Измеритель частоты вращения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электроприводов, например, металлорежущих станков, лентопротяжных механизмов. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты вращения вала за счет увеличения диапазона измеряемых частот. Г 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, которая поступает на вход СЧ 2 и на вход блока управления. На выходе СЧ 2 формируется двоичный линейно нарастающий код с частотой F<SB POS="POST">0</SB>, поступающий на входы формирователя (Ф) инвертора (И) 9 и вход данных блока регистров (БР) 10. На выходе Ф 3 формируется система синусоидальных напряжений для запитки ВТ 4. Система выходных напряжений ВТ 4(3) поступает на вход блока нуль-органов (БНО) 5. На выходе БНО 5 формируется N/2 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых одна относительно другой на угол Δφ. Напряжение с выхода БНО 5 поступают на вход формирователя 6, с выхода которого сигналы поступают в БУ и ВУ. БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАБАТЫВАЮТ СИГНАЛЫ, УПРАВЛЯЮЩИЕ РАБОТОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ. НА ВЫХОДЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ ПОЯВЛЯЕТСЯ КОД, ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРЯЕМОЙ СКОРОСТИ.

СОЮЗ С0f(f Т f ÈÕ

СОЦИАЛИС! И (E СКИХ

P F C:f1Ó fiË È Ê

fsfIg G 01 P 3/489

ГОСУДАРС ГЕ(Е НН(з(И KOMVI(f:

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О(КРБ(ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)0 V (лЭ 0 (21) 4662162/24 (22) 13.03.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А. В, Богдашев, И. Э. Кан, М. С. Каплун, В. В. Климовицкая и П. Н. Ковалев (53) 531.771(088.8) (56) Каретный О. Я. и др. Системы оценки частоты вращения для фазового следящего электропривода. -"Электротехническая промышленность", сер. 08 "Комплектные устройства управления электроприводами.

Электропривод". Обзор, информ, 1987,Вып, 1 (17), стр. 7, рис, 2. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электроприводов, например, металлорежущих станков, лентопротяжных механизмов.

Цель изобретения — повышение точности измерения частоты вращения вала эа счет

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электроприводов, например, металлорежущих станков, моделирующих стендов, лентопротяжных механизмов и т,д, Целью изобретения является повышение точности измерителя частоты вращения вала за счет увеличения диапазона измеряемых частот.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя частоты вращения вала; на фиг. 2 — функциональная схема блока

„„SU „„1673983 А1 увеличения диапазона измеряемых частот.

Г 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, которая поступает на вход СЧ 2 и на вход блока управления. На выходе СЧ 2 формируется двоичный линеино нарастающий код с частотой fo, поступающий на входы формирователя (Ф) 3, инвертора (И) 9 и вход данных блока регистра (БР) 10. На выходе Ф 3 формируется система синусоидальных напряжений для запитки ВТ 4. Система выходных напряжений ВТ 4(3) поступает на вход блока нуль-органов (БНО) 5. На выходе БНО 5 формируется и/2 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых одна относительно другой на угол hp.

Напряжение с выхода БНО 5 поступают на вход формирователя б, с выхода которого сигналы поступают в БУ и BY. Блок управления вырабатывают сигналы, управляющие работой вычислителя. На выходе вычислителя появляется код, пропорциональный измеряемой скорости. нуль-органов. формирователя импульсов, блока регистров; на фиг. 3 — функциональная схема устройства управления;на фиг. 4 — временныедиаграммы, поясняющие работу измерителя частоты вращения вала.

Предлагаемый измеритель частоты вращения вала (фиг. 1) содержит генератор 1 опорной частоты (Г), счетчик 2 (Сч), формирователь 3 гармонических сигналов (ФГС), вращающийся трансформатор 4 (ВТ), блок 5 нуль-органов (БНО), формирователь 6 импул ьсов (ФИ), блок 7 уп равлени я (БУ), вычислительное устройство 8 (BY), состоящее из

16739е3

2,тг fc

Щ = о

l/t —— A P л/ = и

f, ro — ——

0вт» «а = sign (R si (31

UB>s

1- )= Сl инвертора 9 (И), блока 10 регистров (БР), сумматора 11 (С), выходного регистра 12 (Р).

