Цифровой измеритель скорости Советский патент 1986 года по МПК G01P3/48 

to

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокоточных системах измерения и автоматического регулирования скорости или положения исполнительных механизмов с фазовыми датчиками положения.

Цель изобретения - упрощение, повышение разрешающей способности, крутизны характеристики и точности.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 и 3 - графики поясняющие его работу.

На фиг. 1 показаны генератор 1, первый ключ 2, первый счетчик 3, сум- tS матор 4, регистр 5, схема ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 6, нуль-орган 7, формирователь 8 импульсов, второй ключ 9 и второй счетчик 10, дешифратор 11, первый 12, второй 13 и третий 13а выходы гене- 20 ратора 1, выходной си г нал t4 первого ключа 2, входная 15 и В1 одная 16 шины первого счетчика 3, входная 17 и выходная 18 шины и знаковый разряд 19 сумматора 4, информационный 20 и 25 знаковый 21 выходы регистра 5, выходной код 22 скорости, вход 23 и выход 24 нуль-органа 7, выходы 25-27 формирователя 8 импульсов, выходы 28- 30 ключа 9, счетчика 10, дешифратора зо 11 соответственно входная шина 31 второго счетчика, выходное напряжение Ugn датчика положения, частота fan этого напряжения.

. 3

в цифровой измеритель скорости, содержащий последовательно соединенные генератор 1, ключ 2, первый счетчик 3, сумматор 4, регистр 5., нуль- орган 7, формирователь 8 импульсов, дополнительно введен элемент ИСКЛКЬ 1АЮЩЕЕ ИЖ 6, входы которого соединены попарно с информационным выходом 20 регистра 5 и его знаковым выходом 21, выходы 26 и 27 формирователя 8 импульсов срединены с входами Запись регистра 5 и счетчика 3, третий вход 15 которого подключен к шине, а второй выход 13 генератора 1 соединен с вторым входом формирователя импульсов в измеритель введены последовательно соединенные второй ключ 9, второй счетчик 10, дешифратор 11, выход 30 которого соединен с вторыми входами первого 2и второго 9 ключей, первый вход второго ключа 9 соединен с вторым выходом 13 генератора 1, а выход 25 формирователя 8 импульсов соединен с входом Запись

12296972

второго счетчика 10, формирователь 8 импульсов выполнен в виде 2К последовательно соединенных D-триггеров, инверсные выходы 2, 4,...2К которых соединены с R-входами соответственно 1„3,...(2К-1) триггеров, а R-входы и С-входы триггеров 2, 4,...,2К объединены и подключены соответственно к второму 13 и третьему 13а выходам генератора 1.

Схема работает следующим образом.

35

40

45

Импульсы частотой f с выхода генератора 1 через ключ 2 поступают на сз Т мир: щий вход счетчика 3, информационная емкость которого принята равной N(,. Сумматор 4 постоянно вычисляет разность между текущим значением кода счетчика и числа , поступающ:им по шине 17, причем операция вьмитания заменена суммированием в обратном коде со знаковым разрядом. Преобразование результата в прямой код N осуществляется объединением на входах схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 знакового разряда 21 с каждым информационным разрядом числа

Яуль-орган 7 формирует узкие импульсы в моменты перехода напряжения датчика положения через нуль из отрицательной в положительную область. При неподвижном объекте частота их равна частоте питания датчика.

На каждый такой импульс формирователь 8 импульсов вырабатьгоает по- сл.едовательно два управляющих импульса 26 и 27, первым из которых выходной шиной 18 и знаковым разрядом 19, сумматора 4 код записывается в регистр 5, а вторым производится начальная установка счетчика..З. Временный интервал между импульсами исключает возможность сбоя при считывании информации в регистр 5.

Информационная емкость счетчика выбрана ИЗ условия

50

55

Sn

N

fr/fo.

(1)

поэтому при неподвижном объекте к моменту появления следукщего импульса с высхода 24 нуль-органа 7 код в счетчике 3 равен N„/2 .(фиг. 2), а после операции вычитания, осуществляемой сумматором 4, получим N 0.

