Бесконтактный задатчик силы

 

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах автоматического управления в качестве преобразователя сигнала, заданного в виде цифрового кода, в силу, а также в устройствах измерения . Целью изобретения является по77 Т вышение точности задания силы. Устройство содержит ферромагнитное тело 1, расположенное между двумя электромагнитами 2 и 3, генератор 4 импульсов , управляемые делители 5 и 6 частоты , формирователи 7 и 8 адреса постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), ПЗУ 9 и 10, согласующие регистры 11 и 12, цифроанаяоговые преобразователи 13 и 14, усилители 15 и 16 мощности, датчики 17 и 18 индукции, демодуляторы 19 и 20, сумматоры 21 и 22, источник 23 опорного напряжения, интеграторы 24 и 25, блоки 26 и 27 суммирования кодов. В устройстве в качестве входной величины используется код, задать который можно с любой наперед заданной точностью, что и обеспечивает достижение поставленной цели. Предусматривается использование устройства в комплексе с цифровой вычислительной машиной. 1 ил. f fS .с S W с: ьэ ел м ел 1чЭ

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gg 4 G 01 R 5/00, G O! L 1/08

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвтогском гсвидательствм Ю «, (21) 3585 !00/24-21 (22) 16.04.83 (46) 15. 09. 86. Бюл . У 34 (7!) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В.Н.Еремичев, Г.A.Ñàïîæíèêîâ, В.Е.Дьячков, В,Н.Григорьев и и Б.А.Васильев (53) 621.317 ° 7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 203277, кл. G 01 F 15/00, 1967.

Авторское свидетельство СССР

У 230476, кл . G 01 L 1/08, 1968. (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ЗАДАТЧИК СИЛЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах автоматического управления в качестве преобразователя сигнала, заданного в виде цифрового кода, в силу, а также в устройствах измерения. Целью изобретения является nor7

„„SU,„, 3257524 A1 вышение точности задания силы. Устройство содержит ферромагнитное тело

1, расположенное между двумя злектромагнитами 2 и 3, генератор 4 импульсов, управляемые делители 5 и 6 частоты, формирователи 7 и 8 адреса постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), ПЗУ 9 и 10, согласующие регистры и !2, цифраанапоговые преобразователи

13 и !4, усилители 15 и 16 мощности, датчики 17 и 18 индукции, демодуляторы 19 и 20, сумматоры 21 и 22, источник 23 опорного напряжения, интеграторы 24 и 25, блоки 26 и 27 суммирования кодов. В устройстве в качестве входной величины используется код, задать который можно с любой наперед заданной точностью, что и обеспечивает достижение поставленной цели. Предусматривается использование устройства в комплексе с цифровой вычислительной машиной. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-зовано в системе автоматического управления в качестве преобразоват ля сигнала, заданного в виде цифрового кода, в силу, а также в устройствах измерения, Целью изобретения является повьпиение точности задания силы.

На чертеже приведена функциочальная схема бесконтактного задатчика силы.

Бесконтактный задатчик силы содержит ферромагнитное тело 1, расположенное в зазоре между двумя элекrpoмагнитами 2 и 3, генератор 4 импульсов, выход которого соединен с первыми входами управляемых делителей 5 и

6 частоты, выходы которых подсоединены к входам формирователей 7 и 8 адреса постоянных запоминающих уст-, ройств (ПЗУ) 9 и 10. ПЗУ 9 (10) представляет собой матрицу ячеек памяти, на которой записаны коды с«гяусаидального сигнала для одного периода. Устройство, кроме того, содержит согласующие регистры 11 и 12, входы которых связаны соответственно с выходами ПЗУ 9 и 10, а вьгходы — с цифровыми входами цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 13 и 14.

