Устройство для формирования сигнала угла поворота вала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социвлистическик

Республик (1)905969 (6)) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28Р380 (2f) 2906702/24-07 рц м.к.

Н 02 Р 5/06 с прнсоеднненмем заявки Мо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опублиновано 150282. Бюллетень Ио6

Дата опубликования описания 15. 02. 82 (%3) УДК 621. 316. . 718.5 (088. 8) (72) Авторы изобретения

С.В.Касьянов, В.П.Лянзбург и Э.Ф.Киселев

1 ((1 (7t) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА

УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к классу электронных устройств обработки сигнала злектромеханического датчика угла, например вращающегося трансформатора, и может быть применено, например, в системах регулирования скорости вращения алектродвнгателя.

Зависимость величины выходного сигнала устройства от угла поворота вала имеет вид пилообразной функции, причем в пределах одного оборота вала укладывается целое читало диапазонов линейного нарастания сигнала. В соответствии с видом пилообразной функции в конце каждого К-го диапазона сигнал скачкообразно уменьшается от максимального значения до нуля, а затем начинает нарастать пропорционально углу поворота в следующем (n+1) -м диапазоне (1) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для формирования сигнала угла поворота вала, содержащее преобразователь угла поворота в много фаэное синусоидальное напряжение, выход которого соединен с входом электронного функционального преобразователя синусоидалького напряжения в код (21 .

Однако известное устройство имеет малый диапазон рабочих скоростей вращения, поскольку требует для своего питания напряжение высокой частоты (до мегагерц) .

Цель изобретения — расширение диапазона рабочих скоростей вращения.

Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь содержит суммирующий, вычитающий и промежуточный операционные усилители, формирователи напряжений, дешифратор, схему определения знака фазового сдвига и две пары ключей, причем к первому и второму выходам преобразователя угла поворота в синусоидальное напряжение подключены попарно входы ключей и входы суммирующего и.вычитающего операционных усилителей, выходы которых соединены с входами формирователей напряжения, подключенных своими выходами к входам дешифратора и схемы определения знака фазового сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входами ключей, выходы которых соединены попарно с одним иэ

905969 входов промежуточного операционного усилителя, а входы выходного операционного усилителя подключены к выходам промежуточного операционного усилителя и схемы определени я знака

Фазового сдвига.

На Фиг.1 представлена Функциональная схема устройства; на фиг.2 блок-схема устройства определения знака фазового сдвига; на Фиг.3 и 4 эпюры напряжений на элементах схемы; 1О на фиг.5 — график выходного напряжения устройства. устройство содержит (Фиг.1) дна входа 1 и 2 и входные усилители 3 и 4, два формирователя прямоугольных напряжений 5 и 6, дешифратор 7, две пары ключей 8, 9 и 10„ 11, Входы ключей 9 и 10, 8 и ll подключены попарно и соответственно к .первому и второму входам преобразователя, присоединенных ко входам суммирующего 3 и вычитающего 4 усилителей, выходы которых соединены со входами формирователей, подключенных своими выходами ко входам дешифратора и схемы определения знака фазового Я сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входами ключей 811, подключенных .попарно к входам промежуточного суммирующего усилителя 12, а с выходами промежуточного суммирующего усилителя 12 и схемы определения знака фазового сдвига 13 соединяют входы выходного усилителя 14.

Элементы 3-14 устройства имеют у известные схемы. Суммирующие 3, 12 и 14 и вычитающий 4 усилители работают в операционном режиме, вследствие чего их коэффициенты усиления определяются из условия согласования масштабов напряжений и обычно равны 1-5. Схема определения знака фазового сдвига (Фиг.2) содержит схемы совпадения 15-24, причем на схемах 23 — 24 собран триггер, и выходные ключи 25 и 26. 4$

Устройство работает следующим образом.

Диаграммы сигналов, изображенные на фиг.3, соответствуют положйтель-,® ному, а на Фиг.4 — отрицательному направлениям вращения вала. По оси абсцисс на фиг.3 и 4 отложен угол поворота нала М @at.

На входы 1 и 2 устройства поступают с выхода первичного датчиI ка, расположенного на . валу, угол вращения которого измеряется, напряжения U 1 и Up, пропорциональные соответственно синусу и косинусу угла вращения вала (фиг.3). 60

Демодулятор, который необходим для выделения огибающей выходного напряжения, отнесен к датчику и в состав предлагаемого устройства не входит. Подобные датчики в вентиль- Я ных двигателях применяются как дат— чики положения ротора. Если устройство испольэовать для формирования сигнала угла вращения вала вентильного двигателя, то специального дат— чика не требуется. Это является дополнительным преимуществом данного устройства. Угол сдвига по фазе напряжений U< и Uy зависит от знака скорости щ вращения вала: при м О (фиг. 3) U, опережает Uy, a npu w с О

Ut) опережает U„ (Фиг.4). Знак фазо-. вого сдвига определяется схемой 13 (фиг. 1) .

На выходах усилителей 3 и 4 формируются напряжения ц 3 = Б + О и

U4 = U — U y (Фиг.3 и 4) . Коэффицйент усиления этих усилителеи равен 1, поэтому напряжения U,,U, U равны по амплитуде, формирователй 5 и б формируют сигналы соответственно Я и Q прямоугольной формы, фронты которых во времени совпадают с переходом неличин сигналов U 3 и

U@ через нулевое значение.

