Датчик углового положения и скорости вращения вала

Е 1 СОЮЗ СОВЕТСНИХОСЦМаапнетихРЕСПУБЛИН. А 3(ЗР 01 Р 3/489 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Г" СДНИС ИЗОБРЕТ(21) 3482230/18-10 разрядов второго регистра соединены с(22) 22,07,82 входами первой схемы сравнения кодов (46) 07,11.83. Бюл. М 41 выход которой подключен к вычитающе (72) Г, И, Каплун му вхоцу реверсивного счетчика и вхоцу (71) дальневосточный ораена Трудового первого инне рторв, выход которого сое Красного Знамени политехнический ин динен с первым входом схемы совпаце ститут им, В. В. Куйбьппевв: ния, второй вхоа когорой подключен к (53) 621,317.39:531,7 (088.8) . выходу второй схемы сравнения кодов, (56) 1. Авторское свидетельство СССР третий вход к выходу второго инвер по заявке.М 2970750/18-10, тора, а выход - к суммирующему входу кл. С 01 Р 3/489, 1981 (прототип).реверсивного счетчика, выходы которого (54)(57) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖИ-.: соединены с входами цешифрвтора, НИЯ И СКОРОСТИ ВРАШЕНИЯ ВАЛА . последний выход которого подключен к по авт, св. Ж 934382, о т л и ч а - .входу второго инвертора, а все выхоцыющ и й с я .гем., что, с целью новы- к управляющим входам блока умноженяя а шения точности измерения, второй счет и целения частоты, другие вхоцы котоЖ чик и второй регистр кроме И цифровых рого соеаинены с выходом первого и знакового разрядов снабжен г вспомФ. счетчика и выходом генератора имнульгагельными старвими разрядами, в ,. сов, а выход с входом блока вычита состав.датчика цополнигельно введены. ния частот, другой вхоа которого поц блок умножения и целения частоты с ключен к выходу фазоврашателя, а выход переменным коэффициентом, блок ьычи через вгорой нуль орган - к вхоцу ,. тания частот, второй нуль-орган и .блок формирователя зацержанных импульсов, переключения диапазонов, содержащийпри этом выходы авух старших и знакодве схемы сравнения кодов, схему саииь вого разрядов второго регистра соеци дения, цва инвертора, реверсивный иены с входами второй схемы сравне счетчик, и дешифратор, причем выходыния кодов.4 108Изобретение отностся к измеритель, ной технике и может быть использовано в качестве датчика углового положения и: мгновенной скорости вращения вала в . точных цифровых системах автоматического управления и регулировйния.Известен датчик углового положения и скорости вращения, содержащий генератор импульсов, выход которого поаклю . чен к счетному входу первого счетчика, выход старшего разряда которого через формирователь, опорных сигналов соеци нен с входом .фазовращателя, поцключенного своим выходом к входу нуль-органа, выход нуль-органа соецинен с входом разрешения записипервого регистра, информационные вхоаы которого поаклю- . чены к выходам соответствующих разряцов первого счетчика, выход генератора импульсов соединен также с счетным вхопом второго счетчика через ключ, управлякяпий вхоц которого. соецинен с выходом аополнительного триггера, вхоц сброса этого триггера соединен с выхо- дом нуль-органа, выхоа которого соединен также с входом формирователя задержанных импульсов,. управляющего разрешением записи во второй регистр, а такФе предустановки второго счетчика и установки в единичное состояние аополнительного тряггера, информационные вхоаы второго регистра подключены к соответствующим выхоаам счетчика Я,Непостатком этого устройства является невозможность одновременного обеспечения в широком циапаэоне изменения скорости вращения высокой точно сти измерения как углового. положения,так и скорости вращения вала. Это связано с тем, что цля достижения мийи мальвой погрешности опреаеления углового положения необходима частота опорного сигнала фазоврашателя значИ- тельно большая, чем.