Датчик углового положения,скорости и ускорения вращения вала

Датчик углового положения,скорости и ускорения вращения вала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

994990 (61) Дополнительное í asr. свид-ву ьР934382 (22) Заявлено 26.08.81 (21) 3342111/18 — 10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 07.02 83 Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 07.02.83 (51)М. Кл. а 01 Р 3/489

9кударсикнпьй квинтет

СССР по делам изобретений и открытий (5Ç) УДК б21.317. .39:531.7 (088.8) Е.

" ;

Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени зв;- т политехнический институт им. В. В. Куйбышева (7l ) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ

И УСКОРЕНИЯ ВРАШЕНИЯ ВАЛА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения и мгновенной скорости и ускорения вращения вала в точных цифровых системах автоматического управления и регулирования.

По основному авт.. св. И 934382,,известен датчик углового положения, скорости вращения вала, содержащий генератор импульсов, первый и второй счетчики, формирователь опорных сигналов, фазовращатель, нульорган, первый и второй регистры, а также управляемый ключ, формирователь задержанных импульсов и дополнительный триггер.

Выход генератора импульсов подключен непосредственно к первому счетчику и через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, — к второму счетчику, Нуль-орган через последовательно соединенные фазовращатель и Формирователь опорных сигналов подключен к

3 выходу старшего разряда первого счетчика, выходы всех разрядов которого соединены с входами первого регистра, первык вход дополнительного триггера и вход формирователя задержаннь|х имлульсов соединены с выходом нуль — органа. Первый, второй и третий выходы формирователя задержанных импульсов соединены соответственно с входом разршения записи второго регистра, входом сброса второго счетчика и вторым входом дополнительного триггера. Выходы счетных триггеров второго счетчика соединены с информа о ционными входами второго регистра 111.

Недостаток известного устройства заключается в том, что не обеспечивается одновременное измерение ускорения вращения вала.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей датчика эа счет измерения ускорения вращения вала.

Указанная цель достигается тем, что в датчик введены фильтр нижних частот и последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, суммирующий элемент и управляемый генератор, причем выход нуль-органа подключен.к первому входу Ьазового детектора, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора, а вход фильт994990 ра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента, На фиг. 1 изображена структурная схема датчика углового положения, скорости и 5 ускорения вращения; на фиг. 2 — осциллограммы сигналов скорости и ускорения, иллюстрирующие работу датчика.

Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к счетному выходу 10 первого счетчика 2, выполненного на триггерах. Выход старшего разряда счетчика 2 через формирователь 3 опорных сигналов соединен с входом фазовращателя 4, подключенного своим выходом к входу нуль-органа 5.

Выход пуль-органа 5 соединен с входом разрешения записи первого регистра 6, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2, Выход генератора 1 импульсов соединен также 0 со счетным входом второго счетчика 7 через ключ 8, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 9. Вход сброса триггера 9 соединен с выходом нуоргана 5. Выход нуль-органа 5 соединен также с входом формирователя 10 задержанных импульсов, первый выход которого подключен к входу разрешения записи второго регистра 11.

Информационные входы регистра 11 соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 7, вход предустановки которого подключен к второму выходу формироватсл>» 10 задержанных импульсов. Третий выход формирователя 10 соединен с вхо35 дом установки в единичное состояние дополнительного триггера 9, Выход нуль-органа 5 соединен также с первым входом фазового детектора 12, выход которого подключен к входу фильтра 13 нижних частот и входу ин40 тегратора 14. Выход интегратора 14 подключен к входу суммирующего элемента 15, другой вход которого подключен к выходу фазового детектора 12, Выход суммирующего элемента 15 соединен с входом управляемого

45 генератора 16, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, Датчик работает следующим образом.

Первый счетчик 2 выполняет Функцию делителя частоты генератора 1. Формирова5D тель 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические 55 сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6. В первом регистре 6 фиксируется код текущего углового положения вала.

Второй счетчик 7, имеющий разрядность, равную разрядности первого счетчика 2, плюс дополнительный знаковый разряд, вместе с ключом 8, дополнительным триггером 9, формирователем 10 задержанных импульсов и регистром 11 образуют блок вычисления частоты вращения, причем вычисление кода скорости заменено вычислением <ода приращения ,а Т периода Т выходного сигнала фазовращателя по отношению к периоду То опорного сигнала фазовращателя.

