SU734506A1 - Shaft angular position-to-code converter - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к системам автоматического преобразовани  неэлектрических величин, например угла поворота в сдвиг фазы электрического сигнала.The invention relates to systems for automatically converting non-electric quantities, for example, the angle of rotation into the phase shift of an electrical signal.

Известен преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийс  трансформатор (СКВТ), Синусна  и косинусна  входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напр жени  1.A known angle-phase converter containing a multi-pole sine-cosine rotary transformer (SCWT), whose sine and cosine input windings are connected to a two-phase voltage source 1.

Недостатком такого преобразовател , называемого двухфазным фазовращателем,  вл етс  погрешность, обусловленна  асимметрией двухфазного питающего напр жени , неравенством, коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток.The disadvantage of such a converter, called a two-phase phase shifter, is the error due to the asymmetry of the two-phase supply voltage, inequality, transformation ratios and non-orthogonality of the windings.

Наиболее близким техническим рещением к предложенному  вл етс  преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный СКВТ, синусна  и косинусна входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напр жени , а синусна  и косинусна  выходные обмотки выполнены из секций. Один вывод каждой секции синусной выходной обмотки соединен с первым входом соответствующего стабилизатора напр жени , один вывод каждой секции косинусной выходной обмотки соединен с общей шиной. К вторым входа.м стабилизаторов напр жени  подключен выход задатчика уровн  напр жени , выходы стабилизаторов соединены последовательно 2.The closest technical solution to the proposed is an angle-phase converter containing a multi-pole ACS, whose sinus and cosine input windings are connected to a two-phase voltage source, and the sinus and cosine output windings are made of sections. One output of each section of the sinus output winding is connected to the first input of the corresponding voltage regulator, one output of each section of the cosine output winding is connected to a common bus. The output of the voltage level adjuster is connected to the second input.m of the voltage stabilizers, the outputs of the stabilizers are connected in series 2.

Недостаток этого устройства состоит в сравнительно невысокой точности преобразовани .The disadvantage of this device is the relatively low conversion accuracy.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовател  угол-фаза.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the angle-phase converter.

Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в преобразователь угол-фаза введены RC-цепи, одни концы конденсатора и резистора каждой RC-цепи подключены к выводам соответствующей секции синусной выходной обмотки, другие концы - к выводам соответствующей секции косинусной выходной обмотки.The goal is achieved due to the fact that RC-circuits are inserted into the angle-phase converter, one ends of the capacitor and resistor of each RC circuit are connected to the terminals of the corresponding section of the sinus output winding, and the other ends to the terminals of the corresponding section of the cosine output winding.

На фиг. 1 показана схема обмоток; на фиг. 2 - структурна  схема преобразовател ; на фиг. 3 и 4 - векторные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател .FIG. 1 shows the winding pattern; in fig. 2 - converter circuit diagram; in fig. 3 and 4 are vector diagrams that illustrate the operation of the converter.

Предложенный преобразователь угол-фаза содержит ротор 1, статор 2 (фиг. 1). На роторе размещены входные синусна  обмотка с выводами 3, 4 и косинусна  обмотка с выводами 5, 6, схематически представленные в виде меандров, радиальные участки которых представл ют собой активные участки обмотки, уложенные, например., в пазы магнитопровода (не показаны). На статоре размещена синусна  многополюсна  обмотка, выполненна  из п отдельных секций (на фиг. 1 и 2 из четырех секций) с соответствующими внещними выводами 7-14 и косинусна  многополюсна  обмотка, также выполненна  из п секций с внещними выводами 15-22. К смежным секци м выходных синусной и косинусной обмоток статора 2 (фиг. 2) подключено п RC-цепей (на фиг. 2 показаны четыре цепи), перва  из которых составлена из конденсатора 23 и резистора 24, втора  - из конденсатора 25 и резистора 26, треть  - из конденсатора 27 и резистора 28 и четверта  - из конденсатора 29 и резистора 30. При этом конденсаторы и резисторы образуют с секци ми синусной и косинусной обмоток мостовые схемы, одна из диагоналей которых образует выходы RC-цепей. Входные синусна  и косинусна  обмотки ротора 1 (выводы 3-6) подключены к источнику 31 двухфазного напр жени . Выходы RC-цепей подключены к первым входам стабилизаторов напр жени  32-35, ко вторым входам которых подключен выход задатчика 36 уровн  стабилизируемого напр жени . Выходы всех стабилизаторов соединены последовательно и образуют выход преобразовател  угол-фаза.The proposed angle-phase converter comprises a rotor 1, a stator 2 (FIG. 1). On the rotor there are input sinus winding with terminals 3, 4 and cosine winding with terminals 5, 6, schematically represented as meanders, the radial sections of which are the active winding sections, laid, for example, in the grooves of the magnetic circuit (not shown). On the stator there is a sinus multipolar winding made of n separate sections (in Figs. 1 and 2 of four sections) with corresponding external terminals 7-14 and a cosine multipole winding, also made of p sections with external leads 15-22. The adjacent sections of the output sinus and cosine windings of the stator 2 (Fig. 2) are connected to RC circuits (four circuits are shown in Fig. 2), the first of which is made up of capacitor 23 and resistor 24, the second - of capacitor 25 and resistor 26 one third of capacitor 27 and resistor 28; and a fourth of capacitor 29 and resistor 30. At the same time, capacitors and resistors form bridge circuits with sections of the sine and cosine windings, one of the diagonals of which forms the outputs of RC circuits. The input sine and cosine windings of the rotor 1 (pins 3-6) are connected to a two-phase source 31. The outputs of the RC circuits are connected to the first inputs of voltage regulators 32-35, to the second inputs of which the output of the setpoint regulator 36 of the voltage to be stabilized is connected. The outputs of all stabilizers are connected in series and form the output of the angle-phase converter.