Выход Г 1 подключен к входу Сч 2 и второму входу БУ 7, выход Сч 2 подключен к третьему дополнительному входу БУ 8 и 5 через ФГС 3 к входу ВТ 4, выход которого через БНО 5 подключен к входу ФИ 6, дополнительный вход которого подключен к дополнительному выходу Сч 2, причем выход ФИ 6 подключен к первому входу БУ 7 10 и к входу BY 8. Кроме тоге . первый выход БУ

7 подключен к первому дополнительному входу BY 8, а второй выход БУ 7 — к второму дополнительному входу BY 8, при этом вход данных БР 10 объединен с входом И 9 и 15 образует третий дополнительный вход BY 8, Вход управления третьим состоянием БР 10 образует вход BY 8, первый дополнительный вход которого образован входом синхронизации БР 10, выход которого 20 подключен к первому входу С 11, второй вход которого подключен к выходу И 9. Выход С 11 подключен к входу данных Р12, вход синхронизации которого образует второйдополнительный вход ВУ8, а выходP 12 25 образует выход вычислительного устройства.

Исполнение блоков БНО 5, ФИ 6, БУ 7, БР 10 зависит от выбранного числа и каналов формирования кода N частоты враще- 30 ния. В общем случае БНО 5 включает в себя

n/2 снабженных входными фазосдвигающими цепями компараторов, например для четырех каналов НО 13, 14 (см, фиг. 2). БУ 7 (см. фиг. 3) включает в себя логический эле- 35 мент 4 И-НЕ ЛЭ 15. и одновходовых элементов НЕ ЛЭ 16-19 и n+1 двухвходовых логических элементов 2И-НЕ ЛЭ 20-24 ФИ

6 включает в себя четыре синхронных триггера Т 25 — 28 и и двухвходовых логических 40 элементов 2И-НЕ ЛЭ 29-32. hP 10 включает в себя и регистров с тремя выходными состояниями Р 33-36.

Измеритель частоты вращения вала функционирует следующим образом. 45

Г1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов CLK(c . фиг. 1) с частотой fr, которая поступает на вход Сч 2 и вход bY 7, На выходе Сч 2 формируется двоичный линейно нарастающий код ("циф- 50 ровая пила" ) с частотой

55 где No — объем Сч 2, поступающий на входы

ФГС 3, И 9 и вкод данных hP 10. На выходе

ФГС 3 формируется система синусоидальных напряжений для запятки ВТ 4.

Us UMsKr п цЮ, Ос =Цмакс.сов гло t. (1) где 1.)мак, — амплитуда напряжения на входе

ВТ 4; го — угловая частота запитки ВТ 4, численно равная

На выходе ВТ 4 имеем систему напряжений

UBTS=UBT.saic.Sln(ОЮ â€” P Я>), UBrS=-0втмакс COS(Opt + P g), (2) где 0втмакс — амплитуда выходного напряжения ВТ 4;

P — число пар полюсов ВТ 4, для упрощения примем р=1;

6 — геометрический угол между осью синусной входной обмотки ВТ 4 и осью синусной выходной обмотки.

Система выходных напряжений ВТ 4 (3) поступает на вход БНО 5, В общем случае для и-канальной системы БНО 5 состоит иэ и/2 двухвхадовых компараторов, входы которых образованы двумя весовыми резистоРами Rsl и Rcl, пРичем синУснаЯ составляющая выходных напряжений ВТ 4 приходит на Rsl косинусная - íà Rcl. Величины сопротивлений выбираются в соответствии с выражениями

Rsl=1/Rs sin p

Rcl=1/Вб COS p, де Ro — величина базового сопротивления, где l=1, ..., n/2;

Al/l — угол сдвига между соседними выходными сигналами суммирующих компараторов. численно равный

При этом в соответствии с известными тригометрическими соотношениями (см. Г.

Б, Двайт. Таблицы интегралов и другие математические формулы. M., Наука, 1983, с.

53, и. 401.2) выходное напряжение!-го компаратора будет иметь вид (R6 0а макс $1п((/Л> t +. Ор + pq ) ) (1Ъ

1673983

fi =

Таким образом, на выходе БНО 5 формируется n/2 последовательностей прямоугольных импульсов. сдвинутых одна относительно другой на угол Л р.

Для наглядности изложения материала рассмотрим четырех канальный измеритель частоты вращения вала. 8 этом случае, как уже описано, БНО 5 состоит из двух нуль-органов НО 13, НО 14. На выходе БНО 5 образованном выходами НО 13 и 14, формируются напряжения (см. фиг, 4), UHo1= з19п(ОБ1максв1п(not+ p)), Он02=В19п(Ог11макссо$(<Я)о t+ p)). (4)

Напряжения (4) поступают на вход ФИ

6, образованный входами данных Т 25 и Т

26. Перезапись данных с входа триггера на его выход осуществляется по положительному фронту напряжения U>. поступающего с дополнительного выхода Сч 2, причем частота fl напряжения U< равна

