Устройство для моделирования импульсного датчика частоты вращения

 

Изобретение относится к области автоматики. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости. Устройство содержит блок выделения модуля 15 с суммирующим усилителем 25 и диодным ключом 16 на .операционных усилителях, интегра тор 1 с резистивным делителем на неинвертирующем входе и ключом 5 на инвертирующем . входе, релейный элемент 6, ограничитель 8 с ключом на инвертирующем входе . Новым в устройстве является введение порогового элемента, второго ключа и усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу сброса в О интегратора, выход которого соединен с входом усилителя , выход блока выделения модуля подключен к входу порогового элемен-- та, выход которого соединен с управо О) 47 to ел 00 1Ч qjufi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1251118 А 2 и 4 G 06 G 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ об

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 849245 (21) 3857433/24 — 24 (22) 19.02.85 (46) 15.08.86. Бюл. Р 30 (72) M.Н.Глазов.и В.Н.Шаталюк (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 849245, кл. G 06 G 7/48, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ИМПУЛЬСНОГО ДАТЧИКА ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к области автоматики. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.

Устройство содержит блок выделения . модуля 15 с суммирующим усилителем

25 и диодным ключом 16 на операционных усилителях, интегратор 1 с резистивным делителем на неинвертирующем входе и ключом 5 на инвертирующем входе, релейный элемент 6, ограничитель 8 с ключом на инвертирующем входе. Новым в устройстве является введение порогового элемента, второго ключа и усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу сброса в "0" интегратора, выход которого соединен с входом усилителя, выход блока выделения модуля подключен к входу порогового элемен-та, выход которого соединен с управ1251118

f0 ляющим входом второго ключа. Повьппение помехоустойчивости достигается эа счет того, что при малых входных сигналах интегратор охватывается глубокой отрицательной обратной

Изобретение относится к автоматике, предназначено для формирования двух импульсных последовательностей с частотой следования импульсов, про- порциональной входному напряжению, и сдвинутых по фазе на угол, знак которого определяется полярностью входного напряжения, и является усовершенствованием устройства по авт.св. . № 849245.

Изобретение может использоваться при исследовании и настройке систем автоматического регулирования частоты вращения различных объектов, например турбин, двигателей внутреннего сгорания, электродвигателей и др., в которых в качестве датчиков регулируемой частоты вращения используются импульсные тахометрические дат- . чики. 20

Цель изобретения — повьппение помехоустойчивости.

На фиг.! представлена схема устройства для моделирования импульсного датчика частоты вращения на фиг.2 — временные диаграммы его работы.

В состав устройства входят интегратор 1 с резисторами 2 и 3 на неинвертирующем входе, резистором 4 30 и параллельным ключом 5 на инвертирующем входе, релейный элемент 6 на операционной усилителе 7, ограничитель 8 на операционном усилителе, на одном из входов которого включен ключ 9, выполненный на транзисторе, а на другом входе — резисторы 10 и

11, образующие делитель. Ограничитель 8 подключен к выходу интегратора 1 через диодный ограничитель на резисторе 12 и диодах 13 и 14. Устройство содержит также блок 15 вы.деления модуля с диодным ключом 16

° на операционном усилителе 17 с вход-. связью и его выходное напряжение падает до нуля, благодаря чему исключаются переключения ограничителя, даже при наличии помехи, коммутирующей ключ на входе ограничителя. 2 ил.

1 ным резистором 18. Усилитель 17 охвачен основной обратной связью через диод 19 и резистор 20 и допол- нительной обратной связью через диод 21 и стабилитрон 22, который с помощью источника +Е и резистора 23 смещен в направлении, соответствующем закрытому состоянию диода 2!.

Выход усилителя 17 диодного ключа

16 через ограничительный резистор 24 подключен к базе транзистора 9. В блок 15 выделения модуля входит также суммирующий усилитель 25 с входными резисторами 26, 27 и резистором

28 обратной связи.

Наряду с указанными элементами устройство содержит ключ 29, цепь

30 управления которого подключена к выходу релейного элемента 6, а вход

31 и выход 32 через резистор 33 и 34 соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя 7 релейного элемента 6.

В качестве ключей 5 и 29 используются MOII-транзисторы с каналами одной проводимости, поэтому в цепь управления одного из транзисторов включается инвертор 35 (при использовании транзисторов с каналами противоположной проводимости необходимость

4 в инверторе отпадает) .

