Устройство для задания угла поворота

Устройство для задания угла поворота

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()849269 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 29.11.79 (21) 2844709/18-24

Э (51)М. Кл.

G 08 С 19/12 с присоединением заявки М

ВвударстееилыМ квинтет

СССР вв делам изебретеиий к вткрытий (23)приоритет (53) УДК 681,325 (088.8) Опубликовано 23.07.81. Бюллетень Ре27

Дата опубликования описания 30.07 .81 (72) Авторы изобретения

Е.А.Артюхов, Б.И.Белоусов, Г.Л.Герфвкер и .П.С.Элинин

i (71) Заявитель (S4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА!

Изобретение относится к автоматике и телемеханике и может быть использовано для высокоточных систем передачи и измерения угла поворота вала.

Известны следящие системы для задания и измерения угла поворота вала, содержащие многополюсный фазовращательный приемник угла поворота с модулирующим двигателем, фазовращательный двухполюсный датчик и исполни- . тельный двигатель, связанный с рабочей

Э платформой. Точность данных систем при использовании коммутаторов для устранения нестабильности нуля электроэлементов достигает одной угловой секунды (1 1 и f21.

Однако дальнейшее повышение точности ограничивается наличием погрешности, обусловленной взаимным влиянием выходных сигналов многополюсного фазовращательного приемника при передаче их по каналам связи и паразитными взаимоиндуктивностями самого фазовращательного приемника, а так же недостаточно высоким коэффициентом электрической редукции следящей системы, увеличение которого ограничено технологическими возможностями при изготовлении многополюсного приемника.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство,:содержащее фазовращатель ный приемник, первый вход которого кинематически связан с валом модулирующего двигателя, подключенного через первый коммутатор к двухфазному источнику питания, второй вход — с валом поворотной платформы и исполнительным двигателем. Первый вход фазовращательного приемника через корректирующий фазовращатель, фазорасщепитель, второй коммутатор и фазовращательный датчик подключен к первому входу фазового дискриминатора, ко второму входу которого подключен второй выход фазовращательного приемника. Выход фазового дискримина5

30

3 84 тора через усилитель и третий коммутатор подключен к обмотке управления исполнительного двигателя. Такое устройство, представляющее собой фазовую следящую систему точного отсчета с электрической редукцией, оснащается системой грубого отсчета, состоящей из синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ)-приемника и СКВТ.-датчика, которые кинематически связаны соответственно со вторым входом фазовращательного приемника и ротором фазовращательного датчика 13)

Недостатком этого устройства является ограниченная точность, определяемая погрешностью фазовращательного приемника (из-за паразитных взаимоиндуктивных связей между двумя выходами) и погрешностью фазовращательного датчика (из" за ограниченного коэффициента электрической редукции, определяемого числом пар полюсов многополюсного фазовращательного приемника)., Цель изобретения — повышение точности задания угла поворота вала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для задания угла поворота, содержащий фазовращательный приемник, первый вход которого кинематически соединен с валом модулирующего двигателя, выводы питания которого соединены через первый коммутатор с первым источником питания, второй вход фазовращательного приемника кинематически соединен с ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, с валом поворотной платформы и с валом первого исполнительного двигателя, вал фазовращательного датчика кинематически соединен с первым блоком шкал, а через редуктор — с ротором синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика, первый выход фазовращательного приемника соединен через корректирующий фазовращатель со входом фазорасщепителя, выходы которого соединены через второй коммутатор со входами фазовращательного датчика, выход фазовращательного дискриминатора соединен через первый усилитель со входами третьего коммутатора, выход синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика соединен через второй усилитель с выводами питания первого исполнительного двигателя, введены ддполни"

9269 4 тельный фазовращатель, детекторы нуля, синхронный детектор, второй блок шкал, дополнительный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, элемент. сравнения, дополнительный источник питания, дополнительный исполнительный двигатель, вал которого кинематически соединен со вторым блоком шкал и с ротором дополнительного синуснокосинусного вращающегося трансформатора, выход дополнительного источника питания соединен со входом синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходы которого соединены со входами дополнительного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходы которого соединены со входами синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика, первый и второй выходы фазовращательного приемника соединены с первым и вторым входами синхронного детектора, выход которого соединен через первый детектор нуля с первым входом фазового дискриминатора а через дополнительный фазовращатель и второй детектор нуля — с первым входом элемента сравнения, выход фазовращательндго датчика соединен через третий детектор нуля со вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом фазового дискриминатора, выходы третьего коммутатора соединены с выводами питания дополнительного исполнительного двигателя.

На чертеже представлена блок-схема устройства для задания угла поворота.

