Измеритель скорости вращения Советский патент 1984 года по МПК G01P3/46 

1 Изобретение отиосится к технике измерений и может быть использован в качестве датчика вепичины скорости и направления вращения разли ных объектов в системах контроля и управления, например, в системеавтоматического управления скорост движения рудничного электровоза. Известен датчик скорости вращен которым решается изменение скорости вращения с помощью сельсинга-датчи ка (генератора трехфазного тока), компараторов, дешифратора, дифференциатора, ключей и запоминающих конденсаторов путем фиксации напряжения во всех трех фазах ClJ. Недостатком известного устройства является значительная динамическая погрешность из-за наличия в канале измерения полезного сигнала дифференцирующего устройства и запаздываюпгихэлементов (фильтров). Известен также бесконтактный реверсивный тахогенератор постоянного тока, о величине скорости кото рого судят по величине напряжения, полученного путем суммирования выпрямленных и ограниченных фазных на пряжений. Для этого фазные напряжения преобраззтотся блоками сигнатуры в прямоугольные импульсы, по которым путем попарного перемножения фо мируются управляюгцие сигналы для ограничителей С2 J. Устройство характеризуется тем, что введенная в него операция ограничения при переходных процессах (разгоне, замедлении) приводит к существенным искажениям формы сумми руемьк после ограничения напряжений (в виде изломов и пиков), а следова тельно, к ассиметрии в самих фазных напряжениях. Появление высокочастот ных составляющих в выходном напряжении отрицательно влияет на точность и надежность тахогенератора как измерительного устройства. Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения скорости, в котором посре ством компараторов и дешифраторов по фазным напряжениям генератора формируются управляющие сигналы для трех фазных .ключей, а посредством трех нуль-органов, сумматора, дифференциатора и блока определения полярности сигналов формируются управляющие сигналы для двух ключей управляющих зарядом накопительных 182 конденсаторов, Ноочеррдпая коммутация ключей обеспечивает подключение к фазам генератора конденсаторов и фиксацию двух соседних амплитуд генерируемых фазных напряжений по величине, пропорциональной скорости вращения, и с полярностью, соответствующей направлению вращения. Дополнительно по величине и знаку разности квадратичных напряжений значений на каждом конденсаторе определяют и знак углового ускорения .3. К недостаткам известного устройства следует отнести малую точность измерения скорости вращения в переходных режимах движения (ускорении, замедлении), когда амплитудные значения фазных напряжений генератора в течение этого времени изменяются. Напряжение, пропорциональное мгновенной скорости вращения, измеряется в устройстве в моменты достижения напря жением амплитудного значения,а эта информация запоминается до следующего момента достижения напряжением максимума. Следовательно, выходное напрял оние с устройства соответствует истинному значению скорости вращения только в моменты измерения. В промежутках же между ними, когда скорость вращения в действительности изменяется, устройство вьщает напряжение предьщущего измерения, т.е. вьщает неточную информацию Цель изобретения - повьпнение точности измерения при переходных режимах движения. Поставленная цель достигается тем что в измеритель скорости вращения, содержащий генератор трехфазного тока, к фазам которого в сочетании из трех по два подключены три нульоргана, выходы которых через последовательно соединенные сумматор, диф ференциатор и блок определения поляр ности сигналов подключены к первым входам двух ключей, вторые входы которых объединены, а выходы зашунтированы последовательно соединен- ными конденсаторами, два блока возведения в квадрат и три компаратора, первые входы которых подсоединены к фазам генератора, а вторые входы объединены с общей точкой конденсаторов и подключены к нейтральной точке генератора, введены третий блок возведения в квадрат, второй и третий сумматоры, б.ггок извлечения квадратного корня и эле3мент, управляющий вход которого подключен к выходам ключей, выходы компараторов через второй сумматор соединены с вторыми входами ключей, фазы генератора подключены к входам блоков возведения в квадрат, выходы которых через последовательно соединенные третий сумматор и блок извлечения квадратного корня подключены к входу релейного элемента, причем входные клеммы блоков возведения в квадрат подсоединены к нейтральной точке генератора. На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг.2 диаграммы выходных напряжений элементов устройств. Устройство содержит генератор 1 трехфазного тока, первый, второй и третий нуль-органы 2, 3 и 4, первый сумматор 5, дифферендиатор 6, блок 7 выделения полярности сигналов, первьщ,второй и третий компараторы 8, 9 и 10, второй сумматор 11, первый и второй ключи 12 и 13, конденсаторы 14 и 15, первый,второй и третий блоки 16, 17 и 18 возведения в квадрат, третий сумматор 19, блок 20 извлечения квадратного корня и релейный элемент 21. На фиг. 2 представлены диаграммы выходных напряжений элементов устро ства: мгновенные- фазные напряжения генератора трехфазного тока при рав ноускоренном вращении а , напряжения на выходе первого, второго и третьего нуль-органов 5,8 иг, на пряжение на выходе первого сумматор (), напряжение на выходе дифференциа тора е, напряжения, на выходе первог второго и третьего компараторов к., ЗИП, напряжение на выходе второго сумматора к , напряжение на выходе устройства А . Измеритель скорости вращения раб тает следуюощм образом. При вращении генератор 1 трехфаз ного тока генерирует фазные напряже ния, равные ,(WO+ et) sin(Wot+ ); ,(W(j+ t) sin(W,t+ - ) (g,K(Wo+ e t) sin(Wot+ . - --) где К - коэффициент пропорциональности;Wjj - начальная угловая скорость вращения; 184 6 - угловое ускорение; t - время. К первой и второй (А-В), второй и третьей (В-С), третьей и первой (С-А) фазам генератора подключены нуль-органы 2-4, которые при совпадении величин двух фазных напряжений переключаются из одного устойчивого состояния в другое. Выходные напряжения с нуль-органов алгебраически складываются в сумматоре 5. Суммарное напряжение поступает на дифференциатор 6, в котором напряжение прямоугольной формы преобразуется в последовательно чередующиеся положитель ный и отрицательные импульсы, которые в блоке 7. выделения полярности сигналов разделяются на две серии разнополярных импульсов. К каждой из фаз генератора трехфазного тока подключены компараторы 8-10, изменяющие свбе Состояние в соответствии с полярностью фазных напряжений. Выходным напряжением с сумматора 11, в котором алгебраически складываются выходные напряжения компараторов, коммутируются ключи 12 и 13. Ключи поочередно и в соответствии с направлением вращения генератора подключают к устройству вьщеления полярности сигналов конденсаторы 14 и 15, калдчый из которых заряжается либо отрицатель- , ной, либо положительной серией импульсов, и таким образом полярность напряжения на них постоянно соответствует направлению вращения генератора. Для фиксации амплитуд генерируемых напряжений мгновенные значения всех фазных напряжений генератора в блоках 16-18 возводятся в квадрат ,( cos2{w tt-j- M-( ) ic, -f-cos Hjjt 2 и -u f± f-cosZW t - -f с(йГг (; Далее квадратичные значения генерируемых напряжений суммируются в сумматоре 19 и I к (W(, + t) $1 и после операции извлечения квад ратного корня в блоке 20 величина напряжения.равна K(W + Et). Знак выходному напряжению присваивается в релейном элементе 21, который напряжением с конденсаторов изменяет полярности выходного напряжения в соответствии с направлением вращения генератора

