Датчик углового положения и скорости вращения вала

мейи. Ф 1 асного ЙыКуйбышев альневосточныи ордена Трудов политехнический институт им(71) Заявитель 54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯВРАЩЕНИЯ ВАЛА РОСТИ я к измерительь использовая, Потельсовй датчилового полости вращения истемах авто ачения ительнепри й скоя измерен а вала, кото ный на валу ой широкойчувствител телем импуль ектору, и отакже преобра яжение и упи этом вход ен к формиыход генера- счетному йст оявляю авлении ь, связан счета при ежно нцип Изобретение относитс ной технике и может быт но в качестве датчика у жения и мгновенной скор вала в точных цифровых матического управления.Известно устройство скорости и угла поворот рое содержит установлен модулирующий диск с одн и серией узких прорезей ный элемент с формирова сов, подключенным к сел счетное устройство, а т зователь частоты в напр равляемый генератор. Пр преобразователя подключ рователю импульсов, а в тора - к селектору и от устройствуГ 1 .Недостатками устро отсутствие информации вращения и низкая над ная с применением при определении углового положен ря одного или нескольких имп приводит к искажению показан ка на всем обороте. Кроме то датчик выдает не мгновенные скорости, а усредненные на д ном интервале измерения, т,е годен для измерения переменн рости вращения. Также известно устройство управ- пения вентильным электродвигателем, которое включает в себя цифровой датчик углового положения вала, содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выполненного на триггерах, выход старшего разряда которого через формирователь опорных сигналов соединен с входом фазо вращателя, выход которого через нул орган подключен к входу разрешения записи первого регистра, информационные входы которого соединены934382 ЬТ = Т -Т0 В т "Ат то с выходами соответствующих триггеров первого счетчика 21.Недостатком известного устройства является отсутствие информации оскорости и направлении вращения вала,Цель изобретения заключается вобеспечении опеределония мгновенныхзначений скорости и направления вращения, в повышении точности измерения скорости вращения.Поставленная цель достигаетсятем, что в датчик введены ключ, второй регистр, второй счетчик, разрядность которого равна разрядностипервого счетчика плюс знаковыйразряд, дополнительный триггер иформирователь задержанных импульсов)причем выход генератора импульсовподключен к входу второго счетчикачерез ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, вход сброса которогосоединен с выходом нуль-оргайа ис входом формирователя задержанныхимпульсов, первый выход которогоподключен к входу разрешения записивторого регистра, информационныевходы которого соединены с соответ. -ствующими выходами триггеров второго счетчика, вход предустановки которого подключен к второму выходуформирователя задержанных импульсов,третий выход которого соединен свходом установки дополнительноготриггера. На чертеже изображена схема датчика углового положения и скорости вращения вала.Датчик содержит генератор 1 им 40 пульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2, выполненного на триггерах. Вь 1 ход старшего разряда счетчика 2 через формирователь опорных сигналов 3 сое-динен с входами фазовращателя 4, подключенного своим выходом к входу нуль"органа 5. Выход последнего соединен с входом разрешения записи первого регистра б, информационные 50 входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2. Выход генератора 1 импульсов соединен также со счетным входом второго счетчика 7 через ключ 8, управляющий 55 вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 9. Вход сброса триггера 9 соединен с выходом нуль-органа 5 Выход нуль-органа 5 соединен также 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, входы предустановки кото рого подключены к второму выходу формирователя 10 задержанных импульсов, Третий выход последнего соединен с входом установки в единичное состояние дополнительного триггера 9.Датчик работает следующим образомПервый счетчик 2 выполняет функцию деления частоты генератора 1, Формирователь 3 вь 1 рабатывает иэ выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя с частотой Е . Нуль- орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр б, В последнем фик,сируется код текущего углового положения вала. Второй счетчик 7 вместе с ключем 8, дополнительным триггером 9, формирователем 10 задержанных импульсов и регистром 11 образуют блок вычисления частоты вращения К .