Преобразователь углового положения вала в напряжение

 

О Л Й- C А-Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ,,!!) 548762

Союз Советских

Сокиалистических

Республик

К ASTOPCKOkhY СВИДЕтЕЛЬСТВЬ,, матф=. Ф :." 9 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.05.75 (21) 2135394 24 с присоединением заявки хна (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.77. Бюллетени .тх)е 8

Дата опубликования описания 31.03.77 (51) М. Кл.- G 01D )5/243

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений (53) УДК 621.314.24 (О88.8) и открытий (72) Авторы и 3 о б р е т е I I I I SI

В. С. Жаореев и Т. К. Подлинева (71) Заявитель Челябинский политехнический институт имени Ленинского комсомола (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть применено в следящих системах и счетно-решающих устройствах, преобразователях координат, в фазовых измерениях.

Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, фазовращатель, ключи, модуляторы и логические элементы (1).

Однако известный преобразователь не обеспечивает достаточную точность работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является преобразователь углового положения вала в напряжение, содержащий фазорасщепитель, вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты, а выходы соединены со входами, переключателя, управляющий вход которого подключен к выходу генератора модулирующей частоты выходы, переключателя подключены ко входам синусно-косинусного поворотного трансформатора, выход которого соединен с одним входом первого множительного устройства, выход которого подключен ко входу первого фильтра (2).

Недостатками этого преобразователя являются нелинейная зависимость выходного сигнала преобразователя от аналогового сигнала, к влияние на точность работы преобразователя нестабильности амплитуд выходного напряжения фазовращателя и опорного напряжения, внутреннего шума фазовращателя и его фазовой погрешности.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства и получение линейной характеристики преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно фильтр и множительные устройства, сумматор, фазосдвигающая цепь и фазопнвергор, вход которого подключен к одному выходу фазорасще,пителя, а выход — к первому входу фазосдвигающей цепи, второй вход которой соединен с выходом суммагора, а выход фазосдвигающей цепи подключен к другому входу первого множительного устройства, выход которого соединен с одним входом второго множительного устройства, выход которого

20 через второй фильтр подключен к одному входу третьего множительного устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра, другие входы вто25 рого и третьего множительHû.; устройств соединены с выходом генератора модулирующей частоты. Функциональная схема преобразователя углового положения вала в напряжение представлена на чертеже. Устройство со30 держит фазорасщепитель 1, вход которого

548762 соединен с выходом генератора несущей частоты 2. Выходы фазорасщепителя подключены ко входам переключателя 3, управляющий вход которого соединен с выходом генератора модулирующей частоты 4. Выходы переключателя соединены со входами синусиокосииусиого поворотного трансформатора 5, иодключе(гиого и одному входу множительного устройства 6, другой вход которого соединен с выходом ф»зосдвигающей цепи 7, подключенной через ф»зо)(нвертор 8к одному B(lходу ф»зовращатсля 1, выход множительного устройства 6 соединен через ф)(льтр 9 с одним входом сумматора 10, и непосрсдственlIo — с одним входом множительного устройства 11, выход которого через фильтр 12 подI;. Ilo l. ll I(одному в. Оду мно;кительного устройств» 13, со(дшгсиного с друп!м входом сумм»тор» 10, выход которого подключен к одному из входов фазосдвигающей цепи 7.

Выход генератора модулирующей частоты соединен с соответствующими входами множительных устройств 11 и 13.

Работ» преобразователя происходит следующим образом.

Входным сигналом преобразователя является угол Х (t) .

Сигнал Х(t) поступает на механический вход синусно-косинусного поворотного трансформатора (СКПТ) 5, запитываемого двумя квадратурными напряжениями Usin t u

U„.- „, ь поступающими на электрические входы СКПТ с выходов переключателя 3, входы которого соединены с выходами фазорасщепителя 1, выполняющего расщепление однофазного выходного напряжения генератора несущей частоты Г., на два квадратурных напряжения. Переключатель 3 осуществляет переключение выходных квадратурных напряжений фазорасщепителя 1 относительно входов СКПТ с частотой, равной частоте модулирующего сигнала Мф (t),,ïîäàâàåìîãî на управляющий вход переключателя 3 от генератора модулирующей частоты Гя . Переключение запитывающих СКПТ напряжений относительно его входов, позволило получить на выходе СКПТ фазомодулированное переменное напряжение (1),вида:

< (t) À, cos (о t + 1 (t) +Мф (t) + q (t) (+ и, (/), (1) где Ао и () — априорно известные значения амплитуды и частоты;

Х (t) — полезная составляющая фазы, линейно зависящая от угла на механическом входе заявляемого преобразователя;

cp (t) — собственная фазовая погрешность СКПТ;

no(t) — внутренние помехи, шум фазовращателя, который можно считать белым шумом, с нулевым средним значением.

Выходное напряжение синусно-косинусного поворотного трасформатора поступает на вход множительного устройства 6 на второй вход которого подается опорное напряжение с выхода фазосдвигающей цепи 7, которая запитывается О ()()(! из Вы О, ())((х квадр» урных напряжений фазорасщепителя, сдз .)(утым на 180 Ilo фазе фазоинвертором 8. 11» управля(ощий вход фазосдв;)гающей цеи;) 7 поступает напряжение U! вида

U, = — i, :- (t) М (г) +- р . (t), (2) где л" (L) — напряжение, линейнозависящсс о1 входного угла ),(/) на меха входе

10 и реооразователя,

Мф (8) — модулируlo)11 ая функция.

