Цифровой измеритель величины отклонения скорости от заданной

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

953570

Союз Советсник

Социалистически«

Республик (61 ) Дол ол интел ьное к а вт. с вид- ву(22) Заявлено 14.01.81 (21) 3237428/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23.08.82, Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 23.08.82 (51)М. Кл.

G 01 P 3/56

3Ъвудврстве««ьй кею«тет

СССР аю делам «зобрвте«ий

«открыт«й (53) УДК621.317. .39:531.7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Л. И. Макеева и A. В. Журковский

Институт черной метаппургии (7t) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕЛИЧИНЫ ОТКЛОНЕНИЯ

СКОРОСТИ ОТ ЗАДАННОИ

Изобретение относится к измерениям параметров движения и может быть ис- . попьзовано дпя регулирования скорости в автоматических системах.

Известно устройство дпя контроля ско-! рости вращения, содержащее частотный

5 датчик, подключенный к измеритепьной схеме, выпопняющей функции формирования, дифференцирования и сравнения lj.

Это устройство лишь констатирует факт отклонения величины текущей скорости от заданного значения, но не дает отпичитепьной информации о величине отклонения, что затрудняет применение его в системах.peryпирования скорости, где такая информация необходима.

Также известно устройство, которое дополнительно содержит интегрирующий усилитель, вход которого подключен меж-: ду катодом тиристора и хронирующей ем- 2в . костью, и схему сравнения, подкпточенную к выходу интегрирующего усипитепя и через размыкающий контакт репе временик источнику напряжения уставки, вепичина которого выбрана равной периоду спедования импульсов датчика скорости121

Однако недостатком этого устройства является невысокая точность измерения вепичины отклонения скорости от заданной, а также то, что информация об измерении величины отклонения скорости от заданной представлена в аналоговой форме.

Известно устройство, которое содержит импульсные датчики скорости, бпок выделения периода, управпяюший вход ко-, торого соединен с первым выходом блока; управления, первый вход которого подкпючен к выходу блока выделения периода и управляющему входу первого кпюча,через который выход источника опорного напряжения соединен с входом первого интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого разрядного ключа, а выход через второй ключ-к первому входу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго разрядного ключа, а выход - с первым входом компаратора, выход которого подкпючен к второму входу блока

3 9555 управления, второй выход которого соединен с управляющими входами разрядных ключей, третий выход — с шиной сброса счетчика импульсов и управпяюшими входами второго кпюча и схемы И, через второй вход которой выход генератора эталонной частоты подкпючен к счетному входу счетчика импупьсов, и блок дешифрации и цифровой индикации g 3),,Банное устройство может измерять 1О лишь относительную разность пийейных и угловых скоростей. Недостатком этого устройства явпяется то, что оно не позволяет определять величину относитепьного отклонения скорости от заданной. 15

В то же время очень часто на практике требуется проводить измерения, связанпые с попучением информации о вепичине относительного откпонения скорости от заданного значения. 20

При исследовании прокатных станов необходимо с достаточной степенью точности измерять величины относитепьных от-" кпонений скоростей вращения валков или двигатепей клетей относитепьно заданных д в каждом конкретном случае,номинальных зна ений.

Цепь изобретения - многоточечное измерение величины относительного откпонения скорости от заданной.

Указанная цель достигается тем, что в устройство допопнитепьно введены сумматор, нупь-орган, управляемый инвертор, управпяемый депитепь, программное устройство, три группы кпючей, два

35 блока запоминания и блок индикации знака, ..причем выход первого интегратора соединен с входом сумматора, другой вход которого подключен к выходу управпяемого депитепя, а выход — к входу нуль-орган и сигнальному входу управпяемого инвертора, управляющий вход которого соединен с BbnoRoM BylIb-органа, а выход - с вторым входом компаратора, выход источника опорного напряжения под45 кпючен к сигнальному входу управляемого делителя, первые управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами программного устройства, вход которого подключен к четвертому выходу блока управпения, а вторые управляющие

50 входы делителя объединены с управпяюе3 шими BxoAQMH кпючей первой группы, соединяющих выходы импупьсных датчиков с информационным входом блока выделения периода, и подкпючен к соответствующим тактирующим выходам бпока управления, управпяющие входы кпю чей второй группы, соединяющих выходы

70 4 счетчика импульсов с входом первого блока запоминания, подкпюченного выхор,îì к блоку дешифрации и цифровой индикации, соединены с пятым считываюHLHM выходом бпока управпения, который также подкшочен к управпяюшим входам третьей группы кпючей, соединяющих выход нуль-органа с входом второго блока запоминания, выход которого подкпючен к бпоку индикации знака, а шины сброса бпоков запоминания соединены с шестым выходом блока управпения.

