SU777582A1 - Датчик скорости вращени - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управлени  и дистанционной передачи позиционной информации.

Известен датчик скорости вращени , содержащий дифференцирующие звень , вращающийс  трансформатор, фазовые детекторы , фильтры нижних частот, дискриминаторы и выпр мители 1.

Основным недостатком его  вл етс  ограниченный диапазон.

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 соединены

5 с входом дифференциатора, причем выходные концы трех фазовых обмоток сельсина подключены к входам соответствующих фазовых детекторов в том же сочетании 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 

15 ошибка определени  скорости вращени  вала, обусловленна  недостаточной точностью определени  границ участков линейнонарастающего и линейно-подающего напр жений , и сравнительна  сложность.

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 при

25 зпрощении устройства.

Это достигаетс  тем, что в известное устройство , содержащее сельсин, подключенный к источнику опорного напр жени , три компаратора, выходы которых соединены с

30 соответствующими входами дешифратора,

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 .

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.

На фиг. 1 дана структурна  схема датчика; на фиг. 2 - диаграммы, по сн ющие его работу.

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.

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).

{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.

Двойное развертывание по оси t тл а, прин то в цел х уменьшени  загромождени  чертежа, при этом a,(t)-закон изменени  угла во времени.

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.).

II- напр жени  фазового детектора 9:

(в + /с),

представлены соответственными отрицательными суммами фазных напр жений УА, UB и Uc;

UC -(UA + US),

по выходу 15;

(UC + UA)

в диапазонах а 0- 30°-U A, a 30- - 9Q°-U c и т. д.

П1 -огибающие линейно-нарастающих и линейно-падающих напр жений И (напр жени  не показаны непосредственно, только дл  сечени  5-1/ пунктиром изображены огибающие);

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.

Датчик скорости вращени  работает следующим образом.

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:

и л Ки„ sin  ; ав /С /„81п(а-120°); f/c f/«Sln(a+120°);

где Un - напр жение истоочннка 1, « -f /nSino);

со - частота напр жени  Un,

К - коэффициент передачи.

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:

и А С Uc, Uc с Us и UB с 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:

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

Значени  t/c и Un завис т от и а°: Uc F(i,

UB F(t,°.

При этом (0-закон движени  во времени вращающегос  вала. В конечном итоге

Uc Ф, 1 /(01 и f/5 Ф, f, (f}

- функциональные зависимости от времени .

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 разность

8 гУс - 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.

Дешифратор 7 управл ет коммутацией напр жений UA, UB и Uc электронными ключами 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:

- фазы Пь П2 и Пз совпадают (по

отнощению к Un равны на углах

и противоположны на углах Оч-30° и 330- 360° );

и

фазы П2 и Пз равны и противоположны Пь

и в-фазы П; и П2 равны и противоположны Пз.

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,

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.

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 наклону

пилообразного напр жени , что эквивалентно скорости изменени  угла. Пп моуго .ггьное напр жение, завал вертины КОТОРОГО определ етс  приведенной вьппе нелинейностью , с выхода дифференциатора

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 ющие

входы фазового детектора 9 одновременно с фазными напр жени мн по входам 17 постунает онорное напр жение 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 .

Claims (2)

1.Агейкин Д. И. и др. Датчики контрол  и регулировани . М., Мащиностроение,

1965, с. 468.

2.Авторское свидетельство СССР А 481835, кл. G OIP 3/46, 1975 (прототип ) .

и,

У

диф.

г/;///4

п

т

Ч Т/////////////////////Л У

{п

30° S 90° ISO 210° 270°

I 000 100 I ПО

I Ш I Ш ЦБ IW

Р да /50 г70

3JO

/////////////////////t

330°

001 OOF:

Ч /

JO fi 5 /го 150 /80 210 270 300 330 360

IIгIIIIIIIII ,

d

lPi/S.2