При подаче двухфазного напр жени  на обмотки ротора 1 в воздушном зазоре между ротором и статором образуетс  вращающеес  магнитное поле. При этом с секций выходной синусной обмотки статора снимаетс  напр жение, фаза которого ф sin при идеальном выполнении преобразовател , равенстве и ортгональности составл ющих двухфазного питающего напр жени  измен етс  по законуWhen a two-phase voltage is applied to the windings of the rotor 1, a rotating magnetic field is formed in the air gap between the rotor and the stator. In this case, the voltage is removed from the sections of the output sinus winding of the stator, the phase of which, sin, with the ideal performance of the converter, the equality and orthogonality of the components of the two-phase supply voltage varies according to the law

р sin « р,p sin "p,

где а - угол поворота ротора, р - число пар полюсов обмотки ротора (коэффициент электрической редукции преобразовател , дл  фиг. 1 р 16).where a is the angle of rotation of the rotor, p is the number of pole pairs of the rotor winding (coefficient of electrical reduction of the converter, for Fig. 1 p 16).

С секции выходной косинусной обмотки статора снимаетс  напр жение, фаза которого fcos измен етс  по законуFrom the output section of the cosine stator winding, the voltage is removed, the phase of which fcos varies according to the law

Ч cos ар + H cos ar +

На фиг. 3 а векторами ОА и и ОВ обозначены соответственно выходные напр жени  секций синусной и косинусной выходных обмоток дл  частного значени  OL Суммарное выходное напр жение при после- довательном соединении смежных секций обмоток представлено вектором ОС . Дл  реального преобразовател  угол-фаза вследствие неравенства и неортогональности составл ющих питающего двухфазного напр жени , неравенства коэффициентов трансформации и неортогональности обмоток выходные напр жени  секций синусной и косинусной обмоток, обозначенные векторами ОА и ОВ, сдвигаютс  на, равные, но противоположные по знаку углы Лфди Афв, при этом амплитуды данных напр жений оказываютс  неравными (ОВ ОА). Суммарное напр жение, обозначенное вектором ОС, в этом случае оказываетс  сдвинутым по фазе относительно идеального вектора ОС на величину погрешности Дфс, котора  измен етс  2р раз при повороте ротора на угол а 2  . Однако, если векторы ОА и ОВ сложить, предварительно повернув их соответственно на углы -5и - (фиг. 36), то погрешность сдвига по фазе Д«р суммарного напр жени , обозначенного вектором ОС , относительно идеального вектора будет по сравнению с погрещностью Д рс5величиной второго пор дка малости (Aqi(. Д(() при малых исходных углах Дф,,и Дф.Таким образом практически исключаетс  завис ща  от угла поворота ротора погрешность, обусловленна  несимметрией обмоток и питающего двухфазного напр жени . Поворот векторов наFIG. 3a, the OA and OV vectors denote the output voltages of the sinus and cosine output windings for the particular value OL, respectively. The total output voltage of the series connection of the adjacent winding sections is represented by the OS vector. For a real angle-phase converter, due to the inequality and non-orthogonality of the components of the supply two-phase voltage, inequality of transformation ratios and non-orthogonality of the windings, the output voltages of the sections of the sinus and cosine windings, denoted by the OA and OB vectors, are shifted by the Lfi angles equal to but opposite in sign by the Lfi angles and the opposite factors. , while the amplitudes of these voltages are unequal (OV OA). The total voltage, indicated by the OS vector, in this case turns out to be phase-shifted relative to the ideal OS vector by the magnitude of the error Dfs, which changes 2p times when the rotor is turned through the angle a 2. However, if the OA and OB vectors are folded, having previously rotated them, respectively, to angles -5 and - (Fig. 36), then the error in phase shift D "p of the total voltage indicated by the OS vector relative to the ideal vector will be compared with the error D pc5 second order of smallness (Aqi (. D (() at small initial angles Df ,, and Df. Thus, the error due to the asymmetry of the windings and the supply of two-phase voltage depending on the angle of rotation of the rotor is almost eliminated. Rotation of the vectors

углы - и - и суммирование произвоА Д angles - and - and the summation of the product A

дитс  с помощью RC-цепи.dits with RC circuit.

