RU2031409C1 - Method of measuring parameters of motion - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: time intervals are formed being multiple or equal to periods of supply or output signals of sine-cosine position detector. Pulse with constant amplitude is generated in each time interval being multiple or equal to period of output signal of position detector. The duration of the pulse is equal to module of difference between value of time interval which is multiple or equal to period of output signal of the position detector and value of time interval which is multiple or equal to period of supply signal of position detector; the polarity corresponds to sign of the difference. Speed of motion is judged from average value of pulse signal formed. Pulse with constant amplitude is generated in each interval additionally which is multiple or equal to period of output signal of position detector. The duration of the pulse is equal to module of difference between value of time interval which is multiple or equal to period of output signal of the position detector and its previous value; polarity corresponds to sign of the difference. Acceleration of motion is judged from average value of pulse signal formed. The invention may be used in precision electric drive. Dynamic characteristics of the latter may be improved due to additional capability of measurement of acceleration of motion by means of creating addition correction feedback circuit for acceleration of motion. EFFECT: improved precision of measurement. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании прецизионных систем автоматического регулирования и управления. The invention relates to measuring equipment and can be used to create precision systems for automatic regulation and control.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения параметров движения [1], заключающийся в том, что формируют временные интервалы, кратные или равные периодам питающего и выходного сигналов синусно-косинусного датчика положения, вырабатывают в каждом временном интервале, кратном или равном периоду выходного сигнала датчика положения, импульс с постоянной амплитудой, с длительностью, равной модулю разности между значением временного интервала, кратного или равного периоду выходного сигнала датчика положения, и значением временного интервала, кратного или равного периоду питающего сигнала датчика положения, и с полярностью, соответствующей знаку этой разности, по среднему значению сформированного импульсного сигнала судят о скорости перемещения. The closest in technical essence is the method of measuring motion parameters [1], which consists in the fact that form time intervals that are multiple or equal to the periods of the supply and output signals of the sine-cosine position sensor, produce in each time interval that is a multiple or equal to the period of the sensor output signal position, a pulse with constant amplitude, with a duration equal to the modulus of the difference between the value of the time interval multiple or equal to the period of the output signal of the position sensor, and the value By the time interval that is a multiple or equal to the period of the power signal of the position sensor, and with the polarity corresponding to the sign of this difference, the speed of movement is judged by the average value of the generated pulse signal.

Недостатком известного способа измерения являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью измерения ускорения перемещения. The disadvantage of this method of measurement is limited functionality due to the inability to measure acceleration of movement.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности измерения как скорости, так и ускорения перемещения. The purpose of the invention is the expansion of functionality by providing the ability to measure both speed and accelerate movement.

Цель достигается тем, что согласно известному способу измерения, при котором формируют временные интервалы, кратные или равные периодам питающего и выходного сигналов синусно-косинусного датчика положения, вырабатывают в каждом временном интервале, кратном или равном периоду выходного сигнала датчика положения, импульс с постоянной амплитудой, с длительностью, равной модулю разности между значением временного интервала, кратного или равного периоду выходного сигнала датчика положения, и значением временного интервала, кратного или равного периоду питающего сигнала датчика положения, и с полярностью, соответствующей знаку этой разности, по среднему значению сформированного импульсного сигнала судят о скорости перемещения, дополнительно вырабатывают в каждом временном интервале, кратном или равном периоду выходного сигнала датчика положения, импульс с постоянной амплитудой, с длительностью, равной модулю разности между значением временного интервала, кратного или равного периоду выходного сигнала датчика положения, и его предыдущим значением, и с полярностью, соответствующей знаку этой разности, по среднему значению сформированного импульсного сигнала судят об ускорении перемещения. The goal is achieved by the fact that according to the known measurement method, in which time intervals are formed that are multiple or equal to the periods of the supply and output signals of the sine-cosine position sensor, a pulse with a constant amplitude is generated in each time interval that is a multiple or equal to the period of the output signal of the position sensor with a duration equal to the absolute value of the difference between the value of the time interval multiple or equal to the period of the output signal of the position sensor and the value of the time interval multiple or p the same period of the power signal of the position sensor, and with the polarity corresponding to the sign of this difference, judged by the average velocity of the generated pulse signal, the speed of movement is additionally generated in each time interval that is multiple or equal to the period of the output signal of the position sensor, a pulse with a constant amplitude, with a duration equal to the absolute value of the difference between the value of the time interval that is a multiple or equal to the period of the output signal of the position sensor, and its previous value, and with polarity, with tvetstvuyuschey sign of this difference, the mean value of the generated pulse signal is judged to accelerate the movement.

