Способ преобразования угловой

 

О П И C:А - : Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

394831

Союз Советских.

Социалистических

Республиы

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 04.IV.1968 (№ 1230583/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 22.Vill.1973. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 13.X II.1973

М. Кл. С 08с 9/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретеннй и открытий

УДК 621.314.26 (088.8) Автор изобретения

Ю. С. Пухликов

3 ая витель

СПОСОБ .ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛОВОЙ

СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА В ЧАСТОТУ

СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛ6СОВ р ° Чмакс

9мин

Изобретение относится к способам преобразования угловой скорости, вращения вала в частоту следо|вания импульсов.

Известен способ преобразования угловой окоросги вращения вала ср в частоту F следования импульсов (или, и наче говоря, способ формирования производной от угла по ворота вала ср в виде частоты F следо|вания импульсов).

Известный способ преобразования угловой скорости вращения вала в частоту следования им пульсов обеспечи вает преобразование ско,рости вращения вала только в малом динамическом диапазоне D;. от 1 град/сек и выше.

Динамический диапазон D - преобразования скорости вращения вала представляет собой отношен ие ма ксимальной скорости р,„,, вала и минимальной скорости вала ср,„„„преобразуемой с заданной погрешностью бармин.

Преобразование угловой скорости вращения вала в малом динамическом диапазоне обусловлено очень большой величиной Л р изменения угла поворота вала (дискретного

Шага квантования угла поворота вала), соответствующей периоду времени между двумя следующс1ми один за другим выходными импульсами. Пределом уменьшения величины Л р являет5 ся увеличение диаметра диска устройства.

Предложенный способ преобразования (измерен ия) угловой скорости вращения вала р

;в частоту F следования, импульсов состоит в след1 ющем.

Для преобразования (измерения) скорости вращения вала в частоту следования нмпульсо в F: генерируют постоянное по фазе высокочастотное высокостабпльное синусоидальное (эталонное) напряжение с периодом T (фи,г. 1а); из постоянного по фазе высо|кочастотного вьссокостабпльного оинусопдального напряжения формируют переменное по фазе высокоча стотное высокостабильное синусоидальное напряжение с периодом Т, равным периоду постоя нного по фазе высокочастотного высокостабильного синусоидального напряжения

25 (фиг. 16); скорость вращения вала ср преобразуют в скорость а изменения фазового сди га а переменного по фазе высокочастотного синусои30 дального напряжения относительно постоян3ц4М»

Ного по фазе высокоча!стотного синусоидального напряжения (фиг. »а, б); формируют выходные импульсы (рис. 2б) ,в моменты (4) совпадения фазы (II — 3) второго (I I) cHíóñîèäàëüíîãо напряжения (ф!иг. 2а) с фазой пер!вого (I) высокочастотного синусоидального напряукения (фиг. 2а) при изменении фазового сдвига сс(а! а2 кз ".) между ними на величину Ла, равную каждому периоду (Ла=Т) этих высокочастотных синусопдальных напряжений (11:иг. 2а).

Предложенный способ преобразо!вания угловой скорости вращения вала в частоту следования импульсов обеспечивает преобразование скорости вращения вала в большом динамическом диапазоне от 0,01 град/сек и выше. Верхний предел преобразования скорости не имеет ограничений.

Преооразование угловой скорости !вращения вала в большом динамическом диапазоне достигается за счет обеспече|ния очень малой величины Л!р" изменения угла по ворота вала (дискретного шага квантования угла поворота вала), соответст!вующей периоду,времен!и между д!вумя следую щими друг за другом выходными им!пульсами.

МаЛая ВСЛ!11в!Ииа ЛСр дОСтИГаЕтея За СЧЕТ выбора очень малой величины Ла изменения фазового сдвига синусоидальных !на!пвряженпй (ди!скретного шага кванто!вания фазо!вого сдвита), соот!ветст!вующей периоду между д!вумя выходными им!пульсами, Величина Ла, равная периоду Т высокочастотных сннусоидальных напряжений

Ла = Т =— (2)

V может быть получена очень малой за счет вы!бора большого значения частоты f. синусоидальных напря кений.

Предлагаемый способ преобразо!вания угловой скорости вращения вала по сравнению с из!вестным позволяет увеличить в 10 —:10" раз динамический диапазон D.,: преобразс!вания скорости II! вращения вала, о!пределяемое отношением q дискретных шагов AI1I, Лср в квантования угла по!ворота .вала

Д: (3) соответст!венно равных Aqua=0,2 и больше, Лср"" =0,001 и меньше.

