Преобразователь углового положения вала в напряжение

(51)4 С 0 ВЕННОЙ ИЗОБРЕ МИТЕТ СССР ЕНИЙ И ОТНРЫТИЙГОСУДА ПО ДЕЛ Е ИЭОБРЕТЕНИ ИСАНИ ОР СКОМУ О ЕЛЬСТВ(46) 15.03,87, Бюл. Ф 10 (71) Киевский технологический институт легкой промьппленности и Киевский институт автоматики им, ХХЧ съезда КПСС(72) Ю.А.Скрипник,.Ю.Л.Безусяк, В,Г.Здоренко и В.А,Сусидко (53) 62.317.39,531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 548762, кл, С 01 0 5/24, 1975.Авторское свидетельство СССР 9 361735, кл. С 08 С 19/46, 1969. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловогоположения вала, Цель изобретения -повышение быстродействия, Это достигается тем, что в быстродействующийтракт в виде КС-цепочки 11 управляемого Фазовращателя 12, Фазового детектора 13, Фильтра 14 нижних частот и усилителя 15 вносится Фазовыйсдвиг, Формируемый интегратором 16,включенным на выходе дифференциального усилителя 10, Выходное напряжение усилителя 1 О равно нулю, если фаэовый сдвиг скомпенсирует аддитивную и мультипликативную погрешностибыстродействующего тракта, при этомвремя преобразования угла поворота непревышает периода выходного напряжения генератора 1. 1 ил.(1) (2) Цо К 1 з пЫз.пфЦ =У, Ксозыз 1 пой,где Б, - амплитуда напряжения, пиотающего вращающийся трансФорматор 2;о. - угол поворота ротора вращающегося трансформатора 2;К в ,коэффициент трансформации; о) - круговая частота питающегогенератора 1,Напряжения Б, и Бпоступают через ключ 3, управляемьпт от модулирующего генератора 9, на входы пер" вой КС-цепочки 4, Частота переключе" нийгенератора 9 выбирается в 5 О раэ меньше частоты генератора 1 запитывающего напряжения. При этом Фазу выходного напряжения КС-цепочки можно представить в виде суммы, моИзобретение относится к измеррттельной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала,Цель изобретения - повышение быстродействия за счет введения второго быстродействующего канала преобразования.На чертеже приведена блок-схемапреобразователя углового положениявала в напряжение,Преобразователь содержит питающий генератор 1, вращающийся трансФорматор 2, ключ 3, подключенный кротору вращающегося трансформатора2 последовательно соеДиненные первую КС"цепочку 4, первый Фазовыйдетектор 5, усилитель 6 низкой частоты, синхронный детектор 7, первыйФильтр 8 нижних частот, модулирую.щий генератор 9 выход которого подключен к управляющим входам ключа3 и синхронного детектора , дифференциальный усилитель 10, последовательно соединенные вторую КС-цепочку 11, управляемый Фазовращатель 12,второй Фазовый детектор 13, второйФильтр 14 нижних частот, усилитель15 постоянного тока и интегратор 16,вход которого соединен с выходомдифференциального усилителя 1 О, авыход - с управляющим входом Фазовращателя 12.Устройство работает следующим образом,Однофазное напряжение с выходагенератора 1 подается на статор вра"щающегося трансформатора 2, с роторакоторого снимаются два напряжениядулированной с частотой переключений составляющей, линейно зависящейот угла поворота ротора вращающегосятрансформатора 2 и немодулированной 5 составляющей, обусловленной Фазовымиошибками от девиации частоты генератора 1 нестабильностью элементовКС-цепочки 4 и погрешностью настройки КГ-цепочки 41 О С учетом этого выходное напряжение первой КС-цепочки 4 имеет вид 0 =Ц К К зп.е+(- +ы)Е И)- 15 -агсй 8 - (1+з 1 п 2 А)(4 где Б - выхоцное напряжение усили-теля 6 низкой частоты;4 О. К - коэффициент усиления усилителя 6 низкой частоты,Усиленное напряжение Ц подается4на сигнальный вход синхронного детектора 7, на управляющий вход которого подается управляющее напряжение вида Г(й) от генератора 9Г 1, нри 2 тп Т/2( (2 тп+1)Т/2-1, при (2 тп+1)Т/2 й(2(тп+1)Т/2в=1,2,3, .(5)2 УГ50 где Т -- период модулирующейЯфункции,В синхронном детекторе 7 проис"ходит перемножение напряжения 11 имодулирующего напряжения Г, а55 затем выходное напряжение синхронного детектора 7 подается на вход первого Фильтра 8 нижних частот, являющегося по сути дела сглаживающим,частота среза которого выбирается где К - коэффициент передачи КС-це 2почки 4;Г(й) модулирующая Функция,- коэффициент, обусловленныйнестабильностью элементовКС-цепочки 4, погрешностями ее настройки и девиациейчастоты питающего генера 25 тора 1,При помощи Фазового детектора 5на опорный вход которого подаетсявыходное напряжение генератора 1,выделяется напряжение, пропорциональЗОное Фазе выходного напряжения КС-цепочки 4, Переменная составляющая выходного напряжения Фазового детектора 5 усиливается усилителем низкойчастоты б и имеет вид(7) равной Я, Выходное напряжение первого фильтра 8 нижних частот можнопредставить н ниде где К - результирующии коэффициент5передачи тракта преобразования с учетом действиясинхронного детектора 7 и 1 Опервого фильтра 8 нижнихчастот.