На фиг. 1 представпена схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит импупьсные дат чики 1, 2 и 3, первую группу кпючей 4, блок 5 выделения периода, источник 6 . опорного напряжения, первый ключ 7, первый интегратор 8, первый разрядный кпюч

10, второй ключ 10, второй интегратор 1 1, второй разрядный ключ 12, генератор . эталонной частоты 13, компаратор 14, счетчик

15 импульсов, логическую схему И 16, вторую группу ключей 17, первый блок 18 запоминания, блок 19 управпения, управпяемый делитель 20, программное устройство 21, сумматор 22, нупь-орган 23, управпяемый инвертор 24, третью группу кпючей 25, блок 26 дешифрации и цифровой индикации, второй блок 27 запоминания и блок 28 индикации знака.

Выходы импульсных датчиков 1, 2 и

3, через первую группу кпючей 4 соединены с информационным входом бпока 5 выдепения периода, выход которого подкпючен к сигнальному входу первого ин- .. тегратора 8 через первый кпюч7, управляющий вход которого соединен с выходом блока 5 выделения периода и подкпючен одновременно к первому входу бпока

19 управпения.

Первый выход К бпока 19 управпения соединен с управпяющим входом бпока 5 выдепения периода, А выход первого интегратора 8 через второй ключ 10 подключен к входу второго интегратора 11, выход которого подкпючен it одному из входов компаратора 14, выход которого подсоединен к второму входу Ь бпока

19 управпения, второй выход ц которо-; го через разрядные кпючи 9 и 12 подкпючен соответственно к управпяющим входам интеграторов 8 и 11.

Третий выход С бпока 19 управпения подсоединен к управпяющему входу второго кпюча 10, объединенному с вторым входом логической схемы И 16 и шиной сброса счетчика 15 импупьсов.

5 95357

Выход первого интегратора 8 подсоединен к одному из входов сумматора 22, другой вход которого соединен с выходом управляемого делителя 20, а выход сумматора 22 подключен одновременно к входу нуль-органа 23, и сигнапьному входу управляемого инвертора 24, управляющий вход которого соединен с выходом нуль органа 23; а выход сумматора 24 подсоединен к второму входу компаратора >0

14. При этом сигнальный вход управпяемого делитепя 20 подключен к источниt ку 6 опорного напряжения, а первые уп равляющие входы делителя подключены к соответствующим выходам программного 15 устройства 21, вход которого соединен с четвертым выходом С блока 19 управления, а вторые управляющие входы делителя 20 объединены с управляющими входами ключей первой группы и подсое- 20 динены к тактирующим выходом 5, 8, щ блока 19 управления. Управпяюшие входы ключей 17 второй группы, подсоединяюших выходы счетчика 15 импульсов к входам запоминающих эпементов 18, сое- 25 диненных выходами с бпоком 26 дешифрации и цифровой индикации, подключены к соответствующим считывающим выходам O блока 19 управления. Одновременно считывающие выходы 0 бпока 19 уп- щ0 равнения подкпючены к управляющим входам третьей группы ключей 25, подключающих выход нупь-органа 23 к входу второго блока 27 эапомйнания, выход ко. торого соединен с бпоком индикации знака 28. Шестой выход P блока 19 управпения соединен с шиной сброса 6поков 18 и 27 запоминания.

Попный цикп измерения Тц (фиг. 2)

40 вкпючает . И тактирующих импульсов по чиспу имеющихся и точек контроля, которые последовательно во времени посту-: пают в течение импульсов Т,, Т ... С„ и, И2;", ии (фиг. 2, 3; 2.11 и 2.18) соответствен 45 но с тактирующих выходов q, g, щ на соответствующие управляющие входы ключей К, К,- . Кипервой группы ключей 4.

0 6

Рассмотрим процесс измерения величины относительного откпонения скорости от заданной в первой точке контропя.

B начальный момент Во бпока 19 управпения l10 сигналу запуска (фиг. 2.0) формирует по выходу а блока 1 9 (фиг. 2.1) импульс считывания дпитепьностью pq который поступает на управляющие входы ключей 17 второй группы.