Дешифратор 7 формирует сигналы

Q g — Q 6 в соответствии с таблицей и выражениями Q = ) Q ;. Q4=Q Q Q>

=Q„Q),Q„=Q„° Q.

Вход

Выход

Б 4 5 Ь

1 1

1 О

О О

О 1

1 О О О

О О О

О О I О

0 1 О О

Эти сигналы управляют.аналоговыми ключами 8-11. Наличию сигнала на управляющем нходе соответствует открытое состояние ключа, а его отсутствие — закрытое, в результате чего на прямом и инверсном входах суммирующего усилителя 12 формируются сосответственно напряжения () 4

В u Q + u1Q<, где Q y u Q g принимают з наче ния О или

-а

1 (в таблице). Напряжения U и О„предстанляют собой наиболее линейнйе от— резки синусоид U< и U, .расположенные в областях перехода через нуль.

Так .как амплитуды напряжений

U, О 4 Равны, то длительность каждого

Участка напРяжений Ug u 05 Равна

)(/4. Так как сигнал поступает на инверсный вход усилителя 12, то его знак на выходе изменяется на противоположный. Сигнал Ug проходит без изменения знака, в результате чего на выходе усилителя 12 формируется сигнал ()б, который суммируется усилителем 14 с сигналом . Lñ, снимаемым с выхода схемы 13. Эта схема (фиг.2) формирует с помощью схем совпадения 15 — 20 короткие импульсы, соответствующие передним фронтам импульсов Q< и Qg, схемы совпадения

21 — 22 Фиксируют совпадение этих импульсов с сигналом Q,=1 Qn=l и Q

=1„Q<-=1 устанавливая триггер на элементах 23 и 24 в то или иное поло.жение. Входные сигналы триггера открывают ключи 25 или 26, пропускающие на выход эталонные напряжения

О() или -1)о . Вследствие этого сигнал

U7может принимать два значения:

07=tUO.:Знак сигнала U определяется направлением вращения вала двигате-. ля, т.е. знаком его скорости щ . При цлО сигнал Uq опережает по фазе сиг нал 1),поэтому передние .фронты сигналов Q и (} совпадают с Q=l, Q =1 л. соответственйо (фиг. 3) . При > (О сигнал Ug опережает по Фазе U è Фронты сигналов Q<, Qg соответствуют сигналам Qy l, Q<=l (Фиг.4)-, в результате чего триггер перебрасывается и знак сигнала изменяется на противоположный при изменении знака скорости. Величина U() равна U < при и Ф=Х/4, поэтому на выходе усилителя 14 формируетсН сигнал "ЬШ»-К(иЬ+Поз1п0, где К— коэффициент передачи усилителя 14.

Так как сигналы U „ и U в любой мо мент времени однозначно определяют угловое положение вала, то и сигнал

Ug>,g сформированный из сигналов 0,.

Ug, примерно пропорционален углу поворота этого вала в пределах диапазонам Х/2. За период изменения сигнала U формируется 4 диапазона изменения сигнала U ш (.

Зависимость Uy=U(sinwt (фиг. 5) принципиально нелинейна и отличается от аппроксимирующей линии иа 4,3% (по отношению к U<). Поэтому при точных измерениях угла поворота вала с помощью данного устройства необходимо пользоваться тарировочной характеристикой.

Так как выходной сигнал представляет собой отрезки входных сигналов, то воздействие помехи (кратковременной) никак не влияет íà U „, что гарантирует высокую помехоустойчивость устройства. Его схема проста и соби. рается из стандартных микросхем и усилителей.

Формула изобретения

Источники информации, 4> принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 736318, кл. H 02 P 5/Об, 19/7 °

3© 2. Электромеханическве преобразователи угла с электрической редукцией. Под ред. A.Н.Ахмеджанова,. М., Энергия, 1978 с. 175-19б.

Устройство для формирования сигнала угла поворота вала, содержащее преобразователь угла поворота в многофазное синусоидальное напряжение,. выход которого соединен с входом электронного функционального преобразователя сннусоидального напряжения в код, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапаэона рабочих скоростей вращения, функциональный преобразователь со20 держит суммирующий, вычитающий и промежуточный операционные усилители, формирователи напряжений, дешифра тор, схему определения знака фазового сдвига и две пары ключей, причем

25 к первому и второму выходам преобразователя угла поворота в синусоидальное напряжение подключены попарно входы ключей и входы суммирующего и вычитаищего операционных усилителей, у» выходы которых соединены с входами формирователей напряжения, подключенных своими выходами к входам дешифратора и схемы определения знака фазового сдвига, выходы . дешифратора соединены с управляющими входами ключей, выходы которых соединены попарно с одним из входов промежуточного операционного усилителя, а входы выходного операционного усилителя подключены к выходам промЕжуточ4О ного операционного усилителя и схе-, мы определения знака Фазового сдвига.

905969

oj =9

Йп Ы

02

02

Составитель А.Санталов

Редактор Л.Авраменко Техред М.Надь Корректор A.Äçÿòêo

Заказ 394/72 тир Па Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал,ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4