Датчик углового положения,скорости и ускорения вращения вала Советский патент 1986 года по МПК G01P3/489 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве датчика углового положения, мгновенной скорости и ускорения вращения вала в точных цифровых системах автоматического управления и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1101740.

Целью изобретения является повы- гаение точности измерения скорости вращения и улучшения помехоустойчивости.

На чертеже изображена структурная схема предложенно1- о датчика.

Датчик генератор 1 импульсов , выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 2, выполненного на триггерах, выход старшего разряда счетчика 2 через формирователь 3 опорных сигналов, соединен с входом фазовращателя 4, подключенного своим выходом к входу первого нуль-органа 5. Выход первого нуль-органа 5 соединен с входом разрешения записи первого регистра 6, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих триггеров счетчика 2. Выход генератора импульсов соединен также с первым входсь схемы 7 запрета, управляющий вход каждой подключен к выходу триггера i-ro разряда первого счетчика 2. Выход схемы 7 запрета соединен с первым входом блока 8 суммирования частот, выход которого через первый делитель 9 чатоты соединен с одним из входов второго фазового детектора iO, другой вход которого подключен к выходу фазовращателя 4. Выход второго фазового детектора 10 соединен с входом второго управляемого генератора 1, подключенного CBOVM вг гкодом к входу второго делителя 12 частоты, выход триггера i-ro разряда которого подключен к второму входу блока 8 суммирования частот. Выход второго управляемого генератора 11 соединен также со счетньм входом второго сче чика 13 через ключ 14, управляюи лй вход которого соединен с выходом дополнительного триггера 15. Вход сбр са триггера 15 соединен с вькодом перйого счетчика 2. Выход первого счетчика 2 соединен также с входом .формирователя 16 импульсов, первый выход которого подключен к входу

разрешения записи второго триггера 17, инфор 1ационные выходы которого соединены с соответствующими выходами триггеров второго счетчика 13,

5 вход предустановки которого подключен к второму выходу формирователя 16 задержанных импульсов, третий выход формирователя 16 соединен с входом установки в единичное состоя 0 ние дополнительного триггера 15. Выход триггера старшего разряда второго делителя 12 частоты подключен к входу первого фазового детектора 18 выход которого подключен к входу

15 фильтра 19 нижних частот и входу интегратора 20. Выход интегратора 20 подключен к входу суммирующего элемента 2I, другой вход которого подключен к выходу первого фазового

20 детектора 18, Выход суммирующего

элемента 21 соединен с входом первого управляемого генератора 22, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора 18.

Датчик работает следующим образом.

Первый счетчик 2 выполняет функцию делителя частоты f генератора I на коэффициент 2 , так что на выходе старшего п-го разряда счетчика 2 образуются прямоугольные импульсы с частотой FP f/2 . Формирователь 3 вырабатывает из выходных периодических сигналов первого 5 счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4. Первый нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя 4 прямоугольные периодические сигналы, по переднему фронту которых осуществляется запись кода первого счетчика 2 в первый регистр 6. В первом регистре фиксируется код текущего углового положения вала.

Выходные сигналы генератора 1 поступают также на первый вход схемы 7 запрета, на управляющий вход которой поступают сигналы с частотой f/2 с i-ro разряда первого счетчи- - 50 ка 2, которые запрещают прохождение через схему 7 каждого импуль- .са с номером 2. Импульсы выхода схемы 7 запрета, имеющие среднюю частоту следования, равную f(2 -l)/2j 55 поступают на первый вход блока 8 суммирования частот, на второй вход которого поступают сигналы с выкода триггера i-ro разряда второго де30

45

лителя 12 частоты, частота которых в дВа раза ниже частоты f импульсо второго управляемого генератора. 1. Следовательно, частота сигналов fj. .на выходе блока 8 суммирования частот равна

f.f(2 -l)/24f.j/2 (1) Первый п-разрядный делитель 9 частоты делит выходную ча:стоту блока суммирования частот на 2, следовательно, на первый вход второго фазового детектора 10 поступают сигналы с частотой fg./2 .

На второй вход фазового детектора поступают выходные сигналы-фазовращателя 4 с частотой F Fgo . Выходной сигнал второго фазового детектора 10, воздействуя на управ- ;ляющий вход второго генератора 1, изменяет его частоту таким образом, что при постоянном значении Fg частота сигналов на обоих входах фазового детектора равна

f(2 -im4f,/r . , ,,

Учитывая, что Fjy- 2 f, на основании выражения (2) можно . записать

2 - Рвр-2 (3) Выходные сигналы второго управляемого генератора 1I поступают непосредственно в блок вычисления частоты вращения и через делитель 12 - в блок вычисления ускорения.

Второй счетчик 13 вместе с ключом 14, дополнительным триггером 15, формирователем 16 задержанных импульсов и регистром 17 образуют блок вычисления частоты вращения. Второй счетчик 13 имеет цифровых разрядов и один знаковый, причем число t выбирается из условия

о- FBP ма.с- - 2 2, (4) где F - максимальная измеряемая

Вр MQltC

частота вращения; - период опорного сигнала.

По переднему фронту выходного сигнала первого счетчика 2 переходит в нулевое состояние дополнительный триггер 15 и одновременно запускает- ся формирователь 16 задержанных импульсов. Сигнал с выхода триггера 15 воздействуя на управляющий вход ключа 14, прекращает поступление импульсов второго управляемого генератора

13417 4

11 на счетный вход второго счетчи- , ка 13. Через время, достаточное для переноса в счетчике 13, вырабатывается первый импульс формирователя 5 16, который поступает на вход разрешения записи второго регистра 17 и осуществляет запись кода счетчика 13 во второй регистр 17,второй импульс формирователя 15, воздействуя

10 на входы предустановки второго счетчика 13, осуществляет запись в счетчик 13 кода, соответствующего промежутку времени между появлением первого и. третьего выходных импульсов

15 формирователя 15. Импульс с третьего выхода формирователя 16 переводит в единичное состояние триггер 15, в результате чего открывается ключ 1.4 и сигналы второго управляе20 мого генератора 11 вновь поступают на вход счетчика 12.

Таким образом, во втором регистре 17 зафиксируется код счетчика 13

25 в конце каждого периода Т выходного сигнала первого счетчика 2. Пусть первонача.льно Fg 0, т.е. f f и за период Т второй генератор 1 1 выра1батьшает 2 импульсов. Тогда

30 за период TO второй счетчик 13 заполнится раз импульсами второго генератора 11 и по концу период да Тд как I цифровых, так и знаковый разряды второго счетчика 13 пе,, рейдут в нулевое состояние. Если Fg- О, то за период Т , кроме 2 импульсов, второй генератор II согласно выражению (З) выработает еще Т Fgp 2 импульсов, которые соглас4Q но выражению (4) не вызовут переполнения цифровых разрядов второго счетчика 13, а знаковый разряд счетчика 13 в конце периода TQ будет в нулевом состоянии. Следовательно,

45 во Втором регистре 17 будет зафиксирован прямой код частоты вращения Fgp с коэффициентом Т,-2 . Если F- О ;то во втором регистре 17 будет зафиксирован дополнительный код час- JQ тоты вращения.

Фазовый детектор 18, фильтр 13, интегратор 20, суммирующий элемент 21 и управляемый генератор 22 обра- ,зуют блок вычисления ускорения.

Зг/аЛов /тмжемиг

ЦглоВае ускорение