RU2161772C2 - Angle determination device - Google Patents
Angle determination device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161772C2 RU2161772C2 RU95118835/28A RU95118835A RU2161772C2 RU 2161772 C2 RU2161772 C2 RU 2161772C2 RU 95118835/28 A RU95118835/28 A RU 95118835/28A RU 95118835 A RU95118835 A RU 95118835A RU 2161772 C2 RU2161772 C2 RU 2161772C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- phase
- angle
- outputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности - к устройствам для определения углового положения вала или иного элемента исполнительного механизма. The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for determining the angular position of a shaft or other element of the actuator.
Известно устройство для определения угла, содержащее датчик угла, демодулятор и индикатор (см. патент США N 546665). A device for determining the angle is known, comprising an angle sensor, a demodulator and an indicator (see US Pat. No. 5,466,665).
Это устройство обладает, однако, невысокой точностью и необходимостью иметь многофазную систему подачи опорных напряжений. This device, however, has low accuracy and the need to have a multiphase reference voltage supply system.
Наиболее близким к настоящему изобретению, прототипом его, является преобразователь угла поворота вала в напряжение по авт. св. N 1247647 A1 от 30.07.86, G 01 В 7/30, содержащий датчик угла с тремя фазовыми выходами, соединенными с входами синхронного демодулятора. Closest to the present invention, a prototype of it, is a converter of the angle of rotation of the shaft into voltage according to ed. St. N 1247647 A1 dated 07/30/86, G 01 B 7/30, comprising an angle sensor with three phase outputs connected to the inputs of a synchronous demodulator.
Недостатком устройства-прототипа является невысокая точность, обусловленная наличием элементов - источников нелинейных искажений. The disadvantage of the prototype device is the low accuracy due to the presence of elements - sources of nonlinear distortion.
Задачей изобретения является улучшение метрологических характеристик устройства-прототипа. The objective of the invention is to improve the metrological characteristics of the prototype device.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности определения угла. The technical result achieved by using the invention is to increase the accuracy of determining the angle.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство-прототип введены первый, второй и третий перемножители, первый, второй и третий фазовращатели, сумматор, интегратор, блок установки "нуля" и индикатор, причем входы перемножителей подключены попарно-соответственно к выходам демодулятора и фазовращателей, а выходы - к входам сумматора, выход которого через интегратор подключен к входам индикатора и блока установки "нуля", выход которого подключен к входам фазовращателей. При этом подавление нелинейности сквозной характеристики преобразования угла поворота датчика в показания индикатора осуществляется за счет введения в управляемые фазовращатели определенных функциональных соотношений, зависящих от характеристик датчика и использования схемы пофазного сравнения выходных напряжений демодулятора и фазовращателей на базе перемножителей, интеграл от суммы выходных напряжений которых оказывается пропорциональным углу поворота датчика и не зависящим от напряжения питания и "остаточных" фазовых напряжений этого датчика."
Изобретение поясним по представленной на чертеже блок-схеме предложенного устройства для определения угла, где обозначено: 1 - датчик угла с тремя фазовыми выходами, например сельсин; 2 - синхронный демодулятор, входы которого подключены к выходам датчика 1; 3, 4, 5 - первый, второй и третий перемножители; 6, 7, 8 - первый, второй и третий фазовращатели; 9 - сумматор; 10 - интегратор; 11 - блок установки "нуля" показаний индикатора 12; 12 - индикатор угла поворота датчика 1 относительно "нулевого" его положения.The specified technical result is achieved by the fact that the first, second and third multipliers, the first, second and third phase shifters, an adder, an integrator, a zero-setting unit and an indicator are introduced into the prototype device, and the inputs of the multipliers are connected in pairs, respectively, to the outputs of the demodulator and phase shifters , and the outputs - to the inputs of the adder, the output of which through the integrator is connected to the inputs of the indicator and the installation block "zero", the output of which is connected to the inputs of the phase shifters. In this case, the nonlinearity of the end-to-end characteristic of converting the angle of rotation of the sensor into indicator readings is suppressed by introducing certain functional relationships into the controlled phase shifters that depend on the characteristics of the sensor and using a phase-by-phase comparison circuit of the output voltages of the demodulator and phase shifters based on multipliers, the integral of the sum of the output voltages of which is proportional angle of rotation of the sensor and independent of supply voltage and "residual" phase voltage this sensor. "
We explain the invention according to the block diagram of the proposed device for determining the angle, where it is indicated: 1 - an angle sensor with three phase outputs, for example, selsyn; 2 - synchronous demodulator, the inputs of which are connected to the outputs of the sensor 1; 3, 4, 5 - the first, second and third multipliers; 6, 7, 8 - the first, second and third phase shifters; 9 - adder; 10 - integrator; 11 - unit for setting the “zero” indicator 12; 12 - indicator of the angle of rotation of the sensor 1 relative to its "zero" position.
