Устройство для измерения скорости перемещения

 

Использование: в измерительной технике, в качестве датчика обратной связи по скорости в прецизионных приводах. Сущность изобретения: устройство для измерения скорости перемещения состоит из последовательно соединенных генератора 1 эталонной частоты, блока 2 питания, фазовращателя 3, компаратора 4, распределителя 5 импульсов, многоканального формирователя 6 опорных импульсов, многовходовой логической схемы 7, формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды, интегратора 9 с установкой на нуль, функционального преобразователя 10 и элемента 11 выборки хранения, а также содержит блок 12 синхронизации, подключенный входами к выходам многовходовой логической схемы 7, а выходами - к управляющим входам интегратора 9 и элемента 11 выборки-хранения, что позволяет уменьшить запаздывание при изменении скорости перемещения. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика обратной связи по скорости в прецизионных приводах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения скорости перемещения, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной частоты, блок питания, фазовращатель, компаратор, распределитель импульсов, многоканальный формирователь опорных импульсов, многовходовую логическую схему, формирователь импульсов стабильной амплитуды и блок осреднения, выход которого является выходом устройства [1] На выходе формирователя импульсов стабильной амплитуды вырабатывается последовательность импульсов с постоянной амплитудой. Импульсы следуют с частотой выходного сигнала фазовращателя. Длительность импульсов пропорциональна модулю разности периодов питающего и выходного сигналов фазовращателя. Полярность импульсов определяется направлением перемещения. Скорость перемещения пропорциональна среднему за период значению формируемых импульсов.

В известном устройстве среднее за период значение импульсов определяется с помощью блока осреднения путем отфильтровывания высокочастотных составляющих сформированной последовательности импульсов.

Недостатком известного устройства является запаздывание, вносимое блоком осреднения при измерении скорости перемещения в переходных режимах, например при реверсе.

Задача изобретения уменьшение запаздывания при измерении скорости перемещения в переходных режимах.

Это достигается тем, что в известное устройство для измерения скорости перемещения, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной частоты, блок питания, фазовращатель, компаратор, распределитель импульсов, многоканальный формирователь опорных импульсов, многовходовую логическую схему, формирователь импульсов стабильной амплитуды, введены последовательно соединенные интегратор с установкой на нуль, функциональный преобразователь и элемент выборки-хранения, а также блок синхронизации, интегратор подключен входом к выходу формирователя импульсов стабильной амплитуды, блок синхронизации подключен входами к выходам многовходовой логической схемы, а выходами к управляющим входам интегратора и элемента выборки-хранения, выходом устройства является выход блока выборки хранения, при этом функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения Y K_o где x входное напряжение функционального преобразователя; k₀, x₀ постоянные величины.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием интегратора с установкой на нуль, функционального преобразователя, элемента выборки-хранения и блока синхронизации с указанными связями. При этом функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения Y K_o где x входное напряжение функционального преобразователя; k₀, x₀ постоянные величины.

Указанные отличия позволяют уже по окончании каждого выходного импульса формирователя определять его среднее за период значение, тем самым измерять скорость перемещения без запаздывания, т.е. решить поставленную задачу уменьшения запаздывания при измерении скорости перемещения в переходных режимах.

Промышленное применение изобретения в качестве датчика обратной связи по скорости перемещения в прецизионном электроприводе за счет уменьшения запаздывания при измерении скорости в переходных режимах обеспечивает повышение качества электропривода.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения скорости перемещения; на фиг. 2 схема функционального преобразователя; на фиг.3 схема блока синхронизации.

Устройство для измерения скорости перемещения (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор 1 эталонной частоты, блок 2 питания, фазовращатель 3, компаратор 4, распределитель 5 импульсов, многоканальный формирователь 6 опорных импульсов, многовходовую логическую схему 7, формирователь 8 импульсов стабильной амплитуды, интегратор 9 с установкой на нуль, функциональный преобразователь 10 и элемент 11 выборки-хранения, а также блок 12 синхронизации, который подключен входами к выходам многовходовой логической схемы 7, а выходами к управляющим входам интегратора 9 и элемента 11 выборки-хранения. Выходом устройства является выход элемента 11 выборки-хранения. При этом функциональный преобразователь 10 выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения Y K_o где x входное напряжение функционального преобразователя; k₀, x₀ постоянные величины.

Функциональный преобразователь 10 (фиг.2) содержит первую схему 13 вычитания, подключенную первым входом к задатчику 14 постоянного напряжения, схему 15 умножения, подключенную первым входом к выходу первой схемы 13 вычитания, и вторую схему 16 вычитания, подключенную первым входом к выходу схемы 15 умножения, а выходом к второму входу схемы 15 умножения. При этом входом функционального преобразователя 10 являются объединенные вторые входы схемы 13 и 16 вычитания, а выходом выход второй схемы 16 вычитания.

