SU777582A1 - R.p.m. transmitter - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управлени  и дистанционной передачи позиционной информации.The invention relates to automation and computing and can be used in systems for automatic control and remote transmission of positional information.

Известен датчик скорости вращени , содержащий дифференцирующие звень , вращающийс  трансформатор, фазовые детекторы , фильтры нижних частот, дискриминаторы и выпр мители 1.A known rotational speed sensor comprising differentiating links, a rotating transformer, phase detectors, low-pass filters, discriminators, and rectifiers 1.

Основным недостатком его  вл етс  ограниченный диапазон.Its main disadvantage is the limited range.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  датчик скорости вращени , содержащий сельсин, три фазовых детектора , выходы которых соединены соответственно с входами трех фильтров нижних частот , дифференциатор, выход которого св зан через схему выделени  модул  с входом выходного фильтра нижних частот, управл ющие входы фазовых детекторов подключены к выходу источника опорного напр жени , дешифратор, три компаратора и три ключа, аналоговые входы которых соединены с соответствующими выходами фильтров нижних частот, которые в сочетании из трех по два соединены с соответствующими входами трех компараторов, выходы компараторов соединены с соответствующими входами дещифратора, каждый из трех выходов которого соединен с управл ющим входом одного из соответствующих ключей, выходы которых соединеныOf the known devices, the closest to the invention in its technical essence is a rotational speed sensor comprising selsyn, three phase detectors, the outputs of which are connected respectively to the inputs of three low-pass filters, a differentiator whose output is connected through a module allocation circuit to an input of the low-pass filter , the control inputs of the phase detectors are connected to the output of the voltage source, a decoder, three comparators and three switches, the analog inputs of which are connected to the corresponding output E lowpass filters which are in combination of two of the three are connected to respective inputs of three comparators, the outputs of the comparators are connected to respective inputs deschifratora, each of the three outputs of which is connected to a control input of one of the corresponding keys, the outputs of which are connected

5 с входом дифференциатора, причем выходные концы трех фазовых обмоток сельсина подключены к входам соответствующих фазовых детекторов в том же сочетании 2.5 with the input of the differentiator, the output ends of the three phase windings of the selsyn are connected to the inputs of the corresponding phase detectors in the same combination 2.

10 В основу работы датчика положен принцип определени  производной линейной части огибающей, в общем случае пропорциональной синус} угла поворота. Недостатками такого датчика  вл ютс 10 The basis of the sensor operation is the principle of determining the derivative of the linear part of the envelope, which is generally proportional to the sine of the angle of rotation. The disadvantages of this sensor are

15 ошибка определени  скорости вращени  вала, обусловленна  недостаточной точностью определени  границ участков линейнонарастающего и линейно-подающего напр жений , и сравнительна  сложность.15 error in determining the speed of rotation of the shaft, due to the lack of accuracy in determining the boundaries of the sections of linearly growing and linearly applied stresses, and comparative complexity.

20 Целью изобретени   вл етс  увеличение точности измерени  скорости вращени  вала за счет уменьшени  ошибки определени  границ участков линейно-нарастающего и линейно-падающего напр жений при20 The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the speed of rotation of the shaft by reducing the error in determining the boundaries of linearly increasing and linearly decreasing stresses at

25 зпрощении устройства.25 forprocessing device.

Это достигаетс  тем, что в известное устройство , содержащее сельсин, подключенный к источнику опорного напр жени , три компаратора, выходы которых соединены сThis is achieved by the fact that in a known device containing a selsyn, connected to a source of reference voltage, three comparators, the outputs of which are connected to

