Устройство для измерения и регулирования соотношения скоростей Советский патент 1986 года по МПК G01P3/56 

Изобретение относится к технике электрического измерения и регулирования соотношения (относительной разности) скоростей вращения электродвигателей, машин и механизмов, а также частот электрических сигналов.

Цель изобретения - повьшение 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, илш)стрирующая изменение состояний информационных шин и шин управления в цикле измерения i на фиг, 3 - возможная диаграмма работы управляемого делителя; на фкг, 4 - схема блока формирования цикла измерения; на фиг, 5 - схема блока управления инверторами, на фиг, 6 - блок-схема регулятора соотношения скоростей.

Устройство содержит источник 1 и 2 импульснызс 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 из которых подключен непосредственно к выходу счетчика 10, а второй - к выходу счетчика 11, делительное устройство 14, построенное на базе операционного усилителя 15 и цифро-аналоговых преобразователей 16 и 17 соответственно на его входе и в обратной связи и связанное цифровыми входами с выходами регистров памяти, формирователь 18 опорной частоты, состоящий из управляемого делителя 19 частоты, неуправляемого делителя 20 частоты, подключенньпс своими счетными входами к выходу генератора 7, к 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 выходного 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, причем преобразователь 27 построен на базе операционного усилителя 29 с цифро- аналоговьм преобразователем 30 в обратной связи, вход блока 26 регулирования соединен с выходом делительного устройства 14, Выход делителя 19 соединен с объединенными первыми входами элементов И 8 и 9, а его управляющий вход - с выходом блока 21, Обнуляющие входы блоков 20 и 21 подключены к выходу формирователя 3, а выходы блока 22 соединены соответственно: первый - с объединенньми стробирующими входом блока 21 и обнуляющим входом счетчика 10, второй - с вторым входом элемента И 8, третий - со стробирующими входами регистров 12 и 13 и блока 24, четвертый с вторым входом элемента И 9, пятый - со стробирующим входом предзаноса счетчика 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 обозначешл информационные и управлякщие шины устройства, причем задатчик 47 соотношения скорости подключен к второму входу блока peгyJШpoвaния, Оба измерительных канала в совокупности с элементами 7, 18, 22, 14, 24 и 25 составляют блок 48 измерения соотношения скоростей.

Делитель 19 обеспечивает деление эталонной частоты генератора 7 на переменный коэффициент N , величина

которого зависит от числа, установленного на шине 45 узлом 21, При этом минимальный коэффициент деления (N 1) устанавливается, если число на шине 45 принимает наименьшее значение в дипазоне рабочих скоростей. На фиг, 3 приведена одна из возможных ;диаграмм работы управляемого делите- .ля 19 в дипазоне скоростей 32:1,

3

Неуправляемый делитель 20 частоты представляет собой счетчик, периодически обнуляемый в начале каждого импульса сигнала источника 1, сформированного формирователем 3.

Узел 21 состоит из последовательно включенных счетчика и регистра памяти, причем счетчик своим счетным входом подключается к выходу делите ля 20 и производит отсчет только во время импульса сигнала на шине 32, обнуляясь и прекращая счет во время паузы указанного сигнала, а регистр памяти производит считывание информации с выхода счетчика только по команде блока 22, поступающей в виде короткого разрешающего импульса по шине 35.

Функции блока 22 заключаются в том, чтобы на основе информации о прямых и инвертированных сигналах источников 1 и 2, сформированных блоками 3 и 4 и поступающих по шинам 31- 34, въщ,атъ управляющие воздействия по шинам 35-39 на другие элементы устройства (в соответствии с диаграммой на фиг. 2).

Принципиальная схема возможного варианта выполнения блока 22 формирования цикла измерения приведена на фиг. 4. Блок содержит дифференцирующие цепочки 49-52, инвертор 53, элементы И 54-38, первый, второй и третий RS -триггеры 59-61, элемент задержки 62. СбросRS-триггеров 59- 61 (подготовка блока к работе) осуществляется в конце рабочей паузы сигнала источника 2, т.е. в конце всего цикла измерения. При этом на Q-выходах триггеров 59-61 устанавливаются уровни О. Переключение триггеров возможно только в последовательности 59, 60 и 61, т.е. второй триггер не может переключиться рань ше первого, а третий - раньше второго. Переключаясь, триггер 59 разрешает переключение триггера 60, что в свою очередь разрешает переключение триггера 61.

Первый триггер переключается в конце первого (рабочего) импульса сигнала источника 1 и регистрирует начало первой (рабочей) паузы сигнала источника 1 в цикле измерения.° Второй триггер переключается в конце первой (рабочей) паузы сигнала источника 1.