Бесконтактный эадатчик силы вклю чает усилители 15 и 16 мощности, входы которых связаны с выходами ЦАП 13 и 14 соответственно, а выходы — с обмотками соответствующих электромагнитов 2 и 3, датчики 17 и 18 индукции, выполненные в виде измерительных ка.тушек, расположены в зазорах между полюсом соответствующего электромагнита 2, 3 и,ферромагнитным телом 1, демодуляторы 19 и 20 датчиков индукции, входы которых саединень: с выхо-дами датчиков 17 и 18 индукции„ а выходы — с первыми входами сумматоров

21 и 2", вторые входы котарьгх связаны с источником 23 опорного напряже.-ния, а выходы подключены ка входам соответствующих интеграторов 24 и 25, Вьгходь« интеграторов соединены со вхо дами опорного напряжения ЦАП 13 и 14, Блоки 26 и 27 суммирова«гия кодов соединены с цифровыми входами управляе-. мых делителей 5 и 6 частоты. Причем блок 26 (27) суммирования кода пост-роен таким образом, чта при вь«пал«ении операции сложения (вьгчитания) двух кодов первое слагаемое (умень57524 2 шаемае) является величиной постоян-, «ай, равной заданному начальному коду а заложенному уже в самом блоке, а второе слагаемое (вычитаемое) является величиной изменяемой — это задаваемый код а, поступающий со входа устройства.

При этом последовательно соединенные ЦАП 13, 14, усилители 15 и 16

10 мощности, электромагниты 2 и 3, датчики 17 и 18 индукции, находящиеся в полях электромагнитов 2 и 3, демодуляторы 19 н ?О, сумматоры 21 и 22, а также интеграторы 24 и 25, подключен-!

5 ные каждый ко входу опорного напряжения соответствующего ЦАП 13 и 14, образуют два замк«утых контура регули рования велич«г«гы индукции в зазорах между ферромагнитным телом 1 и элек20 тромагнитами 2 и 3.

Бесконтактный задатчик силы работает следующим образам.

Генератор 4 импульсов вырабатывает последовательность имнульсов, посту25 пающих на входы цифровых делителей частоты 5 и б, на управляющие входы которых подается код с выходов блока

26 и 27 суммирования кода °

Причем в обоих блоках запис". í :наг« чальный кад а, который присутствует на их выходах, когда входной кад а> равен нулю. 1:cs«« же он не равен нулю выходной код блока 26 суммирования кодов равен а -a> a блока 27 — а +

35 3 гь а Указанные коды поступают на отравляющие в; ады управ.гяе. ых делителей 5 и 6 частоты, и частота импульсов на их вьг<одах обратно пропорциональна управляющему коду.

С выхода управляемогQ делителя

5 (6) частоты импульсы с частотой ы, обратно пропорциональной управляющему коду, погтупают на блок формирования адресов,, управляющего выборкой г5 цифровых. кодов и"- ячеек ".а-мяти ПЗУ

9 (10) . Формирователь адресов выполнен в ниде двоичного счетч«гка, состояние которого является адресом для

ПЗУ. В ячейках ПЗУ последовательно записаны значения синусаидального

<игнала на ичтервале периода. Поскольку двоичный счетчик формирователя 7 (8) адресов после заполнения вновь переходит к исходному состоянию, та выборка значений синусоиды из ПЗУ будет продолжаться непрерывно.

Точность ее воспроизведе««ия будет заз«сеть ат числа ячеек памяти ПЗУ и з 1257 максимального значения кода, формируемого двоичным счетчиком формирователя 7 (8) адресов, Частота формируемой таким образом синусоиды оказыва тся пропорциональной частоте 6! импульсов, 1 поступающих с выхода управляемого делителя 5 (6) частоты. Преобразование числовых значений синусоиды, получаемых на выходе ПЗУ, в аналоговый сигнал производится ЦАП 13 (14) . Для его !О согласования с выходом ПЗУ установлен согласующий регистр 11 (12), выполненный в виде "линейки" триггеров, работающих как повторители кодов, вырабатываемых ПЗУ, без синхрониз..ции.