30 соответствующими входами дешифратора,30 corresponding inputs of the decoder,

выход которого подключен к управл ющему входу электронных ключей, фазовый детектор , управл ющнй вход которого подключен к выходу источника опорного напр женн , а выход соединен с входом фильтра нижней частоты, дифференциатор, выход которого св зан через схему выделени  модул  с входом выходного фильтра нижней частоты, введен блок нагрузки, входы которого подключены к выходам фазных обмоток сельсина, которые подключены также к аналоговым входам электронных ключей и попарно подключены ко входам компараторов, выходы электронных ключей подключены к аналоговым входам фазового детектора, выход фильтра нижней частоты соединен с входом дифференциатора .the output of which is connected to the control input of the electronic switches, the phase detector, the control input of which is connected to the output of the reference voltage source, and the output is connected to the input of the low-pass filter, a differentiator whose output is connected through a selection circuit of the module to the input of the lower-frequency output filter , a load unit is introduced, the inputs of which are connected to the outputs of the phase windings of the selsyn, which are also connected to the analog inputs of electronic switches and connected in pairs to the inputs of comparators, the outputs of electronic switches They are connected to the analog inputs of the phase detector, the output of the lower frequency filter is connected to the input of the differentiator.

Такое построение датчика позволило повысить точность измерени  скорости вращени  и упростить аппаратурную реализацию , что достигаетс  уменьшением ошибки фиксации границ участков линейно-нарастаюшего напр жений за счет исключени  погрешностей, вносимых процессами демодулировани  и фильтрации. Определение границ участков напр жений обеспечиваетс  за счет непосредственного сравнени  (в сочетании из трех по два) фазных напр жений сельсина на трех компараторах с последуюндш дешифрированием результата . С целью уменьшени  объема аппаратуры обеспечиваетс  коммутаци  из трех по два непосредственно фазных напр жений сельсина дл  последуюш,ей демодул ции и фильтровани . Последнее позвол ет также устранить погрешность, обусловленную разбросом характеристик фазовых детекторов и фильтров нижней частоты. С целью обеспечени  симметрии фазных напр жеНИИ применен блок нагрузки, позвол ющий стабилизировать работу датчика в разнообразных услови х эксплуатации.Such a construction of the sensor made it possible to increase the accuracy of measuring the rotational speed and simplify the hardware implementation, which is achieved by reducing the error in fixing the boundaries of the sections of linearly increasing stresses by eliminating errors introduced by the demodulation and filtering processes. Determining the boundaries of the voltage sections is provided by directly comparing (in a combination of three by two) phase voltages of the selsyn on three comparators with subsequent interpretation of the result. In order to reduce the amount of equipment, switching from three by two directly phase voltages of the selsyn is provided for subsequent demodulation and filtering. The latter also makes it possible to eliminate the error due to the spread of the characteristics of phase detectors and low-pass filters. In order to ensure the symmetry of the phase voltages, a load block is used, which allows stabilizing the sensor operation in various operating conditions.

На фиг. 1 дана структурна  схема датчика; на фиг. 2 - диаграммы, по сн ющие его работу.FIG. 1 is given a block diagram of the sensor; in fig. 2 - diagrams explaining his work.

Датчик скоростей вращени  состоит из источника 1 опорного напр жени , сельсина 2, блока 3 нагрузки, трех компараторов 4, 5 и 6, дешифратора 7, электронных ключей 8, фазового детектора 9, фильтра 10 нижней частоты, дифференциатора 11, схемы 12 выделени  модул  и выходного фильтра 13 нижней частоты.The rotation speed sensor consists of the source 1 of the reference voltage, selsyn 2, load block 3, three comparators 4, 5 and 6, decoder 7, electronic switches 8, phase detector 9, low frequency filter 10, differentiator 11, module allocation circuit 12 and output filter 13 of the lower frequency.

На фиг. 2 и°А, и°в, /°с - огибающие трех фазных напр жений; UA, t/в и f/c сельсина 2 (показаны условно пунктиром); а - угол поворота вала (ротора сельсина 2).FIG. 2 and ° A, and ° V, / ° C - envelopes of three phase voltages; UA, t / b and f / c selsyn 2 (shown conventionally by a dotted line); and - the angle of rotation of the shaft (selsyn rotor 2).