Блок 12 синхронизации (фиг.3) может быть выполнен по схеме, содержащей элементы 17 и 18 ИЛИ, элемент 19 И, элемент 20 задержки и инвертор 21. Выход элемента 17 ИЛИ подключен к входу элемента 20 задержки, к входу инвертора 21 и к первому входу элемента 18 ИЛИ. Выход элемента 20 задержки подключен к второму входу элемента 18 ИЛИ и к первому входу элемента 19 И, второй вход которого подключен к выходу инвертора 21. Входами блока 12 синхронизации являются входы элемента 17 ИЛИ, а выходами выход элемента 18 ИЛИ и выход элемента 19 И.

Устройство работает следующим образом.

Многовходовая логическая схема 7 вырабатывает импульсы, которые следуют с частотой выходного сигнала фазовращателя 3 и имеют длительность, пропорциональную модулю разности периодов питающего и выходного сигналов фазовращателя 3. При положительной разности периодов последовательность импульсов формируется на первом выходе схемы 7, а при отрицательной разности на ее втором выходе.

Многовходовая логическая схема 7 подключена первым выходом к неинвертирующему входу формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды, а вторым выходом к его инвертирующему входу. Формирователь 8 импульсов преобразует каждый входной импульс в импульс стабильной амплитуды с длительностью, равной длительности входного импульса, и с полярностью, соответствующей входу, на который приходит импульс.

Выходной сигнал формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды поступает на информационный вход интегратора 9. При этом интегратор 9 периодически устанавливается на нуль с приходом сигнала на его управляющий вход.

С выхода интегратора 9 сигнал поступает на вход функционального преобразователя 10, который формирует на информационном входе элемента 11 выборки-хранения напряжение Y K_o где x входное напряжение функционального преобразователя; k₀, x₀ постоянные величины.

Элемент 11 выборки-хранения фиксирует значение входного напряжения в момент прихода импульса на его управляющий вход и запоминает его до прихода следующего управляющего импульса.

Блок 12 синхронизации формирует управляющие сигналы элемента 11 выборки-хранения и интегратора 9. Управляющим импульсом элемента 11 выборки-хранения является короткий единичный импульс, вырабатываемый в момент окончания выходного импульса формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды. Интегратор 9 устанавливается на нуль нулевым управляющим сигналом, который формируется по окончании управляющего импульса элемента 11 выборки-хранения.

По окончании выходного импульса формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды выходное напряжение интегратора 9 достигает величины
x k₁ (T_о T), (1) где Т₀, Т₁ периоды питающего и выходного сигналов фазовращателя 3;
k₁ постоянная величина.

В случае обеспечения равенства х₀k₁ T₀ напряжение (1) преобразуется функциональным преобразователем 10 в напряжение
Y K_o которое запоминается элементом 11 выборки-хранения и поступает на выход устройства.

Поскольку скорость перемещения пропорциональна среднему за период значению выходных импульсов формирователя 8 импульсов стабильной амплитуды, то предлагаемое устройство позволяет определять скорость перемещения по окончании каждого выходного импульса формирователя 8, т.е. по существу без запаздывания.

Функциональный преобразователь 10 построен на основе реализации операции деления с использованием схемы умножения.

Функциональный преобразователь 10 работает следующим образом.

С задатчика 14 на неинвертирующий вход схемы 13 вычитания подается постоянное напряжение, пропорциональное величине х₀. На инвертирующий вход поступает входной сигнал функционального преобразователя 10. Причем х₀ > х В данном случае обратная связь в схеме функционального преобразователя 10 будет отрицательной. Благодаря наличию отрицательной обратной связи выходное напряжение второй схемы 16 вычитания устанавливается равным.

y k₂(k₀x (x₀ x)˙ y), где k₂ коэффициент усиления схемы 16 вычитания. При достаточно большом коэффициенте усиления k₂ выходное напряжение функционального преобразователя 10 будет равным требуемому значению
Y K_o

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной частоты, блок питания, фазовращатель, компаратор, распределитель импульсов, многоканальный формирователь опорных импульсов, многовходовую логическую схему, формирователь импульсов стабильной амплитуды, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные интегратор с установкой на нуль, функциональные преобразователь и элемент выборки хранения, а также блок синхронизации, вход интегратора соединен с выходом формирователя импульсов стабильной амплитуды, входы блока синхронизации соединены с выходами многовходовой логической схемы, один выход блока синхронизации соединен с управляющим входом интегратора, а другой - с управляющим входом элемента выборки-хранения, при этом функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования на выходе напряжения

где Х - входное напряжение функционального преобразователя;
К₀, Х₀ - постоянные коэффициенты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3