+1/1 K(w + et).

вь,.

Более высокую точность измерения, которой обладает данное устройство, можно охарактеризовать отсутствием в нем абсолютной погрешности изМерения, которая имеет место в известном устройстве в переходных режимах движения .

Величины амплитуд фазных напряжений при фиксации в известном устройстве равны

. с-I

|Ы

).

где К - коэффициент пропорциональности;Wjj - начальная скорость вращения

(угловая);

- угловое ускорение; ,1,2,3- полупериоды генерируемых фазных напряжений.

ди Up - Uj.; 4U2 Uc -

4 и.

a-UeПоскольку коэффициенты (6п+1), (6п+3) и (6п+5) образуют последовательность нечетных чисел, в общем виде при Wo О абсолютная ощибка будет равна

ли К | ( У2п+3 - Т/2П+1).

или в частном случае в начале переходного процесса она будет максималь ной и численно равна

0,749КГГ.

max

Таким образом, предлагаемое устройство, в котором амплитудное значение генерируемого напряжения, пропорциональное скорости вращения, фик сируется непрерывно, обладает в переходных режимах движения большей точностью измерения скорости враще- : ния, чем известное устройство, в котором амплитуда напряжения фиксируется дискретно. 8 Погрешность .измерения при дискретном способе фиксации амплитуд в пере ходных процессах является величиной переменной и равна разностимежду напряжениями п-го и п+1 измерений, поскольку в момент времени (t - d t) выходное напряжение схемы равно направлению, измеренному в момент t,. При чередовании фаз ВСА разность напряжений будет равна

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащий генератор трехфазного тока, к фазам которого в сочета НИИ из трех по два подключены три нуль-органа, выходы которых через последовательно соединенные сумматор, дифференциатор и блок определения полярности сигналов подключены к первым входам двух ключей, вторые входы которых объединены, а выходы зашунтированы последовательно ,л) }3 ,. ««чым О ,4 диненными конденсаторами, два блока возведения в квадрат, три компаратора , первые входы которьк подсоединены к фазам генератора, а вторые входы объединены с общей точкой конденсаторов и подключены к нейтральной точке генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения fr переходных режимах, в него введены третий блок возведения в квадрат, -второй и третий сумматоры, блок извлечения квадратного корня и релей ньй элемент, управляющий вход которого подключен к выходам ключей, выходы компараторов через второй сумматор соединены с вторыми входами (Л ключей, фазы генератора подключены к входам блоков возведения в квадС .рат, выходы которых через последова тельно соединенные третий сумматор и блок извлечения квадратного корня подключены к входу релейного элемента, причем общие входные клеммы оо 00 блоков возведения в квадрат подсоединены к нейтральной точке генератора.

(Риг. j

нВС

HCA

VHI

4-i { i I ; I

Vo

IIIfr I I

VKA

5

-t VKC

Kl

аых

ciU&

ta}

я

---l

t

г;

I-I

д) e iK)

1{ Г

3)

J t «

/ )

i)

фиг. 2