Устройство для измерения и регулирования соотношения скоростей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 726(54 С 01 Р 3/ ГОС ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ дЙМЬЛ)(о(сЕ АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР У 808934, кл. С 01 Р 3/54, 1981.Авторское свидетельство СССР У 1071961,кл. С 01 Р 3/54, 1984.Лейтман М.Б. Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей. М.: Энергоатомнздат, 1983, с. 71, 79, рис. 30, 29. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ (57) Изобретение относится к технике электрического измерения и регулирования соотношения скоростей вращения электродвигателей, машин и механизмов, а также частот электрических сигналов. Цель изобретения - повышение быстродействия и точность измерения и регулирования соотношения скоростей в широких диапазонах изменения как самих скоростей, так и их соотношений. Устройство содержит входные формирователи 3, 4, инверторы 5 и 6, генератор 7 эталонных частот, элементы И 8 и 9, реверсивные счетчики 10 и 11, регистраторы памяти 12 и 13, делительное устройство 14, построенное на базе операционного усилителя 15 и цифроаналоговых преобразователей 16 и 17, формирователь 18 опорной частоты, состоящий иэ управляемого делителя 19 частоты, неуправляемого делителя 20 частоты и узла 21 управления делителем частоты, блок 22 формирования цикла измерения, узел 23 инвертирования числа, блок 24 управления инверторами, источник 25 опорного напряжения, блок 26 регулирования соотношения скоростей, регулятор 28 соотношения скоростей, операционный усилитель 29, цифроаналоговый преобразователь 30. Каждый цикл измерения включает этап выбора опорной частоты, Е соответствующей базовой скорости ведущего вала или частоте сигнала источника 1 импульсных сигналов, этап получения информации о базовой скорости с требуемой для дальнейшегоф определения соотношения скоростей точностью путем подсчета числа импульсов опорной частоты счетчиком 1 О в течение рабочей паузы сигнала источника 1, этап определения абсолютной разности сравниваемых скоростей и вычисления соотношения скоростей посредством переноса информации о базовой скорости с выхода счетчика 10 в реверсивный счетчик 11, последующего вычитания из содержимого счетчика 11 числа импульсов опорной частоты в течение рабочей паузы сиг- ив нала источника 2 импульсных сигналов, определение знака соотношения скоростей и его абсолютной величины посредством блока 24 и делительного устройства 14. 6 ил, 1 12Изобретение относится к технике электрического измерения и регулирования соотношения (относительной разности) скоростей вращения электродвигателей, машин и механизмов, а также частот электрических сигналов.Цель изобретения - повьппение быстродействия и точности измерения и регулирования соотношения скоростей в широких диапазонах изменения как самих скоростей, так и их соотношений.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения и регулирования соотношения скоростей, на фиг. 2 - временная диаграмма его работы, иллюстрирующая изменение состояний информационных шин и шин управления в цикле измерения, на фиг. 3 - возможная диаграмма работы управляемого делителя," . на фиг. 4 - схема блока формирования цикла измерения на фиг. 5 - схема1 блока управления инверторами, на фиг. 6 - блок-схема регулятора соотношения скоростей.Устройство содержит источник 1 и 2 импульсных сигналов, входные формирователи 3 и 4, инверторы 5 и 6, подключенные к выходам формирователей, генератор 7 эталонной частоты, элементы И 8 и 9, подключенные выходами к счетным входам соответственно нереверсивного 10 и реверсивного 11 счетчиков, регистры 12 и 13 памяти, первый иэ которых подключен непосредственно к выходу счетчика 10, а второй - к выходу счетчика 11, делительное устройство 14, построенное на базе операционного усилителя 15 и цифра-аналоговых преобразователей 16 и 17 соответственно на его входе и в обратной связи и связанное цифровыми входами с вьп.