Преобразователь углового положения вала в напряжение

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала. Цепь изобретения - повышение быстродействия. Это достигается тем, что в быстродействующий тракт в виде RC-цепочки 1I управляемого фазовращателя 12, фазового детектора 13, фильтра 14 нижних частот и усилителя 15 вносится фазовый сдвиг, формируемый интегратором 16, включенным на выходе дифференциального усилителя 10, Выходное напряжение усилителя 10 равно нулю, если фазовый сдвиг скомпенсирует аддитивную и мультипликативную погрешности быстродействующего тракта, при этом время преобразования угла поворота не превышает периода выходного напряжения генератора 1. 1 ил. с € (Л к со ск оо ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН

„„SU 129682

А1 (51)4 С 01 В 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3945372/24-28 (22) 19.08.85 (46) 15.03,87, Бюл. № 10 (71) Киевский технологический институт легкой промьппленности и Киевский институт автоматики им, XXV съезда КПСС (72) Ю.А.Скрипник, Ю.Л.Безусяк, В,Г,Здоренко и В.А.Сусидко (53) 621.317.39,531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 548762, кл, G 01 9 5/24, 1975, Авторское свидетельство СССР

¹ 361735, кл. G 08 С 19/46, 1969. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала, Цель изобретения— повышение быстродействия, Это достигается тем, что в быстродействующий тракт в виде RC-цепочки 11 управляемого фазовращателя 12, фазового детектора 13, фильтра 14 нижних частот и усилителя 15 вносится фазовый сдвиг, формируемый интегратором 16, включенным на выходе дифференциального усилителя 10, Выходное напряжение усилителя 10 равно нулю, если фа" эовый сдвиг скомпенсирует аддитивную и мультипликативную погрешности быстродействующего тракта, при этом время преобразования угла поворота не превышает периода выходного напряжения генератора l. 1 ил.

1296828 (1) (2) U =U, К, sindsin t

Ц =U, K„cosasinu>t где U, — амплитуда напряжения, пио тающего вращающийся трансформатор 2;

А — угол поворота ротора вращающегося трансформатора 2;

К вЂ .коэффициент трансформации;

> — круговая частота питающего генератора 1, Напряжения U, и U поступают через ключ 3, управляемый от модулирующего генератора 9, на входы пер" вой RC-цепочки 4, Частота переключений генератора 9 выбирается в 5Î100 раэ меньше частоты генератора 1 запитывающего напряжения. При этом фазу выходного напряжения RC-цепочки можно представить в виде суммы, моИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала, Цель изобретения — повышение быстродействия за счет введения второго быстродействующего канала преобразования.

На чертеже приведена блок-схема преобразователя углового положения вала в напряжение, Преобразователь содержит питающий генератор 1, вращающийся трансформатор 2, ключ 3, подключенный к ротору вращающегося трансформатора

2„ последовательно соеДиненные первую RC"öåïo÷êó 4, первый фазовый детектор 5, усилитель 6 низкой частоты, синхронный детектор 7, первый фильтр 8 нижних частот, модулирую-щий генератор 9„ выход которого подключен к управляющим входам ключа

3 и синхронного детектора /, дифференциальный усилитель 10, последовательно соединенные вторую RC-цепочку ii, управляемый фазовращатель 12, второй фазовый детектор 13, второй фильтр 14 нижних частот, усилитель

15 постоянного тока и интегратор 16, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 10, а выход — с управляющим входом фазовращателя 12.

Устройство работает следующим образом, Однофазное напряжение с выхода генератора 1 подается на статор вра"

màþùeãîñÿ трансформатора 2, с ротора которого снимаются два напряжения дулированной с частотой переключений составляющей, линейно зависящей от угла поворота ротора вращающегося трансформатора 2 и немодулированной составляющей,: обусловленной фазовыми ошибками от девиации частоты генератора l нестабильностью элементов

RC-цепочки 4 и погрешностью настройки КС-цепочки 4.

1Î С учетом .„Ого в,,дное напряже ние первой RC — цепочки 4 имеет вид

U,-=U К К sin(t+(+ )f(t) а

1 -arete — (1+з п2А) (3) (4.где Б — выхоцное напряжение усили- теля 6 низкой частоты;

4О. K.. — коэффициент усиления усилителя 6 низкой частоты.

Усиленное напряжение U подается

4 на сигнальный вход синхронного детектора 7, на управляющий вход которого подается управляющее напряжение вида f(t) от генератора 9

1, нри 2m Т/2ct <(2m+1)T/2

1 -1 при (2m+i)Т/2(йс2(m+1)Т/2

m=1,2,3. . . (5)

2УГ

50 где Т вЂ” — период модулирующей

-Я функции, В синхронном детекторе 7 происходит перемножение напряжения 11„ и модулирующего напряжения f(t), а

55 затем выходное напряжение синхронного детектора 7 подается на вход первого фильтра 8 нижних частот, являющегося по сути дела сглаживающим, частота среза которого выбирается где К вЂ” коэффициент передачи КС-це2 почки 4;

f(t) — модулирующая функция;

- коэффициент, обусловленный нестабильностью элементов

RC-цепочки 4, погрешностями ее настройки и девиацией частоты питающего генера25 тора 1, При помощи фазового детектора 5, на опорный вход которого подается выходное напряжение генератора 1, выделяется напряжение, пропорциональЗО ное фазе выходного напряжения RC-цепочки 4, Переменная составляющая выходного напряжения фазового детектора 5 усиливается усилителем низкой частоты 6 и имеет вид

1296828

0 =K (+ + -v) ж

8 8 t (9) U =K (- + )

Э

4 (6) 25 (7) равной Я . Выходное напряжение первого фильтра 8 нижних частот можно представить н ниде где К вЂ” результирующии коэффициент

5 передачи тракта преобразования с учетом действия синхронного детектора 7 и 10 первого фильтра 8 нижних частот.

