Магнитомодуляционный преобразователь угла

(19) (11 51) 4 Н 03 М 1/64 0 01 В 7 АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИИ О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТ н двтоесмомм ниче скин.8)о СССР1984. ОБРАЗО" к бесколового игнал иачествесистем О С: тильными обрете- еобразоостигае(54) МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫИ ПВАТЕЛЬ УГЛА(57) Изобретение относитсятактным преобразователям угположения в электрический сможет быть использовано в кдатчика углового положенияконтроля и управления с венэлектродвигателями. Цель изния - повьппение точности првателя. Поставленная цель д ся тем, что в известныи магнитомодуляционный преобразователь угла, содержащий ротор 1, первый и второйчувствительные элементы 2,3, первыйи второй релейные элементы 4,5, первый, второй, третий формирователи6,7,14 импульсов, элемент ИЛИ 8, пер.вый элемент И 9, первый и второйодновибраторы 10,11, элемент 2 ИИИЛИ 12, первый триггер 13, второйтриггер 15, второй и третий элементы,И 16, 17, первый сумматор 18, первыйэлемент 19 задержки, первый селектор20, четвертый и пятый элементы И 21,22, третий триггер 23, второй селектор 24, первый инвертор 25, реверспв"ный счетчик 26, с элементом 27 памяти, введены второй сумматор 28, интегратор 29, второй элемент 32 задержки, нелинейный элемент 30, управляемый одновибратор 31, шестой элемент И 33, третий одновибратор 34,141 второй инвертор 35, Введение восьми элементов 28-35 позволяет осуществить в предложенном устройстве линеаризацию выходных сигналов дат". чика, в результате чего повышается точность преобразования в 1 О раз 1976 Кроме того, используемый метод линеаризации в предложенном устройствеснижает требования к линейности выходных сигналов датчика, что значительно упрощает конструкцию датчика,4 ил.Изобретение относится к бесконтак тным датчика, положения, к датчикам положения ротора вентильных электродвигателей, преимущественно магнито. модуляционного типа и является усо-г вершенствованием изобретения по авт. св. Ф 1234721.Цель изобретения - повышение точ ности определения углового положения ротора вентильного двигателяпутем введения линеаризации внешней харак теристики датчика. На фиг,1 приведена структурная схема магнитомодуляционного преобра зователя угла; на фиг.2диаграмма выходных сигналов датчика; на фиг3 характеристика нелинейного элемента на фиг.4 - временная диаграмма ра,боты преобразователя.Магнитомодуляционный преобразова-тель угла содержит ротор 1 в виде ,постоянного магнита, первый 2 и вто,рой 3 чувствительные элементы, первый 4 и второй 5 релейные элементы, первый 6 и второй 7 формирователи импульсов, элемент ИЛИ 8, первый элемент И 9,первый 10 и второй 11 одновибраторы,элемент 2 ИИ-ИЛИ 12, первый триггер ;13, третий формирователь 14 импуль;сов, второй триггер 15, второй 16 и третий 17 элементы И, первый сумматор 18, первый элемент 19 задержки, первый селектор 20, четвертый 21 и пятый 22 элементы И, третий триггер 23, второй селектор 24, первый инвер" тор 25, реверсивный счетчик 26, элемент 27 памяти, второй сумматор 28, интегратор 29, нелинейный элемент 30, управляемый одновибратор 31, второй элемент 32 задержки, шестой элемент И 33, третий одновибратор 34, второй инвертор 355 1 О 15 20 25 30 35 40 Магнитомодуляционный преобразовафтель угла работает следующим образомПри повороте роторадатчика ввиде постоянного магнита с чувствительных элементов 2 и 3 магнитомодуляционного типа поступают широтномодулированные последовательности(ШИМ) импульсов, относительная длительность которых (скважность) изменяется по гармоническим законам 36и 37 с относительным фазовым сдвигом90соответствующим пространственному сдвигу чувствительных элементов2 и 3 около ротора 1,Сигналы с чувствительных элементов 2 и 3 проходят через релейныеэлементы 4 и 5, улучшающие форму импульсов, и формирователи 6 и 7 импульсов, которые формируют короткиеимпульсы по информационному фронтуШИМ. Последние сигналы через элементИЛИ 8 поступают на первый вход первого элемента И 9, на .второй входкоторого поступает стробирующий импульс 38 (фиг.2), формируемый относительно неподвижного фронта ШИИс первого релейного элемента 4 с помощью последовательно соединенныхдвух одновибраторов 10 и 11. Длитель.