Устройство содержит фазовращательный приемник 1, содержащий ротор 2, статор 3 и модулятор 4. Первый вход (модулятор) кинематически связан с вапом модулирующего двигателя 5, подключенного через первый коммутатор 6 к двухфазному источнику

7 питания. Второй вход (ротор) снязан кинематически с ротором СКВТ-приемника 8, подключенного к источнику

9 питания, с валом поворотной платформы 10 и исполнительным двигателем 11, подключенным через первый усилитель 12 к выходу СКВТ-датчика

13. Первый выход (обмотка статора 3) фазовращательного приемника подключен к одному из входов синхронного детектора 14 и через корректирующий фазовращатель 15, фазорасщепитель 16, вто(2) зовращатель 16 для образования на его

>S .выходе двух4азного,напрапкения,кко- (4) 5 8492 рой коммутатор 11 — ко входу фаэовращательного датчика 18. Второй выход (обмотка ротора 2) фазовращательного приемника, подключен к другому входу синхронного детектора 14, выход которого подключен ко входам первого детектора 19 нуля и дополнительного фазовращателя 20, выход которого подключен ко входу второго детектора 21 нуля. Выход фаэовращательного датчи- 10 ка 18 подключен ко входу третьего детектора 22 нуля, выход которого соединен с первым входом элемента

23 сравнения, второй вход которой связан с выходом второго детектора

21, а выход — с первым входом фазового дискриминатора 24, второй вход которого подключен к выходу первого детектора 19 нуля. Выход фазового дискриминатора 24 через второй уси- 2О литель 25 и третий коммутатор 26 подключен к дополнительному исполнительному двигателю 27, кинематически связанному с дополнительным СКВТ 28> входные обмотки которого подключены 2S к выходным обмоткам статора СКИТ-приемника 8, а выходные обмотки — к входным обмоткам СКВТ-датчика 13. Фазовращательный датчик 18 через редуктор

29 связан с СКВТ-датчиком 1З.С ротора- щ ми фазовращательного датчика 18 и дополнительного СКВТ 28 кинематически связаны соответственно блоки 30 H 31 шкал. Обмотка ротора 2 фазовращатель." ного приемника выполнена с числом пар полюсов р,, а обмотка статора 3с числом пар полюсов р>.

Устройство работает следующим образом.

Через понижающий редуктор 29 saдаваемый по шналам 30 углов передается ротору СКВТ-датчика 13. Сигнал рассогласования на выходе СКВТдатчика 13 воздействует через усилитель 13 на исполнительный двигатель

11, который поворачивает платформу

10 на угол aL с погрешностью, определяемой редуктором 29 в следящей системе, составленной иэ СКВТ-датчика 13 и СКВТ-приемника 8. При этом угол о.. представим в виде + =Nt, где М вЂ” скорость вращения платформы

19 (об/с), t — время, а угол 3 в виде j6 =пф . t, rue пф cKopocTb spa» щения ротора фазовращательного датчика 18.

При вращении модулятора 4 со скоростью п (об/с), с обмотки ротора 2

69 6 фазовращательного приемника 1 снимается синусоидальный сигнал с частотой

Л 1 Р4 (1) а с обмотки статора 3 — сигнал с частотой

Г пф) у который сдвигается по фазе корректирующим фазовращателем l 5, служащим для ручной выставки начального нуля устройетва. С выхода корректирующего фазовращателя сигнал поступает на фаторым питается фазовращательный датчик 18. Сыкусондальное напряжение йа выходе фазовращательного датчика 18 имеет частоту

f = fq +n Ф1 (3) На входы синхронного детектора 14 поступают сигналы с частотами fj: и, в результате иа его выходе имеется синусоидальный сигнал с частотой

Первый детектор 19 нуля преобразует данный сигнал в последовательность импульсов (образуемых.в моменты перехода синусоиды нулевого значения) с частотой, F, которые поступают иа вход фазового дискриминатора 24, в качестве которого может быть использован триггер. Сигнал с выхода синхронного детектора 14 поступает также на дополнительный фазовращатель 20, а с его выхода — на второй детектор 21 нуля, который образует импульсы с частотой F, длительность которых в несколько pas превышает длительность импульсов, поступаемых с третьего детектора 22 нуля и имеющих частоту

f . При настройке устройства регулировкой дополнительного фазовращателя 20, импульсы . с выхода второго детектора 21 нуля сдвигаются по времени так, чтобы обеспечить надежное выделение элементом 23 сравнения отдельных импульсов, поступающих с частотой F в моменты поступления импульсов с частотой f@> В результате на выходе .схемы совпадения-:получается последовательность коротких импульсов с частотой F, выделенных иэ последовательности импульсов с ча269 8 установке угла, обусловленная этой причиной, будет е<р р > <о ьо „ а в известном

10 ЬО ,,8 - Ъ,Оо гл.с

В известном устройстве ввиду то10 1 2, ro что P P выходные сигналы обмоток ротора и статора фазовращательного приемника имеют одинаковые (в статике) частоты. Поскольку сигнал ротора изменяется по фазе в функции от угла поворота (9 4 Pg ), то связь

15 между сигналами ротора и статора, обусловленная параэитными взаимоиндуктивностями в самом приемнике и в каналах связи, вызывает погрешность в установке угла, изменяющуюся с пе о риодом 2В)Р1. В предлагаемом устроистве эта погрешность принципиально исключается, так как сигналы ротора и статора фазовращательного приемника име25 ют разные частоты (ввиду того, что

Р, Р, ), а основной функциональный сигнал частоты F=f -12) образуется

4 смешиванием сигналов ротора и статора на синхронном детекторе 14, т.е.

