Способ преобразования угла поворота вала фазовращателя в код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) Я 03 М 1/06 ТЕНИ К АВТОРСКОМ ЕЛЬСТВ эобретение относитс вычислительной тех к автоматике и может мах электп ке и быть пов сис пользован ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ(71) Омский политехнический институт(56) Петропавловский В.П., Синицын Н.В. фазовые цифровые преобразователи угла. И.; Машиностроение,1984, с. 44-46, рис. 45.(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ В КОД(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системахэлектропривода с фазовыми датчикамиугла поворота двигателя. Целью изобретения является упрощение способапреобразования угла поворота вала фа.зовращателя в код. Сущность способазаключается в следующем. До началапреобразования угла поворота валав код подают на первую входную обмотку фазовращателя одно гармоническоенапряжение и, изменяя угол поворотавала фазовращателя (например, через10 град) в пределах полного оборота,измеряют амплитуду напряжения на еговыходе, формируя таким образом первую последователЬность измеренных амплитуд. Подают на вторую входную обмотку фаэовращателя другое гармоническое напряжение, ортогональное одному, и, изменяя угол поворота вала через равные углы, измеряют амплитуду напряжения на выходе фазовращателя, формируя таким образом вторую последовательность измеренных амплитуд . Находят первые гармоники полученных последовательностей и определяют отклонение точки перехода через ноль первой гармоники второй последовательности амплитуд от начальной идеальной, в качестве кото-, рой используют сдвинутую по фазе на Ф/2 первую гармонику первой последо- с вательности измеренных амплитуд. Опф ределяют постоянную поправку по Фазе Я В по формуле В=(, з 1 п Ь,/(, где (д,- амплитуда первой гармоники второй С последовательности, Ь(, - отклонение от точки перехода через ноль от идеальной, 0 - амплитуда входного гармонического сигнала, определяют ко-д эффициент С нормирования его амплитуды по формуле С = (, /о, вносят указанные выше поправки во входной сигнал одной из входных обмоток двухфазного фазовращателя и осуществляют М преобразование угла поворота вала СФР фазовращателя с двухфазным питанием в код известными способами, например путем формирования во времени кодовой шкалы. 1 ил. 2ода с фазовыми датчиками углата вала двигателя.Целью изобретения является упрощение способа преобразования углаповорота вала фазовращателя в код.На чертеже представлена схемапреобразователя для осуществленияпредлагаемого способа.Преобразователь угла поворота вала фазовращателя в код содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, фазосдвигающий блок 3, блоки4 и 5 формирования гармонических сигналов Б вопд и Б совЯС соответственно, фазовращатель 6, нуль-компаратор 7, блок 8 задания фазовых 15сдвигов, блок 9 синхронизации, формирователь 10 импульсов и блок 11элементов И,Сущность способа заключается вследующем. 20До начала преобразования угла поворота вала в код подают на первуювходную обмотку фазовращателя напряжение вида Б вша и, изменяя уголповорота вала фазовращателя (напри Ьмер, через 10 град.) в пределах полного оборота, измеряют амплитуду напряжения на выходе фазовращателя,формируя таким образом первую последовательность измеренных амплитудЕ(о), подают на вторую входную обмотку фаэовращателя напряжение видаУ в 1 пЯС и, изменяя угол поворотавала фазовращателя, измеряют амплитуду напряжения на выходе фазовращателя, формируя таким образом вто-рую последовательность измеренныхамплитуд Е (ос), находят первые гармоники полученных последовательностей Е (Ы) и Е(с определяют от 4 Оклонение точки перехода через нольпервой гармоники полученной последовательности Е(й) от начальной фазыидеальной последовательности Е(М),в качестве которой используют сд инутую по фазе на Т/2 первую гармонику последовательности измеренных амплитуд Е,(о 6) (например, графическимспособом), определяют постоянную поправку по фазе В по формулеУц в 1 пьЩд Па где О, - амплитуда первой гармониЭческой составляющей второйпоследовательности измеренных амплитуд;Щ - отклонение точки переходачерез ноль первой гармони-.