ность импульса 38 и его расположениев периоде Т несущей частоты ШИМ соответствует участкам синусоид 36и 37, близким к линейным (но не строго линейным)В данном случае протяоженность этих участков по 90 (сплоп.,ные участки синусоид 36 и 37).1Триггер 13 устанавливается по одному входу через третий формирователь 14 импульсов по моменту неподвижного фронта ШИМ и устанавливаетсяпо второму своему входу тем из корот50 3 1 41 1 97ких импульсов информационных фронтовШИМ; положение которых в периодесовпадает с импульсом 38 строба. Наодном выходе первого триггера 135получается близкий к линейному (ноне строго линейный) закон измененияскважности ШИМ импульсов 39,40,41 и42, отличный от пилообразованного.Преобразование закона (39,40,41 и 42)10.в пилообразный (39,40,43, 44) производится путем инверсии сигналов 41 и42 на участке 180-360 угла Ыт,е. на том участке, где длительностьШИМ импульса 37 больше длительности 15импульса 36. Импульсы ШИМ 36 с первого релейного элемента 4 поступаютна один вход второго элемента И 16,на второй вход которого поступаютимпульсы 37 информационного фронта 20ШИМ, которые проходят элемент 16 толь.ко, если он открыт импульсом 36,т.е. в случае 3637. Аналогичнона выходе третьего элемента И 17 импульс появляется в том случае, когда 253736. Второй триггер 15 устанавли.вается ими в положение, индицирующееположение вала в участках 180-360т.е. 3637 или 3736, своимивыходными сигналами разрешая прохождение через элемент 2 ИИ-ИЛИ прямого сигнала с первого триггера 13или его инверсного выхода, Такимобразом, на выходе элемента 2 ИИИЛИ 12 получаем близкий к пилообразному от угла закон 39,40,43 и 44 идругие изменения относительной длительности ШИМ. ШИМ сигнал 39,40,43 и 44 с законом 40 изменения относительной длительности с выхода элемента 2 ИИ-ИЛИ 12 поступает на один вход первого сумматора 18 и на второй его вход через первый элемент 19 задер и на период ШИМ Т 45 Сумматор 18 вычитает означенные сигналы. При движении вала датчика в сторону увеличения угла последующий импульс ШИМ длиннее предыдущего, поэтому разностный импульс с выхода первого сумматора 18 положителен, ри движении вала в обратную сторонУ разностный импульс с выхода первого сумматора 18 отрицателен.Полярность разностного импульсас55 первого сумматора показывает направление вращения вала датчика, Почти все разностные импульсы первого сумматора 18 имеют малую длительность,так как частота Ш 1 З 2-20 кГц, и за период Т ротор даже при высокой скорости его вращения, например 5000 об/мин, проходит не более 10;, что соответствует относительной длительности 0,1 разностного импульса по характеристике 39 на фиг.2. Именно на такую максимальную длительность (или относительную длительность, так как Т = сопят) настроен первый селектор 24 импульсов, пропускающий только короткие импульсы.При переходе одного участка "пилы" например с 39 на 40, с 40 на 41 и т.д., разностный импульС с первого сумматора 18 имеет длину размаха пи лы, т.е. 38. Появление такого дли 1 тельного сигнала с выхода сумматора 18 показывает, что входной угол датчика перешел на следующий участок И 1В данном преобразователе угла производится перерасчет участков "пилы" реверсивным счетчиком 26Причем при движении в одном направлении третий триггер 23 находится в одном положении, "длинные" разностные импульсы через первыи селектор 20, пропускающий сигналы длительностью не менее 0,8-0,9 от длительности сигнала 38, проходят через один из элементов И 21 или 22 и суммируются счетчиком 26; при вращении ротора 1 в обратном направлении открыт вычитающий вход счетчика, число участков "пилы" на счетчике 26 уменьшается.Таким образом, состояние выходных 1 шин счетчика 26 и его элементы 27 памяти в двоичном коде показывает номер участка "пилы", на котором в данныи момент находится ротор. Количество оборотов, которое может быть перекрыто данным преобразователем угла, определяется разрядностью Р счетчика 26, Так, при Р = 3 зона однозначного измерения угла составит 630 , при Р = 4 - 1350 и т.д.В данном преобразователе угла функционируют два канала отсчета: грубый - код с реверсивного счетчика 26 и элемента 27 памяти, показывающий номер участка "пилы"; точный ШИМ сигнал с выхода элемента 2 ИИИЛИ, показывающий своей относительной длительностью местонахождение внутри одного участка "пилы".В точном канале датчика имеется погрешность в определении угла,-5 1411вызванная отклонением близких к ли".нейным участков синусоид 36 и 37 относительной длительности от строголинейных законов. На фиг.З показанболее подробно участок синусоиды 36,близкий к линейному 45, и линейный- зп 6 .