный код аТ, если Т (Т„.

Фазовый детектор 12 фильтр 13, интегратор 14, суммирующий элемент

15, вычитающий элемент 16, дифференцирующее звено 17 и управляемый генератор 18 образуют блок вычисления ускорения.

Выражения для выходного напряжения

U (р) фазового детектора 12 и выход1 ного напряжения У2 (р) суммирующего элемента 15 следующие:

U „(p) = -- (Г(р) — F,(p)j;

+ Тдо

Cp) — — -- v (p)

2 1

Т,р где Т„ — постоянный коэффициент; р — оператор Лапласа;

F — частота управляемого гене2 ратора;

+ 1 р

F . . — — частота опорного сигнала фао зовращателя;

F — частота вращения вала ер

У

1 т р передаточная функция интегратора.

Выходное напряжение суммирующего элемента l5 подано на первый вход вычитающего элемента 16 и на вход дифференцирующего звена 17 с передаточной функцией Т р выход которого соединен с вторым входом вычитающего элемента 16. Напряжение на выходе вьгчитающего элемента 16 в операторной

Форме U3 р равно Пэ р = 1 — Т4р, Выходное напряжение вычитающего элемента 16 является управляющим для генератора 18, так что Г2(р) = K2U э(Следовательно, ((- .T,)ò,p" к, т -т fe к,),

Из этого выраженйя следует, что при обеспечении условий Т2 = Т4 и

1/Т = К Т напряжение U на выходе

2 4 фазового детектора 12 было бы строго пропорционально измеряемому угловому

1107055

Составитель Г1. Хаустов

Редактор А. Козориз Техред Л. Коцюбняк Корректор A. Тяско

Заказ 5751/31

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, I 1îñêâà, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ускорению и динамическая погрешность измерения ускорения казались бы полностью устранена (идеальный случай блока 17).

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить динамическую погрешность измерения.