одами регистров памяти, формирователь 18 опорной частоты, состоящий из управляемого делителя 19 частоты, неуправляемого делителя 20 частоты, подключенньпс своими счетными входами к выходу генератора 7, и узла 21 управления делителем частоты, блок 22 формирования цикла измерения, соединенный входами с выходами формирователей 3 и 4 и инверторов 5 и 6, узел 23 инвертирования числа, блок 24 управления инверторами, подключенный выходами соответственно к входу узла 23 и входу источника 25 опорного напряжения, изменяющего полярность выход 24726 1ного напряжения в зависимости от логического уровня сигнала на его входе, блок 26 регулирования соотношения скоростей, состоящий из функционального преобразователя 27 и регулятора 28 соотношения скоростей, причемпреобразователь 27 построен ча базеоперационного усилителя 29 с цифроаналоговым преобразователем 30 в об ратной связи, вход блока 26 регулирования соединен с выходом делительного устройства 14. Выход делителя 19соединен с объединенными первыми входами элементов И 8 и 9, а его управ ляющий вход - с выходом блока 21.Обнулящцие входы блоков 20 и 21 подключены к выходу формирователя 3, авыходы блока 22 соединены соответственно: первый - с объединенными стро бирующими входом блока 21 и обнуляющим входом счетчика 10, второй - свторым входом элемента И 8, третий -со стробирующими входами регистров 12 н 13 и блока 24, четвертый 2 З с вторым входом элемента И 9, пятый -со стробирующим входом предзаносасчетчика 11 и входом сброса блока 24,Информационный вход блока 24 подключен к выходу переполнения счетчика 11, информационный вход предзаноса которого связан с выходом счетчика 10. Выход узла 21 соединен с цифровым входом цифро-аналогового преобразователя 30.Элементы 1, 3, 5, 8, 10 и 12 образуют первый измерительный канал,а элементы 2, 4, 6, 9, 11, 23 и 13 -второй.Индексами 31-46 обозначены информационные и управлякшие шины устройства, причем задатчик 47 соотношенияскорости подключен к второму входублока регулирования. Оба измерительных канада в совокупности с элементами 7, 18, 22, 14, 24 и 25 составляют блок 48 измерения соотношенияскоростей.Делитель 19 обеспечивает делениеэталонной частоты генератора 7 на 56переменный коэффициент Й , величинакоторого зависит от числа, установленного на шине 45 узлом 21. Приэтом минимальный коэффициент делення( И = 1) устанавливается, если числона шине 45 принимает наименьшее значение в дипазоне рабочих скоростей.На фиг. 3 приведена одна иэ возможных1224726 4 20 Неуправляемый делитель 20 частотыпредставляет собой счетчик, периодически обнуляемый в начале каждогоимпульса сигнала источника 1, сформированного формирователем 3.5Узел 21 состоит из последовательно включенных счетчика и регистра памяти, причем счетчик своим счетнымвходом подключается к выходу делителя 20 и производит отсчет только во 10время импульса сигнала на шине 32,обнуляясь и прекращая счет во времяпаузы указанного сигнала, а регистрпамяти производит считывание информации с выхода счетчика только по комаиде блока 22, поступающей в видекороткого разрешающего импульса пошине 35.Функции блока 22 заключаются втом, чтобы на основе информации опрямых и инвертированных сигналахисточников 1 и 2, сформированных блоками 3 и 4 и поступающих по шинам 3134, выдать управляющие воздействияпо шинам 35-39 на другие элементы 25устройства (в соответствии с диаграммой на фиг. 2).Принципиальная схема возможноговарианта выполнения блока 22 формирования цикла измерения приведена 30на фиг. 4Блок содержит дифференцирующие цепочки 49-52, инвертор 53,элементы И 54-58, первый, второй итретий 8 Я-триггеры 59-61, элементзадержки 62, Сброс Й 8-триггеров 593561 (подготовка блока к работе) осуществляется в конце рабочей паузысигнала источника 2, т.е. в концевсего цикла измерения. При этом наЯ-выходах триггеров 59-61 устанавли 40ваются уровни "О". Переключениетриггеров возмажчо только в последовательности 59, 60 и 61, т.