{Ill}, {П2), {Пз}-области существовани  последовательностей Пь Uz и Пз импульсов на выходе компараторов 4, 5 и 6 соответственно (заштрихован вправо-вверх и вправо-вниз) при сравнении мгновенных значений напр жений UA, Us и Uc попарно между собой. Направление штриховки показывает факт совпадени  (вправовврех ) и несовпадени  (вправо-вниз) по фазе с напр жением Ип источника 1 опорного напр жени . 5 - плоскость сечени  (развертка по времени) в окрестност х угла , дл  которой показаны (условно под углом 45° фазные напр жени  UA, и в и и с, соответствующие углу , т. е. , , соответственно.{Ill}, {П2), {Пз} -the region of existence of the sequences Пь Uz and Пз of the pulses at the output of the comparators 4, 5 and 6, respectively (shaded right-up and right-down) when comparing the instantaneous values of the voltages UA, Us and Uc in pairs with each other. The direction of the hatching shows the fact of coincidence (right three) and mismatch (right-down) in phase with the voltage Ip of source 1 of the reference voltage. 5 - sectional plane (time sweep) in the vicinity of the angle for which the phase voltages UA are shown, conditionally at 45 ° and corresponding to the angle, i.e.,, and, c, respectively.

Двойное развертывание по оси t тл а, прин то в цел х уменьшени  загромождени  чертежа, при этом a,(t)-закон изменени  угла во времени.Dual deployment along the t axis of a tl is adopted in order to reduce the blocking of the drawing, while a, (t) is the law of changing the angle with time.

I- коды с выхода дешифратора, управл ющие коммутацией электронных ключей 8 по входу 14 (в частности, в диапазонах а 0ч-30° -код 000; а ЗО- 90° -код 100 и т: д.).I- codes from the output of the decoder, which control the switching of the electronic switches 8 through the input 14 (in particular, in the ranges 0h-30 °, code 000; and 30 to 90 °, code 100 and so on: D.).

II- напр жени  фазового детектора 9:II-voltage phase detector 9:

(в + /с),(in + / s)

представлены соответственными отрицательными суммами фазных напр жений УА, UB и Uc;are represented by the corresponding negative amounts of phase voltages A, UB and Uc;

UC -(UA + US),UC - (UA + US)

по выходу 15;exit 15;

(UC + UA)(UC + UA)

в диапазонах а 0- 30°-U A, a 30- - 9Q°-U c и т. д.in the ranges of a 0-30 ° -U A, a 30- - 9Q ° -U c, etc.

П1 -огибающие линейно-нарастающих и линейно-падающих напр жений И (напр жени  не показаны непосредственно, только дл  сечени  5-1/ пунктиром изображены огибающие);P1-bending linearly increasing and linearly falling stresses AND (the voltages are not shown directly, only envelopes are shown for 5-1 / dashed line);

иф-линейно-нарастающие и линейнопадающие напр жени  на выходе фазового детектора 9; Уд„ф - напр жение, пропорциональное скорости вращени  на выходе дифференциатора 11; t/м - напр жение на выходе схемы 12 выделени  модул ; t/вых - напр жение на выходе выходного фильтра 13 нижней частоты.ip-ramp and ramp-down voltages at the output of phase detector 9; Udf is a voltage proportional to the rotational speed at the output of the differentiator 11; t / m is the voltage at the output of the module allocation circuit 12; t / o is the voltage at the output of the output filter 13 of the lower frequency.

Датчик скорости вращени  работает следующим образом.The rotation speed sensor operates as follows.