Видно,что на участках пинлы" 0-45 для устранения ошибки необходимо укоротить импульсы с выходаэлемента 2 ИИ-ИЛИ 12 на участкахоУ45 - 90 - удлинить. В данном уст".ройстве использован иной метод кор."рекции - вначале все импульсы свыхода элемента 2 ИИ-ИЛИ 12 удлиняются на величину, пропорциональную закону 48 (фиг.З), а затем укора чиваются на постоянную величину 49,на которую нелинейность 47 "поднята"для получения положительной нелинейности 48. Причем добавление длиныимпульсов на 48 производится к подвижному информационному заднему фронту импульса ШИМ, а уменьшение на 49 производится со стороны неподвижного переднего фронта.Эпюры на фиг,4 поясняют процессы коррекции длительности одного из импульсов ШИМ в точном канале, Импульс 50 с выхода элемента 2 ИИ-ИЛИ12 поступает на один вход второго сумматора 28 и на вход интегратора 29, выходное напряжение 51 которого пропорционально длительности сигнала 50. Напряжение 51 с выхода интеграто ра 29 через нелинейный элемент 30 с характеристикой 48 поступает на управляющий вход управляемого одновибратора 31, на вход запуска которого подключен короткий импульс 52, вырабатываемый первой схемой 9 со впадения, который соответствует заднему подвижному фронту ШИМ. Управляемый одновибратор 31 вырабатывает импульс 53, длительность которого пропорциональна управляющему одно- вибратором сигналу, т,е. 48. Импульсы 53 и 50 складываются на втором сум 50 маторе 28, в результате чего на выхо де последнего импульсдлиннее импульса 50 на величину 48. Импульсы 55 с выхода третьего формирователя 14, соответствующие положению перед него неподвижного фронта ШИМ запускают третий одновибратор 34, на выходе которого импульс 56 имеет длитель 976 6ность 49 (не обозначена); импульс 56инвертируется вторым инвертором 35 ипоступает на второй вход шестогоэлемента И 33, закрывая его на время49. Таким образом, импульс 54 с выхода второго сумматора укорачиваетсяна величину 49, и на выходе шестогоэлемента И ЗЗ получаем ШИИ сигнал 57,в котором компенсирована погрешностьЫ - зп Ы . Достигаемая точностьопределяется точностью реализациинелинейной функции 48 на нелинейномэлементе 30. Даже при линейной аппроксимации 48 с помощью двух диодов иоперационного усилителя удается повысить точность измерения угла в18-20 раз, т.е. с 103 снизить ошибкудо 0,5 .Кроме того, предлагаемый методкомпенсации ошибки в магнитомодуляционном преобразователе угла позволяетсвести к минимуму ошибки, связанныес отличиями формы сигналов 36 и 37от синусоид, В последнем случае нелинейный элемент должен иметь характе;ристику разности линейной и реальнойхарактеристики 36.Импульс 52 заднего фронта ШИМзадерживается элементом 32 задержки,с выхода которого он поступает навход обнуления интегратора 29, подготавливая последний к приходу следующего импульса ШИМ на вход для интегрирования длительности.Математическая зависимость, описывающая характеристику нелинейногоэлемента 30 следующая: 0,5 ( Ы- вхп Ы ),что следует из вычитаниязаконов 45 и 46: (0,5 + 0,5 Ы,5-0,5 зхп Ф ) Величина 49 накоторую укорачивается импульс 54соответствует 0,5 (45 - зп 45 )= 0,0391, т.е. импульс 56, вырабатываемый третьим одновибратором, должен иметь длительность 0,0391 Т, гдеТ - период несущей частоты ШИМ.Элемент 27 памяти счетчика 26сохраняет код и после выключениясистемы, предотвращая ошибки неоднозначного измерения угла,Формула и з о б р е т е н и яМагнитомодуляционный преобразователь угла по авт.св. У 1234721, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя в него введены второй/5 ктная,ул предприятие, г. Уж оизводственно-полиграфичес 7. 1411976 8сумматор, интегратор, нелинейный эле элемента И, выход третьего формировамент, управляемый одновибратор, вто- теля импульсов через последовательно рой элемент задержки, шестой элемент соединенные, третий одновибратори И, третий одновйбратор, второй ин- второй инвертор подключен к второму вертор,выход первого элемента И входу шестого элемента И, выход инсоединен с первым входом управляемого тегратора через нелинейный элемент одновибратора и через второй элемент подключен к второму входу управляемо. задержки с первым входом интегратора, го одновибратора, выход которого второй вход которого подключен к 10 соединен с вторым входом второго выходу элемента 2 ИИ-ИЛИ и к первому сумматора, выход шестого элемента И входу второго сумматора, выход кото- является выходом точного отсчета рого соединен с первым входом шестого преобразователя.