По переднему фронту выходного сигнала нуль-органа 5 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 9 и одновременно запускается формирователь 10 задержанных импульсов. Сигнал с выхода триггера 9, воздействуя на управляющий вход ключа

8, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика. 7.

Через время, достаточное для переноса в счетчике 7, вырабатывается первый импульс формирователя 10, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 11 и осуществляет запись кода Ь Т из счетчика

7 во второй регистр 11.

Второй импульс формирователя 10, воздействуя на входы предустановки второго счетчика 7, осуществляет запись в счетчик 7 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и третьего выходных .импульсов формирователя 10. Импульс с третьего выхода формирователя 10 переведет в единичное состояние триггер 9,:в результате чего будет открыт ключ 3 и сигналы генератора 1 вновь поступят на вход счетчика 7.

Поскольку коэффициенты пересчета первого счетчика 2 и второго счетчика 7 равны, то в конце каждого периода выходного сигнала нуль-органа 5 в регистре 11 будет зафиксирован либо прямой код Ь Т, если Т ) 10,ëèáî дополнительный код ЬТ, если Т (То, Цепь фазовой автоподстройки частоты, содержащая фазовый детектор 12, интегратор 14, суммирующий элемент 15 и управляемый генератор 16, совместно с фильтром 13 нижних частот образует блок вычисления ускорения. На первый вход фазового детектора 12 поступают сигналы с выхода нуль-органа 5, имеющие частоту F равную

6Р где F — частота опорного сигнала фазовра0 щателя;

F8 — частота вращения вала фазовращателя.

Второй вход фазового детектора 12 соединен с выходом управляемого енер цора

994990

16, частота которого равна Е при нулевом значении напряжения на управляющем входе.

Фазовый детектор 12 преобразует разность фаз сигналов на его входах в пропорциональное этой разности значение напряжения на его выходе. Выходной сигнал фазового детектора

12, после интегрирования интегратором 14, воздействует на управляющий вход генератора

16, удерживая разность фаз сигналов на входах фазового детектора 12 на уровне, близ- 10 ком к нулевому.

Следовательно, и частота управляемого генератора 16 с некоторым рассогласованием рав-. на .выходной частоте нуль-органа 5. Экспериментально выяснено, что дополнительная изодром!

5 ная связь с выхода фазового детектора 12 на вход управляемого генератора 16 уменьшает рассогласование частот и увеличивает устойчивост ь цепи фазовой автоподстройки.

Генератор 16 имеет линейную зависимость выходной частоты от управляющего напряжения. При изменении скорости вращения одновременно и пропорционально изменяется частота управляемого генератора 16 и выходное напряжение интегратора 14, Следовательно, 25 входное напряжение интегратора 14, равное производной от выходного, равйо с некоторым коэффициентом пропорциональности значению углового ускорения. На вход интегратора 14 поступают сигналы с выхода фазового детектора 12, в которых кроме низкочастотной составляющей, пропорциональной ускорению вращения, присутствует высокочастотная составляющая с частотой входного сигнала.

Фильтр 13 нижних частот выделяет высокочас- g5 тотную составляющую входного сигнала интег6 ратора 14, т. е. на выходе фильтра 13 нижних частот образуется сигнал, пропорционапьный ускорению вращения.

Фазовращатель соединен с валом электродвигателя через понижающий редуктор.

На фиг. 2 приведены осциллограммы напряжений с выхода блока определения ускорения (диаграмма 17) и выхода цифро-аналогового преобразователя, подключенного к каналу определения скорости вращения (диаграмма 18), Осциллограммы иллюстрируют процессы разгона и торможения двигателя. т. е. подтверждают возможность получения информации об ускорении вращения вала.

Формула изобретения

Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала по авт. св. У 934382, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения ускорения вращения вала, в датчик введены фильтр нижних частот и последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, суммирующий элемент и управляемый генератор, причем выход нуль-органа подключен к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом управпяемого генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

994990

Мвмобое лоюоаеню

Убого/аг угу и

Редактор Ar. Шандор

Заказ 631/29

Pur. Г

Составитель М. Хаустов

Техред М.Надь

Тираж 871

ВНИИПИ 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

Корректор M Коста

Подписное