частота опорного сигнала, при которой достигается минимум погрешности определения скорости вращения. Минимальное значение относительной погрешности измерения скорости вращения постигается за счет поппе ркания оптимального соотношения между измеряемой скоростью и частотой опорного сигнала фаэоврашателя. сти определения углового положения,Относительная погрешность определения . углового положения имеет цве составляющие. Первая составлйошая определяеься изменением углового положения завремя между цвумя соседними измерениями.Частота опорного сигнала фазовращателя выбирается постоянной (исходя 0 иэ условия минимума погрешности определения углового положения при максимальной скорости вращения) и производится преобразование выхоцной частоты фаэовращателя перец подачей на вход 15 блока измерения скорости (исхоая изусловия минимума погрешности определения текущего значения скорости вращения).Бель изобретения - повышение точно сти путем автоматизации стабильноговыбора диапазона измерения скоростивращения.Поставленная цель достигается тем,что в датчике углового положения и 25 скорости вращения вала второй счетчик и второй регистр кроме И цифровыхи знакового разрааов снабженывспомогательными старшими разрицами, всостав патчика аополнительно включены З 0 блок умножения и деления частоты спеременным коэффициентом, блок вычитания частот, второй нуль-орган и блокпереключения диапазонов, соцержашийаве схемы сравнения коаов, схему совпа-35 пения цва инве Ртора, Реве рсив ыйсчетчик, и дешифратор, причем выходы 1 вспомогательных старших и знакового разрядов второго регистра соеаине 4.ны с входами первой схемы сравнениякодов, выход которой поаключен к вычитавшему вхоау реверсивного счетчикаи к вхоцу первого инвертора, выход.которого соединен с входом схемы совпа; пения, второй.вхоц которой поаключен 45,к выхоау второй схемы сравнения коцов, третий вход - к выхоцу второгоинвертора, а выход - к суммирующемувходу Реверсивного счетчика, выходыкоторого соединены с вхопами цешифратора, последний выход которого поц,ключен к входу второго инвертора, авсе выходы к управляющим входамблока умножения и аеления .частоты,другие входй которого.соединены с выходом первого счетчика и с выхоцом ге- . 55нератора импульсов, а выход с входомблока вычитания частот, другой вход кэторого подключен к выходу фазоврашателя, а выход через второй нуль-органОтносительная погрешность определе ния скорости лапает с уменьшением скорости вращения, если одновременно снижается частота опорного напряжения, Оц нако уменьшение частоты опорного напри жения приводит к увеличению погрещноЪ3006 23 1083к входу формирователя задержанных им-,пульсов, при этом выходы цвух старшихи знакового разрядов второго регистрасоединены с входами второй схемы сравкения копов,На фиг. 1 изображена функциональнаясхема цатчика; на фиг. 2 - схема блокаумножения и целення частоты.Датчик содержит генератор 1 импульсов, выхоц которого подключен к счет- щному входу. первого счетчика 2, Выход,1старшего разряца счетчика 2 через фр-мирователь 3 опорных напряжений соединен с входом фаэоврашателя 4, поцключенного своим выходом к входу нульоргана 5. Выход нудь-органа 5 соециненс входом разрешений записи первого регистра 6, информационные вхоцы которого подключены к выходам соответствующих триггеров первого счетчика 2,; подключенным также к входам блока 7умножения и деления частоты, цругойвхоц которого соединен с выхоцом гене%ратора 1, Выход блока 7 умноженияиделения частОты соединен с входом5блока 8 вычитания частот, цругой входкоторого поцключен к выходу фазовращателя, Выхоц блока 8 вычитания частотподключен через второй нуль-орган 9 квходу сброса цополнительного тригге-ра 10 и формирователя 11 задержанныхимпульсов, третий выход которого соецннен с вхопом установки в единичное .состояние триггера 10. Выхоп послец-.него подключен к управляющему входуключа 12. Выход ключа 12 соединен со1счетным входом второго счетчика 13,ШМвхоцы предустановки которого соединены.с вторым выходом формирователя 11,первый выхоц которого подключен квхопу разрешения записи второго регист. 