Таким образом выходное напряжение первого фильтра 8 нижних частот,подаваемое на один вход дифференциального усилителя 10, пропорционально углу поворота ротора,А вращающегося трансформатора 2 и не содержитошибки преобразования,Напряжения 11 и 0 с ротора вращающегося трансформатора 2 подаютсяна входы второй БС-цепочки 11, выходное напряжение которой можнопредставить в виде 16 -11 о К зьп(о 31+ +Й+д 9) р где К - коэффициент передачи второй6КС-цепочки 11;- фазовая ошибка, обусловлен Оная нестабильностью элементов второй КС-цепочки 11,погрешностью ее настройки,девиацией частоты питающегогенератора 1,Это напряжение поступает на входуправляемого фазовращателя 12, выходное напряжение которого можно записать в виде где Кв - результирующий коэффициентпередачи тракта преобразования с учетом действия второго фазового детектора 13,второго фильтра 14 нижнихчастот и усилителя 15 постоянного тока.При помощи усилителя 5 постоянного тока коэффициент Кв устанавливается примерно равным коэффиггиенту КНапряжение П поступает на один вход дифференциального усилителя 10, на другой вход которого поступает напряжение Г с выхода первого фильтра 8 нижних частот, Выходное напряжение дифференциального уси" лителя 10 8( в 8)(4 ) 8( 1) ф(3 Г где К в - коэффициент усиления дифференциального усилителя)О.Выходное напряжение дифференциального усилителя 10 равно нулю, когда дополнительный фазовый сдвиг Ч, вносимый управляемым фазовращателем 12, компенсирует как мультипликативную (вызванную изменением коэффициента передачи К быстродейв ствующего тракта преобразования), так и аддитивную (вызванную погрешностями преобразования угла поворота А в фазовый сдвиг) погрешности быстродействующего тракта преобразования илий 40 П 7 0 о КБК,гзп(ц)с+ - +д,+а Р Ч) э (8) где К, - коэффициент передачи управляемого фазовращателя 12;ф - сдвиг фазы, вносимый управляемым фазовращателем 12. 45Напряжение Ипоступает на сигнальный вход второго фазового детектора 13, на опорный вход которого подается выходное напряжение генератора 1. Выходное напряжение вто ц рого фазового детектора 13, пропорциональное фазе напряжения У, через второй фильтр 14 нижних частот с частотой среза, равной частоте питающего напряжения ы поступает на 55 вход масштабного усилителя 15 постоянного тока, выходное напряжение которого можно представить в вице в Кв) (7 ) Кв (д Ч ) фоткудаК,д-(8-К,5 (4 +аВыходное напряжение дифференциального усилителя 10 подается на вход интегратора 16, выходное нанря" жение которого воздействует на вход управляемого Фазовращателя 12, изменяя вносимый фазовый сдвиг Ч до выполнения условия (12). Благодаря применению интегратора 16 устраняется статическая ошибка, обусловленная конечным значением коэффициента усиления дифференциального усилителя 10.5 12968Таким образом, внесение дополнительного фазового сдвига 9 в быстродействующий канал позволяет исключить ощибку преобразования. Времяпреобразования угла поворота валав напряжение Бсоставляет не ме 2%нее периода коммутации - , которыйопределяется частотой коммутациивходов первой фаэосдвигающей КС"це Опочки 4. Время преобразования углаповорота вала Ы.в напряжение 11 не2 Ъпревышает периода - выходного наМ)пряжения генератора 1. Кроме того,напряжение 11 снимается с выходапервого фильтра 8 нижних частот,имеющего значительную инерционность(частота среза Я), а напряжение 11,являющееся в преобразователе результирующим,- с выхода усилителя 15постоянного тока, перед которым вклю"чен второй фильтр 14 нижних частот,инерционность которого значительнониже (частота срезам, что позволяет повысить быстродействие преобразования угла поворота вала в напряжение,28 сформатор, статор которог о полкнючеик выходу генератора, ключ, вход которого подключен к ротору вращающегося трансформатора, модулирующийгенератор, выход которого соединен суправляющим входом ключа, и последовательна соединенные, первую КС-цепочку, включенную на выходе ключа,первый фазовый детектор, опорный входкоторого подключен к выходу питающего генератора, усилитель низкой частоты, синхронный детектор, управляющий вход которого подключен к выходу модулирующего генератора,и фильтрнижних частот, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения быстродействия, он снабжен дифференциальным усилителем, первый вход которого подключен к выходу первогофильтра нижних частот, интегратором,вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, и последовательно соединенными второй КСцепочкой, подключенной к ротору вращающегося трансформатора, управляемым фазовращателем, управляющийвход которого подключен к выходуинтегратора, вторым фазовым детектором, опорный вход которого под" и з о б р е т е н и я 3 О ключен к выходу питающего генератора,вторым фильтром нижних частот и усилителем постоянного тока, выход которого подключен к второму входудифференциального усилителя. Ф о рмула ПреобразователЬ углового положения вала в напряжение, содержащий питающий генератор, вращающийся трансСоставитель В,НиколаевРедактор С.Лисина Техред А.Кравчук Корректор Н.Король Заказ 764/41 Тираж 678 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, .Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4