Таким образом, выходное напряжение первого фильтра 8 нижних частот, подаваемое на один вход дифференциального усилителя 10, пропорционально углу поворота ротора d. вращающегося трансформатора 2 и не содержит ошибки преобразования, . Напряжения 11„ и U с ротора вра- 20 щающегося трансформатора 2 подаются на входы второй RC-цепочки 11, выходное напряжение которой можно представить в виде

U =U,К sin(t+ +ck+ ) где К вЂ” коэффициент передачи второй

RC-цепочки 11;

- фазовая ошибка, обусловлен- 3О ная нестабильностью элементов второй RC-цепочки 11, погрешностью ее настройки, девиацией частоты питающего генератора 1, Это напряжение поступает на вход управляемого фазовращателя 12, выходное напряжение которого можно записать в виде где К вЂ” результирующий коэффициент передачи тракта преобразования с учетом действия второго фазового детектора 13, второго фильтра 14 нижних частот и усилителя 15 постоянного тока.

При помощи усилителя 15 постоянного тока коэффициент Кз устанавливается примерно равным коэффициенту Kg »

Напряжение U поступает на один вход дифференциального усилителя

10, на другой вход которого поступает напряжение Г с выхода первого фильтра 8 нижних частот. Выходное напряжение дифференциального усилителя 1О

И, =К,((К,-К) (- +, )+К,(y-q)7 (10)

Э где К вЂ” коэФфициент усиления дифференциального усилителя

l0.

Выходное напряжение дифференциального усилителя 10 равно нулю, когда дополнительный фазовый сдвиг вносимый управляемым фазовращателем 12, компенсирует как мультипликативную (вызванную изменением коэффициента передачи К быстродей6 ствующего тракта преобразования), так и аддитивную (вызванную погрешностями преобразования угла поворота d. в фазовый сдвиг) погрешности быстродействующего тракта преобразования или

3Ã 40

U 0о Кб csin(u)t+ -„+d+ач-ч) в (8)

1 где К, — коэффициент передачи управляемого фазовращателя 12; — сдвиг фазы, вносимый управ" ляемым фазовращателем 12. 45

Напряжение И „ поступает на сигнальный вход второго фазового детектора 13, на опорный вход которого подается выходное напряжение генератора 1. Выходное напряжение вто- 50 рого фазового детектора 13, пропорциональное фазе напряжения U„ через второй фильтр 14 нижних частот с частотой среза, равной частоте пит щего напряжения ы поступает на 55 вход масштабного усилителя 15 постоянного тока, выходное напряжение которого можно представить в вице а а) () в( откуда

К,а -(К,-К,) (; +() 1(Выходное напряжение дифференциального усилителя 10 подается на вход интегратора 16, выходное нанря" жение которого воздействует на вход управляемого фазовращателя 12, изменяя вносимый фазовый сдвиг Ч до выполнения условия (12). Благодаря применению интегратора 16 устраняется статическая ошибка, обусловленная конечным значением коэффициента усиления дифференциального усилителя 10.

5 12968

Таким образом, внесение дополнительного фазового сдвига 4 в быстродействующий канал позволяет исключить ошибку преобразования. Время преобразования угла поворота вала

d. в напряжение U составляет не ме23 нее периода коммутации —, который определяется частотой коммутации входов первой фаэосдвигающей RC"öå- fo почки 4. Время преобразования угла поворота вала Ы.в напряжение U не

2Ъ превышает периода — выходного наtd пряжения генератора 1. Кроме того, напряжение U снимается с выхода первого фильтра 8 нижних частот,имеющего значительную инерционность (частота среза Я), а напряжение 11, являющееся в преобразователе результирующим,- с выхода усилителя 15 постоянного тока, перед которым вклю" чен второй фильтр 14 нижних частот, инерционность которого значительно ниже (частота срезам>), что позволяет повысить быстродействие преобразования угла поворота вала в напряжение.

28 с форматор, статор которого подключен к выхбду генератора, ключ, вход которого подключен к ротору вращающегося трансформатора, модулирующий генератор, выход которого соединен с управляющим входом ключа, и последовательна соединенные, первую RC-цепочку, включенную на выходе ключа, первый фазовый детектор, опорный вход которого подключен к выходу питающего генератора, усилитель низкой частоты, синхронный детектор, управляющий вход которого подключен к выходу модулирующего генератора,и фильтр нижних частот, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен дифференциальным усилителем, первый вход которого подключен к выходу первого фильтра нижних частот, интегратором, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, и последовательно соединенными второй RCцепочкой, подключенной к ротору вращающегося трансформатора, управляемым фазовращателем, управляющий вход которого подключен к выходу интегратора, вторым фазовым детектором, опорный вход которого поди з о б р е т е н и я 3п ключен к выходу питающего генератора, вторым фильтром нижних частот и усилителем постоянного тока, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя.

Ф о рмула

Преобразователь углового положения вала в напряжение, содержащий питающий генератор, вращающийся трансСоставитель В,Николаев

Редактор С.Лисина Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 764/41 Тираж 678 Подпис.ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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