46ра 14, информационные входы которогосоединены с выходами второго счетчика 13. Во взаимодействии элементы 10,14 образуют блок 15 измерения скорости вращения. : 45Блок 16 переключения диапазоновсодержит в своем составе первую схему 17 сравнения бцов, соединеннуюсвоими входами с выходами вспомогательных старших и знакоюго разряцововторого регистра 14. Выход схбмы 17. сравнения кодов соецинен с вычитавщим входом реверсивного счетчика 18и входом первого инвертора 19. Выходинвертора соединен с вхоцом схемы 20: 55совпацения. Другой вход последнейпоцключен к выходу второй схемы 21сравнения копов, входы которой соеди 006 4иены с выходами цвух ртарпих цифровыхи знакового разряпов второго регистра 14,Третий вхоц схемы 20 совпацения соединен с выходом второго инвертора 22,, Выход схемы 20 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 18,выхоцы которого-соединены с входамицешифратора 23. Выходы дешифратора 23подключены к управляющим входам блока 7 умножения и деления частоты,Поспепний выход дешифратора 23 соецинен также с, входом второго ннверторв 22,Устройство, работает следующим образомПервый счетчик 2 выполняет функциюделения частоты генератора 1. Формирователь 3 вырабатывает,нз выходныхпериодических сигналов первого счетчи, ка 2 опорые напряжения фазоврашате. ля 4. Нуль орган 5 формирует иэ выходных синусоицальных сигналов фаэоврашателя 4 прямоугольные периопические сигналы, по перецнему фронту которых осуществляется запись коца первого счетчика 2 в первый .регистр 6.Выходные сигналы первого счетчика 2вместе с импульсами генератора 1поступают на информационные вхоцыблока 7 умножения и деления частоты,на управляющие входы которого возцействуют выходные сигналы цешифратора 23. Выходная частота Гчд блока 7умножения н деления частоты равнаг:р," )(,гце Г - опорная частота фаэоврашателя, 1 - целое число, зависящее от, выбранного диапазона измерения скоро-сти вращения. Сигналы с частотой Гс выхоца блока 7 умножения и целениячастоты поступают на вход блока 8вычитания чистот, на второй вхоц кото11 рого поступают выходные сигналы фазо.вращателя с частотой Г равнойуе о вргде Г - частота вращения вала фазоврашателя, знакам плюс и минус соответствуют цва противоположных направления вращения.На выхоце .блока 8 вычитания частот, образуется сигнал разностной частотыГр равной"р ув =о вр Второй нуль-орган 9 иэ выхоцных сину-соидальных сигналов блока 8 вычитаниячастот формирует прямоугольные импуль.7 10Кроме,Я цифровых разрядов второй счетчик 13 и второй регистр 14 имеют Е вспомогательных старших и знако вый разряд. В.спомогательные старшие разряды предназначены пля организации анализа выхода б Р эа пределы разряд ной сетки, т,е. для внализа выполнения условияПризнаком переполнения разрядной сет-ки будет несовпадение кода во вспомо гательных разряавх с кодом шакового разряда. Это положение справедливо при выполнении условияцр- При ЬфГр =0 на первом, так и на всех последующих диапазонах в конце пери ода "п все 11-Ь. разряды второго счет чиха 13 сбросятся в ноль. Еслибы сЯфф то от момента сброса в ноль по момента фиксации кода Рр в, регистре 14 на счетный вход второго счетчика 13 посту пят менее 2" импульсов, т,е. изменят свое состояние только основные разряды, . а вспомогательные останутся в нулевом состоянии. При ЬТ ) "1 какой-либо иэ вспомогательных разрядов перейдет в епиничное состояние. Аналогично можно показать, что, если ЬЧфр с О,и вйполняет ся условие ЬЧ оЯ" Я, то в момент фиксации вспомогательные и знаковые разряды второго счетчика 13 будут в единичном состоянии, а при нарушении- етого условия какой либо из вспомогв тельных разрядов перейдет в нулевое состояние.Таким образом, критерием перехоаа на диапазон с меныиим значением пара метра с является несовпадение хода зна кового разряда второго регистра 14 скопом вспомогательных разрядов. По скольку на каждый слепующий диапазон.