Напр жени , снимаемые с фазных обмоток сельсина 2, в зависимости от угла поворота а° измен ютс  по косинусоидальномузакону . Данные напр жени   вл ютс  переменными с частотой напр жени  источника 1 онорного напр жени , модулированные по амплитуде по косинусоидальному (или синусоидальному, в зависимости от выбора начала отсчета) закону угла поворота вала (вращающегос  объекта). Изза , пространственного сдвига обмоток синхронизации сельсина 2 (120°) соответственно и закон модул ции в каждой фазе имеет один и тот же характер, но со сдвигом в 120° градусов:The voltages taken from the phase windings of the selsyn 2, depending on the angle of rotation a °, vary in the cosine law. These stresses are variable with the frequency of the voltage of source 1 of the stresses, modulated in amplitude by the cosine (or sinusoidal, depending on the choice of the origin) angle of rotation of the shaft (rotating object). Due to the spatial shift of synchronization windings of the selsyn 2 (120 °), respectively, and the modulation law in each phase has the same character, but with a shift of 120 ° degrees:

и л Ки„ sin  ; ав /С /„81п(а-120°); f/c f/«Sln(a+120°);and l Ki „sin; av / S / „81p (a-120 °); f / c f / “Sln (a + 120 °);

где Un - напр жение истоочннка 1, « -f /nSino);where Un is the source voltage 1, “-f / nSino);

со - частота напр жени  Un,ω is the frequency of the voltage Un,

К - коэффициент передачи.K - transfer coefficient.

Фазовые напр жени  постунают в соответствующих сочетани х на входы компараторов 4, 5 и 6, блок 3 нагрузки и аналоговые входы электронных ключей 8. В компараторах 4, 5 и 6 нанр жени  f/A, UB и Uc сравниваютс  попарно между собой. Сравнение пар осуо ествл етс  параллельно во времени. Попарно между собой сравниваютс  мгновенные значени  напр жений фаз А, В и С, т. е. одновременно сравниваютс  три пары напр жений:Phase voltages are posed in appropriate combinations at the inputs of comparators 4, 5 and 6, load unit 3 and the analog inputs of electronic switches 8. At comparators 4, 5 and 6, the parameters f / A, UB and Uc are compared in pairs to each other. Comparison of pairs is carried out in parallel over time. The instantaneous values of the voltages of phases A, B and C are compared in pairs, i.e., three pairs of voltages are simultaneously compared:

и А С Uc, Uc с Us и UB с UA.and A C Uc, Uc with Us and UB with UA.

Формирование имнульсных последовательностей П|, ГТ2 и ГТз рассмотрено на примере сравнени  напр жений фаз В и С на компараторе 5. Мгновенные значени  напр жени  фаз В и С равны:The formation of pulsed sequences P |, GT2 and GTZ is considered on the example of comparison of the voltages of phases B and C on the comparator 5. The instantaneous values of the voltages of phases B and C are equal to:

с sin соЛ sin (а + 120°); UB - Ки,„ sin сог - sin (а - 120°).sin sin sin (a + 120 °); UB - Ci, „sin coz - sin (a - 120 °).

Значени  t/c и Un завис т от и а°: Uc F(i,The values of t / c and Un depend on and a °: Uc F (i,

UB F(t,°.UB F (t, °.

При этом (0-закон движени  во времени вращающегос  вала. В конечном итогеAt the same time (0-law of movement in time of a rotating shaft. Ultimately

Uc Ф, 1 /(01 и f/5 Ф, f, (f}Uc F, 1 / (01 and f / 5 F, f, (f}

- функциональные зависимости от времени .- functional time dependencies.

Отсюда следует, что Uc и f/в относительно Un могут совпадать но фазе или быть противоположными и только на j rлах ai 90° и «2 270°, UC UR, и разностьFrom this it follows that Uc and f / in relatively Un can coincide but in phase or be opposite and only on j rlah ai 90 ° and "2,270 °, UC UR, and the difference

8 гУс - t/B 0.8 hUs - t / B 0.

