Датчик углового положения и скорости вращения вала

Датчик углового положения и скорости вращения вала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (п>994988

Союз Советских

Социапистмчвсина

Рвспубпми (6l ) Дополнительное w авт. санд-ву и 934382

{22) Заявлено 05.02.81 (21) 3251451/18-10 с прнсоединениен заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.02.83. Ьимлетень М 5 (53)М. Кл.

6 01 Р 3/489

Гооударетееиы0 комитат

СССР ио делам изееретеиий н отирмтий (53} УДК 621З17. .39:531.7 (088.8) Дата опубликования описания 07.02.83 (72) Авторы изобретения

Г. И. Каплун, В. Н. Курчанов и А. С. Иван

t г

Дальневосточный ордена Трудового Красного, -, / политехнический институт им. В. В, Куйбышева=.= » (7!) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ И СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

ВАЛА т

Изобретение относится к измерителыюй технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения и мгновенной скорости вращения вала в точных цифровых

-системах автоматического управления и регулирования.

По основному asr. св. R 934382 известен датчик углового положения н скорости вращения, содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выход старшего разряда которого через формирователь опорных сигналов соединен со входом фазовращателя, нодключенного своим выходом ко входу нульоргана. Выход последнего соединен со входом разрешения записи первого регистра, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов первого . счетчика. Выход генератора импульсов соединен также со счетным входом второго счетчика через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера. Вход сброса этого триггера соединен с выходом нуль-органа Выход нуль-органа соединен также со входом формирователя задержанных импульсов, управляющего разрешением записи во второй регистр, а также с входом управления предустановкой второго счетшка и установкой в единичное состояние дополнительного триггера. Информационные входы второго регистра подключены к соответствующим выходам второго счетчика (1).

Недостатком зтогр устройства является невозможносп одновременного . обеспечения в широком диапазоне изменения скорости вращения высокой точности измерения как углового положения, так и скорости вращения

1 вала, так как для достижения минимальной погрешности определения углового положения необходима частота опорного сигнала фазовращателя значительно большая, чем частота опор- ного сигнала, при которой достигается минимум погрешности определения скорости вращения.

Относительная погрешность определения углового положения имеет две составляющие. Пер3 994988 вая составляющая d „ñâÿçàíà с дискретностью измерений и определяется изменением углового положения за время между двумя соседними измерениями. Поскольку коды углового положения формируются с частотой опорного сигнала, то

10 t

У =, () I

Ш fhT

25

Приравнивая к нулю производную а,уъ /дТ найдем оптимальное значение периода опор- 30 ного сигнала Т, при котором погрешность ф минимальна

Т = — (4) пр

° (10 ) Тош—

При постоянной скорости вращения относительная погрешность определения скорости о". также имеет две составляющие. Первая составляющая ф связана с отбрасываЖ . 40 нием всех членов, кроме первого, в разложении частоты вращения в ряд Тейлора

На основании соотношений (4) и (10) можно записать

Too„„e 4

° (11)

Тоо вр

Считаем, например, что частота вращения двигателя равна 100 Гц, а частота генерато45 ра импульсов — 10 Гц. Тогда Т, /Тр =

12,6, т.е. частота опорного сигнала фазовращателя, при которой минимизируется погрешность определения углового положения, в 12,6 раз выше частоты опорного сигнала, при которой минимизнруется погрешность

50 определения скорости вращения.

Целью изобретения является повышение точности определения углового положения и скорости вращения вала.

Поставленная цель достигается тем, что в состав датчика дополнительно введены ум. ножитель в и раз частоты генератора импульсов, третий счетчик, фильтры и-й и первой гармоник выходи го сипила фаэовращателя где Евр — частота вРащениЯ вала1;

Т вЂ” период опорного сигнала.. о

Вторая составляющая погрешности определения углового положениями связана с ограни2 ченной разрядностью кода углового положения и равна относительному весу младшего разряда кода, т.е.

% где k — коэффициент пересчета счетчика-делителя частоты f генератора импульсов, при чем Т = 1с(. С учетом выражений (1) и (2) суммарная относительная погрешность определения углового положения о "2 может быть записана в виде

1 пР o fT, о =IF 1Т + — - (3) — + — + — - — + (5) где д Т вЂ” прира щение периода выходного сигнала, равное модулю разности между периодами выходного и опорного сигналов фаэовращателя (энаком плюс н минус соответствуют два противоположных направления вращения).

Можно считать, что погрешность, связанная с отбрасыванием членов ряда, определяется величиной первого отбора отбрасываемого члена. Эта оценка несколько завышена для случая энакопеременного ряда и занижеН3 для знакопостоянног0 ряда.

Считаем, что

IF I (4)

Il p . . Я о для первой составляющей погрешности определения скорости вращения d" „можно записать следующее выражение

Вторая составляющая погрешности опреде,ления скорости вращения d" связана с ограниченной разрядностью кода скорости.