Зо в отличие от известного, где по возможности сигналы ротора и статора изолируют друг от друга, в предлагаемом устройстве. смешивание этих сигналов является принципиальным усло35 вием работы.

Погрешность, обусловленная нестабильностью электроэлементов устройства из-за старения, влияния изменения температуры окружающей среды, 40 обнаруживается с помощью коммутаторов

6, 17 и 26 и устраняется с помощью, корректирующего фазовращателя 15 по . показаниям блока 31 шкал.

Таким образом, в цредлагаемом

45 устройстве практически исключается ряд принципиальных погрешностей, присущих-.Известному. Точность предлагаемого устройства главным образом определяется погрешностью (меняющейся с

50 периодом 2Ф) фазовращательного приемника, обусловленной несоосностью осей вращения ротора и модулятора и не превышающей (при допусках на установку порядка 10 мкм) 0,3-0,5 угл. с.

7 849 стотой 1 Е т.е. осуществляется деление частоты в число раэ, равное (- — - = (K) 34 Фв -4.

Коэффициент К деления, определяется при установившемся положении платформы, т.е. при =N=O

К (6)

Р4 Р

Таким образом, частота импульсов, поступающих на первый вход фазового дискриминатора 24 может быть определена в виде

g +и (р w)

2 ФВ

Аю= Р

Фазовый дискриминатор определяет рассогласование по фазе между импульсами, поступающими на его входы. Сигнал рассогласования через усилитель 25 и коммутатор 26 поступает иа дополнительный исполнительныи двигатель 27, который вращает дополнительный СКВТ 28 вырабатывающий сигнал на выходе СКВТ-датчика, пропорциональный погрешности редук" тора 29, СКВТ-датчика 13 и CKI1T-приемника 3. В результате исполнительный двигатель 11 удерживает платформу

10 в положении, которое соответствует нулевому значению сигнала рассогласования на выходе дискриминатора 24.

Таким образом, система из фазовращательных датчика 18 и приемника 1 является точной (корректирующей системой, исправляющей погрешность грубой системы, составленной из СКВТ

8 и 13).

Коэффициент электрической редукции точной системы определяется иэ условия ГЕ @,, т.е. (.и,+Ю(р,-р )

Ы м)р- р- Р

Формула изобретения

55 получаем

Р=< р (S) Таким образом, коэффициент электрической редукции точной системы по сравнению с известной увеличивается в -=- раз.

Например, если принять Р =184, Р =180, то p p =45 раз. СледовательР2

Р4- Рй но, если погпешность фаэовращательного датчика 18 с редуктором 29 равна с 10 угл. мин, то погрешность в

Устройство для задания угла. поворота, содержащее фазовращательный приемник, первый вход которого кине9 8 матнчески соединен с валом модулируемого двигателя, выводы питания «оторого соединены через первый коммутатор с первым источником питания, второй вход фазовращательного приемника кинематически соединен с ротором синусно-косинусиого вращающегося трансформатора-приемника, с валом поворотной платформы и с валом первогоисполнительного двигателя, вал фазовращательного датчика кинематически соединен с первым блоком шкал, а через редуктор — с ротором синуснокосинусного вращающегося трансформатора-датчика, первый выход фаэовращательного приемника .соединен через корректирующий фазовращатель со входом фазорасщепителя, выходы которого соединены через второй коммутатор со входами фазовращательного датчика, выход фазового дискриминатора соединен через первый усилитель со входами третьего коммутатора, выход синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика соединен через второй усилитель с выводами питания первого исполнительного двигателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в него введены дополнительный фазовращатель, детекторы нуля, синхронный детектор, второй блок шкал, дополнительный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, элемент сравнения, дополнительный источник питания, дополнительный исполнительный двигатель, вал которого кинематически соединен со вторым блоком

49269 10 шкал и с ротором дополнительного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, жход дополнительного источника питания соединен со входом

5 синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходы которого соединены со входами дополнитеЛьного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходы .которого соединены со входами синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика, первый и второй выходы фаэовращательного приемника соединены с первым и вторым входами синхронного детектора, выход которого соединен через первый детектор нуля с первым входом фазового дискриминатора, а через дополнительный фазовращатель и второй детектор нуля — с первым входом элемента сравнения, выход фазовращательного датчика соединен через третий детектор нуля со вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом фазового дискриминатора, выходы третьего коммутатора соединены с выводами питания дополнительного исполнительного двигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Элементы цифровых систем управления. Сб. статей под ред. В.А.Мясникова. Л., "Наука", 1971, с-. 234.

2. Авторское свидетельство СССР

З5 И 226693, кл. G 08 С 19/12, 1967.

3. Авторское свидетелъство СССР

Ф 552587, кл. G 05 В ll/Ol, С 08 С 19/12, 1974. 849269

Составитель А.Сидоренко

Техред А. Бабинец Корректор Л.Иван редактор Г.Волкова

Закаэ 6098/66 Тираж 69) Подпнс ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

/ по делам нэобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб,, д. 4/5

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