При изменении угла а от 90 до 270° импульсна  последовате.льность (П2) не мен ет свою фазу на противоположную, только в момент прохождени  угла а 270° амплитуда их убывает до нул  и фаза мен етс  на противоположную (за счет ограничени  снизу отрицательные импульсы подавл ютс ). При изменении угла а от 270 до 360° (а также в интервале ) фаза импульсной послеловательности П2 противоположна Ur,. Таким образом , по смене фазы импульсной последовательности По точно можно определить границы интервала 90-т-270°, формирование импульсных последовательностей на компараторах 4 и 6 (П1 и Пз) происходит аналогично . Взаимные сочетани  Пь П2 и Пз представлены на фиг. 2.When the angle a changes from 90 to 270 °, the pulse sequence (A2) does not change its phase to the opposite, only at the time of passing through the angle a 270 °, their amplitude decreases to zero and the phase changes to the opposite (due to the limitation from below) suppressed). When the angle a varies from 270 to 360 ° (and also in the interval), the phase of the pulse sequence P2 is opposite to Ur ,. Thus, by changing the phase of the pulse sequence, we can accurately determine the boundaries of the interval 90-t-270 °, the formation of pulse sequences on comparators 4 and 6 (P1 and Pz) occurs in a similar way. The mutual combinations of P2 P2 and Pz are presented in FIG. 2

Дешифратор 7 управл ет коммутацией напр жений UA, UB и Uc электронными ключами 8.The decoder 7 controls the switching of the voltages UA, UB and Uc with the electronic keys 8.

В частности, в интервалах Оч-30 150ч4-210° н обеспечиваетс  коммутаци  фаз В и С, что дает UB- UCДанное управление легко реализуетс  дешифратором 7 в зависимости от сочетани  фаз последовательностей Пь П2 и Пз по следующей логике:In particular, in the O-30 150h4-210 ° n intervals, the B and C phases are switched, which gives UB-UC This control is easily implemented by the decoder 7 depending on the combination of the phases of the sequences P2 P2 and Pz according to the following logic:

- фазы Пь П2 и Пз совпадают (по - Phases P2 P2 and Pz coincide (by

отнощению к Un равны на углах relative to Un equal at the corners

и противоположны на углах Оч-30° и 330- 360° );and are opposite at angles Och-30 ° and 330- 360 °);

иand

фазы П2 и Пз равны и противоположны Пьphases P2 and Pz are equal and opposite to

и в-фазы П; и П2 равны и противоположны Пз.and in-phase P; and P2 are equal and opposite to Pz.

Блок 3 нагрузки обеспечивает симметрию фаз /4, В и С с целью исключени  различных искажений и вли ни  помех. Фазовый детектор 9 преобразует участки линейно-нарастающего и линейно-падающего напр жений фаз в пилообразное напр жение (см. 7ф на фиг. 2). Актнвиый фильтр 10 нижней частоты осун1.ествл ет сглаживание напр жени . Напр жение,The load unit 3 provides phase symmetry / 4, B and C in order to eliminate various distortions and interference effects. The phase detector 9 converts the areas of linearly increasing and linearly falling phase voltages into a sawtooth voltage (see 7f in Fig. 2). The actuation filter 10 of the lower frequency causes a voltage smoothing. Voltage

пропорциональное скорости изменени  угла новорота вала (со) вырабатываетс  дифференциатором 11 (см. f/лпф на фиг. 2). Схема 12 выделени  модул  используетс  дл  преобразовани  бипол рного напр жеПИЯ , поступающего с дифференциатора 11 в посто нное напр жение олной пол рности (см. f/M на фиг. 2). Схема 12 выделени  модул  может быть реализоваиа как двухполупериодный выпр митель.proportional to the rate of change of the angle of rotation of the shaft (co) is produced by the differentiator 11 (see f / lpf in fig. 2). The module allocation circuit 12 is used to convert the bipolar voltage from the differentiator 11 to the direct voltage of polar polarity (see f / M in Fig. 2). The module allocation circuit 12 may be implemented as a full-wave rectifier.