е, второйтриггер не может переключиться раньше первого, а третий - раньше второго. Переключаясь, триггер 59 разрешает переключение триггера 60, что всвою очередь разрешает переключение триггера 61Первый триггер переключается в50конце первого (рабочего) импульсасигнала источника 1 и регистрируетначало первой (рабочей) паузы сигнала источника 1 в цикле измерения.Второй триггер переключается в конце первой (рабочей) паузы сигнала55источника 1.В результате, в течение всей первой (рабочей) паузы сигнала источника 1 в цикле измерения на шине 36 формируется уровень "1". Третий триггер переключается в начале первой (рабочей) паузы сигнала источника 2., следующей во времени эа рабочей паузой сигнала источника 1.В конце рабочей паузы сигнала источника 2 элементы 52 и 58 формируют короткий импульс на шине 37, который производит сброс триггеров блока 22. В результате, в течение всей рабочей паузы сигнала источника 2 на шине 38 сохраняется уровеньВ начале рабочей паузы сигнала источника 2 элементами 5 1 и 55 формируется короткий импульс с уровнем "О" на шине 39, На шине 35 формируется короткий импульс с уровнем 1 только в конце первого (рабочего) импульса сигнала источника 1, Элемент 62 задержки служит для обеспечения надежного сброса триггеров блока в конце цикла измерения.Узел 23 представляет собой многоканальную схему Исключающее ИЛИ, число информационных каналов которой равно числу разрядов регистра памяти второго измерительного канала. Узел инвертирования числа передает информацию с выхода счетчика 11 на вход регистра 13 памяти в прямом или обратном кодах, в зависимости от логического уровня сигнала на его управляющем входе, поступающего по шине 43. Блок 24 регистрирует факт переполнения реверсивного счетчика 1 1 в цикле измерения и формирует управляющие сигналы на инвертирование числа (ши" на 43) и изменение полярности опорного напряжения (шина 44). Принципиальная схема во,можного варианта исполнения блока 24 на базе инвертора 63 и триггеров 64 и 65 приведена на фиг, 5. По отрицательному фронту ьмпульса сигнала на шине 39 происходит сброс триггера 64 и обеспечивается подготовка блока к работе. При появлении импульса сигнала на шине 42 происходит переключение триггера 64 и формируется управлякщий сигнал на инвертирование числа для блока 24. Если до поступления второго импуль" са сброса появляется кратковременный импульс на шине 37, то состояние триггера 64 запомнится триггером 65, который формирует управляющий сигнал на шине 44 для источника 25 на изменение полярности опорного напряжения, 12247265 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Устройство работает следующимобразом,Измерение соотношения скоростейосновано на сравнении количества импульсов опорной частоты 1 , проходящих эа временные интервалы, пропорциональные периодам Т и Т сигналов источников 1 и 2, связанных сприводными точками, скорости 52, и Якоторых сравниваются.Измерение осуществляется циклами.Каждый цикл измерения включает первый этап выбора опорной частоты, соответствующей базовой скорости Я,ведущего вала или частоте сигналаисточника 1; второй этап полученияинформации о базовой скоростипериоде Т ) с требуемой для дальнейшего определения соотношения скоростей точностью путем подсчета числа импульсов опорной частоты счетчиком 10 в течение рабочей паузы сигнала источника 1; третий этап определения абсолютной разности сравниваемыхскоростей (периодов) и вычислениясоотношения скоростей посредствомпереноса информации о базовой скорости (периоде) с выхода счетчика 10в реверсивный счетчик 11, последующего вычитания из содержимого счетчика 11 числа импульсов опорной частоты в течение рабочей паузы сигнала источника 2, определения знакасоотношения скоростей и его абсолютной величины посредством блока 24и делительного устройства 14.