Датчик углового положения,скорости и ускорения вращения вала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК!

5О4 G О! Р (61) 1101740 (21) 371!298/24-10 (22) 26.12.83 (46) 23.02.86.Бюл. М4 7 (71) Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.В.В.Куйбьппева (72) Г.И.Каплун (53) 621.317.39:531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1101740, кл. G Ol P 3/489, 27.09.83. (54)(57) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА по авт.св. Ф !101740, о т л и ч а — . ю шийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости в него дополнительно введены блок суммирования частот, последовательно соединенные второй фазовый де, SU, 1213417 А тектор, второй управляемый генератор и второй делитель частоты, причем выход триггера старшего разря да второго делителя частоты соединен с входом первого фазового детектора, выход триггера i-го разряда второго делителя частоты соединен с входом блока суммирования частот, другой вход которого соединен с выходом схемы запрета, выход блока суммирования частот через первый делитель частоты соединен с входом второго фазового детектора, другой вход которого подключен к выходу фазовращателя, выход второго управляемого генератора подклю-, чен к информационному входу ключа, а выход старшего разряда первого счетчика соединен с входом формирователя задержанных импульсов.

1213417

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве датчика углового положения, мгновенной скорости и ускорения вращения вала в точных цифровых системах автоматического управления и является усовершенствованием устройства по авт. св. Р 1101740.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости вращения и улучшения помехоустойчивости, На чертеже изображена структурная схема предложенного датчика.

Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2, выполненного на триггерах, выход старшего разряда счетчика 2 ч рез формирователь 3 опорных сигналов, соединен с гходом фаэавращателя 4, подключенного своим выходом к входу первого нуль-органа 5. Выход первого пуль-органа 5 соединен с входом разрешения записи первого регистра 6, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2.

Выход генератора импульсов соединен также с первым входом- схемы 7 запрета, управляющий вход каждой подклю— чен к выходу триггера -га разряда первого счетчика 2. Выход схемы 7 запрета соединен с первым входом блока 8 суммирования частот, выход которого через первый делитель 9 частоты соединен с одним из входоы второго фазового детектора 1О, другой вход которого подключен к выходу фаэовращателя 4. Выход второго фазового детектора 10 соединен с входом второго управляемого генератора 11, подключенного своим выходом к входу второго делителя 1? частоты, выход триггера i-ro разряда которого подключен к второму рходу блока 8 суммирования частот, Выход второго управляемого генератора ll соединен также со счетным входом второго счет чика 13 через ключ 14, упра.зляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 15, Вход сбро са триггера 15 соединен с выходом перв ого счетчика 2, Выход первого счетчика 2 соединен также с входом формирователя 16 импульсов, первый выход которого подключен к входу

ЗО

4Q разрешения записи.второго триггера

17, информационные выходы которого соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 13, вход предустановки которого подключен к второму выходу формирователя

16 задержанных импульсов, третий выход формирователя 16 соединен с входом установки в единичное состояние дополнительного триггера 15, Выход триггера старшего разряда второго делителя 12 частоты подключен к входу первого фазового детектора 18 выход которого подключен к входу фильтра 19 нижних частот и входу интегратора 20. Выход интегратора 20 подключен к входу суммирующего элемента 21, другой вход которого подключен к выходу первого фазового детектора 18. Выход суммирующего элемента 21 соединен с входом первого управляемого генератора 22, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора 18.

Датчик работает следующим образом.

Первый счетчик 2 выполняет функцию делителя частоты f генератора l и на коэффициент 2, так что на вы1 ходе старшего и-го разряда счетчика 2 образуются прямоугольные ими пульсы с частотой F =f/2 . Форми рователь 3 вырабатывает иэ выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Первый нуль-орган 5 формирует иэ выходных синусаидальных сигналов фаэовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6. В первом регистре фиксируется код текущего углового положения вала. Ф

Выходные сигналы генератора 1 поступают также на первый вход схемы

7 запрета, на управляющий вход которой поступают сигналы с частотой

f/2 с i-го разряда первого счетчи5О ка 2, которые запрещают прохождение через схему 7 каждого импуль1 . са с номером 2, Импульсы выхода схемы 7 запрета, имеющие среднюю

1 частоту следования, равную Е (2 -1) /2 поступают на первый вход блока 8 суммирования частот, на второй вход которого поступают сигналы с выхода триггера i-го разряда второго де12!34!7 лителя 12 частоты, частота которых в дЪа раза ниже частоты f импульсов г второго управляемого генератора. 11.

