УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ТРАНСЛЯЦИИ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА Российский патент 2008 года по МПК G08C19/38 G08C19/48 

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для систем высокоточной передачи угла поворота вала, построенных на четырехобмоточных датчиках типа вращающихся трансформаторов (ВТ), индуктосинов и т.п.

Известно устройство для передачи угловых перемещений, содержащее ВТ-датчик и ВТ-приемник, в которое, для повышения точности передачи, введены дополнительно масштабный ВТ и активно-реактивный элемент [1].

Недостатками указанного устройства являются:

- необходимость тщательных регулировочных работ перед началом эксплуатации передачи и при замене вышедшего из строя ВТ-датчика или ВТ-приемника;

- неполная компенсация погрешностей, зависящая к тому же от качества регулировочных работ;

- сильная зависимость точности передачи угла от изменения внешних факторов (температура, влажность, магнитные и электрические поля и др.) из-за асимметрии прохождения сигналов по цепям синхронизации.

Более близким к заявленному является известное устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала, содержащее ВТ-датчик, ВТ-приемник, соединенные цепями синхронизации, источник переменного напряжения, подключенный к одной из входных обмоток датчика, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника и подключенный к одной из выходных обмоток приемника, и коммутатор, в котором осуществляется синхронное переключение обмотки датчика и приемника [2].

Недостатками данного устройства являются:

- высокий уровень шума на выходе передачи, обусловленный коммутацией и переходными процессами в цепях с индуктивностями;

- повышенный уровень помех для других близко расположенных или связанных по питанию устройств;

- дополнительные погрешности, возникающие в передаче при работе в динамике, когда изменение угла задавания за полупериод коммутации превышает ошибку передачи.

Отметим здесь, что в таких устройствах обычно используется синхронный с частотой f₁ источника питания датчика преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к выходной обмотке приемника (фазочувствительный выпрямитель).

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности дистанционной передачи на вращающийся трансформатор при исключении перечисленных недостатков.

Эта цель достигается за счет того, что в устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала, содержащее вращающийся трансформатор-датчик, вращающийся трансформатор-приемник, соединенные цепями синхронизации, источник переменного напряжения, подключенный к одной из входных обмоток датчика, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника и подключенный к одной из выходных обмоток приемника, добавлены второй источник переменного напряжения с отличной от частоты первого источника частотой f₂, подключенный к свободной обмотке датчика, второй синхронный с частотой второго источника напряжения преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к свободной обмотке приемника, два компенсатора постоянных по уровню переменных напряжений, причем компенсатор напряжения с частотой первого источника подключен и компенсирует напряжение на входе второго преобразователя, а компенсатор напряжения с частотой второго источника подключен и компенсирует напряжение на входе первого преобразователя, и сумматор выходных напряжений преобразователей.

Суммирование продемодулированных на частотах f₁ и f₂ сигналов рассогласования позволяет скомпенсировать большую часть ошибки дистанционной передачи.

Действительно.

Как известно, кривая погрешности (Δϕ_n1) трансформаторной передачи угла (ТП) на ВТ имеет в основном характер второй гармоники [3] в функции угла задавания и может быть аналитически выражена в виде

Δϕ_n1≈Δϕ_nm·sin2·(ϕ_з+ϕ_с), где

Δϕ_nm - амплитуда ошибки,

ϕ_з - угол задавания (разворота ротора ВТ-датчика) относительно, например, оси магнитного потока обмотки возбуждения датчика,

ϕ_с - угол смещения погрешности относительно той же оси.

Выражение для погрешности (Δϕ_n2) относительно оси магнитного потока квадратурной обмотки датчика, смещенной относительно обмотки возбуждения на 90°, будет иметь вид

Δϕ_n2≈Δϕ_nm·sin2·(ϕ_з+ϕ_с+90°)=Δϕ_nm·sin[2·(ϕ_з+ϕ_с)+180°]=-Δϕ_n1

Если сигналы рассогласования, включающие в качестве слагаемых величины, пропорциональные Δϕ_n1 и Δϕ_n2 в одинаковом масштабе, сложить, то составляющая суммарная погрешность передачи угла в суммарном сигнале рассогласования будет

Δϕ_n∑=Δϕ_n1+Δϕ_n2≈0

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник синусоидального напряжения U₁ с частотой f₁ - 1, источник синусоидального напряжения U₂ с частотой f₂ - 2, ВТ-датчик - 3 и ВТ-приемник - 4, компенсаторы напряжений частоты f₂ - 5 и f₁ - 6, синхронные преобразователи сигналов рассогласования на частоте f₁ - 7 и частоте f₂ - 8 и сумматор - 9.

