Преобразователь угла поворота валав код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

{iii840998 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 10.10. 79 (21) 2828292/18-24 (511М. К . с присоединением заявки М

G 08 С 9/04

Государственный комитет

СССР но делам нзобретеннй н открытн и (23) Приоритет

Опубликовано 230681. Бюллетень Й9 23

Дата опубликования описания 23 . 06 . 81 (53) УДК 681. 325 (088.8) (72) Автор изобретения

О.A. Хайнацкий (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Изобретение относится к система% автоматического контроля и регулирования, а именно, к устройствам для преобразования угла поворота вала в дискретный электрический сигнал.

Известно устройство, содержащее последовательно включенные генератор опорного напряжения, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, синусно-косинусный делитель на1О пряжения, выполненный, например, в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, и блок формирования полезного сигнала,выполненный, например, в виде последо- 15 вательно включенных усилителя, двигателя и индикаторного блока, причем выход вала двигателя подключен к индикаторному блоку и к валу синусно-: косинусного вращающегося трансформа- 20 тора-приемника (1) .

Недостаток этого .устройства - низ-. кая точность преобразования, обусловленная неперпендикулярностью вто-. ричных обмоток синусно-косинуснъпс вра25 щающихся трансформаторов датчика и приемника.

Известен преобразователь угла по- . ворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом блока формирования полезного сигнала, другой вход которого через фильтр выс-ших гармоник соединен с выходом сумматора, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединен с обмотками .синхронизации синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, два одновибратора,два ключа и два расширителя импульсов, входы -одновибратора подключены к выходу генератора опорного напряжения, а их выходы соединены с входами соответствующих расширителей импульсов и с соответствующими квадратурными входными обмотками синуснь-косинусного вращающегося трансформатора-датчика, выходы расширителей импульсов соединены с управляющими входами ключей, сигнальные входы которых подключены к соответствующим квадратурным выходным обмоткам синусио-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходы ключей соединены со входами сумматора (23

В этом устройстве первичные квадратурные обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ)840998

2 скьт ю скет о р (<) где 5g< gQ длительность импульсон, поступающих на запитку первичных об- 50 моток CKBT-датчика, То — период повторения импульсных сигналов, поступающих на запитку CKBT.

Причем, для получения высокого быстродействия преобразователя период 55 повторения импульсных сигналов должен быть равен

60 датчика запитываются прямоугольными импульсными сигналами 0„ (t) и 0>(t) с длительностью v СА TGK67 i . где

TG„ — постоянная времени СКВТ,Сдвинутыми во времени относительно друг друга на — Т, где T> .- период повто1 рения импульсных сигналов 0 (t) и

0Z(t) .

При эапитке первичных обмоток

СКВТ-датчика импульсными сигналами

U<(t) и 0>(t) на выходных синусной и косинусной обмотках, соответственно, индуктируются импульсные сигналы рассогласования 0 рс с (t) и 0о,хс (t), амплитуды которых пропорциональны углу рассогласования между валом СКВТдатчика и приемника. С помощью ключей импульсные сигналы рассогласования

0 рою (t) и 02„,с,о (t) отделяются от других сигналов, не несущих информацию об измеряемом угле, а затем . 20 суммируются друг.с другом.

Из полученного суммарного импульсного сигнала рассогласования выделяется первая гармоника с частотой О о амплитуда которой пропорциональна без 2с учета технологических погрешностей

СКВТ-датчика и приемника, обусловлен.ных неперпендикулярностью их вторичных обмоток углу рассогласования между валом датчика и приемника. Синусоидальный сигнал рассогласования поступает на обмотку управления двигателя„ который, вращаясь разворачивает вал СКВТ-приемника до устранения углового рассогласования.При этом угол вала CKBT-датчика равен углу вала СКВТ-приемника, а.индикаторный блок, установленный на валу СКВТ-приемника, указывает числовой эквивалент измеряемого угла вала датчика.

При реализации преобразователя для 40 исключения влияния переходных процессов, возникающих при импульсной запитке первичных обмоток CKBTдатчика, и отрицательно сказывающихся на точности преобразователя, должны быть выполнены соотношения то(>

1 о ïðå8 где (>прор. — предельная для данного класса СКВТ частота переменного напряжения, поступающего на запитку

CKBT-датчика.

Указанные соотношения выполняются для большинства многополюсных СКВТ, у которых постоянные времени Т очень малы, т.е; / т ас скат ïðå3.

К таким CKBT относятся индуктосины, редуктосины и другие типы CKBT.

Однако на практике н ряде случаев применяются СКВТ с большими постоянными времени (двухполюсные СКВТ), у которых условие (1) не выполняется, так как

Т Ъ) скат ы

К числу таких CKBT относятся, например, серийно выпускаемый двухполюсный СКВТ типа BT-5, у которого

ТскЬт ж10 млс, а 1/4)„реб 1мс.

В этом случае практическая реализация известного устройства усложняется в связи с появлением больших переходных процессов на выходе

CKBT-приемника, возникающих при эапитке первичных обмоток CKBT-датчика импульсными сигналами.