В результате, в течение всей первой (рабочей) паузы сигнала источни-

24726

ка 1 в цикле измерения на шине 36 формируется уровень 1. Третий триггер переключается в начале первой (рабочей) паузы сигнала источника 2., 5 следующей во времени за рабочей паузой сигнала источника 1.

В конце рабочей паузы сигнала источника 2 элементы 52 и 58 формируют короткий импульс на шине 37, который 10 производит сброс триггеров блока 22. В результате, в течение всей рабочей паузы сигнала источника 2 на щинё 38 сохраняется уровень 1.

В начале рабочей паузы сигнала ис- 15 точника 2 элементами 51 и 55 формируется короткий импульс с уровнем О на щине 39. На шине 35 формируется короткий импульс с уровнем 1 только в конце первого (рабочего) 20 импульса сигнала источника 1. Элемент 62 задержки служит для обеспечения надежного сброса триггеров блока в конце цикла измерения.

Узел 23 представляет собой много- 25 канальную схему Исключающее ИЛИ, число информационных каналов которой равно числу разрядов регистра памяти второго измерительного канала. Узел инвертирования числа передает инфор- 3Q мацию 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 11 в цикле измерения и формирует управляющие сигналы на инвертирование числа (шина 43) и изменение полярности опорного напряжения (шина 44). Принципиальная схема во Jмoжнoгo варианта исполнения блока 24 на базе инвертора 63 и триггеров 64 и 65 приведена на фиг. 5. По отрицательному фронту импульса 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 управляющий сигнал на инвертирование числа для блока 24. Если до поступления второго импульса сброса появляется кратковременный импульс на шине 37, то состояние триг- гера 64 запомнится триггером 65, который формирует управляющий сигнал на шине 44 для источника 25 на изменение полярности опорного напряжения.

50

Устройство работает следующим образом

Измерение соотношения скоростей основано на сравнении количества импульсов опорной частоты , проходя- 1ЦИХ за временные интервалы, пропорциональные периодам Т и Т, сигналов источников 1 и 2, связанных с приводными точками, скорости SJ, и SJ которых сравниваются.

Измерение осуществляется циклами. Каждый цикл измерения включает пер- вьй этап выбора опорной частоты, соответствующей базовой скорости S2 ведзтцего вала или частоте сигнала источника 15 второй этап получения информации о базовой скорости й (периоде 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 сравниваемых скоростей (периодов) и вычисления соотношения скоростей посредством переноса информации о базовой скорости (периоде) с выхода счетчика 10 в реверсивный счетчик 11, последующего вычитания из содержимого счетчика 11 числа импульсов опорной частоты в течение рабочей паузы сигнала источника 2, определения знака соотношения скоростей и его абсолютной величины посредством блока 24 и делительного устройства 14.

Блоки 22 и 24 устанавливаются в исходное состояние при появлении на шине 37 короткого импульса Конец цикла, формируемого блоком 22 в конце рабочей паузы сигнала источника 2.

Цикл измерения начинается с приходом первого (рабочего) импульса сигнала источника 1. В течение этого импульса блоком 22 осуществляется выбор опорной частоты для дальнейшего заполнения счетчиков 10 и 11 в цикле измерения. При этом счетчик блока производит подсчет числа импульсов деленной на постоянный ко- ; ффициент эталонной частоты генератора 7. В конце указанного рабочего импульса блок 22 формирует на шине 35 короткий положительный импульс, инициирующий перевод информации с выхода счетчика 21 блока в регистр памяти этого блока.

0

5

0

5

0

5

5

0

5

Таким образом, на шине 45 устанавливается число, характеризующее базовую скорость Q (точнее период Т ). В соответствии с этим числом устанавливается определенный коэффициент деления N делителя 19 (выбирается опорная частота ,/ы) а также коэффициент усиления функционального преобразователя 27. Одновременно импульсом на шине 35 производится обнуление счетчика 10 первого измерительного канала.

В течение первой (рабочей) паузы сигнала источника 1 блоком 22 формируется разрешающий сигнал на шине 36, при котором элемент 8 пропускает сигнал выбранной опорной частоты на счетный вход счетчика 10. Число импульсов опорной частоты, подсчитанное счетчиком 10 в течение указанной рабочей паузы, представляет собой информацию о периоде импульсов базового сигнала источника 1 (т.е. скорости S2 ).

После этого блок 22 переходит в режим ожидания отрицательного фронта импульса сигнала источника 2, т.е. начала рабочей паузы этого сигнала.

В начале указанной рабочей паузы блок 22 выдает .короткий импульс по шине 39, который инициирует предза- нос информации с выхода счетчика 10 в реверсивный счетчик 11, а также подготовку к работе блока 24.