По заднему фронту импупьса сч формируется импупьс сброса, дпитепьностью ф, (фиг. 2.2), который поступает на

° . управпяюшие входы разрядных кпючей 9 и 12 дпя осуществления разряда первого и второго интеграторов 8 и 11, а также сброса предыдущего состояния счет.чика 15.

По команде, поступающей с первого выхода К блока 19 управления на управляющий вход блока 5 выдепения периода, начиная с момента, бпок 19 управления выдает первый тактирующий импупьс, длительностью Т,„(фиг. 2.3), в течение которого осуществляется процесс измерения относитепьного отклонения скордсти от заданной для первой точки контропя.

Бпок 5 выдепения периода устроен так, что поспе прихода на его управпяюший вход разрешающего импупьса, первый же импульс, поступивший на информационный вход, устанавливает на его выходе потенциап 1 ", а второй восстанавпивает исходное нулевое состояние, после чего повторное срабатывание становится возможным топько с приходом на управляющий вход следующего разрешающего импу пьса.

Таким образом, за один цикп .измемерения, с выхода бпока 5 выделения периода на управляющий вход кпюча 7 подается всего один импупьс «1» дпительностью, равной периоду Т следования импульсов от датчика 1 (фиг. 25).

За время действия управляющего импульса ключ 7 открывается и происходит интегрирование опорного напряжения Vgq источника 6 первым анапоговым интегратором 8, Каждый тактирующий импупьс Т„, Ти

И 50 предназначен для измерения величины от- носительного откпонения скорости от заданной соответственно в 1, 2 ..., и -ой точках контропя и состоит из двух этапов. В течение первого этапа ф ормирует« ся напряжение на выходе интегратора Чи„, которое пропорционапьно длительности периода следования импульсов соответственно с выходов 1, 2, ... и -го датчиков.

С исчезновением выходного импупьса блока 5 выделения периода кпюч 7 размыкается и на выходах первого инвертора 8 к концу первого этапа устанавпивается постоянное напряжение, равное:

1 Э =K1 1 (6) при (3) Ч ОП 1

П1 (7) 7 9535 где ч* — выходное напряжение первого

И1 . интегратора; — постоянная времени первого ин1 тегратора; „ - моменты, соответствующие íà- S чапу и концу процесса интегрирования в первом интеграторе.

Начиная с момента (фиг. 2.7) по команде, поступаюшей с третьего выхода

9 блока 1 9 управления, осушествпяется открывание кпючей 10 и 16.

Ключ 1 0 пропускает сигнал с выхода пе рвого интегратора на вход второго интегратора 1 1 до тех пор, пока выходное напряжение второго интегратора Чи которое по2> ступает на один иэ входов компаратора

14, не сравняется с пороговым напряжением дпя первой точки контропя, которое поступает на другой ВхоА компаратора 14.

В обшем виде обозначим через V ïî->о

1 роговое напряжение компаратора 14 дпя

q -ой точки контроля.

Можно показать, что выражение дпя имеет спедуюший вид:

Vn (Vè Ч .) КЧИ -, (2) П где {(у„ - коэффициент передачи управпяемого инвертора для 1 -ой точки контропя;

ЧИ1 - выходное напряжение первого,ЗО интегратора дпя q --ой точки контроля;. — напряжение уставки дпя i --ой

91 точки контроля.

В зависимости,от полярности суммар- 35 ного значения напряжений Мр и V . коэф1 фициент передачи ky,.может принимать

1 значения +1 ипи -1.

Сумматор 22 образует сигнап, равный алгебраической сумме значений V < + Ч „, 4о

Нуль-орган 23 фиксирует знак суммы

V Q +Yg „дпя 1 -Ой точки кОнтроля и Осу» шествпяет управление инвертором 24.

Так при V > V> >0, K у +

"1

Чи ФЧ .(0, КМИ {

Э1

Нетрудно показать, что в общем виде дпя 1 -го датчика имеем с выходй уп равпяемого депитепя 20 напряжение V .. 50

) ) которое опредепяется следующим образом: где Kz. — коэффициент депения управпяе- .55 ,чг

I мого делитепя 20 дпя 1 -ой точки контропя, опредепяемый как К,= С f (4)

Е1

70 8 где г - значение частоты импульсов соот жтствуюшее заданному значению скорости дпя 1-ой точки контроля, причем

1 = 1 {э., (5) где 7 . — дпитепьность периода следования импульсов от 4 -го датчика.