На выходах Т 25-28 формируются сигналы

Ulnas ОТжг, ОТ2т, Отав (cM. фиг. 4), поступающие на соответствующие входы ЛЭ 29 — 32, выполняющие функцию 2И-НЕ, на выходах которых формируются сигналы Lu, L>. L4, 1р соответственно (см. фиг. 1-4). Э -и с: гналы поступаюг БР 10 на моды управления третьим сос ояниел (см, фиг. 2) соответственно ре ..стров P 33-36 и на вход БУ 7, образованный ЛЭ 15-19, на выходе БУ 7 формируются управляющие сигналы Е*, 1 5 (см. фиг. 3, фиг. 41. управляющие сигналы L* поступают в БР 1д нэ входы синхронизации регистров Р 33 —,",4, сигнал L; поступаег в BY

8 чэ вход синхсаниэации Р 12.

Вычисли ель <ое п-канальное устройство работает следующим образом. 8 момент прихода:,-го импульса (момент tl, см, фиг.

4) последовательности импульсов Ll на вход управления третьим состоянием Р 33 íà его выходе устанавливается значение N ji-l), записанное во внутреннем триггере которое г оступает на первый вход цифрового сумма oðà С 11, на второй вход которого постуг:ает проинвертированный Hd И 9 лиi,ей, драстающи код с выхода Сч 2. 8 момент при :.еда положительного фронта 1г имг ;л.са (момент tr) последовательности чмпуг,ьсав ) на с нхрониэирующий вход

Р аЗ на его выход переписывается новое значение М 1(1), соответствующее

N)(1) = --P — -- 1г (6) 5 По окончании l-го импульса последовательности Lf (установленные на входе управления третьим состоянием логической

"1") выход P 33 переводится в высокоимпендансное состояние. Одновременно с прихо10 дом положительного фронта 1-го импульса последовательности L> на вход синхронизации P 12 приходит положительный фронт

1-го импульса последовательности импульсов L s. 8 этот момент tz происходит переэа15 пись значения N«: (1) с выхода С 11 на выход

P 12

11,„ (l ) Ni (l — 1) - N> (1). (7) 20 Подставляя значения (5), (6) в выражение (7), получаем код скорости для первого сигнала

При появлении К-го импульса последовательностей Li и L*z аналогичным образом работает второй канал. По положительному фронту К-го импуль=а последовательности

L; происходит перезапись кодл скорости

NonjK) на выход P 12 (момент времени ts, см. фиг. 4).

35 2л-г, " 7 +0+(K)) Аналогично работают остальные каналы BY 8. Таким образом, дискретность по

40 времени BY 8 обусловлена частотой fon следования импульсов последовательности Ls, а дискретность работы каждого канала определяется частотой fo;, причем

fo = — ", (9) и где n — количество независимых каналов BY

8, Это позволяет при фиксированной часготе опроса 4л снизить частоту питающих В (4 напряжен и и эа сче- этого yaeличить диа."азон измеряемых частот.

Формула изобретения

1. Измеритель частоты вращения вала, содержащий последовательно включенные 5 генератор импульсов, счетчик, формирователь гармонических сигналов, вращающийся трансформатор, блок нуль-органов, формнрсватель импульсов и вычислительное устройство, выход которого является

1673983 выходом измерителя частоты вращения, о тл и ч а ю гц и и с я тем, что, с целью повышения точности эа счет увеличения диапазона измеряемых частот, в него введены блок управления, при этом блок нуль-органов и 5 формирователь импульсов выполнены многоканальными, а формирователь импульсов снабжен дополнительным входом, соединенным с дополнительным выходом счетчика, выход формирователя импульсов 10 соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход блока управления подключен к первому дополнительному входу вычислительного уст- 15 ройства, второй выход устройства управления соединен с вторым дополнительным входом вычислительного устройства, третий дополнительный вход которого соединен с выходом счетчика. 2О

2. Измеритель по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что вычислительное устройство содержит инвертор и последовательно соединенные л-канальные блоки регистров, сумматор, выходной регистр, выход которого является выходом вычислительного устройства, вход синхронизации регистра образует второй дополнительный вход вычислительного устройства, при этом второй вход сумматора соединен с выходом инвертора, вход которого объединен с входом данных блока регистров и образует третий дополнительный вход вычислительного устройства, кроме того, вход управления гретьим состоянием блока регистров образует вход вычислительного устройства, подключенный к выходу формирователя импульсов, а вход синхронизации блока регистров образует первый дополнительный вход вычислительного устройства.

1673983

Фиг.Л

16т3983

Составитель А, Детков

Техред М,Моргентал Корректор 0. Ципле

Редактор T. Орловская

Производственно-издагельский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2916 Тираж 338 Подписное

ВНИИПИ Государственно о комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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