В течение рабочей паузы сигнала источника 2 блоком 22 формируется разрешаюш,ий сигнал на шине 38, при котором элемент 9 пропускает сигнал выбранной опорной частоты на вычитающий вход -1 реверсивного счетчика 11. Таким образом, в конце указанной рабочей паузы на выходе счетчика 11 формируется число, характеризующее абсолютную разность срав- ниваем-ых скоростей (периодов Т и Т) . Если Т Т , т.е. число вычитаемых из счетчика 11 импульсов опорной частоты окажется больше его первоначального содержимого, то в течение рабо- чей паузы источника 2 счетчик 11 переполняется (переключится) и выдает короткий импульс на выходе переполнения О, 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 t на инвертирование числа узлом 23, а в конце цикла

7 1

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, совпада- кяцим 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 последующего цикла и измерения на своих выходах, подключенных к делительному устройству 14. При этом на выходе делительного устройства, построенного на базе цифроаналоговых преобразователей, формируется аналоговый сигнал, напряжение и знак которого соответствует искомому соотношению

и -.и- ... fpj, -Kili i - вых - J f оп -Н ОП1

-и...

SI,

К-Е,

где К - коэффициент передачи делительного устройства 14; 6- 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 S2 г, к обратно .пропорционален скорости, то в целом обеспечивается стабильность общего коэффициента усиления контура регулирования соот-

2247268

ношения скоростей, что позволяет достичь одновременно высоких показателей точности и быстродействия регулирования.

Формула изобретения

Устройство для измерения и регулирования соо-тношения скоростей, состоящее из двух каналов, содержащих последовательно включенные импульсные датчики скорости, входные форми- рователи, инверторы, а также два элемента и, генератор эталонной час- тоты, нереверсивный счетчик с подключенным 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, цифро- аналоговое делительное устройство, подключенное цифровыми входами к выходам первого и второго регистров памяти, а аналоговым входом - к выходу источника опорного напряжения, отличающее с. я тем, что, с целью повьшенйя быстродействия и точности в широком диапазоне, в него дополнительно введены формирователь опорно й частоты, состоящий из управляемого и 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 цифро- аналоговым 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 - с объединенными первыми входами первого и второго элементов И первого и второго каналов, счетный и обнуляющий входы неуправляемого делителя частоты соединены соответственно с В1.1ходом генератора эталонной частоты и выходом формирователя первого из ерительного канала, а выход - со счетным входом узла управления дели

телем частоты, обнуляющий вход которого объединен с обнуляющим входом неуправляемого делителя частоты, входа блока формирования цикла измерения подключены соответственно к выходам инверторов и входных формирователей первого и второго каналов, его первьй выход соединен со стробирующим входом узла управления делителем частоты и обнуляющим входом нереверсивного 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 управления инверторами, четвертый выход соединен со вторым входом второго элемента И второго канала, а пятый выход подключен к стробирующему входу записи реверсивного счетчика и к входу сброса блока управления инверторами, узел инвертирования числа включен

последовательно между выходом реверсивного счетчика-и входом второго ре- гистра памяти второго канала, а его управляющий вход соединен с первым

выходом блока управления инверторами, информационный вход которого подключен к выходу переполнения реверсивного счетчика, а второй выход - к уп- равлякадему входу источника опорного

напряжения, информационный выход нереверсивного счетчика связан с информационным входом записи реверсивного счетчика, первьш и второй входы операционного усилителя блока регулирования соотношения скоростей соединены соответственно с выходом делительного устройства и с выходом задатчика соотношения скоростей, а цифровой вход цифроаналогового преобразователя по цепи обратной связи подключен к выход- узла управления делителем частоты.

Изобретение относится к технике электрического измерения и регулирования соотношения скоростей вращения электродвигателей, машин и механизмов, а также частот электрических сигналов. Цель изобретения - повьиве- ние 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 цифроаналоговьлх преобразователей 16 и 17, формирователь 18 опорной частоты, состоящий из 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, цифроанапоговый преобразователь 30. Каждый цикл измерения включает этап выбора опорной частоты соответствующей базовой скорости ведущего вала или частоте сигнала источника 1 импульсных сигналов, этап получения информации о базовой скорости с требуемой для дальнейшего определения соотношения скоростей точностью путем подсчета числа им пульсов опорной частоты счетчиком 10 , 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 нала источника 2 импульсных сигналов, определение знака соотношения скоростей и его абсолютной величины посредством блока 24 и делительного устройства 14. 6 ил. I «Л а С Nd 4 ч1 ND 35

1224726

Цикл изг1ерения

Ч-сП

Редактор Н.Воловик

Составитель Ю.Мручко

Техред И.Верес Корректор Г.Решетник

Заказ 1945/44 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4