Амплитуда (масштаб) выходного сигнала ЦАП 13 (14) определяется опорным напряжением, подаваемым на ЦАП. Поскольку опорное напряжение ЦАП подается с интегратора 24 (25), то сиг" 2ц нал на выходе ЦАП 13 (14) будет модулирован по амплитуде напряжением, снимаемым с интегратора 24 (25). Таким образом, с выхода ЦАП 13 (14) на вход усилителя 15 (16) мощности бу- 2s дет подаваться синусоидальный сигнал с частотой, обратно пропорциональной входному коду а» и амплитудой, модулированной напряжением, снимаемым с выхода интегратора 24 (25). Усиленный по мощности в усилителе 15 (16) мощности сигнал поступает на обмотку электромагнита 2 (3) и вызывает изменение индукции в зазоре между электромагнитом 2 (3) и ферромагнитным телом 1. Соответственно изменяется

35 сигнал, снимаемый с выхода измерительной катушки датчика 17 (18) индукции, и сигнал UA с выхода демодулятора 19 (20).

Сигнал, наводимый переменным магнитным полем в измерительной катушке

17 (18) датчика индукции, равен где У вЂ” количество витков измерительной катушки

S - площадь полюса электромагнита, охватываемая измерительной катушкой, 50

Б — величина индукции в зазоре.

Учитывая, что характер изменения индукции в зазоре синусоидальный и описывается выражением

В = B(t) sinu t, (2) где B(t) - амплитуда колебаний индукции в зазоре, 524 4

Ю вЂ” частота колебаний индукции в зазоре, можно записать

U„„= NS (В (t) sinu t +ИВ(с) х х cos(dt) . (3) В установившемся режиме В (t) = О, U„< ы ИЯВ(е) cos ы с. (4)

Напряжение на выходе демодулятора

19 (20) будет определяться выражением 4 (5) где k — - некоторый постоянный коэффициент (коэффициент усиления демодулятора).

Выражение для индукции в зазоре будет иметь вид

B(t) = — — U --- = — -- U Т (6), 1, 1 1

k " M 2uk где Т вЂ” период синусоидального сигнала .

С демодулятора 19 (20) снимается постоянное напряжение, подаваемое на первый вход сумматора 2 1 (22). На второй его вход подается постоянное напряжение U с источника 23 опорного напряжения. На выходе сумматора

21 (22) присутствует напряжение рассогласования KU = U — U которое подается на интегратор 24 (25) и далее на вход опорного напряжения ЦАП

13 (14), модулируя по амплитуде синусоидальный сигнал таким образом, что усиленный в усилителе мощности !

15 (16), он вызывает такое изменение тока электромагнита 2 (3) и соответственно такое изменение ипдукции в зазоре, чтобы напряжение расслогласования А U на выходе сумматоров 2 1 (22) стало равным нулю. При этом 01„, = Ц,.

Следовательно, замкнутые контуры регулирования величины индукции отрабатывают сигнал В(t) в соответствии с формулой (6) и напряжение U ч, снимаемое с демодуляторов 19,20. будет поддерживаться постоянным и равным напряжению источника 23 опорного нанапряжения Uo, а величина индукции в зазорах B(t) будет пропорциональна . изменению периода Т синусоидальных сигналов, снимаемых с ЦАП 13 и 14.

На ферромагнитное тело 1 будет действовать разность сил Г и F развиваемых соответственно электромагнитами 2 и 3 йР = F, — Г = k (В2 — В2), (7) 5 12575 где k — коэффициент пропорциональности,  — величина индукции в зазоре

5 между электромагнитом 2 и ферромагнитным телом, 5

 — величина индукции в зазоре и между электромагнитом 3 и ферромагнитным телом.

Поскольку частота синусоидальных сигналов, снимаемых с ЦАП 13 и 14, обратно пропорциональна входному коду, то при отсутствии задаваемого када а на входах блоков 26 и 27 суммиэ ров .ния кодов с их выходов снимается одичаковый код а и, следовательно, периоды Тв и Т синусоидальных сигналов на выходах ЦАЛ 13 и 14 будут равны, а следовательно, равны и индукции В, и В,, т. е. сила, действующая на ферромагнитное тело I, будет равна 20 нулю.