Реально фиксируется не код скорости вращения, а пропорциональный ему код приращения периода дТ. Абсолютная погрешность определения д Т равна 1/f — периоду сигналов генератора импульсов, Относительная погрешность определения д Т может быть записана в виде с учетом выражений (6), (7), (8) сУммарная относительная погрешность определения кода скорости может быть записана в виде

1 о о "ерТо Т- () вр о

Приравняв нулю производную д д / д 1о получаем оптимальное значение периода опорного сигнала Т, при котором погрешность определенйя скорости вращения минимальна

94988 6

55

5 9 и второй нуль-орган, а формирователь опорных сигналов выполнен в виде формирователя прямоугольных опорных напряжений фаэовращателя, причем- выход фазовращателя через фильтр первой гармоники и второй нуль-орган соединен с входом дополнительного триггера и с входом формирователя задержанных импульсов, фильтр и-й гармоники включен между выходом фазовращатсля и входом первого нуль-органа, выход генератора импульсов через умножитель частоты соединен со счетным входом третьего счетчика, вход установки которого подключен к выходу первого счетчика, а выходы триггера третьего счетчика соединены с входами первого регистра.

На чертеже изображена функциональная схема датчика.

Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2. Выход старшего разряда счетчика 2 через формирователь 3 прямоугольных опорных сигналов соединен со входами фазовращателя 4, подключенного своим выходом ко входу фильтра и-й гармоники 5, соединенного своим выходом со входом первого нуль-органа 6. Выход последнего соединен со входом разрешения записи первого регистра 7, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров третьего счетчика 8, вход сброса которого соединен с выходом первого счетчика 2. Счетный вход счетчика

8 через умножитель 9 частоты соединен с выходом генератора 1, Коэффициент пере- счета счетчика 8 такой же, как у счетчика

2. Канал определения скорости вращения начинается здесь с последовательно соединенных фильтра 10 первой гармоники сигнала фаэовращателя и второго нуль-органа 11.

Выход последнего, в свою очередь, подключен к входам сброса дополнительного тригге ра 12 и формирователя 13 задержанных импульсов, третий выход которого соединен с входом установки в единичное состояние триггера 12. Выход последнего подключен к управляющему входу ключа 14. Выход ключа 14 соединен со счетным входом второго счетчика 15, входы предустановки которого соединены со вторым выходом формирователя 13 задержанных импульсов, первый выход. которого подключен к входу разрешения записи второго регистра 16, информационные входы которого соединены с выходами триггеров счетчика 15.

Устройство работает следующим образом.

Первый счетчик 2 выполняет функцию деления частоты генератора 1 импульсов. Фор мирователь 3 вырабатывает нз выходных пе5

ЭО

45 риодических сигналов первого счетчика 2 прямоугольные опорные напряжения фазовращателя 4. Как известно, прямоугольный пери одический сигнал раскладывается в ряд

Фурье по нечетным гармоникам, следовательно, выходной сигнал фазовращателя содержит как первую, так и-высшие нечетные гармоники. Первый фильтр 5 выделяет высшую и-ю гармонику выходного сигнала фаэовращателя. Нуль-орган 6 формирует из выходных синусоидальных сигналов фильтра 5 йрямоугольные импульсы, по переднему фронту которых производится запись во второй регистр 7 с выходов третьего счетчика 8 текущего углового положения. На счетный вход счетчика 8 поступают импульсы с выхода умножителя 9 частоты, имеющие частоту в и раз выше частоты генератора 1 импульсов.

Таким образом, фиксация кода углового положения производится и раз за один период выходного напряжения фазовращателя.

Канал определения угловой скорости вращения работает следующим образом. Второй фильтр 10 выделяет первую гармонику выходного сигнала фазовращателя 4, а второй нуль-орган 11 формирует из выходных сигналов фильтра 10 прямоугольные импульсы, по переднему фронту которых устанавливается в нулевое состояние триггер 12, вызывая. закрытие ключа 14 и прекращая поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 15. Через время, достаточное для завершения переноса в счетчике 15, импульс 17 с первого выхода формирователя задержанных импульсов 13 разрешает лерезапись кода скорости из счетчика 15 во второй регистр 16. Второй импульс 18 с выхода формирователя 13 задержанных импульсов, воздействуя на входы предустановки счетчика 15, осуществляет запись в счетчик. 15 кода, соответствующего промежутку времени, в течение которого счетчик 15 отключался от выхода генератора 1. Третий импульс 19 формирователя 13 задержанных импульсов устанавливает триггер 12 в единичное состояние, и цикл определения кода скорости повторяется.

Формула изобретения

Датчик углового положения и скорости вращения вала по авт. св. Р 934382, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения углового положения и скорости вращения, в датчик введены умножитель в и раз частоты генератора импульсов, третий счетчик, фильтры и-й и первой гармоник выходного сигнала

Составитель М. Хаустов

Техред M,ßää

Редактор А. Шандор

Корректор О. Билак

Заказ 631/29

Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 1

Подписное

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

7 994988 фазовращателя. и второй нуль-орган, а формирователь опорных сигналов выполнен в виде формирователя прямоугольных опорных напряжений. фазовращателя, причем выход фазовращаталя через фильтр первой гармони- S ки и второй нуль-орган соединен с входом дополнительного триггера и с входом формирователя задержанных импульсов, фильтр и-й гармоники включен между выходом фазовращателя и входом первого нуль-органа, 1О выход генератора импульсов через умножитель соединен со счетным ви>дом третьего счетчика, вход установки которого подключен к выходу первого счетчика, а выходы триггеров третьего счетчика соединены с входами первого регистра.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 934382, кл. G 01 P 3/489, 17.07.80 (прототип):