На фиг. 4а проиллюстрирована причина по влени  длиннопериодной погрешности преобразовател . Векторы ОС , и ОСа двухFIG. 4a illustrates the cause of the long-period error of the converter. OS, and OS of two

суммированных с помощью RC-цепей напр жений диаметрально противоположных секций выходных обмоток (например, обмоток с выводами 7, 8 и 15, 16 и 11, 12, 19, 20) сдвинуты на одинаковые, но противоположные по знаку углы Дф1 и Дq)l.The voltages of diametrically opposite sections of the output windings summed by RC circuits (for example, windings with terminals 7, 8 and 15, 16 and 11, 12, 19, 20) are shifted by the same angles Df1 and Dq opposite in sign).

Данные фазовые сдвиги обусловлены, например , неравномерностью нанесени  полюсов обмоток ротора вследствие эксцентриситета , допущенного при установке заготовки ротора на станок дл  нарезани  щлицов магнитопровода. При равномерном воздущном зазоре между ротором и статором суммирование векторов ОСг.определ ет идеальное положение вектора ОСз выходного напр жени . Это положение соответствует также условию ф1 cpj. О, когда полюса нанесены равномерно. Смещение статора, например, из-за эксцентриситета установки приводит к тому, что воздушный зазор в месте расположени  обмоток с .выводами 7, 8; 15, 16 увеличиваетс , а вThese phase shifts are caused, for example, by the uneven application of the poles of the rotor windings due to the eccentricity allowed when installing the rotor billet on the machine for cutting the magnetic core slots. With a uniform air gap between the rotor and the stator, the summation of the OSG vectors determines the ideal position of the OSV vector of the output voltage. This position also corresponds to the condition F1 cpj. Oh, when the poles are applied evenly. The displacement of the stator, for example, due to the eccentricity of the installation, leads to the fact that the air gap at the location of the windings with leads 7, 8; 15, 16 increases, and in

месте расположени  обмоток с выводами 11, 12, 19, 20 уменьщаетс . Вследствие этого вектор ОС , уменьшаетс  до ОС, а вектор ОС2 увеличиваетс  до ОСг,. Суммирование таких векторов дает вектор ОСд, который сдвинут относительно идеального вектораthe location of the windings with leads 11, 12, 19, 20 decreases. As a result, the OS vector is reduced to OS, and the OS2 vector is increased to OSg ,. The summation of such vectors gives the vector OSD, which is shifted relative to the ideal vector

ОСj на величину погрешности ДРз . измен ющейс  с периодом оборота ротора.OSj on the magnitude of the error DRZ. varying with the period of rotation of the rotor.

На рис. 46 показана векторна  диаграмма , иллюстрирующа  действие стабилизаторов напр жед1и  32 и 34, стабилизирующих векторы напр жений ОС i и OCj на одинаковом заданном от задатчика уровне ОС ОС i. При этом суммирование их путем последовательного соединени  выходов стабилизаторов дает вектор ОС 5, совпадающий с идеальным вектором ОС з, т. е. дл  данного случа  Д(р 0.In fig. 46 is a vector diagram illustrating the effect of stabilizers of voltage 32 and 34 stabilizing the voltage vectors OS i and OCj at the same OS OS i level set from the unit. In this case, their summation by successively connecting the outputs of the stabilizers gives the vector OC 5, which coincides with the ideal OC vector z, i.e. for this case D (p 0.