ческой составляющей второйпоследовательности измеренных амплитуд; определяют коэффициент С нормирования амплитуды второго гармонического сигнала по формуле С = У Ю , осуществляют дополнительный сдвиг по фазе и изменяют амплитуду одного из формируемых гармонических напряжений питания фаэовращателя, осуществляют преобразование угла поворота вала фазовращателя с двухфазным питанием в код известными способами, например путем формирования во временном масштабе кодовой шкалы,Теоретическое обоснование способа преобразования угла поворота вала фазовращателя в код заключается в следующем.Выходное напряжение фазовращателя можно представить в виде1Пв =П вдпы совы+УсовЮ вдпЫ.= =Е, (сС) вхцяс+Е(ос) сов сдС = =П вЫ(ай+у(сс.) ), (1) где Б - амплитуда напряжений, питающих входные обмотки фазовращателя,4 (о) ьпоследовательности амплитудвыходных сигналов фазовращателя, зависящие от углаповорота вала фазовращателя окоторые при отсутствии погрешностей преобразования угла поворота вала фазовращателя в переменноенапряжение, фаза которогозависит от угла поворота вала фазовращателя, имеют вид:Бсово,У, в по,опорная частота напряжения.фазовращателя,начальная фаза выходногонапряжения фазовращателя,зависящая от угла поворотавала фазовращателя о Е,ц(ОСю) Е,Ы) С(оС). -в 3.пу= в 3.по 6,сов=совы )(2) Равенствами (2) зависимость со) задана неявно, так как Ы в общем случае изменяется в диапазоне (-ос +со), а диапазон изменения ц ограничен интервалом (0,2 и) рад. Явное выражение для Щ(об), справедливое при(5) При определении угловой погрешности фазовращателя(6) а оР можно учесть как компоненту постоянной составляющей погрешности, При этом ь (о) становится непрерывной функцией (с периодом 2рад).Подставив в (1) (7) и (5), полу- чим Х-У Ь 1)(Ы,)вв -агсСд -1+ХУ- вврп Х ввп-Х)+) 2(8) где Х = Е, (о.)/Е (ос г 8 (ос оР)Первый член правой части (13) является компонентой угловой погрешности Щ (о,) и имеет вид: Е (Ов) 81 П(Ов О р) Е а(О)СО 8(ОС-Ор)ЬР,(ы) = -агсйдЕ о соэ ос-оР +Е (о.81 п о, ОР Подставляя (4) в (9), получим 6, (Ы) = -агсС(10)Ч ( ) ф . созо +БЕ о 6 со 8 о 6-оРБОгде ДЕ (о)=дЕ (к)/Ц ЬЕ (о)=И (оС) / непрерывной функцией о. с периодом /О - относительные искажения после- . 27. В этом случае оставшиеся релейодовательности амплитуд, приведенные к ные компоненты в (8) полностью комамплитуде идеального сигнала. пенсируют друг друга при всех о., аЕсли выполняется условие бб полная погрешность йР(Ы) определяетР)мнн (г( )вао)( ) Если относительные искажения то аргумент арктангенса в (15) будет последовательностей амплитуд не пре" ограниченным по модулю, а йц)(о 6) - , ,восходят величины 8,Если преобразование угла поворота вала фазовращателя в переменное напряжение, начальная фаза которого зависит от угла поворота вала фазовращателя о., выполняется без погрешностей, но согласно (3) идеальная характеристика фазовращателя (зависимость начальной фазы выходного переменного напряжения фазовращателя Ч от угла поворота о.) будет пилообразной функцией о с периодом . 