Следовательно, частота сигналов f .на выходе блока 8 суммирования частот равна

Е. =Е(2 — 1)/2 +Г /2 . (1)

Первый и-разрядный делитель 9 частоты делит выходную частоту блока суммирования частот на 2", следовательно, на первый вход второго фазового детектора 10 поступают сигхх калы с частотой f /2

На второй вход фазового детектора поступают выходные сигнальг фаэо- вращателя 4 с частотой F + F11< . Выходной сигнал второго фазового детектора 10, воздействуя на управ:ляющий вход второго генератора 11, изменяет его частоту таким образом, что при постоянном значении Гв частота сигналов на обоих входах фазового детектора равна

f (2! -!) /2 +,!2

2 о вр °

И

Учитывая, что Р 2 =f на основании выражения !,2) можно: записать

Е =f + F p 2"" (3)

Выходные сигналы второго управляемого генератора ll поступают непосредственно в блок вычисления частоты вращения и через делитель !2 в блок вычисления ускорения.

Второй счетчик 13 вместе с ключом

14, дополнительным триггером 15, формирователем 16 задержанных им1 пульсов и регистром 17 образуют блок вычисления частоты вращения. Второй счетчик 13 имеет в цифровых разрядов и один знаковый, причем число Р выбирается из условия где F — максимальная измеряемая

Вр мохе частота вращения;

Т =1/Š— период опорного сигнала.

По переднему фронту выходного сигнала первого счетчика 2 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 15 и одновременно запускает-. ся формирователь 16 задержанных импульсов. Сигнал с выхода триггера 15

У воздействуя на управляющий вход ключа 14, прекращает поступление импуль= сов второго управляемого генератора

11 на счетный вход второго счетчика 13. Через время, достаточное для ,переноса в счетчике 13, вырабатывается первый импульс формирователя !

6, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 17 и осуществляет запись кода счетчика

13 во второй регистр 17,второй импульс формирователя 15, воздействуя .

10 на входы предустановки второго счетчика 13, осуществляет запись в счетчик 13 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и третьего выходных импульсов

is формирователя 15. Импульс с третьего выхода формирователя 16 переводит в единичное состояние триггер

15, в результате чего открывается ключ 14 и сигналы второго управляе20 мого генератора 1 1 вновь поступают на вход счетчика 12.

Таким образом, во втором регистре 17 зафиксируется код счетчика !3

25 в конце каждого периода Т выходного сигнала первого счетчика 2. Пусть первоначально F =О, т.е. f =f и. эа период Т второй генератор 11 и вырабатывает 2 импульсов. Тогда

30 за пеРиод То втоРой счетчик 13 заполнится 2". раэ импульсами второго генератора 11 и по концу периода То как E цифровых, так и знаковый разряды второго счетчика 1" пе—

35 реидут в нулевое состояние, Если

11

Рвр > О. за период т, кроме 2 о импульсов, второй генератор 11 согласно выражению (3) выработает еще

T F 2"" импульсов, которые согласо

40 но выражению (4) не вызовут переполнения цифровых разрядов второго счетчика 13, а знаковый разряд счетчика 13 в конце периода То будет в нулевом состоянии. Следовательно, во втором регистре 17 будет зафиксирован прямой код частоты вращения Fв с коэффициентом Т 2 " . Если F < 0

Э 8р то во втором регистре 17 будет зафиксирован дополнительный код час50 ToTb1 вращения °

Фазовый детектор 18, фильтр 13, интегратор 20, суммирующий элемент

21 и управляемый генератор 22 обра,зуют блок вычисления ускорения.

1213417

Угловое усноренце

Составитель ЮЛручко

Редактор T.Кугрышева Техред М.Пароцай КоРРектоР Т.Колб

Заказ 778/55 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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