Устройство для формирования сигнала угла поворота вала

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскнкСоциалистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 28 Р 380 (21) 2906702/24-07 1311 М. КП.з Н 02 Р 5/06 с прнсоеднненмем заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам нзобретеннй н открытый(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛАУГЛА ПОВОРОТА ВАЛА Изобретение относится к электротехнике, а именно к классу электронных устройств обработки сигнала злектромеханического датчика угла, например вращающегося трансФорматора, и может быть применено, например, в системах регулирования скорости вращения алектродвигателя. Зависимость величины выходного сигнала устройства от угла поворота вала имеет вид пилообразной функции, причем в пределах одного оборота вала укладывается целое чиапо диапазонов линейного нарастания сигнала. В соответствии с видом пилообразной Функции в конце каждого К-го диапазона сигнал скачкообразно уменьшается от максимального значения до нуля, а затем начинает нарастать пропорционально углу поворота в следующем (и+1) -м диапазоне 1) .Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для Формирования сигнала угла поворота вала, содержащее преобразователь угла поворота вмного фаэное синусоидальное напряжение, выход которого соединен с входом электронного функционального преобразователя синусоидалького напряжения в код 21 .Однако известное устройство имеет малый диапазон рабочих скоростей вращения, поскольку требует для своего питания напряжение высокой частоты (до мегагерц) .Цель изобретения - расширение диапазона рабочих скоростей вращения. Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь содержит суммирующий, вычитающий и промежуточный операционные усилители, формирователи напряжений, дешифратор, схему определения знака фазового сдвига и две пары ключей, причем к первому и второму выходам преобразователя угла поворота в синусоидальное напряжение подключены попарно входы ключей и входы суммирующего и вычитающего операционных усилителей, выходы которых соединены с входами формирователей напряжения, подключенных своими выходами к входам дешифратора и схемы определения знака фазового сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входами ключей, выходы которых соединены попарно с одним иэвходов промежуточного операционного усилителя, а входы выходного операционного усилителя подключены к выходам промежуточного операционного усилителя и схемы определени я знака фазового сднига.На Фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 блок-схема устройства определения знака фазового сдвига; на фиг.З и 4 эпюры напряжений на элементах схемы; 10 на Фиг.5 - график выходного напряжения устройства.Устройство содержит (Фиг.1) дна входа 1 и 2 и входные усилители 3 и 4, два Формирователя прямоугольных напряжений 5 и 6, дешифратор 7, дне пары ключей 8, 9 и 10, 11. Входы ключей 9 и 10, 8 и 11 подключены попарно и соответственно к .первому и второму входам преобразователя, присоединенных ко входам суммирующего 3 и вычитающего 4 усилителей, выходы которых соединены со входами формирователей, подключенных своими выходами ко входам дешифратора и схемы определения знака Фазового Я сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входами ключей 8- 11, подключенных попарно к входам промежуточного суммирующего усилителя 12, а с выходами промежуточного суммирующего усилителя 12 и схемы определения знака Фазового сдвига 13 соединяют входы выходного усилителя 14.Элементы 3-14 устройства имеют у известные схемы. Суммирующие 3, 12 и 14 и вычитающий 4 усилители работают в операционном режиме, вследствие чего их коэффициенты усиления определяются из условия согласования масштабов напряжений и обычно равны 1-5. Схема определения знака фазового сдвига (Фиг.2) содержит схемы совпадения 15-24, причем на схемах 23 - 24 собран триггеР, и выходные ключи 25 и 26. 45Устройство работает следующим образом.Диаграммы сигналов, изображенныена Фиг.З, соответствуют положитель- ,ному, а на Фиг.4 - отрицательномунаправлениям вращения вала. По оси абсцисс на Фиг.З и 4 отложен уголповорота нала М ШФ,На входы 1 и 2 устройства поступают с выхода первичного датчика, расположенного на . валу, угол вращения которого измеряется, напряжения 0 1 и , пропорциональные соответственно синусу и косинусу угла вращения вала (фиг.З). 60Демодулятор, который необходим для выделения огибающей выходного напряжения, отнесен к датчику и и состав предлагаемого устройства не входит, Подобные датчики н вентиль- Яных двигателях применяются как датчики положения ротора. Если устройстно испольэовать для формированиясигнала угла вращения нала вентильного двигателя, то специального датчика не требуется, Это является дополнительным преимуществом данногоустройства. Угол сдвига по фазе напряжений О,), и О зависит от знакаскорости щ вращения вала: при м О(фиг. 3) О, опережает О, а при а с ОО опережает ,) (Фиг.4). Знак фазо-.