На фиг.1 представлена функциональная схема одного из возможных устройств, реализующая предлагаемый способ измерения параметров движения; на фиг. 2 - схема преобразователя импульсов; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Figure 1 presents the functional diagram of one of the possible devices that implements the proposed method for measuring motion parameters; in FIG. 2 is a diagram of a pulse converter; figure 3 is a timing diagram explaining the operation of the device.

Устройство измерения содержит последовательно соединенные блок 1 питания, синусно-косинусный датчик 2 положения, компаратор 3, делитель 4 частоты, а также формирователь 5 опорных импульсов, преобразователь 6 импульсов, подключенные входами к выходу делителя 4 частот, первая и вторая логические схемы 7, 8 с двумя входами и с двумя выходами, подключенные первыми входами к выходу делителя 4 частоты, а вторыми входами - к выходам формирователя 5 опорных импульсов и преобразователя 6 импульсов соответственно, две схемы 9, 10 вычитания, подключенные неинвертирующими входами к первым выходам логических схем 7, 8 соответственно, инвертирующими входами - к вторым выходам указанных логических схем, а выходами - к входам осредняющих блоков 11, 12, выходы которых являются выходами устройства. The measurement device contains a serially connected power supply unit 1, a sine-cosine position sensor 2, a comparator 3, a frequency divider 4, and a reference pulse shaper 5, a pulse converter 6, connected by inputs to the output of a frequency divider 4, the first and second logic circuits 7, 8 with two inputs and two outputs connected by the first inputs to the output of the frequency divider 4, and the second inputs to the outputs of the driver 5 of the reference pulses and the Converter 6 pulses, respectively, two subtraction schemes 9, 10 connected the inverting inputs to the first outputs of the logic circuits 7, 8, respectively, the inverting inputs to the second outputs of the indicated logic circuits, and the outputs to the inputs of the averaging blocks 11, 12, the outputs of which are the outputs of the device.

Каждая из логических схем 7, 8 содержит два инвертора 13, 14 и два элемента И 15, 16. Первые входы элементов 15, 16 подключены к выходам инверторов 13, 14 соответственно. Первым входом логической схемы являются вход инвертора 13, объединенный с вторым входом элемента 16, вторым входом - вход инвертора 14, объединенный с вторым входом элемента 15, а выходами - выходы элементов 15, 16. Each of the logic circuits 7, 8 contains two inverters 13, 14 and two elements And 15, 16. The first inputs of the elements 15, 16 are connected to the outputs of the inverters 13, 14, respectively. The first input of the logic circuit is the input of the inverter 13, combined with the second input of the element 16, the second input is the input of the inverter 14, combined with the second input of the element 15, and the outputs are the outputs of the elements 15, 16.

Преобразователь 6 импульсов содержит генератор 17 импульсов, счетчики 18, 19 импульсов, элементы И 20, 21, элемент ИЛИ-Е 22, триггер 23. Генератор 17 подключен через элемент И 20 к входу С1 для прямого счета счетчика 18 и через элемент 21 - к входу С2 для обратного счета счетчика 19. Счетчик 19 подключен входами А предустановки к выходам счетчика 18, а выходом Р2 заема - к входу установки нуля триггера 23. Выход триггера 23 подключен к второму входу элемента И 21, к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 22 и является выходом преобразователя 6. Выход элемента ИЛИ-НЕ 22 подключен через формирователь 24 коротких импульсов к входу записи счетчика 19 и входу сброса счетчика 18. Входом преобразователя 6 является второй вход элемента И 20, объединенный с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 20 и входом установки единицы триггера 23. The pulse converter 6 contains a pulse generator 17, pulse counters 18, 19, AND 20, 21 elements, an OR-E 22 element, a trigger 23. The generator 17 is connected through an And 20 element to the input C1 for direct counting of the counter 18 and through an element 21 to input C2 for the counter counter 19. Counter 19 is connected by preset inputs A to the outputs of counter 18, and loan P2 is connected to the input of the zero setting of trigger 23. The output of trigger 23 is connected to the second input of AND 21, to the first input of OR-NOT 22 and is the output of the converter 6. The output of the element OR NOT 22 is connected Erez generator of short pulses 24 to the input 19 and the write counter reset input of the counter 18. The input to the inverter 6 is a second input of AND gate 20, combined with a second input of OR-NO element 20 and the trigger input unit 23 setting.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Блок 1 запитывает синусоидальным напряжением цепь возбуждения синусно-косинусного датчика 2 положения. Выходное напряжение датчика 2 положения поступает на вход компаратора 3, а затем на делитель 4. По переднему фронту каждого выходного импульса делителя 4 частоты формирователь 5 вырабатывает импульс длительностью, равной периоду питающего напряжения датчика 2 положения. Unit 1 supplies sinusoidal voltage to the excitation circuit of the sine-cosine position sensor 2. The output voltage of the position sensor 2 is fed to the input of the comparator 3, and then to the divider 4. On the leading edge of each output pulse of the frequency divider 4, the driver 5 generates a pulse with a duration equal to the supply voltage period of the position sensor 2.