15 Фазосдвигающая цепь осуществляет сдвиг по фазе запптывающего ее наиряи;си)(я, прямо пропорциональный напряжению II» ее управляющем входе, выходное и»:)ряжение фазосдвигающей цепи при этом имеет вид:

U, = — А, sin ((о/+ t." (t).Мф (t) + р" (t)((3!

Множ()тельное устройство 6 осуществляет перемножение выходного напряжения СКПТ

E(t) и опорного напря1кеиия U2, в результате чего выходное I)anp))1) e)l)le множительного устройства 6 определяется уравнением:

У„= sin((1.— i.!).Мф(/)+(— р"))+

+ — sin (2(о/+ (t. — 1. ":) Мф (t) +

ММф()+ (V — V*)1+ () М,(). (5)

Сигнал U поступает на низкочастотный фильтр 12 с полосой пропускания, мень(пей частоты модулирующего сигнала Мф (t) . Поэтому сигнал 1." на выходе фильтра, явля:ощемся выходом всего преобразователя, пропорционален постоянной составляющей его входного напряжения U,„, и в статике имеет вид

1" = k, cos (ф — qð" ) $)п(>. — >Р), (6)

60 где kl — статический коэффициент передачи фильтра 12.

Учитывая то, что отключения выходной координаты преобразователя Х" ог его вход65 ной координаты Х(/) как правило малы, и от+ (;+ )J+, (), (4) где и-,(/) — внутренние помехи ФВ, приведенные к выходу множительного устройства.

Напряжение U„, поступает в два параллельных канала. В первом из этих каналов

U ty поступает на вход множительного устройства 11, опорным сигналом которого явля40 зультате перемножения сигналов У„, и Мф(1) на выходе множительного устройства 11 получаем напряжение вида

Уму: $1П ((1 — 1") + {f — q ) )(2

Р Мф (/) J + — - Мф () sin (2 t + {>, + ). ) X клоненi,ÿ о:!снк с " (!) от погре!пиэсти rp(t) также мал. с, може.! записат: урависии: (6) в виде (;:|>!åíèâ значения Йп(Л вЂ” Л") малого угла самим углом, а значение cos (ср — ср" ) единицей):

/ О 1 (1 1х)

2 (?) откуда

)О

Ао. А!

2 (8)

1-+-/г!

Из уравнения (8) видно, что увеличением статического коэффициента передачи фильтра 12 молем получить высокую точность преобразования угла Л(!) в напряжение Л" (t).

Во втором параллельном канале преобразователя напряжение поступает на вход низкочастотного фильтра 9 с полосой пропускания меньшей частоты модулирующего сигнала, кзк и для фильтра 12.

Сигнал !г," иа выходе такого фильтра пропорционален постоянной составляю;цей на>5 при>кения U„, и в статике описываегся уравнением: р" = Й, cos(i.— >. ) sin {q — q ), (9}

2 где te> — статический коэффициент усиления дО ф ильтр а 9.

Учитывая малые значения отколнений (ср— ср" ) и (Л вЂ” Л"") уравнение (9) упрощается до линейной формы (»":), (1О)

А,.А, 35 откуда

Ао А!

+ 2 уравнения (11) коэффициента

<ем получить дост ования ср (фазов апря>кение. поступает на орой вход которо с выхода множи .ществля!ощего п ряжения преоор ала Мф(t), в рез

U, = Лф (t) Л": (/). (12) 55

Ао А!

ko (1 1) 40

Как видим из повышением статического передачи k фильтра 9 мон аточную точ- 45 ность преобраз ой погрешности СКПТ) в н

Н а и ря >кение вход сумматооа 10, на вт го поступает напряжение Uq тельного уст- 50 ройства 13, oci ерем ножен не выходного пап азователя Л" и опорного сиг; ультате перемно>кения:

С мутатор осуществляет суммирование напряжен;!й ч" и 1>э и формирует напряжение

U, = i (t) Л, (i) + р" (t) поступающее, как уже говорилось выше, на управляющий вход фазосдвигающей цепи 7.

Формула выходного сигнала Л";преобразователя (8) убедительно показывает, что между входным и выходным сигналами предлагаемого преобразователя существует линейная зависимость, и что введение в преобразователь новых элементов и связей обеспечивает достижение достаточной точности работы устройства.

Формула изобретения

Преобразователь углового положения вала в напряжение, содержащий фазорасщепитель, вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты, а выходы соединены со входами переключателя, управляющий вход которого подключен к выходу генератора модулирующей частоты, выходы переключателя подключены ко входам синусно-косин усного поворотного трансформатора, выход которого соединен с одним входом первого множительного устройства, выход которого подключен ко входу первого фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены дополнительно фильтр и множительные устройства, сумматор, фазосдвигающая цепь и фазоинвертор, вход которого подключен к одному выходу фазорасщепителя, а выход — к первому входу фазосдвигающей цепи, второй вход которой соединен с выходом сумматора, а выход фазосдвигающей цепи подключен к другому входу первого множительного устройства, выход которого соединен с одним входом второго множительного устройства, выход которого через второй фильтр подключен к одному входу третьего множительного устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого фильтра, другие входы второго и третьего множительных устройств соединены с выходом генератора модулирующей частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ABT. св. М 388291, кл. G 08С 9/04, 1970.

2. Петрович Н. Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией, М., «Советское радио», 1965, с. 12 — 13 (прототип) .

548762

Г

1

Составитель И. Загорбинина

Редактор Н. Коляда

Техред Л. Гладкова

Корректор Е. Хмелева

Заказ 436/3 Изд. М 247 Тираж 899 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, по. Сапунова, 2