вого сдвига определяется схемой 13(Фиг.1),На выходах усилителей 3 и 4 формируются напряжения ц 3 = Б + О иБ 4 = Ь- О 1 (Фиг. 3 и 4) . КоэфФицйент усиления этих усилителеи равен 1, поэтому напряжения ,П, Б 5,Б равны по амплитуде, формиро 3 ателй 5 и б формируют сигналы соответственно Я и Япрямоугольной формы,Фронты которых во времени совпадаютс переходом неличин сигналов П 3 ичерез нулевое значение.Дешифратор 7 формирует сигналыЯ- Я 6 в соответствии с таблицей ивыражениями ( 315 Вход Выход 0 04 0 Оь 1 1 1 О О О О 1 1 О О О О О О О О 1 О О 1 О О Эти сигналы управляют аналоговыми ключами 8-11. Наличию сигнала на управляющем нходе соответствует открытое состояние ключа, а его отсутствие - закрытое, в результате чего на прямом и инверсном входах суммирующего усилителя 12 Формируются сосотнетственно напряжения%(1 343 = ")Ь + (15 фгде 0 и 6 принимают значения О илил 1 (в таблице). Напряжения О и Опред-,. ставляют собой наиболее линейнйе от - резки синусоид Б и П, расположенные в областях перехода через нуль.Так .как амплитуды напряжений Б ,(14 равны, то длительность каждого участка напряжений О и 5 равна )Г/4. Так как сигналпоступает на инверсный вход усилителя 12, то егознак на выходе изменяется на противоположный. Сигнал Ц проходит безизменения знака, в результате чегона выходе усилителя 12 формируетсясигнал б, который суммируется усилителем 14 с сигналом . О, снимаемымс выхода схемы 13. Эта схема (Фиг.2)формирует с помощью схем совпадения 15 - 20 короткие импульсы, соответствующие передним Фронтам импульсов Я и 0, схемы совпадения21 - 22 фиксируют совпадение этих импульсов с сигналом 0,=1 0 и=1 и 0=1, 0=1 устанавливая триггер наэлементах 23 и 24 в то или иное поло.жение. Входные сигналы триггера открывают ключи 25 или 26, пропускающие на выход эталонные напряженияОо или -Уо, Вследствие этого сигнал7 может принимать два значения:07=ЫЗ. Знак сигнала О- определяетсянаправлением вращения вала двигате-.ля, т.е. знаком его скорости ю . ПриаО сигнал Б 1 опережает по Фазе сигнал У,поэтому передние, фронты сигналов Я и Ц совпадают с 0=1, 0 =1л.соответствен 3 о (Фиг. 3) . При ц ( О сигнал 0 опережает по Фазе Пи Фронтысигналов Я, Я соответствуют сигналам 6 1 0=1 (Фиг.4), в результатечего триггер перебрасывается и знаксигнала изменяется на противоположный при изменении знака скорости. Величина 1)О равна 0при ю 1=У/4, поэтому на выходе усилителя 14 Формируется сигнал 08 Ш К(Уб+Пв 1 пц 0 где К -коэффициент передачи усилителя 14.Так как сигналы 0 и Ув любой мосмент времени однозначно определяютугловое положение вала, то и сигнал0 Ьюсформированный из сигналов ц,0, примерно пропорционален углу поворота этого вала в пределах диапазонам 1 Х/2. За период изменениясигнала 01 Формируется 4 диапазонаизменения сигнала ОшХ.Зависимость 0=3 бмз 1 пщ (фиг.5)принципиально нелинвйна и отличается от аппроксимирующей линии на 4,3(по отношению к 11. Поэтому при точных измерениях угла поворота вала спомощью данного устройства необходимо пользоваться тарировочной харак"теристикой,Так как выходной сигнал представляет собой отрезки входных сигналов,то воздействие помехи (кратковременной) никак не влияет на П З , что гарантирует высокую помехоустойчивость устройства. Его схема проста и соби. рается из стандартных микросхем и усилителей. Формула изобретения Источники информации,4) принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРФ 736318, кл. Н 02 Р 5/Об, 1977. 3 2. Электромеханическве преобразователи угла с электрической редукцией. Под ред.А.Н.Ахмеджанова,. М., фЭнергияфф, 1978, с. 175-19 б. Устройство для Формирования сигнала угла поворота вала, содержащеепреобразователь угла поворота в многофазное синусоидальное напряжение,.выход которого соединен с входомэлектронного функционального преобразователя синусоидального напряжения в код, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что., с целью расширения диапаэона рабочих скоростей вращения,функциональный преобразователь со держит суммирующий, вычитающий и промежуточный операционные усилители,формирователи напряжений, дешифратор, схему определения знака фазового сдвига и две пары ключей, причем Я к первому и второму выходам преобразователя угла поворота в синусоидальное напряжение подключены попарновходы ключей и входы суммирующего ивычитаищего операционных усилителей, у выходы которых соединены с входамиФормирователей напряжения, подключенных своими выходами к входам дешифратора и схемы определения знакафазового сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входамиключей, выходы которых соединены попарно с одним из входов промежуточного операционного усилителя, а входы выходного операционного усилителя подключены к выходам промЕжуточ ного операционного усилителя и схе-,мы определения знака Фазового сдвига.905969 02 Составитель А.СантРедактор Л.Авраменко Техред М.Надь орректор А. Дзятко 94/72 Зак Подписное СССР илиал,ППП Патент, г. Ужгород, у Проектная, 4 тираж 71 а ШИПИ Государственн по делам изобрете 35, Москва, Ж, Р