Покажем, что при выполнении условия Го ( ГВ),частота вращения с некоторым приближением пропорциональна разности периодов опорного и выходного напряжения фазовращателя Действительно, выходная частотафазовращателя равна оПричем Г положительна, если ЕЕ и отрицательна, если Е ( К . Выразив из ( 2 ) частоту вращения и подставив вместо периода выходного сигнала Фазовращателя Т его значение иэ (1), получаем После несложных преобразований выражение 1 3) можно переписать в виде93 ч 382 5Разложив в ( ч ) выражение в круглыхскобках в ряд Тейлора, получаем Так как Ео 7 Г, то ЯТ/Т иможно пренебречь членами высших порядков малости в разложении (3) и записать выражение для частоты вращенияв виде Блок определения частоты вращенияработает следующим образом,По переднему фронту выходного сигнала нуль-органа 5 дополнительныйтриггер 9 переходит в нулевое состоя Оние и, воздействуя на управляющийвход ключа 8, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 7. Переднийфронт выходного сигнала нуль-органазапускает также формирователь 10 задержанных импульсов, который выдаетна своем первом выходе импульс через время, достаточное для завершения распространения переносов во Зовтором счетчике 7. По этому импульсупроисходит перезапись кода счетчикаво второй регистр 11, Второй импульсформирователя 10 задержанных импульсов,воздействуя на входы предустановки З 5второго счетчика 7, осуществляетзапись в него кода, соответствующего промежутку времени между передним фронтом импульса нуль-органа 5и началом импульса на третьем выхо вде формирователя 1 О задержанных импульсов. Этот импульс поступает наустановочный вход триггера 9 и переводит его в единичное состояние,,после чего открывается ключ 8 иимпульсы генератора 1 вновь поступают на счетный вход второго счетчи.ка 7.Таким образом, в регистре 11 вначале каждого следующего периодавыходного сигнала нуль-органа 5 фиксируется код разности Ь,Т = бТ =Т-Тоопределенный в предыдущем периодевыходного сигнала нуль-органа 5.Считаем вначале, что Т 7 Т. Так как55второй счетчик 7 имеет разрядность,равную разрядности первого счетчика2, плюс дополнительный знаковыйразряд, то через время, равное То,после начала выходного сигнала нульоргана 5 знаковый разряд второгосчетчика 7 устанавливается в единичное состояние, а цифровые разрядысбрасываются в нулевое состояние.После этого счетчик 7 подключается к генератору 1 еще на время, равное Ь Т , т.е, к моменту фиксации в/цифровых разрядах счетчика будет код,пропорциональный ЬТ. Если Т ( Тр,то к моменту фиксации второй счетчикне досчитает до кода, соответствующего Т , т.е, в цифровых разрядахбудеткод, пропорциональный разности Т -(ЬТ), а знаковый разряд останется в нулевом состоянии. Следова"тельно, во втором случае зафиксируется дополнительный код приращенияЬ Т , Поскольку выбор положительногонаправления произволен, то удобнеесчитать положительным то направлениевращения, при котором приращения периода выражены в прямом коде. Используя в качестве знака инверсное значение знакового разряда, получаемна выходе второго регистра 11 сразукод скорости со знаком направлениявращения.Технико-экономические преимущества предлагаемого решения могут бытьвыявлены только после оценки погрешности, связанной с отбрасыванием высших порядков малости в разложении5), Можно считать, что погрешность определяется значением первого из отбрасываемых членов ряда. Эта оцен" ка несколько завышена для отрицательного приращения периода и для положительного. Тогда относительная по(грешность д определения скорости из-за отбрасывания членов ряда равна да = /ЬТ /Тр, Так как /ЬТ /Тр/К//Г, то уменьшение отношения (ЬТ//Тр 1 ребует увеличения частоты опорного напряжения, что связано с уменьшением разрядности счетчиков и увеличении составляющей погрешности, связанной с дискретным представлением информации, Реально при использовании современных быстродействующих элементов достижение измерения углового положения . и скорости вращения с относительной погрешностью на хуже единиц-долей процента при частоте вращения до ста оборотов в секунду.Формула изобретенияДатчик углового положения и скорости вращения вала, содержащий генед сл.арасл 7 7 Подписи ВНИИПИ Заказ 3927/чО Тира лиал ППП "Патент", г, Ужгор ул, Проектная ратор импульсов, выход которогоподключен к счетному входу первогосчетчика, выполненного на триггерах,выход старшего разряда которого через формирователь опорных сигналовсоединен с входом фазовращателя, выход которого через нуль-орган подключен к входу разрешения записипервого регистра, информационныевходы которого соединены с выходамисоответствующих триггеров первогосчетчика, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью определения мгновенных значений скорости и направления вращения, в датчик введены ключ,второй регистр, второй счетчик, разрядность которого равна разрядностипервого счетчика плюс знаковый разряд, дополнительный триггер и формирователь задержанных импульсов, причем выход генератора импульсов подключен к входу второго счетчика через ключ, управляющий вход которого 31382 8соединен с выходом дополнительного .триггера, вход сброса которого соединен с выходом нуль-органа и с входом формирователя задержанных импульсов, первый выход которого подключен к входу разрешения записи второгорегистра, информационные входы которого соединены с соответствующимивыходами триггеров второго счетчи 16 ка, вход предустановки которогоподключен ко второму выходу формирователя задержанных импульсов, третий выход которого соединен с вхо. дом установки дополнительного триго гера. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 2 в й 590673, кл. С 01 Р 3/6 й, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2779796, кл.С О 1 Р 3/61,1979 (прототип) .