Следовательно, влияние переходных процессов, возникающих при импульснои запитке СКВТ, на ныходнои полеэныи сигнал рассогласования и на точность преобразователя особенно сказывается при построении преобразователя на основе CKBT с большими постоянными времени.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя путем исключения влияния переходных процессов на точность преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что н преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, фильтр высших гармоник, подключенный выходом к входу блока формирования полезного сигнала, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединены с обмотками синхронизации синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходные обмот-. ки которого через первый и второй ключи подключены к входу сумматора, введены третий, четвертый и пятый ключи, блок согласования, инвертор, два нуль-органа и делитель частоты, причем выход генератора опорного напряжения подключен к входу блока согласования, первый выход которого через третий и четвертый ключи подключен к соответствующим входным обмоткам синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и через первый нуль-орган подключен к управляющему входу пятого ключа, выход ., которого соединен с входом фильтра высших гармоник, информационный вход пятого ключа подключен к выходу сумматора, второй выход блока согласования через второй нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выход

840998 которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей и через инвертор — к управляющим входам второго и четвертого ключей.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобра-, зователя.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 опорного. напряжения, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик

2, синуско-косинусный вращающийся трансформатор-приемник 3, ключи 4-8, сумматор 9, фильтр 10 высших гармоник, блок 11 формирования полезногО сигнала, состоящий из усилителя 12, двигателя 13 и индикаторного блока

14, блок 15 согласования, нульорган 16, делитель 17 частоты, инвертор 18, нуль-орган 19, блок

15 согласования, выполненный в виде трансформатора, работающего в режиме трансформатора тока.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)-датчик 2 имеет две квадратурные первичные обмотки, которые через ключи 6 и 7 подключены к первому выходу блока 15 согласования, вход которого подключен к выходу генератора 1, СКВТ-приемник

3 имеет две квадратурные вторичные . обмотки, которые через ключи 4 и 5 подключены к входу сумматора 9, выход которого через ключ 8 и фильтр

10 высших гармоник подключен к входу блока 11 формирования полезного сигнала.

Второй выход блока 15 согласования подключен через нуль-орган 16 к входу делителя 17 частоты, выход которого подключен к управляющим входам ключей 4 и 6 и через инвертор 18 к управляющим входам ключей

5 и 7. Первый выход блока 15 согласования подключен также ко входу нуль-органа 1".,выход которого подключен к управляющему входу ключа 8.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

С выхода генератора 1 (фиг.1) синусоидальный сигнал (фиг.2а) поступает на вход блока 15 согласования с первого выхода которого он через ключи 6 и 7 поступает на запитку первичных квадратурных обмоток СКВТ-датчика 2. Так как один иэ ключей, например 6, находится в нормально разомкнутом положениИ, а другой ключ 7 за счет инвертора 18 находится в нормально замкнутом положении, то в зависимости от коммутирующего сигнала, поступающего на управляющие входы ключей 6 и 7, напряжение с выхода генератора

1 поступает или на эапитку синусной первичной обмотки СКВТ-датчика 2 (через ключ 6) или на запитку косинусной первичной обмотки СКВТ-датчика 2 (через ключ 7). При подключении одной иэ первичных обмоток СКВТдатчика 2 к выходу генератора 1 через первичную обмотку блока 15 согласования протекает ток 3 равный по амплитуде

10 где 0 — напряжение генео ратора 1;

Råìâò, Хсквт aw vaHoe инду тивное сопротивление первичной обмотки СКВТ-датчика 2;

Х- — индуктивное сопро.тивление первичной обмотки блока 15 е согласования 15, и сдвинутый по фазе относительно вектора выходного напряжения генератора

25 1 на угол р, равный

20 (хскьт.+ x ) сквт

30 при тр окьт .«р скьт что выполняется за счет выбора соответствующих параметров блока 15 согласования, который работает в режиме трансформатора тока, при этом напряжение, наведенное во вторичной обмотке согласующего блока 15, совпа40 дает на фазе с вектором тока, протекающего через первичную обмотку

CKBT-датчика 2.

Из напряжения, снимаемого со второго выхода блока 15 согласования с помощью нуль-органа 16, формируются прямоугольные импульсы (типа меандр)

55 (фиг.2б), которые затем поступают на вход делителя 17 частоты, состоящего, например, иэ и последовательно включенных триггеров, где М1,2...Z.

На выходе делителя 17 частоты формищ руются положительные. прямоугольные импульсы низкой частоты (фиг.2г), î равной (4 .ц,,р — где Ко-2, 4..., IC g

-которые поступают непосредственно на

Так как Хсквт)) сквт (что обыч45 но выполняется на практике), то

Ф =90О, при этом напряжение на втором выходе блока 15 согласования также сдвинуто относительно вектора выходного напряжения генератора 1

5О на 90 (фиг.2б).

840998

С помощью ключа 8, управляемого от выходных прямОугольных импульсов нуль-органа 19, из синусоидального сигнала рассогласования выделяются положительные (или отрицательные, в зависимости от знака рассогласования) полуволны, постоянная составляющая которых (фиг.2н,и,к) - Uððñ, используется в качестве полезного управляющего сигнала, поступающего через .фильтр 10 высших гармоник и усилитель 12 на обмотку управления двигателя 13. Под воздействием управляющего сигнала 0ррс. двигатель 13 разворачивает вал CKBT-приемника 3 до устранения сигнала рассогласования.