Степень компенсации длиннопериодной погрешности зависит от прин того числа п секций обмоток преобразовател . Так, при п 4 длиннопериодна  погрешность уменьшаетс  в 5 раз, при п 6 - в 10 раз, при п 8 - в 20 раз. Таким образом, дл  эффективного снижени  длиннопериодной погрешности на практике достаточно пользоватьс  числом п 6. Например, современные многополюсные преобразователи угол-фаза обладают длиннопериодной погрешностью 5 угл. сек, при дефектах изготовлени  и монтажа пор дка 0,01 мм. При использовании предложенной схемы с п- 6 их длиннопериодна  погрешность будет составл ть 0,5 угл.сек. Использование п 4-8 нецелесообразно, так как приводит к усложнению схемы ввиду увеличени  числа RC-цепей стабилизаторов напр жени  и выводных концов обмоток. Существенным преимуществом предложенного преобразовател  угол-фаза  вл етс  также уменьшение погрешностей , обусловленных нерабочими смещени ми ротора и статора вследствие деформации объекта, в котором установлен преобразователь. Это повышает стабильность работы преобразовател .The degree of compensation for the long-period error depends on the received number n of sections of the converter windings. Thus, with n 4, the long-period error decreases by a factor of 5, with n 6 - 10 times, and with n 8 - 20 times. Thus, in order to effectively reduce the long-period error in practice, it is sufficient to use the number n 6. For example, modern multi-pole angle-phase converters have a long-period error of 5 coal. sec, with manufacturing and installation defects of the order of 0.01 mm. When using the proposed scheme with n-6, their long-period error will be 0.5 arcsec. The use of clauses 4–8 is impractical because it leads to a complication of the circuit due to an increase in the number of RC circuits of voltage regulators and output ends of the windings. A significant advantage of the proposed angle-phase converter is also a reduction in errors due to non-working displacements of the rotor and stator due to the deformation of the object in which the converter is installed. This increases the stability of the converter.

В качестве стабилизаторов напр жени  могут быть использованы, например, усилители с регулируемым от источника (задатчика ) посто нного напр жени  коэффициентом усилени .As voltage regulators, for example, amplifiers with a voltage gain adjustable from a source (setting unit) can be used.

Таким образом, предложенный преобразователь угол-фаза позвол ет на пор док уменьшить одну из определ ющих погрешностей многополюсных преобразователей угла поворота вала - длиннопериодную погрешность , обусловленную дефектами изготовлени , монтажа и нерабочими смещени ми в процессе эксплуатации. Выходна  информаци  преобразовател  представлена фазовым сдвигом выходного напр жени , пропорциональным углу поворота ротора к коэффициенту электрической редукции, что позвол ет применить дл  кодировани  угла поворота стандартные частотомеры в режиме измерени  временного интервала.Thus, the proposed angle-phase converter allows one to reduce by one order one of the determining errors of the multi-pole shaft rotation angle converters — the long-period error due to manufacturing, installation and non-working defects during operation. The output information of the converter is represented by the phase shift of the output voltage, proportional to the angle of rotation of the rotor to the electrical reduction factor, which makes it possible to use standard frequency meters for coding the angle of rotation in the mode of measuring the time interval.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 10ten Преобразователь угол-фаза, содержащий многополюсный синусно-косинусный вращающийс  трансформатор, синусна  и косинусна  входные обмотки которого подключены к источнику двухфазного напр жени , а синусна  и косинусна  выходные обмотки выполнены из секций, один вывод каждой секции синусной выходной обмотки соединен с первым входом соответствующего стабилизатора напр жени , один выход каждой секции косинусной выходной обмотки соединен с общей шиной, ко вторым входам стабилизаторов напр жени  подключен выход задатчика уровн  напр жени , выходы стабилизаторов напр жени  соединены последовательно , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены RC-цепи, одни концы конденсатора и резистора каждой RC-цепи подключены к выводам соответствующей секции синусной выходной обмотки, другие концы - к выводам соответствующей секции КОСИНУСНОЙ вь ходной обмотки.Angle-phase converter containing a multi-pole sine-cosine rotary transformer, whose sine and cosine input windings are connected to a two-phase voltage source, and the sine and cosine output windings are made of sections, one output of each section of the sine output winding is connected to the first input of the corresponding stabilizer section one output of each section of the cosine output winding is connected to the common bus, the output of the voltage level adjuster is connected to the second inputs of the voltage regulators The outputs of voltage regulators are connected in series, characterized in that, in order to improve the accuracy of the converter, RC circuits are inserted into it, one ends of a capacitor and a resistor of each RC circuit are connected to the terminals of the corresponding section of the sinus output winding, the other ends to the terminals corresponding section of COSINUS inlet winding. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Ахметжанов А. А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств . М., «Энерги  1975, с. 67-68.Sources of information taken into account in the examination 1. A. Akhmetzhanov. High-precision angle transmission systems for automatic devices. M., “Energy 1975, p. 67-68. 2. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2539816/18-24 от 28.10.77, по которой прин то положительное решение (прототип ).2. USSR author's certificate in application number 2539816 / 18-24 dated 10.28.77, according to which a positive decision was made (prototype). 19 li W fO19 li W fO Фиг.ЬFig.b .0.0 игЛneedles