Преобразователь угла поворота вала в код

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1i t1 526933

Союз Советских

Социалистических

Ресоублнк (61) Дополнительное к авт. свид-ву 470841 (22) Заявлено 11.05.75 (21) 2134166/24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30.08.76. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 06.10.76 (51) М. Кл.- оG 08С 9(04

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Авторы изобретения

В. С. Бердяев, В. Г. Сидоричев и В. П. Ярошевский (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области автоматического регулирования и управления и может быть использовано в системах слежения за углом поворота вала.

Известен преобразователь угла поворота вала в код по авт. св. № 470841, содержащий датчик угла поворота вала, дешифратор, подключенный к управляющим входам ключей, выходы датчика угла поворота вала попарно подключены к входам демодуляторов, выходы которых соответственно подключены к входам ключей и через компараторы к входам дешифратора, выход которого соединен с первым входом преобразователя напряжение — код (ПНК), второй вход которого подключен к выходам ключей, а выход преобразователя напряжение — код через вычитающее устройство соединен с реверсивным счетчиком.

Этот преобразователь обладает тем недостатком, что при использовании в нем в качестве опорной частоты промышленной сети

50 Гц или сети более низкой частоты для получения огибающих, свободных от пульсаций в составе демодуляторов, требуется использование фильтров нижних частот (ФНЧ) большой постоянной времени. Это вызывает запаздывание выходного демодулированного сигнала по отношению к входному аналоговому сигналу переменного напряжения и, как следствие из этого, ошибку преобразования.

Целью изобретения является повышение точности работы преобразователя за счет компенсации ошибки запаздывания.

Эта цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код введены дифференциатор, фильтр нижних частот, блок выделения модуля, сумматор и дополнительный преобразователь напряжение — код, выходы которого подключены к одним из входов сум10 матора, первый вход соединен с выходом вычитающего устройства, а второй вход дополнительного преобразователя напряжение — код соединен с выходом ключей через последовательно соединенные диФФеренциатор, блок

15 выделения модуля и фильтр нижних частот.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

20 Преобразователь содержит сельсин-датчик

1, демодуляторы 2 — 4, компараторы 5, дешифратор 6, ключи 7, первый преобразователь

8 напряжение — код (ПНК), вычитающее устройство 9, реверсивный счетчик 10, дифферен25 циатор 11, блок 12 выделения модуля, фильтр

13 нижней частоты (ФНЧ), второй ПНК 14 и сумматор 15.

Выходы сельсин-датчика 1 попарно подключены к входам демодуляторов 2 — 4. Выходы

ЗО последних соединены с входами компараторов

526933 (3) 50

G0

5, выходы которых подключены к дешифратору 6. Выходы демодуляторов 2 — 4 соединены также с аналоговыми входами ключей 7. Выход дешифратора 6 подключен к управляющим входам преобразователя 8 напряжениекод и ключам ?, выход которых соединен с аналоговым входом преобразователя 8 напряжение — код и дифференциатором 11. Выход дифференциатора 11 подключен к блоку 12 выделения модуля, а выход блока 12 выделения модуля через ФНЧ 13 соединен с аналоговым входом второго ПНК 14. Знаковый вход

ПНК 14 подсоединяется к знаковому входу реверсивного счетчика 10 и к знаковому выходу вычитающего устройства 9. Цифровой выход ПНК 14 соединен с сумматором 15. Второй выход вычитающего устройства 9 соединен с реверсивным счетчиком 10. Цифровые выходы реверсивного счетчика 10 подсоединены к сумматору 15. Выход цифрового эквивалента угла поворота вала осуществляется с выхода сумматора 15. Выход ПНК 8 соединен с входом вычптающего устройства 9.

Сельсин-датчик 1 преобразует механический угол поворота вала в электрический эквивалент, которым является трехфазное напряжение сельсина Л, В и С, модулированное по амплитуде по закону синуса угла поворота.

Демодуляторы 2, 3 и 4 выделяют из поступающих напряжений фаз сельсина Л, В и С огибающие, свободные от пульсаций опорного напряжения и пропорциональные синусу угла поворота вала.

Компараторы 5 сравнивают поступающие напряжения с нулевым потенциалом и между собой.

Дешифратор 6 управляет ключами 7 и ПНК

8. Пе1эвый п1эеоо1эазователь нап1эяжсние — код 8 преобразует напряжение, поступающее на его вход, в цифровую форму.

Вычитающее устройство 9 осуществляет вычитание двух последовательных во времени кодов ПНК 8, обеспечивает единичные приращения на его выходе и определяет направление вращения.

Реверсивный счетчик 10 обеспечивает запоминание последовательных единичных приращений.

Дифференциатор 11 вырабатывает напряжение, пропорциональное скорости вращения вала, блок 12 выделения модуля и ФНЧ 13 определяют модуль скорости вращения вала.

Второй ПНК 14 преобразует постоянное напряжение, пропорциональное модулю скорости, в цифровую форму, а сумматор 15 производит сложение цифрового эквивалента угла поворота вала от реверсивного счетчика 10 с цифровым эквивалентом скорости от ПНК 14.

Работа преобразователя заключается в следующем.

Известно, что при использовании сельсина угол поворота вала определяется тремя переменными напряжениями, сдвинутыми относительно друг друга на 120 и модулированными по амплитуде по закону синуса угла пово5

45 рота. Эти напряжения преобразуются в напряжения, явля1ощиеся огибающими переменных аналоговых напряжений сельсина. Как видно из фиг. 2в за один ooopol вала из этих огибающих выделяются двенадцать секторов по 30 каждый, причем в каждом из секторов выполняется (с точностью 2 /О) соотношение (U о: (1). Границы этих секто1эо: определепыс то1ками псрссечсния огибающих между собой и с нулевым уровнем напряжения.