при неизменном значении РОр сопровож дается увеличением разрядности ВТр на ава разряда, то аля, получения однозначного представления кода ВТр д,к.1на последнем диапазоне число пиапазе нов б должно быть связано с холичесв вом вспомогательных разрядовсоотво шеи ием Критерием перехода на диапазон с большим значением параметра 1 являетсясовпадение кода в двух старниХ цифровых разрядах второго регистра 14 скодом его знакового рвзряаа. Пусть,53006 , 8 например, Ор О,т.е. в знаковом разряде - ноль, и, кроме того, в двух старших цифровых разрядах кода др также1кули. Увеличение значенияна единипунривеает к возможному заполнению двухстариих цифровых разрядов, однако переполнекие разрядной сетки не произойдет,Принцип работы блока переключениядиапазонов следующий:Проверка совпадения содержимого знвкового разряда с содержимым Г вспомо; гательных разрядов. Если они не совпа. дают, то - переход на диапазон,с меныпимна единицу значения параметра ,15 Если содержимое знакового и 8 вспомогательных разрядов совпадают, то проис-ходит проверка совпадения содержимогознакового и двух старших цифровых разридов. При совпадении переход на диапа 2 О зоне с большим на единицу значением параметра 1,Блох переключения диапазонов, реализующий приведенный алгоритм работаетследующим образом.Первая схема сравнения 17 вырабатывает на выходе единичный сигнал принесовпааении содержимого знакового и 0вспомогательных старших разрядов. Этот единичный сигнал поступает на вычиФа ЗО киаий вход реверсивного счетчика 18,соответственно уменьшая его код наединицу. Выход схемы 17 сравнения через инвертор 19 соединен с входомтрехвходовой схемы 20 совпадения, навторой вход которой поступают единичные сигналы с выхода второй схемы 21сравнения при совпадении кода знакового разряда с кодом двух, старших цифро. вых разрядов, а третий вход схемы 20 щ подключен к выхоау инвертора 22. Приотсутствии запрещающего нулевого потенциала на выходе инверторов 19, 22единичный потенциал с выхоца схемы 21сравнения при совпадении кода энако ного разряда с кодом двух старшихдифровых разрядов,а третий вход схемы 20 подключен х выходу инвертора 22.При отсутствии запрещающего нулевого. потенциала иа выходе инверторов 19, 22 5 О:единичный потенциал с выхода схемы 21сравнения через схему 20 совпаденияюступит на суммирующий вход реверсивного счетчика 18 и увеличит его коанв еаинину, Код счетчика 18 расшифровываеъя дешифратором 23, так что хаждому диапазону измерения соответствует опии возбужденный выход дешифратора. После перехода на последний диапазон. 910830061 10 с максимальным значением ( (соотвеэ- очередного импульса генератора 1 через ствуккций измерению минимальных частот схему 26 запрета. Таким образом, иа вращения), нулевой потенциал с выхода . выходе схемы 26 запрета будут сигналы инвертора 22, подключенного своим вхо- со средней частотой 1 равной дом к последнему выходу дешифратора 23, к4 закроет схему совпадения 20, и дальней, шее увеличение кода счетчика 17 будет 1С блокировано, Импульсы с частотой 1 поступают наРабота блока 7 основана на исключе- вход вспомогательного счетчика 27, копии каждого импульса с номером 21 в 1 О торый имеет коэффициент пересчета, серии импульсов генератора 1. для это, равный коэффициенту пересчета счетчи го (фиг. 2) коммутатор 24 подключенка 2, так что на выходе счетчика 27 своими информационными входами к выхо- будут сигналы с частотой д, дам триггеров счетчика 2, а на управ- Блок З вычитания частот включает ляющие входы коммутатора 24 поданы вы в себя балансный модулятор и фильтр ходные сигналы от дешифратора 23. При на- нижних частот. личин единичного потейциала на 1, -ом Таким образом, предлагаемое устрой выходе дешифратора 23 выходной сигнал ство позволяет с приемлемой для боль ого триггера счетчика 2 через комму- шинства практических.применений точтатор 24 поступит на вход формировате 20 постыл измерять как угловое положение, ля 25 коротких импульсов, выходной.так и скорость вращения вала в широком сигнал которого запретит, прохождение диапазоне частот вращения,Код уио 5 осо оолажеици,комитета СССи открытийсвая ваб и П П, г. Ужгород, ул. Проектн филиа Составитель М. Хаустовпко Техрек.М,Костик .:Корректор О. В