2 фо рад, причем линейный участок имеет угол наклона т /4 в пределах полного оборота вала фазовращателя. При наличии погрешностей преобразования угла поворота вала фаэовращателя в переменное напряжение с последующим преобразованием данного напряжения в код неидеальные последовательности амплитуд Е(о) и Е(М) можно представить в виде:30Е (оС) пвбосозоС+ЬЕ(о )(4)Е(оь) "0 вим+ьЕ(ю)где ЬЕ (оС), Ь Е (оС) - искажения по- следовательностей Е.(о) и 35Е (о) соответственно.При этом, если Е(Ы) и Е(Ы) не имеют общих нулей, чтопрактически всегда выполняется, начальная фаза 40 МР(оЬ) = ц(Ы) -(Р,(оО,где Чв(о,) - реальная характеристикафазовращателя,о (Ы) - идеальная характеристикаОофазовращателя,удобнее выбрать в качестве Р (о)смещенную пилообразную характеристику вида (3), чтобы совместить точкиразрыва (Ы) и Срз (о):(13 Х +д,Х не превышающей с погрешностьзначения простит ды синуснои и ной составляю гармоники искаж Ьй, (Ы,) и Дг(Ы,я погрешность от ни неортогональности осинусщнх (и+1)-йений Угловмплитуд авенства снов где, Д = Хэ /3 - оценка погрешностиаппроксимации.Чтобы погрешность аппроксимации ограничить допустимым значением Д ъ И, необходимо ограничить допустимый уровень искажений последо вательностей амплитуд. Ч 7 г -цдоо- " Д доо 0 59Д доп(14)1+ 2При 8 ц27. погрешность Ь составит единицы угл. сек. При ц27. знаменатель (18) близок к единице при все всех Ы. . В выражение для Ь Ц,(Ы) он входит как сомножитель вида 1/Х, который можно аппроксимировать линейной функцией Х: 5,) е - ".12 3 ц1 п 2 3Это позволяет еще болевыражение для . Щ )ь): д( (кк,).в 7.пЫ(2-сов Ыр) -(Д -(д+Д,(1+ Гг)81: 8УчитываЯ, что з 1 пЫ ккЫн- - ; (2-сов Ы ) - (1 + -), 2 1,25-совЫКг кф (05+05 М.) в выражении (20) мож-. При малых ц правую часть (10)можно аппроксимировать выражением но выделить главныи член угловой погрешности (с учетом смещения начала отсчета наЫк ):Щ(М)Раде аКв(и) сов(а-в( ) - -Ь, (Ы.) зз.п(Ы.-Ы)+ Ъа 4 (16) имеющий порядок 42 окц и оценить общую дополнительную погрешность от всех аппроксимаций и отброшенных слагаемых значением1 Даф гоц рад 25Влияние гармоник искажений модулирующих функций Ьй (Ы) и Дйг(К)на угловую погрешность фазовращате ля в первом приближении (16) можнооценить отдельно для каждой гармоники (с суммированием результатов).Каждая п-я гармоника искажений хотябы в одной из модулирующих функций 35вызывает (И+1)-ю и (Ю)-ю гармоники в кривой. угловой погрешности фазовращателя, а постоянная составляющая в модулирующей функции даетпервую гармонику в кривой ДМ).В соответствии с (16) амплитудуИ-й гармоники Щ (Ы) в первом приближении можно выразить через амплитуды вызывающих ее гармоник искажений Ь К,ГЯ и Е Кв (М.) с номеРами (п+1)и (п 1),11 145 дают параллельный код задания компенсирующего фазового сдвига, соответствующий дополнительному компенсирующему фазовому сдвигу, определяемому коэффициентом В, получаемым предварительно для каждого образца фаэовращателя. Код задания формируется блоком 8 задания фазовых сдвигов.8973Импульсные сигналы с выходов делителя 2 частоты и управляемого Фаэосдвигающего блока 3 поступают наблоки.4 и 5 формирования гармонических сигналов, где они преобразуютсяв два синусоидальных напряжения,причем в одном из Формирователей привыполнении его в виде активногофильтра для нормирования амплитудывыходного напряжения изменяют коэфФициент усиления. Выходные напряжения блоков 4 и 5 вида 0,=0 зпц 1и О Б ГА 2 еВт оое(ит+В), где А, Вкоэффициенты, определяющие величинудополнительного компенсирующего фазового сдвига и коэффициент нормироиаиия аиппитуды С -АеВ 1, подаютна входные обмотки Фазовращателя 6,на выходе которого образуется переменное напряжение, начальная Фазакоторого изменяется в зависимостиот угла поворота вала фазовращателяс вида 11 ц,=Ц з 3.