При движении в положительном направлении, соответствующем уменьшению периода выходного напряжения датчика 2 положения, на первом выходе логической схемы 7 появляются импульсы длительностью, равной разности периодов питающего и выходного напряжений датчика 2 положения, которые поступают на неинвертирующий вход схемы 9 вычитания. При движении в отрицательном направлении импульсы с длительностью, равной разности периодов выходного и питающего напряжений датчика 2 положения, появляются на втором выходе логической схемы 7 и поступают затем на инвертирующий вход схемы 9 вычитания. Блок 11 выделяет среднее значение выходных импульсов схемы 9 вычитания. When moving in a positive direction, corresponding to a decrease in the period of the output voltage of the position sensor 2, pulses of a duration equal to the difference between the periods of the supply and output voltages of the position sensor 2 appear at the first output of the logic circuit 7, which are fed to the non-inverting input of the subtraction circuit 9. When moving in the negative direction, pulses with a duration equal to the difference between the periods of the output and supply voltages of the position sensor 2 appear on the second output of the logic circuit 7 and then go to the inverting input of the subtraction circuit 9. Block 11 extracts the average value of the output pulses of the subtraction circuit 9.

Выходной импульс делителя 4 частоты, длительность которого равна периоду выходного напряжения датчика 2 положения, поступает также на первый вход логической схемы 8 и на вход преобразователя 6 импульсов. Преобразователь 6 импульсов формирует на втором входе логической схемы 8 импульс с длительностью, равной предыдущему значению периода выходного напряжения датчика 2 положения. The output pulse of the frequency divider 4, the duration of which is equal to the period of the output voltage of the position sensor 2, is also supplied to the first input of the logic circuit 8 and to the input of the pulse converter 6. The pulse converter 6 generates a pulse at the second input of the logic circuit 8 with a duration equal to the previous value of the period of the output voltage of the position sensor 2.

Когда период выходного напряжения датчика 2 уменьшается с течением времени, то на первом выходе логической схемы 8 появляются импульсы с длительностью, равной модулю разности между текущим значением периода выходного напряжения датчика 2 и его предыдущим значением. Эти импульсы поступают на неинвертирующий вход схем 10 вычитания. Когда же с течением времени период выходного напряжения датчика 2 увеличивается, то аналогичные импульсы формируются уже на втором выходе логической схемы 8 и поступают на инвертирующий вход схемы 10 вычитания. Блок 12 выделяет среднее значение выходных импульсов схемы 10 вычитания. When the period of the output voltage of the sensor 2 decreases over time, then pulses with a duration equal to the modulus of the difference between the current value of the period of the output voltage of the sensor 2 and its previous value appear on the first output of the logic circuit 8. These pulses are fed to the non-inverting input of the subtraction circuits 10. When, over time, the period of the output voltage of the sensor 2 increases, then similar pulses are formed at the second output of the logic circuit 8 and are fed to the inverting input of the subtraction circuit 10. Block 12 extracts the average value of the output pulses of the subtraction circuit 10.