Способ позволяет преобразо!вывать малое значение минималы1ой скорости р„.„, вращения !вала (ср,„„!=0 01 град/сек и ниже) за счет очень малого дискретного ша!га Лср" к!вантования угла по!ворота ср вала Лср =0,001 и меньше).

На основе предложенного способа могут быть построены совершенные устройства, обеспечивающие значительно больший динамический диапазон преобразования скорости вращения вала в частоту следования импульсов.

На фиг. 1, 2 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; на фиг. 3, 4 — варианты устройст!в для преобразования скорости вращения вала в частоту следования импульсов

Одним из устройств для преобразования скорости вращения вала р в частоту следования им!пульсов F, построенным на основе првдложен11ого способа, я!вляется устройство, функцио!налы1ая схема которого показана на фиг. 3.

Устройст!во включает в себя генератор 1 высокочастотного синусоидального напряжения, делитель- частоты 2, фазорасще!пительное устройст!во 8, многополюсный (индуктивный или ем!костной) фазовращатель 4, ум1!ожитель частоты 5, устройство сра!внения фаз б.

Принци!п действия устройства состоит !в следующем. Генератор 1 !вырабатывает синусоидальное,высокочастотное напряжение со стабильной частотой f,. Напряжение с частотой

f,, поступает на детитсль частоты 2, который производит преобразование частоты, уменьшая ее до значения f, необходимого для питания низкочастоп1ого многополюсного (индуктивного или ем!костного) фазовращателя, согласно зависимости! ум — Кум !э (4) где К,-„— коэффициент преобразован!ни частоты fg В la cTOT) 1 .„.

Питание статора фазовращателя пропз11одится через фазорасщспительнос устройство 3.

Многополюсный фазовращатель 4 осущест!вляет преобразо!ванне угла поворота вала II! его ротора относительно статора в фазо!вый сдвиг а,1, синусоидальпого напряжения с частотой равной частоте f,„,(f,1,„— — f,-„), снимаемого с ротора фазовращателя, относительно опорного синусоидалы1ого напряжения с частотой f;„„ .подаваемого на питание его статора, согласно зависимости

=кф,, (5)

1дс К1„, — коэффициент преобразования угла поворота вала qua фазовый сдвиг oф.

Следовательно, м!погополюсный фазовращатель 4 произ!водит преобразование скорости вращен11я ср его ротора относительно статора в скорость изменения фазового сдвига аф согласно зависимости ф — — Кф. . (6)

Сдвинутое по фазс на угол а,1, синусопдаль-!

loe IIaI1pIIiæeI! Ile с Выходуl фазо!Вращателя поступает на умножитель 5, который произ водит преобразование частоты f I„„óâåëè÷llâàÿ ее до значения fy„, равного значению частоты

f;, генератора (f,„=fo) ! ув — — Кув !фв, (7) где Ку„— коэффициент преобразова!ния частоты f,i,„â частоту f,-,.

В результате одновременно с преобразо!ванием угла поворота р ротора фазовращателя в фазовый сдвиг сс,1, производится преобразование угла поворота ср в фазовый сдвиг я высокоча394831 (10) а=К,.ф о, 10

З0 (12) 40

65 стотного синусоидального напряжения с частотой f,-, относительно эталонного высокочастотного синусоидального напряжения, с частотой f, вырабаты|ваемого генератором стабильной частоты, в соответствии с зависимостью а=К ф <р, (8) где Куф — коэффициент преобразования угла по ворота вала р,в фазовый сдвиг а.

Следовательно, производится преобразование окорости,вращеиия (p ротора фазоврашателя относительно статора в скорость изменения фазового сдвига а согласно зависимости а: К,ф >. (9)

Высокочастотное синусоидальное на пряжен ие с частотой 1, с выхода генератора и сдвинутое относительно него по фазе на угол а синусоидальиое напряжение с частотой f„-„с выхода умножителя частоты 5 подается на устройство б сравнения фаз напряжений. Устройст во производит сравнение текущего значения фазового угла (фазы) а,-, высокочастотного синусоидальиото напряжения с выхода умножителя частоты с текущим значением фазового угла (фазы) а, эталонного сииусоидального напряжения с генератора и в моменты совпадения фазы а,, с фазой а, производит формирование выходных импульсов при изменении фазо вого сдвига а между указанными синусоидальныNH напряжениями на величину каждого периода. Частота F следования выходных импульсов пропорциональна скорости вращения ср ротора фазовращателя относительно его статора.