Блоки 22 и 24 устанавливаются висходное состояние при появлениина шике 37 короткого импульса "Конеццикла", Формируемого блоком 22 вконце рабочей паузы сигнала источника 2Цикл измерения начинается с приходом первого (рабочего) импульсасигнала источника 1. В течение этого импульса блоком 22 осуществляетсявыбор опорной частоты для дальнейшего заполнения счетчиков 10 и 11 вцикле измерения, При этом счетчикблока производит подсчет числа импульсов деленной на постоянный коэффициент эталонной частоты генератора 7, В конце указанного рабочегоимпульса блок 22 Формирует на шине 35 короткий положительный импульс, инициирующий перевод информации с выхода счетчика 21 блока в регистр памяти этого блока,Таким образом, на шине 45 устанавливается число, характеризующее базовую скорость Я (точнее период Т). В соответствии с этим числомустанавливается определенный коэффициент деления М делителя 19 (выбирается опорная частота= 1,/ц ),а также коэффициент усиления функционального преобразователя 27. Одновременно импульсом на шине 35 производится сбнуление счетчика 10 первого измерительного канала,В течение первой (рабочей) паузысигнала источника 1 блоком 22 Формируется ра.зрешающий сигнал на шине 36,при котором элемент 8 пропускаетсигнал выбранной опорной частоты насчетный вход счетчика 10, Число импульсов опорной частоты, подсчитанное счетчиком 10 в течение указаннойрабочей паузы, представляет собойинформацию о периоде импульсов базового сигнала источника 1 (т.е. скорости Я),После этого блок 22 переходит врежим ожидания отрицательного Фронтаимпульса сигнала источника 2, т,е.начала рабочей паузы этого сигнала.В начале указанной рабочей паузыблок 22 выдает, короткий импульс пошине 39, который инициирует предзанос информации с выхода счетчика 10в реверсивный счетчик 11, а такжеподготовку к работе блока 24.В течение рабочей паузы сигналаисточника 2 блоком 22 формируетсяразрешающий сигнал на шине 38,при котором элемент 9 пропускает сигнал выбранной опорной частоты на вычитающий вход "-1" реверсивногосчетчика 11. Таким образом. в концеуказанной рабочей паузы на выходесчетчика 11 формируется число, характеризующее абсолютную разность сравниваемых скоростей (периодов Т и Т),Если ТТ , т.е. число вычитаемыхиз счетчика 11 импульсов опорной частоты окажется больше его первоначального содержимого, то в течение рабочей паузы источника 2 счетчик 11 переполняется (переключится) и выдаеткороткий импульс на выходе переполнения " с: 0", т.е. на шине 42, Факт переполнения счетчика Фиксируется блоком 24, который тут же выдает на своем первом выходе, т.е, на шине 43,сигнал с уровнем "1" на инвертирование числа узлом 23, а в конце цикла7 12 измерения формирует сигнал с уровнем "1" на своем втором выходе, т.е, на шине 44, инициирующий изменение знака опорного напряжения источником 25. Если Т ( Т, то инвертирования числа и знака опорного напряжения не происходит.В конце цикла измерения, совпадающим с окончанием рабочей паузы сигнала Источника 2, блок 22 формирует короткий положительный импульс на шине 37, который переводит информацию с выходов счетчика 10 и узла 23 соответственно в регистры 12 и 13 памяти, которые сохраняют ее в течение всего последуацего цикла и измерения на своих выходах, подключенных к дели- тельному устройству 14. При этом на выходе делительного устройства, построенного на базе цифроаналоговых преобразователей, формируется аналоговый сигнал, напряжение и знак которого соответствует искомому соотношению1 т 1,-Т е,), (т- т,)1 СП1=+О к ов 1 где К - коэффициент передачи делительного устройства 14;Е - соотношение скоростей.Таким образом, максимальное время измерения не превышает суммарной продолжительности двух периодов сигналов источников 1 и 2.Точное измерение соотношений скоростей обеспечивается, если на выходах блоков 3 и 4 формируются сигналы типа меандр или сигналы со строго одинаковой скважностью,, Функциональный преобразователь 27 обеспечивает сравнение сигналов, характеризующих заданное и действительное соотношение скоростей, а также усиление или ослабление разностного сигнала в зависимости от уровня базовой скорости Я, (соответственно высокого или низкого), а точнее, от периода Т характеризуемого числом на шине 45.