Источник 36 входного напряжения через блок 15 выделения модуля и ключ 29 соединен с резистором 4 на инвертирующем входе интегратора l.

Выходные сигналы устройства. сниМаются с выходов 37 и 38 соответственно релейного элемента 6 и ограничителя 8.

Кроме того, ограничитель содержит защитный диод 39, операционный усилитель 40 и резистор 41, релейный

1 251118 элемент содержит резисторы 42, интег: ратор выполнен на операционном усили— теле 43, в обратную связь которого включен конденсатор 44. Кроме того, устройство включает резистор 45, пороговый элемент 4б,усилитель 47 и ключ 48.

Резистор 45, соединяющий выход or. раничителя 8 с неинвертирующим входом операционного усилителя 40 огра10 ничителя 8, осуществляет положительную обратную связь для достижения релейного режима работы ограничителя.

Пороговый элемент может быть выполнен на операционном усилителе 49 !

5 с резисторами 50 и 51 на входах и резистором 52 в цепи положительной обратной связи, а усилитель 47 построен на операционном усилителе 53 с входным резистором 54 и с цепью отри20 цательной обратной связи на резисторах 55 и 56.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

В исходном состоянии при нулевом

25 входном сигнале (U „ =О) напряжения

U < и U< на выходах диодного ключа 16 и блока 15 выделения модуля (суммирующего усилителя 25) равны нулю (U =01 =О). Поэтому независимо от состояния релейного элемента

6 и положений ключей 5 и 29 на обоих входах интегратора отсутствуют напряжения. Операционный усилитель 49 порогового элемента 46 находится в состоянии отрицательного насыщения 35 за счет источника смещения -Е, при котором ключ 48 замкнут, и интегратор 1 охватывается глубокой отрицательной обратной связью через усилитель 47. Выходное напряжение U 40 интегратора 1 принимает нулевое значение (Б„=О), и устройство находится в заторможенном состоянии. При этом операционный усилитель 7 релейного элемента 6, как и ограничитель 8, находятся в состоянии насыщения того или иного знака и напряжения U>» U5< на выходах 37 и 38 не изменяются и (импульсы на выходах 37, 38 отсутствуют), Это состояние схемы соответствует нулевой скорости вращения (неподвижному валу). Поскольку U 0, коммутация ключа 9 напряжением помехи, поступающим с выхода диодиого ключа 16, не изменяет выходного сиг- 5 нала ограничителя 8.

Рассмотрим работу устройства при наличии входного сигнала.

Пусть U „> О. Под действием этого напряження на выходе усилителя

17 возникает отрицательное напряжение, смещающее диод 19 в непроводящее состояние, в результате чего основная обратная связь, охватываю-. щая операционньй усилитель 17, разрывается. В то же время происходит замыкание дополнительной обратной связи через диод 21 и стабилитрон

22. Поэтому на выходе операционного усилителя 17 устанавливается отрицательное напряжение (-U ), определяемое порогом стабилизации стабилитрона 22 и практически не зависящее от величины Пп„. Напряжение -U0 открывает транзистор 9, и выходной сигнал П„ интегратора 1 поступает только на неинвертирующий вход ограничителя 8. Поскольку при U „> О диод 19 находится в непроводящем состоянии, напряжение U«, остается равным нулю и выходное напряжение Б,5 блока 15 выделения модуля определяется выражением

Кгп

t5 Я ЬХ г где R R — сопротивления резис21 г8 торов 27, 28.

Отрицательное напряжение Б вызывает опрокидывание порогового элемента 46, в результате чего ключ 48 размыкается и обратная связь, охватывающая интегратор 1 через усилитель 47, разрывается. Напряжение U,5 через делитель 2, 3 поступает на неинвертирующий вход интегратора 1.

При равенстве сопротивлений резисторов Z, 3 (R =R ) напряжение на неинвертирующем входе П =0,5 Ufg.

Предположим, что релейный элемент

6 находится в состоянии положительного насыщения (У 0), при котором ключ 5 замкнут, а ключ 29 разомкнут.