Определение направления поворота, вала производится путем сопоставления порядка следования импульсов, сформиро|ванных уcTpoHcTBoiM в результате сравнения фазового угла а,-, с фазовыми углами а, и а, двух эталонных напряжений с генератора, одно из которых сдвинуто по фазе относительно другого иа 1/4 дискретного шага Ла.

В зависимости от направления по ворота вала последователbtHость импульсов с частотой

F вырабатывается на одном из двух выходов

7 и 8 устройства.

На основе предложенного способа может быть построено и другое устройство для преобразо вания скоростями вращения вала <р в частоту F следования импульсов, функциональная схема которого показана на фиг. 4.

Устройство включает в себя генератор 9 высокочастотного синусоидального напряжения, фазорасщепительное устройство 10, фазосдвигающее усгройство 11, синус-|косинусный потенциометр 12, устройство 18 сра внения фаз.

Принцип действия устройства состоит в следующем. С генератора 9 высокочастотное оинусоидальное напряжение sin(2nf,.t) подается на фазорасщепительное устройство 10, с выхода которого высокочастотные синусоидальные напряжения sin(2nf, t) и cos(2zrf, t) поступаK T на фазосдвигающее устройство l l, Угол поворота вала q с помощью синус-косииусиого потенциометра 12 преобразуется в функции sinn и cosa, снимаемые с двихчков потенциометра. В sinu u cosa значение а определяется зависимостью где К,-q, — коэффициент преобразования угла поворота вала <р IB фазо вый сдвиг а.

Напряжения sina u cosa поступают иа фазосдвигающее устройство 11. Принцип действия фазосдвигаюшего устройства 11 основан IIa решении тригонометрического уравнения

sin(27:f,t+ а): sin (2 f .1).cos a+

+ cos (2 f,. t) sin а. (11) Выполнение операций умножения и cóììIIрования производится с помощью множительных блоков и блока суммирования, входящих в состав фазосдвигающего устройства. С вгяхода электронного фазосдвигающего устройства ll поступает высокочастотное синусоидальное напряжение sin (2 f,./+а), сдвинутое по фазе на угол а относительно высокочастотного синусоидального напряжения sin(2 f> t), вырабатываемого генератором 9.

При изменении угла поворота вала q, производится преобразование скорости вращения вала р в скорость изменения фазового сд вита а согласно зависимости

Высокочастотное синусоидальное напряжение с частотой f, с выхода генератора и сдвинутое относительно него по фазе на угол а синусоидальное напряжение с частотой /ф„- с выхода фазосдвигающего устройства 11 подается на устройство 13 сравнения фаз напряжений. Устройство производит сравнение текущего значения фазового угла (фазы) a эталонного синусоидального напряжения с генератора и в моменты совпадения фазы аф,, с фазой а, производит формирование выходных импульсов при изменении фазового сдвига а между указанными синусоидальными напряжениями на величину каждого периода.

Частота Г следования выходных импульсов пропорциональна скорости вращения входного вала. Опреде,чение направления поворота вала производится путем сопоставления порядка слсдoBания импульсов, сформироваnnыx в результате сра внения фазового угла аф,; с фазовыми углами а,, и а, двух эталонных напряжений с генератора, од но из которых сдвинуто по фазе относительно другого на 1/4 диокретного шага Ла. В зависимости от направления поворота вала последовательность импульсов с частотой F вырабатывается на одном из двух выходов И и 15 устройства.

394831

Предмет изобретения

С пособ преобразования угловой скоро сти вращения вала в частоту следования HMIIIv;iücGIB, основанный на формированиями постоянного по фазе высокочастотного синусоидального напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения диа пазона преобразования из постоянного по фазе высокочастотного синусоидального напряжения формируют перемеженное по фазе высокочастотное синусоидальное на пряжение с частотой, равной частоте постоянного по фазе напряже|ния и со скоростью изменения фазового сдвига, пропорциональной скорости вращения вала, сравнивают фазы сформированных напряжений и при совпадении фаз напряжений формируют выходные импульсы в моменты, соот ветст1в ющие периоду синусоидалыгого напряжения.

394831

Составитель М. Черенкова

Техред T. Курилко Корректор Л. Новожилова

Редактор Л. Перышкова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3307/12 Изд. ¹ 1822 Тираж 602 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5