Дпя импульсного датчика скорости мо. жем записать, что где {(— коэффициент пропорцианапьнос1 ти ддя q --го датчика скорости; — ЛИНЕИНаЯ СКОРОСТЬ В 1-Ой тОЧке контроля.

Зная величину постоянной т,„ а также требуемые значения скоростей вращения для 1, 2, ..., И -ой точек контроля соответственно Ч, Ч ...Ч,„,а также вепичины соответствуюших коэффициентов К

{(, из выражений (4) и (6), можно опредепить необходимые значения ",коэффициентов депения Кл, Кл ...к ксторые

Д1 гс"2. спедует установить в управляемом делителе 20 дпя соответствуюших точек контропя.

Управляемый депитепь 20, на информационный вход которого подается опорное напряжение ЧОИ с выхода источника питания 6, позволяет реапиэовать набор уставок V ., V дпя 1, 2, ..., и -ой точек и контроля.

Перед началом- полного цикпа измерения программное устройство 21 по своим первым управпяюшим выходам вводит в управляемый делитель 20 соответствующие коэффициенты деления.

На фиг. 2,6 представпена величина

/ уставки „дпя первой точки контропя, на фиг. 2.7 в интервапе +g и -г, — вы3 ходное напряжение первого интегратораЧ

1 °

Поскопьку величины Ч 1„и Ч „выбраны таким образом, что выпопняется спедуюшее неравенство:

М++V = М, О, Ý1 то значение коэффициента Передачи инверора )(уИНа фиг. 2.8 представлено, пороговое напряжение компаратора 14

4 .. 1 о = уи4 onT„-Z э,)= ойт -Vý, Подставляя значение У из выражения (3) и (4) получим:

70

9535

30

Нетрудно показать, что дпя момента ф и т, (фиг. 2.8) справедливо следую-. щее равенство:

„ ч.т,„ и,=, 3 Ч„а+,—.Ч„„, (8)

2 где М вЂ” выходное напряжение второго и нтегратора; à — постоянная второго интегратора; — моменты, соответствующие наР чапу и концу процесса интегрирования во втором интеграторе; т,„„ - время измерения дпя первого датчика.

Подставляя в уравнение (8) выражения (1) и (7) получаем

+g+Tg„+1+$1 1 / — — f (-< I ч „ )Ф.)(Х= . (9)

Поскопьку на основании выражения (5) 20 можем записать, что т„= l<1 ТЭ ="1 Э„

t тогда уравнение (9) примет вид: т„ „=(х, - „), .

Откуда выражение дпя

Поскольку, с учетом выражения (6) значение Е,,= К1Ч1, K = К „Ve1, где у Ч 1 — соответственно текущее и

1 заданное значение скоростей в первой точке контропя, причем JЧ 1/7/Ч1/, тогда окончательное выражение дпя Т 1 примет вид: ной сигнал с которого поступает на вход о блока управления 19 и вызывает завершение тактирующего импульса Тп по

Пеу заднему фронту которого формируется импульс считывания Ьс ц (фиг. 2. 2 ), который поступает на управпяющие входы второй группы кпючей 17, осуществпяя подключение выходов счетчика 15 к входам соответствующего запоминающего э пемента бпока 18, выходная информация с которого дешифруется и индицируется в бпоке 26.

Дапее, по заднему фронту импупьса формируется импупьс сброса Ф.с, который устанавпивает счетчик 15 в нупевое состояние, а также производит разряд интеграторов 8 и l 1. Осуществпяется подготовка к второму такту измерения Тп

2. g в течение которого измеряется вепичина относительного откпонения скорости от заданной во второй точке контропя. В течение такта Тп1 осуществляется подкпючение выхода датчика 2 через .ключ Мр . первой группы ключей 4 к входу бпока 5 выделения периода. 11апьйейшая работа происходит аналогичным образом.

Поскольку для второй точки контропя /М / > / Ч 1 / и спедоватепьно, выраже1 ние Ч " Чр Т 0 (фиг. 2.14, 2.15) в течение первого этапа Т 1 то значение

) Уи =

Тогда значение порогового напряже- > ния компаратора 14 Ч - (V -(/7„Ч >дТ )х

П . Э1 то H представпено на р

В течение второго этапа Тп,т.е. за вре. мя Ти произойдет подсчет импупьсов g>

И =.С СЧ,/Тр, (14) т„„=r„cVV„, где / - относительное откпонение величины скорости от заданной для первой точки контропя, 45

ЬЧ„. Ч,„Ч„. причем 6V. = — = (1 2 )

1 Ч. ч е, В устройстве предусмотрено запопнение интервапа Т „импульсами опорной частоты, длительностью Тр (фиг. 2.10), Тогда число импульсов Й1, зафиксированное в счетчике 1 5 за время Тр, равно:

Н =Тъ Тр б Ч„.Т„/Тр (13)

1 И1 Р "1.