При этом резистор 4 подключен к общей точке схемы и выходное напряжение U> интегратора 1, изменяется под действием отрицательного напряжения U>, приложенного к неинвертирующему входу операционного усилителя

43. Поэтому напряжение U> уменьшается по линейному закону со скоростью, определяемой током заряда и емкостью конденсатора 44 в обd ра тной связи усилителя 43.

1251118

Ток заряда

0 5Uig 0 5 R s 0 5 KU „

А ««,U . цМ э R4 R . R4 R

21 4 4 где К вЂ” коэффициент иередачи блока

Г

Кгв выделения модуля (К = ----) .

27

Напряжение на выходе интегратора

05 K U t

U = U в

Н г где U — напряжение начальных условий; ь =R С вЂ” постоянная интегрирования

4 (С вЂ” емкость конденсатора 44); текущее время.

В момент времени t— = T (фиг.2) наПряжение UII достигает отрицательного уровня UI, при котором происходит опрокидывание релейного элемента 6. Релейный элемент переходит в состояние отрицательного насыщенияя, что приводит к открыванию ключа 29 и закрыванию ключа 5. При этом выходное напряжение UI> блока

15, поступая на оба входа интегратора 1, оказывает превалирующее воздействие по инвертирующему входу, так как на неинвертирующем входе имеется делитель 2, 3. Это вызывает изменение направления интегрирования входного напряжения, и выходной сигнал интегратора начинает возрастать по линейному закону. Скорость нарастания напряжения U определяется током разряда i конденсатора 44.

Поскольку при R =R токи заряда и разряда i конденсатора 44 одинаP ковы

0.ь5 U

4 4 спад и нарастание напряжения U„ IIpoисходят с одинаковой скоростью. Напряжение U4 во время разряда конденсатора 44 током i> изменяется по закону !

) ж «ц «. .ь- И-05KU ц

В момент времень t=T напряжение 2

U„ ïðèíèìàåò положительное значе.,ние У,, при котором релейный элемент

6 переходит в исходное состояние, после чего начинается новый цикл ра" боты устройства. В установившемся ,режиме при U „ =сопз2 напряжение начальных условий Б„=))2. Поэтому выходное напряжение Ц„ интегратора 1 спадает по линейному закону от U г до -Ц, в интервале Т> и возрастает по линейнОму закОну От U ДО U2 в интервале Т, причем этот процесс пе-!

О риодически повторяется. (фиг.2) . Полное изменение напряжения Ь)) на выходе интегратора 1 определяется суммой

2 г,це — коэффициент деления напряжения U< на неинвертирующем входе усилителя 7;

К 4 — коэффициент передачи цепи, образованной резисторами 34 и 42 на инвертирующем входе операционного усилителя 7;

U,U — напряжение положительной обратной связи на неинвертирующем входе операционного усилителя 7 соответственно при положительном и отрицательном насыщениях этого усилителя.

В выражении для AU первое слагае+ мое g U =(U +U ) характеризует стаP тическую ширину петли гистерезиса релейного элемента 6, а второе слаз5 гаемое К U отражает сужение этой петли с ростом частоты (напряжения

Uö„) за счет опережения моментов срабатывания и отпускания, которое обеспечивается цепями коррекции

40 (резисторы ЗЗ и 34) . При одинаковых токах заряда и разряда i конденP сатора 44, равенстве напряжений насыщения U+,,U и подлежащем выборе сопротивлений корректирующих ре45 зисторов 33 и 34 в схеме имеют место симметричные, колебания с равными интервалами Т, Т . При этом частота колебаний

1 ссК Qg

Ю f — — — — — — ——

Т,+Т 4 (лП -К .К U,„„) Если выполняется неравенство

К,„ К Уз„ « IIUP то частота

< K Пвх К44 К U80 (1 4 )

"44 4 ° h,Up bUp

Поправочный член, обусловленный корректирующими цепями, обеспечивает.

l 25111 улучшение линейности устройства при повышении частоты за счет компенсации запаздывания, возникающего изза неидеальности интегратора 1 и релейного элемента 7. 5

Как видно из временных диаграмм на фиг.2, напряжение U4 интегратора

1 опережает выходное напряжение U8 и релейного элемента 6 на угол ---.

