Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОЮ 1 Р 3/489 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(711 Дяльневосточный ордена ТрудовогКрасного Знамени политехническийинститут им. В.В. Куйбышева(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3342111/18-10,кл, С 01 Р 3/489, 1981 (прототип),(54) (57) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА по авт.св. У 994990, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что, с целью уменьше ния динамической погрешности измерен углового ускорения, мезду выходом суммирующего элемента и входом управ ляемого генератора дополнительно вкл чены последовательно соединенные дифФеренцирующее звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитающего элемента.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в. качестве датчика угловогоположения мгновенной скорости и ускорения вращения вала в точных цифровых 5 системах автоматического управления.По основному авт,св. 9 994990 известен датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала, содержащий генератор импульсов, пер вый и второй счетчики, Формирователь опорных сигналов, Фазовращатель, нуль- орган, первый и второй регистры, управляемый ключ, формирователь задержанных импульсов и дополнительный 15 триггер, а также фильтр нижних частот и последовательно соединенный фазовый детектор, интегратор, суммирующий элемент и управляемый генератор, Выход генератора импульсов под ключен непосредственно к первому счетчику и через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, - к второму счетчику, нуль-орган через последо вательно соединенные Фазовращатель и формирователь опорных сигналов подключен к выходу старшего разряда первого счетчика, выходы всех разрядов которого соединены с входами 30 первого регистра, первый вход дополнительного триггера и вход Формирователя задержанных импульсов соединены с выходом нуль-органа, первый, второй и третий выходы формирователя задержанных импульсов - соответственно с входом разрешения записи второго регистра, входом сброса второго счетчика и вторым входом дОполнительного триггера, выходы счетных триггеров 40 второго счетчика - с информационными входами второго регистра, выход нуль- органа подключен также к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом управляемого 45 генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента 1 3. Недостаток известного устройства заключается в наличии динамической погрешности при измерении переменных ускорений вращения. Выходное напряжение Фазовращателя пропорционально измеряемому ускорению только при по стоянном значении ускорения, а при переменном ускорении появляется динамическая ошибка измерения ускорения. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности измерения углового ускорения.Укаэанная цель достигается тем, что в датчике углового положения, скорости и ускорения вращения вала между выходом суммирующего элемента и входом управляемого генератора дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующие звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитающего элемента.На чертеже изображена структурнаясхема датчика углового положения,скорости и ускорения вращения вала.Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого под лючен ксчетному входу первого счетчика 2,выполненного на триггерах. Выход старшего разряда счетчика 2 через формирователь 3 опорных сигналов соединенс входом Фазовращателя 4, подключенного своим выходом к входу нуль-органа 5. Выход нуль-органа 5 соединенс входом разрешения записи первогорегистраб, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2, Выходгенератора 1 импульсов соединен такжесо счетным входом второго счетчика 7 через ключ 8, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 9. Вход сброса триггера 9 соединен с выходом нуль-органа 5, выход нуль-органа 5 - с входом Формирователя 10 задержанных импульсов, первый выход которого подключен к входу разрешения записи второго регистра 11. Информационные входы регистра 11 соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 7, вход предустановки которого подключен к второму выходу Формирователя 10 задержанных импульсов, третий выход Формирователя 10 соединен с входом установки в единичное состояние дополнительного триггера 9, Выход нуль-органа 5 соединен также с первым входом фазового детектора 12, выход которого подключен к входу Фильтра 13 нижних частот и входу ин тегратора 14. Выход интегратора 14 подключен к входу суммирующего элемента 15, другой вход которого подключен к выходу фазового детектора 12, Выход суммирующего элемента 15 под1.1 07055ключен к первому входу вычитающего элемента 16 и входу дифференцирующего звена 17, выход которого соединен с вторым входом вычитающего элемента 16, соединенного своим выходом с вхо дом управляемого генератора 18,Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала работает следующим образом.Первый счетчик 2 выполняет функ О цию делителя частоты генератора 1. Формирователь 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Нуль-орган 5 формирует 15 из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 2 О б. В последнем фиксируется код текущего углового положения вала.Второй счетчик 7, имеющий разрядность, равную разрядности первого счетчика 2 плюс дополнительный знаковый разряд, вместе с ключом 8, дополнительным триггером 9, формироватеЛем 10 задержанных импульсов и регистром 11 образуют блок вычисления частоты вращения, причем вычисле-ЗО ние кода скорости заменено вычислением кода приращения ,Т периода Т выходного сигнала фазовращателя по отношению к периоду Т опорного сигнала фазовращателя.По переднему фронту выходного сигкала нуль-органа 5 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 9 и одновременно запускается формирователь 10 задержанных импульсов, 40 Сигнал с выхода триггера 9, воздействуя на управляющий вход ключа 8, прекрашает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 7. Через время, достаточное 45 для переноса в счетчике 7, вырабатывается первый импульс формирователя 10, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 11 и осуществляет запись кода йТ из счет чика 7 во второй регистр 11. Второйимпульс формирователя 10, воздействуяна используемые входы предустановкивторого счетчика, осуществляет запись в счетчик 7 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и третьего выходныхимпульсов формирователя 10, Импульс с 4третьего выхода формирователя 10 переводит в единичное состояние триггер 9, в результате чего открываетсяключ 8 и сигналы генератора 1 вновьпоступают на вход счетчика 7. Поскольку коэффициенты пересчета первогосчетчика 2 и второго счетчика 7 равны,то в конце каждого периода выходногосигнала нуль-органа 5 в регистре 11будет зафиксирован либо прямой кодЛТ, если ТТ , либо дополнительныйкод аТ, если Т ( Т,Фазовый детектор 12, фильтр 13,интегратор 14, суммирующий элемент15, вычитающий элемент 16, дифференцирующее звено 17 и управляемый генератор 18 образуют блок вычисленияускорения.Выражения для выходного напряженияУ (р) фазового детектора 12 и выход 1ного напряжения У (р) суммирующегоэлемента 15 следующие:Н (р) = Г(р) - Г,(р)1;1+ Тдои (р) = --- . и (р)2Т,ргде Т - постоянный коэффициент;р - оператор Лапласа;Р - частота управляемого гене 2ратора;+ 1 ьрГ . - частота опорного сигнала фабзовращателя;Р - частота вращения валаьрФ1т рпередаточная функция интегратора,Выходное напряжение суммирующегоэлемента 15 подано на первый входвычитающего элемента 16 и на входдифференцирующего звена 17 с передаточной функцией Т 4 р, выход которогосоединен с вторым входом вычитающегоэлемента 16. Напряжение на выходевычитающего элемента 16 в операторнойформе Бз(р) Равно 05(р) = 1 - Т 4 р.Выходное напряжение вычитающегоэлемента 16 является управляющим длягенератора 18, так что Г(р) = К 2 П з(р).Следовательно,.к т 1 т рк т -т Рк 1 О ):ГГРИз этого выраженйя следует, чтопри обеспечении условий Т 2 = Т 4 и1/Т = К Т напряжение Б на выходе2 4фазового детектора 12 было бы строгопропорционально измеряемому угловому1107055 Составитель М. ХаустовРедактор А. Козориз Техред Л. Коцюбняк Корректор А, Тяско Заказ 5751/31 Тираж 823 Подписное В 1 ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, осква, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ускорению и динамическая погрешность измерения ускорения казались бы полностьюустранена (идеальный случай блока 17). Предлагаемое устройство позволяетуменьшить динамическую погрешностьизмерения.