Определение моментов пересечения производится с помощью компараторов, которые через дешифратор управляют ключами и первым преобразователем напряжение — код. Сектсрные напряжения затем преобразуются в код.

При этом: зменение кода угла в реверсив1;о..,l счетчике производится еди11и".,:ыми прира ;цсниями, поступающими с вычитающего у "TроЙства и име1ощиi и место п1эи измене111111 кода преобразователя.

При использовании в предлагаемом преобразователе промышленной сети 50 Гц или более низкой частоты в качестве опорной демодуляторы, используемые в преобразователе и обеспечивающие получение огибающих, свободных от пульсации опорного напряжения, можно рассматривать как неминимально-фазовые звенья. Это объясняется тем, что для рабочего диапазона изменения частоты огибающей (10 — 15 Гц), определяемой скоростью поворота вала, фазовая характеристика демодулятора линейно зависит от частоты при постоянной амплитуде на выходе демодулятора.

Коэффициент передачи пемин .мально-фазо вого звена в общем виде равен постоянной величине Л, а фазочастотная характеристика определяется выражением I оэ I = — паэт (2), где т — постоянная времени, а оэ — частота.

Для компенсации фазового сдвига (задержки сигнала огибающей по отношению к переменному аналоговому напряжению на входе демодулятора) используется напряжение корректировки U,;, которое определяется производной от огибающей синуса угла поворота вала, т. е.

U,=k

d sin о1

= ЙМ COS 1О/, dt где Й вЂ” коэффициент пропорциональности.

В предлагаемом устройстве дифференцируются отрезки синусоиды в пределах от 0 до

+30, которые при указанных значениях угла определяют изменение косинуса по модулю в пределах от 1 до 0,88.

Таким образом, последнее выражение может быть переписано в виде Uk = М (4) .

Сравнивая формулу (4) с формулой (2), находим, что если Й=т, то полученное напряжение корректирогки Uk компенсирует фазовый сдвиг демодулятора.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Трехфазное напряжение сельсина Л, В и С поступает в соответствующих сочетаниях на

526933

i) 10

20

40 входы демодулятора 2, З,и 4. На фиг. 2 а показано переменное аналоговое напряжение

U>p, поступающее на г,ход демодулятора 2. На вход демодуляторов 3 и 4 поступают аналогичные напряжения, но сдвинутое относительно Ui> на 120 и 240 соответственно. Выходные:;апряжения демодуляторов 2, 3 и 4 — огибающие, сдвш.уты-" относительно входного напряжения а угол

На фиг. 25 изображена огибающая демодулятора 2. Аналогично изображаются огибающие демодуляторов 3 и 4.

На фи —. ". ч изображено линейно-падающее и лпнейшо-нарастающее напряжения на выходе ключей 7. Каждый из двенадцати отрезко". этого напряжения соответствует изменению угла по 30 . Пилообразное напряжение с выхода ключей 7 поступает на дифференциатор 11, который обеспечивает преобразование линейно-нарастающее или линейнопадающего напряжения в прямоугольное напряжение положительной и отрицательной полярностей (фиг. 2 г), соответствующее наклону пилообразного напряжения, т. е. скорости изменения угла и, таким образом, осуществляет операцию, соответствующую выражению (4). Подбором коэффициента передачи дифференциатора обеспечивается равенство

Й=.г. Как видно из фиг. 2г, выходное прямоугольное напряжение дифференциатора 11 будет иметь небольшие отклонения от постоянной величины, определяемой скоростью вращения вала, за счет нелинейности функции синуса в диапазоне изменения угла в пределах от 0 до +-30 . Указанное отклонение компенсируется блоком 12 выделения модуля совместно с ФНЧ 13, на которые поступает прямоугольное напряжение. От ФНЧ 13 на

ПНК 14 поступает постоянное напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу (фиг. 2д).

После преобразования

ПНК )4 в цифровую форму код коррекции прп прямом направлении вращения вала суммпруется в комбинационном сумматоре 15 с кодом угла, поступающего с цифрового выхода реверсивного счетчика 10. С вычитающего у:тройства 9 поступает знак на реверсивный счетчик 10 и на ПНК 14. При обратном направлении вращения вала комбинационный сумматор

15 производит суммирование кода угла реверсивного счетчика 10 с дополнительным кодом коррекции ПНК 14. Знак направления вращения определяется вычитанием двух младших разрядов последующего и предыдущего кодов, полученных в первом ПНК 8. На выходе комбинационного сумматора получается полностью скорректированный код угла поворота вала.

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет повысить точность цифрового преобразователя при достаточно простом техническом решении в сельсинной передаче угла поворота вала.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код по авт. св. 470841, отл и ч а ю щий ся тем, что, с целью повышения точности работы преобразователя, в него введены дифференциатор, фильтр нижних частот, блок выделения модуля, сумматор и дополнительный преобразователь напряжение — код, выходы которого подключены к одним из входов сумматора, первый вход соединен с выходом вычитающего устройства, а второй вход дополнительного преобразователя напряжение — код соединен с выходом ключей через последовательно соединенные дифференцпатор, блок выделения модуля и фильтр нижних частот.

Составитель И, Назаркина

Техред В. Рыбакова

Редактор Н. Суханова

Корректор Е. Хмелева

Заказ 2067;12 Изд. ¹ 1624 Тираж 830 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2