Сеть питания и взаимной синхронизации датчика 1 и демодулятора 2 обозначена как Uп (по действующему в ней напряжению). Первый, второй и третий выходы датчика и демодулятора обозначены буквами а, в, с, напряжения на выходах блоков 1, 2, 3,..., 11 - соответственно как U1а U1b, U1с; U2а U2b, U2с; U3,..., U11. Входы первого перемножителя (перемножителя 3) подключены к первому выходу демодулятора (к выходу а) и к выходу первого фазовращателя (фазовращателя 6), входы второго перемножителя (перемножителя 4) - к второму выходу демодулятора (к выходу в) и к выходу второго фазовращателя (фазовращателя 7), входы третьего перемножителя (перемножителя 5) - к третьему выходу демодулятора (к выходу с) и к выходу третьего фазовращателя (фазовращателя 8). Выходы перемножителей 3, 4, 5 подключены к входам сумматора 9, выход последнего - к входу интегратора 10, выход последнего - к входам индикатора 12 и блока 11, выход последнего - к входам фазовращателей 6, 7, 8.The power supply and mutual synchronization of the sensor 1 and the demodulator 2 is designated as U p (according to the voltage acting in it). The first, second and third outputs of the sensor and demodulator are indicated by the letters a, b , c, the voltage at the outputs of blocks 1, 2, 3, ..., 11 - respectively, as U 1a U 1b , U 1s ; U 2a U 2b , U 2c ; U 3 , ..., U 11 . The inputs of the first multiplier (multiplier 3) are connected to the first output of the demodulator (to output a) and to the output of the first phase shifter (phase shifter 6), the inputs of the second multiplier (multiplier 4) are connected to the second output of the demodulator (to output c) and to the output of the second phase shifter ( phase shifter 7), the inputs of the third multiplier (multiplier 5) - to the third output of the demodulator (to output c) and to the output of the third phase shifter (phase shifter 8). The outputs of the multipliers 3, 4, 5 are connected to the inputs of the adder 9, the output of the latter to the input of the integrator 10, the output of the latter to the inputs of the indicator 12 and block 11, the output of the latter to the inputs of the phase shifters 6, 7, 8.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Зависимость напряжений на фазовых выходах а, в, с датчика 1 от углового положения α этого датчика и несущей частоты ω питающего его напряжения Uп имеет вид
U1a= K1UпSinωtSinα,
U1b= K1UпSinωtSin(α+120°),
U1c= K1UпSinωtSin(α-120°), где K1 - коэффициент пропорциональности, t - время.The dependence of the voltages at the phase outputs a, b , c of the sensor 1 on the angular position α of this sensor and the carrier frequency ω of its supply voltage U p has the form
U 1a = K 1 U n SinωtSinα,
U 1b = K 1 U n SinωtSin (α + 120 ° ),
U 1c = K 1 U п SinωtSin (α-120 ° ), where K 1 is the proportionality coefficient, t is time.