Напряжение U>8 на выходе ограничи— теля 8 при U „> 0 и замкнутом транзисторном ключе 9 совпадает по фазе с напряжением U и опережает U>

15 на — — поскольку сигнал с интегра2 тора 1 поступает на неинвертирующий вход ограничителя 8 (фазовым сдвигом ограничителя 8 при достаточно большом сопротивлении резистора 45 и узкой петле гистерезиса релейного элемента на операционном усилителе 40

1 пренебрегаем). Фазовый сдвиг — — меж2 ду напряжениями на выходах 38 и 37 сохраняется постоянным практически во всем диапазоне частот данного устройства.

Таким образом, при U8„> 0 на выходах 38 и 37 формируются импульсные . 0 напряжения с частотой следования, пропорциональной U „, и сдвинутые по

I фазе на угол — —. Это соответствует

2 прямому вращению вала с импульсным З датчиком.

При снятии сигнала U „ (момент времени tc) пороговый элемент 46 замыкает ключ 48 и интегратор 1 охватывается глубокой отрицательной 40 обратной связью через усилитель 47, в результате чего его выходное напряжение падает до нуля (см. фиг.2).

Благодаря гистерезису релейного элемента 6 и ограничителя 8 выходные 4> напряжения Uz и U>> сохраняют значения, которые они имели в момент отклонения П . Поэтому снятие входного сигнала не приводит к появлению ложных импульсов на выходах устройства.

Рассмотрим теперь работу устройства при отрицательном входном напряжении. В этом случае операционный усилитель 17 диодного ключа 16 работает в линейном режиме благодаря основной обратной связи через открытый диод

19 и резистор 20. При этом выходное

8 8 напряжение диоднога ключа 16 определяется выражением

R7o

U = — — — — V (ь R 8 !

8 и напряжение на выходе блока 15 выделения модуля 7Я 7Я R ЯО

V =- --- U +-= — -- U

7 RZL Rf8

При выполнении условия

К го 2

R78 i8 Rè имеем 28 — — — - U 0 пу

7 что совпадает с полученным вьппе выражением для напряжения при U ) О. Поэтому напряжение П,, поступающее на интегратор 1 и пороговый элемент

46, не зависит от полярности U8„ è процессы в схеме имеют тот же характер, что и при положительном входном сигнале. Отличие состоит в том, что при U8„ 0 ключ 9 разомкнут, по— скольку положительное напряжение U< с выхода усилителя 17 закрывает транзистор 9. Для надежного запирания этого транзистора в схеме предусмотрен диодный ограничитель на диодах

13, 14 и резисторе 12, снижающий напряжение на коллекторе транзистора

9 до уровня., цримерно равного напряжению на его базе. При разомкнутом ключе 9 выходное напряжение U> интегратора 1 поступает на оба входа ограничителя 8. Однако благодаря резистивному делителю напряжения

10, 11 сигнал на инвертирующем входе усилителя 40 преобладает над сиг.— налом на неинвертирующем входе, вследствие чего ограничитель 8 работает B режиме инвертора. В этом случае фазовый сдвиг между напряжениями

Н

U u U составляет — — — что соот38 2 ветствует обратному вращению вала, связанного с частотным датчиком.

При снятии отрицательного входного сигнала в схеме протекает процесс, аналогичный рассмотренному вьппе случаю снятия положительного

У „, поскольку пороговый элемент 46 устанавливается в состояние, при котором замыкается ключ 48 и интег1251118

9 .ратор охватывается глубокой обратной связью через усилитель 47. сохраняют значения, предшествующие моменту снятия входного сигнала.

Составитель И.Дубинина

Техред О.Сопко КорректоР Е.Рашко

Pедактор И. Рыбченко

Заказ 4414/48 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Таким образом, при наличии входного сигнала на выходах устройства формируются два напряжения прямоs угольной формы с частотой, пропорциональной входному напряжению, и с

h h фаз овым сдвигом — — или — -- — в з а2 2 висимости от знака входного напряжения, что воспроизводит сигнал реального импульсного датчика с учетом; направления вращения связанного с ним вала. При отключении входного сигнала схема переходит в затормо— женное состояние при котором выходФ ное напряжение интегратора принимает нулевое значение, а выходные сигналы релейного элемента и ограничителя

Формулаизобретения

Устройство для моделирования импульсного датчика частоты вращения по авт.св. 11 849245, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены пороговый элемент, второй ключ и усилитель, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу сброса в "О" интегратора, выход которого соединен с входом усилителя, выход блока выделения модуля подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с управляющим входом второго ключа.