Выходной фильтр 13 нижней частоты устран ет пульсации схемы 12 выделени  модул . Таким образом, пилообразное нанр жение (Аункци  синуса практически с точностью 2% линейна в интерва.ле aprvмента Оч-30°) после дифференциатора И нредставл ет собой относительно пр моугольные импульсы нанр женн  положительной и отрицательной пол рностей (см. Г/-1„Ф на фпг. 2), соответствующие наклонуThe output filter 13 of the lower frequency eliminates the ripple of the allocation circuit 12 of the module. Thus, the sawtooth pattern (the sine function is almost linear with an accuracy of 2% in the interval of an O-30 ° aprv) after the differentiator and represents relatively rectangular pulses of positive and negative polarities (see G / -1 F on FPG. 2), corresponding to the slope

пилообразного напр жени , что эквивалентно скорости изменени  угла. Пп моуго .ггьное напр жение, завал вертины КОТОРОГО определ етс  приведенной вьппе нелинейностью , с выхода дифференциатораsawtooth voltage, which is equivalent to the rate of change of the angle. Pp mogu. Ggnoe voltage, blockage of the VORTIN which is determined by the above nonlinearity, from the output of the differentiator

II поступает на схему 12 выделени  МОДУЛЯ , на выходе которой образуетс  посто нное напр жение, модуль которого пропорттионален изменению угла поворота вала. Затем это напр жение поступает на выхолиой фильтр 13 нижней частоты, на выходе которого Формируетс  посто нный уровень напр жетпт , свободный от пульсаттий выхода схемы 12 выделени  модул  (см. С/вых на фиг. 2). Дл  формировани  пилообразного напр жени  на зшравл ющиеII enters the allocation circuit 12 of the MODULE, at the output of which a constant voltage is generated, the modulus of which is propionional to the change in the angle of rotation of the shaft. This voltage is then applied to a lower frequency chute filter 13, at the output of which a constant voltage level is formed that is free from the pulsation output of the module's allocation circuit 12 (see C / o in fig. 2). For shaping the sawtooth voltage

входы фазового детектора 9 одновременно с фазными напр жени мн по входам 17 постунает онорное напр жение Un.the inputs of the phase detector 9 simultaneously with the phase voltages mn at the inputs 17 cause the on-voltage voltage Un.

Таким образом, иснользование Датчика позвол ет с высокой точностью при простом аппаратурном исполнении реализовать линейное преобразование скорости поворота вала в напр жение в широком диапазоне скоростей вращени .Thus, the use of the Sensor allows with a high accuracy with a simple hardware design to realize a linear conversion of the shaft rotation speed into a voltage in a wide range of rotation speeds.

Claims (2)

1.Агейкин Д. И. и др. Датчики контрол  и регулировани . М., Мащиностроение,1.Agaykin DI and others. Sensors of control and regulation. M., Mashchinostroenie, 1965, с. 468.1965, p. 468. 2.Авторское свидетельство СССР А 481835, кл. G OIP 3/46, 1975 (прототип ) .2. Authors certificate of the USSR A 481835, cl. G OIP 3/46, 1975 (prototype). и,and, УHave диф.differential г/;///4g /; /// 4 пP тt Ч Т/////////////////////Л У  H T ///////////////////// L U {п {P 30° S 90° ISO 210° 270°30 ° S 90 ° ISO 210 ° 270 ° I 000 100 I ПОI 000 100 I software I Ш I Ш ЦБ IW I W I W CB IW Р да /50 г70 P yes / 50 g70 3JO3JO /////////////////////t ///////////////////// t 330°330 ° 001 OOF:001 OOF: Ч /H / JO fi 5 /го 150 /80 210 270 300 330 360JO fi 5 / go 150/80 210 270 300 330 360 IIгIIIIIIIII ,ІГIIIIIIIII, dd lPi/S.2lPi / S.2