Напряжения на выходах а, в, с демодулятора 2 имеют вид
U2a= UдSinα,
U2b= UдSin(α+120°),
U2c= UдSin(α-120°),
где Uд - амплитудное значение напряжений U2а, U2b, U2c.The voltages at the outputs a, b, from the demodulator 2 are of the form
U 2a = U d Sinα,
U 2b = U d Sin (α + 120 ° ),
U 2c = U d Sin (α-120 ° ),
where U d is the amplitude value of the stresses U 2a , U 2b , U 2c .
Напряжение U10 на выходе интегратора 10 отображается индикатором 12 в размерности угла β, равного, как это будет показано ниже, разности (α-α0), где α0 - значение угла α, принимаемое за начало отсчета и задаваемое в блоке 11 установки "нуля" показаний индикатора 12.The voltage U 10 at the output of the integrator 10 is displayed by the indicator 12 in the dimension of the angle β equal to, as will be shown below, the difference (α-α 0 ), where α 0 is the value of the angle α, taken as the reference point and set in the installation unit 11 " zero "indicator 12.
Пусть β = K2U10, U11= K
U6= UфCos(β+α0),
U7= UфCos((β+α0)+120°),
U8= UфCos((β+α0)-120°),
где Uф - амплитудное значение напряжений U6, U7, U8.Let β = K 2 U 10 , U 11 = K
U 6 = U φ Cos (β + α 0 ),
U 7 = U f Cos ((β + α 0 ) +120 ° ),
U 8 = U f Cos ((β + α 0 ) -120 ° ),
where U f - the amplitude value of the stresses U 6 , U 7 , U 8 .
В результате попарного перемножения напряжений на входах блоков 3, 4, 5 и суммирования полученных произведений в блоке 9 на выходе последнего имеем
где K3, K3 * = 3/2 K3 - коэффициенты пропорциональности.As a result of pairwise multiplication of voltages at the inputs of blocks 3, 4, 5 and summation of the products obtained in block 9 at the output of the latter, we have
where K 3 , K 3 * = 3/2 K 3 are the proportionality coefficients.
Напряжение U9 в блоке 10 интегрируется так, что на выходе блока 10 имеем
где K4 - коэффициент пропорциональности, τ - переменная интегрирования (время). При этом блоки 6, 7, 8 и 11 по отношению к блокам 3, 4, 5 и 9, 10 образуют цепь отрицательной обратной связи, автоматически обеспечивающей устойчивое равновесие (баланс состояний) при выполнении условия U9 = 0, откуда следует (α-β-α0) = 0 или β = α-α0.
Любое изменение углового положения датчика 1, т.е. величины (α-α0), приводит к нарушению равенства U9 = 0 и, следовательно, к такому дальнейшему изменению напряжения U10 на выходе интегратора 10, что фазовый сдвиг угла β = K2U10 и соответствующие ему значения напряжений U6, U7, U8 на выходах фазовращателей приводят к восстановлению равновесия, т.е. равенства U9 = 0, при новом значении напряжения U10; одновременно восстанавливается и равенство β = α-α0. Таким образом, напряжение U10 на выходе интегратора 10 и показания β индикатора 12 являются эквивалентами угла поворота датчика 1 относительно его начального ("нулевого") положения α0.
Подчеркнем, что связь U10 с интегралом от U9 отражает лишь динамику изменения этого напряжения во времени. Что касается статики, то она характеризуется условием равновесия: U9 = 0, что возможно только при соблюдении равенства β = α-α0 или U10= (α-α0)/K2 и не зависит от параметров K3, K4, Uд, Uф, t. Повышенная точность определения углового положения датчика в предложенной схеме обусловлена именно этим обстоятельством.The voltage U 9 in block 10 is integrated so that at the output of block 10 we have
where K 4 is the proportionality coefficient, τ is the integration variable (time). In this case, blocks 6, 7, 8, and 11 with respect to blocks 3, 4, 5, and 9, 10 form a negative feedback circuit that automatically ensures stable equilibrium (state balance) when the condition U 9 = 0 is fulfilled, from which it follows (α- β-α 0 ) = 0 or β = α-α 0 .