Датчик 2 положения запитывается синусоидальным напряжением с частотой ω_o. Выходное напряжение датчика 2 пропорционально функции sin( ω_o t+ φ ), где φ - фазовый сдвиг, который определяется положением S подвижного элемента датчика 2.The position sensor 2 is powered by a sinusoidal voltage with a frequency of ω _o . The output voltage of the sensor 2 is proportional to the function sin (ω _o t + φ), where φ is the phase shift, which is determined by the position S of the moving element of the sensor 2.

Выходной сигнал датчика 2 положения принимает нулевые значения при положительной производной сигнала в моменты времени
t_i=

, i = 1, 2, 3 ...,,
где φ_i - фазовый сдвиг в моменты времени t_i, i=1,2,3,... Следовательно, период выходного сигнала датчика 2 будет равен
T_i= t_i- t_i-1= T_o-

, i = 1, 2, 3,, (1)
где T_o=

- период напряжения питания датчика 2.The output signal of the sensor 2 position takes zero values with a positive derivative of the signal at time
t _i =

, i = 1, 2, 3 ... ,,
where φ _i is the phase shift at time t _i, i = 1,2,3, ... Therefore, the period of the output signal of sensor 2 will be equal to
T _i = t _i - t _i-1 = T _o -

, i = 1, 2, 3 ,, (1)
where T _o =

- period of the supply voltage of the sensor 2.

Скорость перемещения подвижного элемента датчика 2 с достаточной степенью точности равна отношению приращения по пути за некоторый интервал времени к величине этого интервала, т.е. The speed of movement of the moving element of the sensor 2 with a sufficient degree of accuracy is equal to the ratio of the increment along the path over a certain time interval to the value of this interval, i.e.

V_i=

Поскольку фазовый сдвиг выходного напряжения датчика 2 пропорционален положению его подвижного элемента, то выражение скорости перемещения с учетом (1) преобразуется к виду
V_i= K_oω_o

, (2)
где К_о - коэффициент пропорциональности.V _i =

Since the phase shift of the output voltage of the sensor 2 is proportional to the position of its movable element, the expression of the speed of movement, taking into account (1), is converted to
V _i = K _o ω _o

, (2)
where K _o is the coefficient of proportionality.

Входным сигналом осредняющего блока 11 является последовательность импульсов, следующих с периодом повторения, равным двум периодам выходного напряжения датчика 2. Эти импульсы имеют постоянную амплитуду. Длительность импульсов равна модулю разности периодов питающего и выходного напряжений датчика 2. Поскольку блок 11 выделяет среднее за период значение выходных импульсов, то согласно (2) выходной сигнал осредняющего блока 11 будет пропорциональным скорости перемещения. The input signal of the averaging unit 11 is a sequence of pulses following with a repetition period equal to two periods of the output voltage of the sensor 2. These pulses have a constant amplitude. The pulse duration is equal to the modulus of the difference between the periods of the supply and output voltages of the sensor 2. Since block 11 extracts the average value of the output pulses for the period, according to (2) the output signal of the averaging block 11 will be proportional to the speed of movement.

Входным сигналом осредняющего блока 12 также является последовательность импульсов, следующих с периодом повторения, равным двум периодам выходного напряжения датчика 2. Импульсы также имеют постоянную амплитуду, но их длительность равна модулю разности между значением периода выходного напряжения датчика и его предыдущим значением. Согласно этому, выходной сигнал осредняющего блока 12 будет равен
U₁₂= K₁

, (3)
где К₁ - коэффициент пропорциональности. При относительно малых скоростях перемещений, т.е. когда

V

K_oω_o, (4) выходной сигнал осредняющего блока 12 будет с достаточной степенью точности пропорциональным ускорению, т.е.The input signal of the averaging block 12 is also a sequence of pulses following with a repetition period equal to two periods of the output voltage of the sensor 2. The pulses also have a constant amplitude, but their duration is equal to the modulus of the difference between the value of the period of the output voltage of the sensor and its previous value. According to this, the output signal of the averaging unit 12 will be equal to
U ₁₂ = K ₁

, (3)
where K ₁ is the coefficient of proportionality. At relatively low speeds, i.e. when

V

K _o ω _o , (4) the output signal of the averaging block 12 will be proportional to the acceleration with a sufficient degree of accuracy, i.e.

U₁₂=

a_i, где a_i=

- ускорение перемещения подвижного элемента датчика 2.U ₁₂ =

a _i , where a _i =

- acceleration of the movement of the movable element of the sensor 2.