Коэффициент передачи преобразователя 27 прямо пропорционален уровню базовой скорости, а поскольку коэффициент передачи самого измерителя от Я, кобратно .пропорционален скорости, то в целом обеспечивается стабильность общего коэффициента усиления контура регулирования соот 24726 8ношения скоростей, что позволяетдостичь одновременно высоких показателей точности и быстродействиярегулирования. Устройство для измерения и регулирования соотношения скоростей, состоящее из двух каналов, содержащих последовательно включенные импульсные датчики скорости, входные формирователи, инверторы, а также два элемента И, генератор эталонной частоты, нереверсивный счетчик с подключеннья к его выходу первым регистром памяти, а к входу - первым элементом И в первом канале, реверсивный счетчик, ко входу которого подключен выход второго элемента И, регистр памяти во втором канале, источник опорного напряжения, цифроаналоговое делительное устройство, подключенное цифровыми входами к выходам первого и второго регистров памяти, а аналоговым входом - к выходу источника опорного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности в широком диапазоне, в него дополнительно введены формирователь опорной частоты, состоящий из управляемого н неуправляемого делителей частоты и узла управления делителем частоты, блок формирования цикла измерения, узел инвертирования числа, блок управления инверторами, задатчик соотношения скоростей, блок регулирования соотношения скоростей, состоящий из последовательно включенных операционного усилителя с цифроаналоговым преобразователем в обратной связи и регулятора соотношения скоростей, причем источник опорного напряжения выполнен управляемым реверсивным, счетный и управляющий входы управляемого делителя частоты соединены соответственно с выходом генератора эталонной частоты и выходом узла управления делителем частоты, а его выход - с объединенными первыми входами первого и второго элементов И первого и второго каналов, счетный и обнуляющий входы неуправляемого делителя частоты соединены соответственнс с выходом генератора эта.-,онной частоты и выходом формирователя первого измерительного канала, а выход - со счетным входам узла управления дели 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения9 12247 телем частоты, обнуляющий вход которого объединен с обнуляющим входом неуправляемого делителя частоты, входы блока формирования цикла измерения подключены соответственно к выходам инверторов и входных формирователей первого и второго каналов, его первый выход соединен со стробирущцим входом узла управления делителем частоты и обнуляющим входом нереверсивного 16 счетчика, второй выход соединен со вторым входом первого элемента И первого канала, третий выход соединен со стробирующими входами первого и второго регистров памяти и блока управ ления инверторами, четвертый выход соединен со вторым входом второго элемента И второго канала, а пятый выход подключен к стробирующему входу записи реверсивного счетчика и к вхо- зо ду сброса блока управления инверторами, узел инвертирования числа включен последовательно между выходом реверсивного счетчика и входом второго регистра памяти второго канала, а егоуправлящций вход соединен с первымвыходом блока управления инверторами,информационный вход которого подключен к выходу переполнения реверсивного счетчика, а второй выход - к управляюцему входу источника опорногонапряжения, информационный выход нереверсивного счетчика связан с информацнонным входом записи реверсивногосчетчика, первый и второй входы операционного усилителя блока регулирования соотношения скоростей соединенысоответственна с выходом делительного устройства и с выходом задатчикасоотношения скоростей, а цифровойвход цифроаналогового преобразователяпо цепи обратной связи подключенк выход. узла управления делителемчастоты,"35, Ра роизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 ТВНИИПИ Государстпо Делам иэоб113035, Москва,оставитель 1 О.Мручкоехред И.Верес Корректор Г .Реаетн Подписноеомитета СССРоткрытийувская наб., д. 4/5