Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 1994990по делам нзобретеннй и еткрытнй(53) УДК 621.317. .39:531.7 (088.8) Е."с.ь,:- Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамениполитехнический институт им. В. В. Куйбышева(71) Заявитель АТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАШЕНИЯ ВАЛА т 5 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения и мгновенной скорости и ускорения вращения вала в точных цифровых системах автоматического управления и регулирования.По основному авт св, И 934382 извес. тен датчикуглового положения, скорости вращения вала, содержащий генератор импуль. сов, первый и второй счетчики, формирователь опорных сигналов, фазовращатель, нуль- орган, первый и второй регистры, а также управляемый ключ, формирователь задержанных импульсов и дополнительный триггер. Выход генератора импульсов подключен непосредственно к первому счетчику и через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, - к второму счетчику, Нуль-орган через последовательно соединенные фазовращатель и Форми. рователь опорных сигналов подключен к3выходу старшего разряда первого счетчика, выходы всех разрядов которого соединены с входами первого регистра, первык вход дополнительного триггера и вход формирова. теля задержанных импульсов соединены с вы. ходом нуль - органа, Первый, второй и третий выходы формирователя задержанных импульсов соединены соответственно с входом разр- шения записи второго регистра, входом сброса второго счетчика и вторым входом дополнительного триггера, Выходы счетных триггеров второго счетчика соединены с информационными входами второго регистра (1.Недостаток известного устройства эаключа. ется в том, что не обеспечивается одновре. менное измерение ускорения вращения вала.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей датвтка эа счет измерения ускорения вращения вала.Указанная цель достигается тем, что в датчик введены фильтр нижних частот и по. следовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, суммирующий элемент и управля. емый генератор, причем выход нуль. органа подключен, к первому входу Фазового детек. тора, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора, а вход фильт.994990ра нижних частот подключен к входу интегратора ц к второму входу суммирующегоэлемента,На фиг. 1 изображена структурная схемадатчика углового положения, скорости и 5ускорения вращения; на фиг. 2 - осциллограм.мы сигналов скорости и ускорения, иллюстрируюцие работу датчика.Датчик содержит генератор 1 импульсов,выход которого подключен к счетному выходу 10первого счетчика 2, выполненного на триггерах. Выход старшего разряда счетчика 2 черезформирователь 3 опорных сигналов соединенс входом фазовращателя 4, подключенногосвоим выходом к входу нуль-органа 5.Выход нуль-органа 5 соединен с входомразрешения записи первого регистра 6, информационные входы которого подключены к вы.ходам соответствующих триггеров счетчика 2,Выход генератора 1 импульсов соединен также 20со счетным входом второго счетчика 7 черезключ 8, уравляощий вход которого соединенс выходом дополнительного триггера 9, Входсброса триггера 9 соединен с выходом нуоргана 5. Выход нуль-органа 5 соединен так. 25же с входом формирователя 10 задержанныхимпульсов, первый выход которого подключенк входу разрешения записи второго регистра 11.Информационные входы регистра 11 соединены с соответствующими выходами тригге. ров второго счетчика 7, вход предустановки которого подключен к второму выходу формирователя 10 задержанных импульсов, Третий выход формирователя 10 соединен с вхо.35 дом установки в единичноесостояние 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 40 тегратора 14, Выход интегратора 14 подключен к входу суммирующего элемента 15, дру гой вход которого подключен к выходу фазового детектора 12, Выход суммирующего элемента 15 соединен с входом управляемого45 генератора 16, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора,Датчик работает следующим образом.Первый счетчик 2 выполняет 1 ункциюделителя частоты генератора 1, Формирова 50тель 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Нуль. орган 5 формирует из выходных синусоидальцых сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические 5 сигналы, по переднему фронту которых осу.ществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6. В первом регистре 6 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 вычисление кода скорости заменено вычислением ода приращения й Т периода Т выходного сигнала фазовращателя по отношению к периоду То опорного сигнала фазовращателя.