Датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала Советский патент 1984 года по МПК G01P3/489 

УгяоВое помигемие

сл ел

VtMtoe ускорение Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано а качестве датчика углового положения мгновенной скорости и уско рения вращения вала в точных цифровы системах автоматического управления По основному авт.св. № 994990 известен датчик углового положения, скорости и ускорения вращения вала, содержащий генератор импульсов, первьй и второй счетчики, формирователь опорных сигналов, фазовращатель, нул орган, первый и второй регистры, управляемьй ключ, формирователь задержанных импульсов и дополнительньш триггер, а также фильтр нижних частот и последовательно соединенный фазовый детектор, интегратор, суммир- тощий элемент и управляемый -генератор, Вькод генератора импульсов подключен непосредственно к первому счетчику и через ключ, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, - к второму счетчику, нуль-орган через последовательно соединенные фазовращатель и формирователь опорных сигналов подключен к выходу старшего разряда первого счетчика, выходы всех разрядов которого соединены с входами первого регистра, первый вход дополнительного триггера и вход формирователя задержанных импульсов соединены с выходом нуль-органа, первьй, второй и третий выходы формирователя задерлшнных импульсов - соответствен но с входом разрешения записи второг регистра, входом сброса второго счет чика и вторым входом дополнительного триггера, выходы счетных триггеров второго счетчика - с информационными входами второго регистра, выход нуль органа подключен также к первому вход фазового детектора, второй вход кото рого соединен с выходом управляемого генератора, а вход фильтра нижних частот подключен к входу интегратора и к второму входу суммирующего элемента 1 . Недостаток известного устройства заключается в наличии динамической погрешности при измерении переменных ускорений вращения. Вь ходное напряже ние фазовращателя пропорционально измеряемому ускорению только при по стоянном значении ускорения, а при переменном ускорении появляется дина мическая ошибка измерения ускорения. Цель изобретения - уменьшение дй- намической погрешности измерения углового ускорения. Указанная цель достигается тем, что в датчике углового положения, скорости и ускорения вращения вала между выходом суммирующего элемента и входом управляемого генератора дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующие звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитающего элемента. На чертеже изображена структурная схема датчика углового положения, скорости и ускорения вращения вала. 1 Датчик содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2, выполненного на триггерах. Выход старшего разряда счетчика 2 через формирЬватель 3 опорных сигналов соединен с входом фазовращателя 4, подключенного своим выходом к входу нуль-органа 5. Выход нуль-органа 5 соединен с входом разрешения записи первого регистра6, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2. Выход генератора 1 импульсов соединен также со счетным входом второго счетчика 7 через ключ 8, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 9. Вход сброса триггера 9 соединен с выходом нуль-органа 5, выход нуль-органа 5 - с входом формирователя 10 задержанных импульсов, первьй выход которого подключен к входу разрешения записи второго ре(Гистра 11. Информационные входы регистра 11 соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 7, вход предустановки которого подключен к второму выходу формирователя 10 задержанных импульсов, третий вьсход формирователя 10 соединен с входом установки в единичное состояние дополнительного триггера 9. Выход нуль-органа 5 соединен таюке с первым входом фазового детектора 12, выход которого подключен к входу фильтра 13 Hi-DKHHX частот и входу интегратора 14. Выход интегратора 14 подключен к входу суммирующего элемента 15, другой вход которого подключен к выходу фазового детектора 12. В1,1ход суммирующего .элемента 15 под31,10 ключей к первому входу вычитающего элемента 16 и входу дифференцирующег звена 17, выход которого соединен с вторым входом вычитающего элемента 16, соединенного своим выходом с вхо дом управляемого генератора 18, Датчик углового положения, скорос ти и ускорения вращения вала работае следующим образом. Первый счетчик 2 выполняет функцию делителя частоты генератора 1. Формирователь 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Нуль-орган 5 формируе из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные период ческие сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6. Б последнем фиксируется код текущего углового положения вала. Второй счетчик 7, имеющий разрядность, равную разрядности первого счетчика 2 плюс дополнительный знаковый разряд, вместе с ключом 8, дополнительным триггером 9, формирователем 10 задержанных импульсов и регистром 11 образуют блок вычисления частоты вращения, причем вычисле ние кода скорости заменено вычислением кода приращения ДТ периода Т выходного сигнала фазовращателя по отношению к периоду Тд опорного сигнала фазовращателя. По переднему фронту выходного сиг нала нуль-органа 5 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 9 и одновременно запускается формирователь 10 задержанных импульсов. Сигнал с выхода триггера 9, воздейст вуя на управляющий вход ключа 8, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход второго счетчика 7. Через время, достаточное для переноса в счетчике 7, вьтрабатытается первый импульс формирователя 10, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 11 и осуществляет запись кода ДТ из счетчика 7 во второй регистр 11. Второй импульс формирователя 10, воздейству на используемые входы предустановки второго счетчика, осуществляет запись в счетчик 7 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и третьего выходных импульсов формирователя 10. Импульс третьего выхода формирователя 10 переводит в единичное состояние триггер 9, в результате чего открывается ключ 8 и сигналы генератора 1 вновь поступают на вход счетчика 7. Поскольку коэффициенты пересчета первого счетчика 2 и второго счетчика 7 равны, то в конце каждого периода выходного сигнала нуль-органа 5 в регистре 11 будет зафиксирован либо прямой код ДТ, если Т TO, либо дополнительньй код ЛТ, если Т Т0. Фазовый детектор 12, фильтр 13, интегратор 14, суммирующий элемент 15, вычитающий элемент 16, дифференцирующее звено 17 и управляемый генератор 18 образуют блок вычисления ускорения. Выражения для выходного напряжения и(р) фазового детектора 12 и выходного напряжения ) суммирующего элемента 15 следуюячие: и,(р) (p) - ) ; и,(р) (p) где Т постоянный коэффициент; р - оператор Лапласа; F - частота управляемого генератора;F тг -1- F о - вр F-J - частота опорного сигнала фазовращателя;Fg - частота вращения вала; -- - передаточная функция интег ратора. Выходное напряжение суммирующего элемента 15 подано на первый вход вычитающего элемента 16 и на вход дифференцирующего звена 17с передаточной функцией , выход которого соединен с вторым входом вьгаитающего элемента 16. Напряжение на выходе вычитающего элемента 16 в операторной форме и(р) равно U(p) 1 - . Выходное напряжение вычитающего элемента 16 является управляющим для генератора 18, так что F2(p) ). Следовательно, K-V4r.P((f)(P)T2P Из этого выражения следует, что при обеспечении условий Т2 Т и 1/TT напряжение U-, на выходе фазового детектора 12 было бы строго пропорционально измеряемому угловому

S11070556

ускорению и динамическая погрешность из- Предлагаемое устройство позволяет мерения ускорения казались бы полностью уменьшить динамическую погрешность устранена (идеальный случай блока 17). измерения.

ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА по авт.св. № 994990, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности измерения углового ускорения, ы&кр,у выходом суммирующего элемента и входом управляемого генератора дополнительно включены последовательно соединенные дифференцирующее звено и вычитающий элемент, причем выход суммирующего элемента также подключен к второму входу вычитакнцего элемента.