Работу устройства удобно описать методом суперпозиции, справедливым для линейных систем, к которым относится изображенная на чертеже схема, если сумма напряжений двух частот не превосходит допустимого уровня для данного типа ВТ. Если отсутствует источник f₂, то в согласованном положении датчика и приемника (то есть при ϕ₀≈ϕ_з) на выходе синусной обмотки приемника (напряжение с косинусной обмотки датчика подается на обмотку возбуждения приемника, а синусной обмотки датчика - на квадратурную приемника) будет напряжение

U_sn1=K₁K₂U₁(cosϕ_з·sinϕ₀-sinϕ_з·cosϕ₀)=K₁K₂U₁·sin(ϕ_з-ϕ₀)≈K₁K₂U₁·Δϕ,

а на косинусной обмотке приемника

U_cn1=K₁K₂U₁(cosϕ_з·cosϕ₀+sinϕ_з·sinϕ₀)≈K₁K₂U₁,

где K₁, K₂ - коэффициенты трансформации соответственно датчика и приемника для частоты f₁,

ϕ_з, ϕ₀, Δϕ=ϕ_з·ϕ₀ - соответственно углы задавания, отработки и рассогласования трансформаторной передачи.

Пусть теперь имеется источник f₂ и отсутствует источник f₁, тогда на выходе косинусной обмотки приемника будет напряжение

U_cn2=K₁′K₂′U₂(cosϕ_з·sinϕ₀-sinϕ_з·cosϕ₀)=K₁′K₂′U₂·sin(ϕ_з-ϕ₀)≈K₁′K₂′U₂·Δϕ, а на синусной обмотке приемника

U_sn2=K₁′K₂′U₂(cosϕ_з·cosϕ₀+sinϕ_з·sinϕ₀)≈K₁′K₂′U₂.

(Здесь K₁′ и K_г′ - коэффициенты трансформации датчика и премника на частоте f₂).

Когда работают оба источника, на выходе синусной обмотки приемника будет

U_sn=U_sn1+U_sn2=K₁K₂U₁·Δϕ+K₁′K₂′U₂,

а косинусной -

U_cn=U_cn1+U_cn2=K₁K₂U₁+K₁′K₂′U₂·Δϕ.

Если в напряжениях U_sn и U_cn компенсировать постоянные составляющие K₁′K₂′U₂ и K₁K₂U₁ (блоки 5, 6), остающиеся сигналы синхронно преобразовать с выделением огибающей несущих частот (блоки 7, 8), то выходные сигналы блоков 7, 8 K₃Δϕ и K₄Δϕ, как было ранее показано, будут содержать в качестве слагаемых сигналы, пропорциональные погрешности ТП, разных знаков. Обеспечивая равенство крутизны сигналов K₃≈K₄=K, получим на выходе сумматора 9 сигнал, пропорциональный K·2·Δϕ и в большой степени очищенный от ошибок ТП.

Экспериментальная проверка предложенного устройства показала возможность увеличения точности ТП в 1,5-2 раза для точных ВТ и в несколько раз для ВТ пониженного класса точности.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №723643, кл. G08C 19/48, 22.03.78.

2. Авторское свидетельство СССР №498639, кл. G08C 19/48, 27.05.74.

3. А.А.Ахметжанов. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М.: Энергия, 1975. Стр.89-116.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для систем высокоточной передачи угла поворота вала, построенных на четырехобмоточных датчиках типа вращающихся трансформаторов (ВТ), индуктосинов и т.п. Техническим результатом является повышение точности дистанционной передачи. Устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала содержит вращающийся трансформатор - датчик, вращающийся трансформатор - приемник, источник переменного напряжения с частотой f₁, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника, подключенный к обмотке датчика. В устройство введены второй источник переменного напряжения с частотой f₂, отличной от частоты f₁ первого источника, второй синхронный с частотой второго источника напряжения преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к обмотке приемника, два компенсатора постоянных по уровню переменных напряжений. Компенсатор напряжения с частотой первого источника компенсирует напряжение на входе второго преобразователя. Компенсатор напряжения с частотой второго источника компенсирует напряжение на входе первого преобразователя. Выходные напряжения преобразователей подают на сумматор. Суммирование продемодулированных на частотах f₁ и f₂ сигналов рассогласования позволяет скомпенсировать большую часть ошибки дистанционной передачи. 1 ил.

Устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала, содержащее вращающийся трансформатор - датчик, вращающийся трансформатор - приемник, соединенные цепями синхронизации, источник переменного напряжения, подключенный к одной из входных обмоток датчика, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника и подключенный к одной из выходных обмоток приемника, отличающееся тем, что добавлены второй источник переменного напряжения с отличной от частоты первого источника частотой, подключенный к свободной обмотке датчика, второй синхронный с частотой второго источника напряжения преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к свободной обмотке приемника, два компенсатора постоянных по уровню переменных напряжений, причем компенсатор напряжения с частотой первого источника подключен и компенсирует напряжение на входе второго преобразователя, а компенсатор напряжения с частотой второго источника подключен и компенсирует напряжение на входе первого преобразователя, и сумматор выходных напряжений преобразователей.