По переднему фронту выходного сигнала нуль. органа 5 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 9 и одновременно запускается формирователь 10 задержанных импульсов. Сигнал с выхода триггера 9, воздействуя на управляющий вход ключа 8, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика. 7. Через время, достаточное для переноса в счетчике 7, вырабатывается первый импульс формирователя 10, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 11 и осуществляет запись кода Ь Т из счетчика 7 во второй регистр 11.Второй импульс формирователя 1 О, воздействуя на входы предустановки второго счет. чика 7, осуществляет запись в счетчик 7 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и третьего выходных .импульсов формирователя 10. Импульс с третьего выхода формирователя 10 переведет в единичное состояние триггер 9,:в результате чего будет открыт ключ 3 и сигналы генератора 1 вновь поступят ца вход счетчика 7.Поскольку коэффициенты пересчета перво. го счетчика 2 и второго счетчика 7 равны, то в конце каждого периода выходного сигнала нуль-органа 5 в регистре 11 будет зафиксирован либо прямой код Ь Т, если Т ) э,либо дополнительный код ЬТ, если Т ( То, Цепь фазовой автоподстройки частоты, содержацая фазовый детектор 12, интегратор 14, суммирующий элемент 15 и управляемый генератор 16, совместно с фильтром 13 нижних частот об. разует блок вычисления ускорения, На первый вход фазового детектора 12 поступают сигналы с выхода нуль-органа 5, имеющие частоту Р равнуюо Вргде Г - частота опорного сигнала фазовра.Ощателя;Р - частота вращения вала фазовращателя. Второй вход фазового детектора 12 соединен с выходом управляемого генера 1 ора994990 56, частота которого равна Е при нулевомзначении напряжения на управляющем входе,Фазовый детектор 12 преобразует разностьфаз сигналов на его входах в пропорциональное этой разности значение напряжения на еговыходе, Выходной сигнал фазового детектора12, после интегрирования интегратором 14,воздействует на управляющий вход генератора16, удерживая разность фаз сигналов на входах фазового детектора 12 на уровне, близ. 1 Оком к нулевому,Следовательно, и частота управляемого генератора 16 с некоторым рассогласованием рав-.на .выходной частоте нуль-органа 5, Эксперимен.тально выяснено, что дополнительная изодром 5ная связь с выхода фазового детектора 12 навход управляемого генератора 16 уменьшаетрассогласование частот и увеличивает устойчивост ь цепи фазовой автоподстройки.Генератор 16 имеет линейную зависимостьвыходной частоты от управляющего напряжения. При изменении скорости вращения одновременно и пропорционально изменяется частота управляемого генератора 16 и выходноенапряжение интегратора 14, Следовательно,25входное напряжение интегратора 14, равноепроизводной от выходного, равйо с некоторым коэффициентом пропорциональности зна.чению углового ускорения. На вход интегратора 14 поступают сигналы с выхода фазового детектора 12, в которых кроме низкочастотной составляющей, пропорциональной ускорению вращения, присутствует высокочастотнаясоставляющая с частотой входного сигнала.Фильтр 13 нижних частот выделяет высокочас З 5тотную составляющую входного сигнала интег 6ратора 14, т, е, на выходе фильтра 13 нижних частот образуется сигнал, пропорциональный ускорению вращения.Фазовращатель соединен с валом электро. двигателя через понижающий редуктор.На фиг. 2 приведены осциллограммы юпряжений с выхода блока определения уско. рения (диаграмма 17) и выхода цифро.аналогового преобразователя, подключенного к кана. лу определения скорости вращения (диаграмма 18), Осциллограммы иллюстрируют процессы разгона и торможения двигателя, т. е. подтверж. дают возможность получения информации об ускорении вращения вала,Формула изобретенияДатчик углового положения, скорости иускорения вращения вала по авт. св, У 934382,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей засчет измерения ускорения вращения вала, вдатчик введены фильтр нижних частот и последовательно соединенные фазовый детектор,интегратор, суммирующий элемент и управляемый генератор, причем выход нуль. органа подключен к первому входу фазового детектора,второй вход которого соединен с выходомуправпяемого генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора ик второму входу суммирующего элемента,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 934382,кл. б 01 Р 3/489, 17,07,80 (прототип).994990 Маео 3 ое лоюоаеню Юуооог удгрюни 4)и. Гоставитель М, Хаустовхред М.Надь Коси Корректо тор Аг, Шандор 1 одпи свое Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 631/29 Тираж 871 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб д, 4