Преобразователь 6 импульсов работает следующим образом. Converter 6 pulses works as follows.

В исходном состоянии счетчик 18 содержит нулевой код, а счетчик 19 - код длительности предыдущего входного импульса преобразователя 6. С приходом входного импульса преобразователя 6 выходные импульсы генератора 17 начинают проходить на счетный вход С1 счетчика 18. По окончании входного импульса преобразователя 6 на выходе счетчика 18 сформируется код, пропорциональный длительности входного импульса преобразователя. Кроме того, передним фронтом входного импульса преобразователя 6 триггер 23 устанавливается в единичное состояние, и выходные импульсы генератора 17 начинают проходить на счетный вход С2 счетчика 19. По окончании счета на выходе Р2 заема счетчика 19 сформируется импульс, который установит триггер 23 в нулевое состояние, тем самым отключит счетный вход С2 счетчика 19 от генератора 17. На выходе преобразователя 6 сформируется импульс, длительность которого равна длительности предыдущего входного импульса преобразователя 6. После того, как входной и выходной сигналы преобразователя 6 становятся нулевыми, элемент ИЛИ-НЕ 22 с помощью формирователя 24 коротких импульсов запишет выходной код счетчика 18 на вход А предустановки счетчика 19 и затем осуществит сброс счетчика 18. Преобразователь 6 устанавливается в исходное состояние. In the initial state, the counter 18 contains the zero code, and the counter 19 contains the duration code of the previous input pulse of the transducer 6. With the arrival of the input pulse of the transducer 6, the output pulses of the generator 17 begin to pass to the counting input C1 of the counter 18. At the end of the input pulse of the transducer 6 at the output of the counter 18 a code is generated proportional to the duration of the input pulse of the converter. In addition, the leading edge of the input pulse of the Converter 6, the trigger 23 is set to a single state, and the output pulses of the generator 17 begin to pass to the counting input C2 of the counter 19. At the end of the count, an output is generated at the output P2 of the loan of the counter 19, which sets the trigger 23 to zero, thereby disconnecting the counting input C2 of the counter 19 from the generator 17. An output pulse is generated at the output of the converter 6, the duration of which is equal to the duration of the previous input pulse of the converter 6. After the input and the output signals of the converter 6 become zero, the element OR-NOT 22 with the help of the shaper 24 short pulses will write the output code of the counter 18 to the input A of the preset counter 19 and then reset the counter 18. The converter 6 is set to its original state.

Claims (1)

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ, заключающийся в формировании временных интервалов, кратных или равных периодам питающего и выходного сигналов синусно-косинусного датчика, формировании в каждом временном интервале, кратном или равном периоду выходного сигнала датчика, импульса с постоянной амплитудой, с длительностью, равной модулю разности временных интервалов, кратных или равных периодам выходного и питающего сигналов датчика, и с полярностью, соответствующей знаку этой разности, и определении скорости перемещения по среднему значению сформированного импульсного сигнала, отличающийся тем, что дополнительно вырабатывают в каждом временном интервале, кратном или равном периоду выходного сигнала датчика, импульс с постоянной амплитудой, с длительностью, равной модулю разности между значением временного интервала, кратного или равного периоду выходного сигнала датчика, и его предыдущим значением, и с полярностью, соответствующей знаку этой разности, и по среднему значению сформированного импульсного сигнала судят об ускорении перемещения. METHOD FOR MEASURING MOTION PARAMETERS, which consists in the formation of time intervals that are multiple or equal to the periods of the supply and output signals of the sine-cosine sensor, the formation in each time interval that is multiple or equal to the period of the sensor output signal, a pulse with a constant amplitude, with a duration equal to the time difference module intervals that are multiple or equal to the periods of the output and supply signals of the sensor, and with the polarity corresponding to the sign of this difference, and determining the average speed the value of the generated pulse signal, characterized in that it additionally generates in each time interval that is a multiple or equal to the period of the sensor output signal, a pulse with a constant amplitude, with a duration equal to the modulus of the difference between the time interval value that is multiple or equal to the period of the sensor output signal, and its the previous value, and with the polarity corresponding to the sign of this difference, and the average value of the generated pulse signal, judge the acceleration of movement.

Images