При подаче на входы блоков 26 и 27 суммирования кодов задаваемого кода

a происходит изменение периодов синусоидальных сигналов, снимаемых с выходов: ЦАП 13 и 14, и выражение для силы Г, действующей на ферромагнитное тело, можно записать как ав = вj(s + ав) — (в, — а в) J = ав

24 Ь

Выражение (8) можно преобразовать к виду

hF =4ka,a

Таким образом, задавая код а» можно задавать силу h F, действующую на ферромагнитное тело 1.

В бесконтактнам задатчике силы используются замкнутые контуры регулирования величины индукции в зазорах, т, е. электромагнитный преобрлзова- тель, являющийся нелинейным звеном, охвачен обратной. связью. Точность всего устройства определяется точностью элементов, входящих B замкнутые контуры регулирования величины индукции в зазорах. Из этих элементов наибольшую погрепгнасть будут вносить демодуляторы, погрешность которых составляет порядка 0,017. Остальные элементы, вхадяп(ие в замкнутые контуры регулирования величины индукции в зазорах, имеют значительно меньшую погрешность. Следовательно погрешность задания силы в пре",ллгаемам устройстве будет порядка 0,01i. . В предлагаемом устройстве в качестве входной величины используется код, задать который можно с любой, наперед заданной точностью, что также определяет павпппение точности устройства.

k)a, — (а, — аэ))= (9) ЕТ = То Т(= Е а

Изменение периода го с ЦАП 14 сигналя спимаемоФ 50

ЬТ = т, — Т. =1P, + .,) — л, =

=ka (10) Периоды синусоицлльньгх сигналов, сниамяеме(х с ЦАП 1 3 и 14, будут изме няться одинаково и прапарци<внальна задаваемому коду л, = 4kB0АВ, (8) где  — индукция в зазорах, обусловленная подачей на входы счетчиков импульсов кода а, 35

 — изменение индукции в зазорах, обусловленное изменением кода, подаваемого на входы счетчиков импульсов.

Изменение величины индукции в зазорах во

Ь В для обоих зазоров Судет одинаковой и пропорциональной Т вЂ” изменению периодов синусоидальных сигналов, снимаемых с ЦАП 13, 14, Изменение периода (дТ) сигнала, снимаемого с ЦАП 13„ можно записать

Таким образам, бесконтактный задатчик силы позволяет повысить точность задлния силы ориентировочно на I0X. Кроме того, исполь-ование в качестве исходной величи ип кодл позволяет наиболее эффективна испольэовать бесконтактный задатчик силы в комплексе с цифровой вычислительной машиной, Ф о р м у л л и;. а б р е т е н и я

Бесконтактнь и злдатчик силы, соцержлщий ферромагнитное тело, расположенное в зазоре между двумя электромагнитами, а т л и ч л ю щ и и с я тем, ч ао., с целью повышения точности задания силы, введены два идентичных канала управления, каждый из . ( которых содержит последовательно соединенные формирователь адреса, за-. поминающее устройство, согласующий регистр, цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности нл выходе канала, ге (ерлтар импульсов, двл упрлвляемых делителя частоты, блок суммирования и блок вычитлния f(o/7oa

Составитель О.Глухарев

Техред Л.Олейник Корректор М.Самборская

Редактор А.Долинич

Заказ 4912/42

Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

7 12575 датчики индукции в зазоре между каждым электромагнитом и. ферромагнитным телом, источник опорного напряжения .и два канала обратной связи, "одержащие каждый последовательно соединенные демодулятор, сумматор и интегратор, причем генератор импульсов соединен с входами управляемых делителей частоты, вход устройства через блок суммирования кодов и блок вычи- 1О тания кодов соединен с управляющими входами двух управляемых делителей

24 8 частоты, выходы которых подключены к входам соответствующих каналов управления, выходы каналсв управления подключены к соответствующим электромагнитам, вход каждого канала обратной связи подключен к датчику индукции, а выход — к входу опоРного напряжения цифроаналогового преобразователя каждого канала управления, источник опорного напряжения соединен с другими входами сумматоров обоих каналов обратной связи.