При этом, угол поворота вала

СКВТ-приемника 3 равен углу поворота вал СКВТ-датчика 2, а индикатоРный блок 14 укаэываеТ чйсловой эк" вивалеит измеряемого угла без учета погрешностей, обусловленных неперпендикулярностью вторичных и первичных обмоток. СКВТ-датчика 2 и CKBTприемника 3, соответственно.

d0 управляющие входы ключей 4 и 6 и через инвертор 18 на управляющие входы ключей 5 и 7. Причем за счет включения инвертора 18,положительные импульсы, поступающие на управляющие входы ключей 5 и 7 (фиг.2е) сдвинуты во времени относительно положительных импульсов, поступающих на управляющие входы ключей 4 и 6 на величину, равную — T, где т

1 1

2 к К ц Р

При воздействии управляющих (положительных) импульсов ключи 6 и 7 поочередно включаясь, пропускают выходное напряжение генератора 1 на запитку синусной обмотки (фиг.2д) эа период 0 tg Т, а затем и,ко15 синусной обмотки (фиг.2и) за период

1 е

2 ТК g tg Т„СКВТ-датчика 2.

При эапитке первичных обмоток 20

CKBT-датчика 2 прерывистыми синусоидальными сигналами 0 (t) ключ 6

,(фиг.2д) и Ug(t) ключ 7 (фиг.2и). на выходных вторичных обмотках

СКВТ-приемника 3 также формирУются прерывистые синусоидальные сигналы

Uq(t) (на выходе синусной вторичной обмотки СКВТ-приемника 3) и 04(t) (на выходе .косинусной вторичной о6мотки CKBT-приемника 3), образованные, соответственно, опорными сигналами 04(с) и 0 (,й) Сигналы 0>(t) и

U4 (t) C BHXOPOB BTOPHMHHX O6MOTOK

СКВТ-приемника 3 поступают через ключи 4 и 5, которые поочередно включаются от выходных импульсов делителя 7 частоты и инвертора 18 на вход сумматора 9, на выходе которого формируется синусоидальный сигнал рассогласования (фиг.2и).

При коммутации первичных обмоток СКВТ-датчика 2 в электрической цепи обмотки возбуждения, представляющей собой комбинацию резистора R и катушки индуктивности L СКВТ (цепи RL) возникают переходные процессы, которые обуславливают появление, на выходе вторичных обмоток CKBT-приемника

3 параэитных импульсных сигналов (помех).

Для исключения паразитного импульсного сигнала (помехи), наличие которого в выходной цепи преобразователя приводит к прямой погрешности преобразования, в данном преобразователе начальная фаза опорного напряжения за счет дополнительно введенных элементов и выбора соответствующей структурной схемы преобразователя всегда равна фазовому сдвигу вектора тока в цепи возбуждения и воздействующего опорного напряжения.

Амплитуда импульсного сигнала (помехи) равна нулю, т.е. в процессе коммутации обмоток переходных процессов практически не возникает и в. цепи сразу же устанавливается ток (или напряжение) стационарного режима, Для исключения небольших по величине и длительности выбросов, возникающих при коммутации обмоток вследствие различных паразитных емкостных связей между проводами цепей синхронизации (фиг.2н), гармонический сигнал рассогласования проходит через ключ 8, включение которого производится выходными .прямоугольными импульсами нуль-орган 19, сдвинутыми по фазе относительно опорных импульсов нуль-органа 16 на 90о. В этом случае (фиг.2к) паразитные выбросы, возникающие в момент коммутации обмоток, не проходят через ключ 8, и следовательно, не влияют на точность преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, фильтр высших гармоник, подключенный выходом к входу блока форМирования полезного сигнала, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединены с обмотками синхронизации синуснокосинусного вращающегося трансформаТора-приемника,. выходные обмотки которого через первый и второй ключи подключены к входу сумматора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены третий, четвертый и пятый ключи, блок согласования, инвертор, два нуль-органа и

840998

10 делитель частоты, причем выход генератора опорного напряжения подключен к входу блока согласования, первый выход которого через третий и четвертый ключи подключен к соответствующим входным обмоткам синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и через первый нуль-орган подключен к управляющему входу пятого ключа; выход которого соединен с входом фильтра высших гармоник, информационный вход пятого ключа подключен к выходу сумматора, второй выход блока согласования через второй нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей и через инвертор — к управляющим входам второго и четвертого ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ахметжанов A.A. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. M., "Энергия",1975, С ° б °

2..Авторское свидетельство СССР по заявке 9 1648447/18-24, кл. G 08 С 9/04, 1978, (прототип).

840998 г)

Составитель Е. Вударина

Редактор В. Еремеева Текред C. Мигунова . Корректор В. Синицкая

Заказ 4774/77 Тираи б91 ; .Поддисное

BIIHHIIH Государственного комитета СссР .по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

В Ф Ф O

Филиал ППП "Патент", г. Укгород, ул. Проектная,4