Any change in the angular position of sensor 1, i.e. of the quantity (α-α 0 ) leads to a violation of the equality U 9 = 0 and, therefore, to such a further change in the voltage U 10 at the output of the integrator 10 such that the phase shift of the angle β = K 2 U 10 and the corresponding voltage values U 6 , U 7 , U 8 at the outputs of the phase shifters lead to the restoration of equilibrium, i.e. equality U 9 = 0, with a new voltage value U 10 ; at the same time, the equality β = α-α 0 is also restored. Thus, the voltage U 10 at the output of the integrator 10 and the readings β of the indicator 12 are equivalent to the angle of rotation of the sensor 1 relative to its initial ("zero") position α 0 .
We emphasize that the relationship between U 10 and the integral of U 9 reflects only the dynamics of this voltage over time. As for statics, it is characterized by the equilibrium condition: U 9 = 0, which is possible only if the equality β = α-α 0 or U 10 = (α-α 0 ) / K 2 and does not depend on the parameters K 3 , K 4 , U d , U f , t. The increased accuracy of determining the angular position of the sensor in the proposed scheme is due precisely to this circumstance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95118835/28A RU2161772C2 (en) | 1995-11-03 | 1995-11-03 | Angle determination device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95118835/28A RU2161772C2 (en) | 1995-11-03 | 1995-11-03 | Angle determination device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95118835A RU95118835A (en) | 1997-10-20 |
RU2161772C2 true RU2161772C2 (en) | 2001-01-10 |
Family
ID=20173508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95118835/28A RU2161772C2 (en) | 1995-11-03 | 1995-11-03 | Angle determination device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2161772C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108507459A (en) * | 2018-03-12 | 2018-09-07 | 连云港杰瑞电子有限公司 | A kind of measurement method of selsyn signal angle |
-
1995
- 1995-11-03 RU RU95118835/28A patent/RU2161772C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Э.Н.Асиновский, А.А.Ахметжанов, М.А.Габидулин и др. Высокоточные преобразователи угловых перемещений. /Под общей ред. А.А.Ахметжанова. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 117, рис.9.7. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108507459A (en) * | 2018-03-12 | 2018-09-07 | 连云港杰瑞电子有限公司 | A kind of measurement method of selsyn signal angle |
CN108507459B (en) * | 2018-03-12 | 2020-06-16 | 连云港杰瑞电子有限公司 | Method for measuring signal angle of synchro |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4675614A (en) | Phase difference measurement system | |
CN109073382A (en) | Method and apparatus for demodulating gyroscope signal | |
RU2161773C2 (en) | Angle determination device | |
RU2161772C2 (en) | Angle determination device | |
US4247810A (en) | Angle to bipolar analog converter | |
FR2473183A1 (en) | CIRCUIT MOUNTING FOR CONVERTING A RESISTANCE VARIATION INTO A FREQUENCY VARIATION | |
SU1721536A1 (en) | Controlled phase shifter | |
SU1511705A1 (en) | Apparatus for shifting phase by 90 degrees | |
US3422258A (en) | Ratio meter | |
RU2068620C1 (en) | Movement-to-code converter | |
RU2003123C1 (en) | Device for measuring complex impedance components | |
SU1040595A1 (en) | Differential piezoelectric displacement transducer | |
SU413519A1 (en) | ||
RU2120623C1 (en) | Capacitance proximate moisture meter | |
SU720454A1 (en) | Shaft angular position-to-code converter | |
RU2070771C1 (en) | Method and device for converting angular displacement to frequency | |
RU2012125C1 (en) | Phase-sensitive rectifier | |
SU1290367A1 (en) | Versions of logarithmic function generator | |
SU1402962A1 (en) | Variable phase shifter | |
SU712768A1 (en) | Device for automatic tuning of rejector filters | |
SU945984A1 (en) | Ac voltage to code converter | |
SU855516A1 (en) | Reactive power measuring method | |
SU734774A1 (en) | Shaft angular position-to-code converter | |
SU748177A1 (en) | Apparatus for determining energy dissipated in material at one cycle of variable loading | |
RU2070770C1 (en) | Displacement-to-code converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041104 |