п(ОС+ф), где ЦВЦсоответственно амплитуда и фазавыходного напряжения фазовращателя6. Выходное напряжение фазовращателя 6 Бы поступает на нуль"компаратор 7, где на него формируются,прямоугольные импульсы, поступающиезатем на блок 9, который осуществляет синхронизацию выходного сигнала .нуль-компаратора 7 с,частотой делителя 2 частоты. С выхода блока 9синхронизации сигнал поступает наформирователь 10 импульсов, по выходному импульсу которого с выходовразрядов делителя 2 частоты, снимается код, соответствующий углу поворота вала фазовращателя (,формула и э о б р е т е и и я Способ преобразования угла поворота вала фазовращателя в код, основанный на формировании последовательности импульсов в первый ступен чато нарастающий сигнал путем суммирования импульсов последовательности за заданный интервал времени, формировании второго ступенчато нарастающего сигнала иэ первого, сдвинутого 5 относительно первого ступенчато нарастающего сигнала на четверть задан-,ного интервала времени, формировании в моменты достижения максимальных значений первого н второго сту пенчато нарастающих сигналов двухпоследовательностей импульсов и последующем их преобразовании в первый и второй гармонические сигналы,преобразовании их с помощью фазо вращателя в третий гармоническийсигнал, фаза которого пропорциональна углу поворота вала фаэовращателя,Формировании в каждом периоде третьего гармонического сигнала в момент 2 О перехода через ноль из отрицательного значения в положительное прямоугольного импульса, по переднемуфронту которого преобразуют величину первого ступенчато нарастающего 26 сигнала в код, соответствующий текущему значению угла поворота валаФазовращателя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощенияспособа, в нем формируют четвертый 30 гармонический сигнал, который перед началом формирования последовательности импульсов подают на первуювходную обмотку фазовращателя, поворачивают его вал на один оборот, в ЗВ течение которого через равные углыизмеряют амплитуду выходного сигналаФазовращателя, затем четвертый гармонический сигнал подают на вторуювходную обмотку Фазовращателя, пово рачивают вал на один оборот, в течение которого через равные углы измеряют амплитуду выходного сигналафазовращателя, по амплитудам выходных сигналов фазовращателя за каж дый из оборотов его вала определяютсоответственно первую и вторую последовательности измеренных ампли туд и выделяют их первые гармонические составляющие, вычисляют отклоне О ние точки перехода через ноль первойгармонической составляющей второйпоследовательности измеренных амплитуд относительно точки переходачерез ноль первой гармонической сос тавляющей первой последовательностиизмеренных амплитуд, сдвинутой на90 относительно своего первоначального положения, вычисляют постояннуюпоправку по фазе В по формуле,Пилипенко оррек Заказ 378 ВНИИПИ Го Тираж 879 Подписноеарственного коытета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035) Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,где Б - амплитуда первой гармоний 5ческой составляющей второйпоследовательности измеренных амплитуд;Щ, - отклонение точки перехода.через ноль первой гармонической составляющей второйпоследовательности измеренных амплитуд; Ю - амплитуда четвертого гармонического сигнала, осуществляют дополнительный сдвиг второго ступенчато нарастающего сигнала на время, пропорциональное постоянной поправке по фазе В, определяют коэффициент С нормирования амплитуды второго гармонического сигнала по формуле С = О, /О, и изменяют амплитуду второго гармонического сигнала пропорционально коэффициенту С нормирования амплитуды.