$5

Йапее, после завершения процесса интегрирования в интеграторе 11, происходит срабатывание компаратора 14, выход-. /1- Ч 6Ч мачт= ц - ..ч

32- х относитепьного отклонения скорости от заданной во второй точке контропя.

По аналогии для 1-ой точки контроля имеем:

И1 — -Т (15)

re d М1 - вепичина относительного откпонения скорости от заданной в

1 «ой точке контроля.

Следоватепьно, в течение интервалов

Ц11 „..Т,„счетчик 15 поочередно во вромейи подсчитывает соответствующие числа импупьсов й1, М„. big, дающие информацию лишь о самой вепичине относитепьного откпонения скорости от заданной в

1, 2, ..., Yl точках контропя. Знак отно953570

12 ситепьного отклонения фиксируется дпя каждой из точек контропя нупь-органом

23, выход которого через ключи 25 тре» тьей группы, управляющие входы которых соединены со считывающими выходами Б блока 1 9 управления, подключен к входам блока 27 запоминания знака, выход которого соединен с блоком 28 индикации знака.

После завершения полного цикпа измерения формируется с шестого. выхода блока 19 управления импульс сброса, который устанавливает запоминающие элементы блока 18 и блока запоминания зна ка в исходное состояние.. 5

После сброса предыдущего показания в счетчике 15 и установка интеграторов

8 и 11 в исходные состояния начинает ся новый цикл измерения.

Таким образом, в предпагаемом уст- 20 ройстве обеспечивается многоточечное измерение величины и знака относительного отклонения скорости от заданной. Окончатепьный результат измерения представлен в цифровом виде и не зависит от ста-25, бильности источника питания.

Ф ормупа изобретения цифровой измеритель вепичины откпо-! нения скорости от заданной, содержащий аО ь импульсные датчики скорости, блок выдепения периода, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый вход которого подключен к выходу блока выделения периода и к управляющему входу первого ключа, через который выход источника опорного напряжения соединен с входом первого интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого разрядного ключа, 4О а выход через второй ключ — к первому входу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго разрядного ключа, а выход — с первым входом компаратора, выход которого подкпю- 5 чен к второму входу блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами разрядных кпючей, третий выход - с шиной сброса счетчика импупьсов и управляющими входами второго ключа и схемы И, через второй вход которой выход генератора эталонной частотьт подключен к счетному входу счетчика импульсов, и блок дешифрации и цифровой индикации, о т и и ч а ю щ и й— с я тем, что, с цепью многоточечного измерения величины относительного отклонения скорости от заданной, в устройство введены сумматор, нуль-орган, управляемый инвертор, управляемый делитель, программное устройство, три группы ключей, два блока запоминания и блок индикации знака, причем выход первого интегратора соединен с входом сумматора, другой вход которого подключен к вы- ходу управляемого делителя, .а выход— к входу нуль-органа и сигнальному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого соединен с выходом нупьоргана, а выход — с вторым входом компаратора, выход источника опорного напряжения подкпючен к сигнапьному входу управляемого делителя, первые управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами программного устройства, вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а вторые управляющие входы депитепя объединены с управляющими входами ключей, первой группы, соединяющих выходы импу пьс ных датчиков с информационным вхО; дом блока выделения периода, и подключены к соответствующим тактирующим выходам блока управления, управляющие входы ключей второй группы, соединяющих выходы счетчика импульсов с входами первого блока запоминания, подключенного выходом к блоку дешифрации и цифровой индикации, соединены с пятым считывающим выходом блока управления, который также подключен к управляющим входам третьей группы ключей, соединяю- щих выход нуль-органа с входом второго блока запоминания, выход которого подключен к блоку индикации знака, а шины сброса блоком запоминания соединены с шестым выходом блока управления.

Источникч информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 330388, кл. G 01 P 3/48, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 620891, кл. $01 Р 3/4.8, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 717657, кп. О 01 P 3/56, 25,08.60 (прототип).