При вращении объекта со скоростью сО частота выходного сигнала датчика положения меняется по закону

9

Г .

(2)

Импульсы частотой f с выхода генератора 1 через ключ 2 поступают на сз Т мир: щий вход счетчика 3, информационная емкость которого принята равной N(,. Сумматор 4 постоянно вычисляет разность между текущим значением кода счетчика и числа , поступающ:им по шине 17, причем операция вьмитания заменена суммированием в обратном коде со знаковым разрядом. Преобразование результата в прямой код N осуществляется объединением на входах схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 знакового разряда 21 с каждым информационным разрядом числа

Яуль-орган 7 формирует узкие импульсы в моменты перехода напряжения датчика положения через нуль из отрицательной в положительную область. При неподвижном объекте частота их равна частоте питания датчика.

На каждый такой импульс формирователь 8 импульсов вырабатьгоает по- сл.едовательно два управляющих импульса 26 и 27, первым из которых выходной шиной 18 и знаковым разрядом 19, сумматора 4 код записывается в регистр 5, а вторым производится начальная установка счетчика..З. Временный интервал между импульсами исключает возможность сбоя при считывании информации в регистр 5.

Информационная емкость счетчика выбрана ИЗ условия

Sn

N

fr/fo.

(1)

поэтому при неподвижном объекте к моменту появления следукщего импульса с высхода 24 нуль-органа 7 код в счетчике 3 равен N„/2 .(фиг. 2), а после операции вычитания, осуществляемой сумматором 4, получим N 0.

При вращении объекта со скоростью сО частота выходного сигнала датчика положения меняется по закону

9

Г .

(2)

Б этом случае к моменту прихода следующего импульса частоты код в счетчике будет больше или меньше N(,/2 в зависимости от направления вращени поэтому после вычитания числа NO/2 получим отличное от нуля значение N

Связь кода со скоростью в соответствии с фиг. 2 определится : как

txJ

АП

7uj/2Ti

V)

-- „-TJ-f,(--)f,

i.,

(3)

: {„() т.е. выходной код устройства пропорционален скорости вращения объекта. Величина { - :с1У21Т) обуславливает нелинейность измерителя, однако, при реальных величинах ,5-10 кГц и ((J/2TT)(. 20-60 Гц, что соответствует п 1000-3000 об/мин, последней можно пренебречь и считать характеристику линейной: /2П

N r(лf.

(4)

f2 Т

При таком допущении максимальная нелинейность характеристики будет при наихудшем случае 2,5 кГц, (uJ/27r) 60 Гц и составит

макс.)

S 0,,5%,

нел.макс N )

что при максимальном значении п 3000 об/мин вполне допустимо при использовании измерителя в схемах автоматического управления электроприводми.

Предлагаемый измеритель проще, та -как по сравнению с известным можно сократить емкость счетчика до N , кроме того, схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ на выходе измерителя позволяет заменить операцию суммированием в обратном коде и легко преобразовать результат в прямой код с учетом знака.

Для работы схемы без потери импулсов f,определяющих измеряемую ско- рость, необходимо запись информации в регистр 5 и начальную установку счетчика 3 успеть произвести за время паузы между импульсами генератора Следовательно, быстродействие исполь зуемой элементной базы ограничивает допустимую частоту f, а вместе с ней крутизну характеристики измерителя по формуле (4), а также его разрешающую способность и точность (ско рость, соответствующую коду ).

С целью повышения указанньк характеристик измерителя предлагается на

2296974

время, необходимое для надежной записи информации в регистр 5 и начальной установки счетчика 3, закрывать ключ 2, а число импульсов генератора 5 т, соответствующее этому времени, добавлять в счетчик 3 при его начальной установке. Это достигается дополнительным введением в схему последовательно соединенных второго ключа 9, 10 второго счетчика 10 и дешифратора 11, а также дополнительного сигнала 25, вырабатываемого формирователем импульсов 8 перед двумя предыдущими импульсами 26 и 27..В этом случае по кажt5

20

25

дому импульсу f сигналом 25 во второй счетчик 10 заносится число т, выходной сигнал дешифратора 11 закрывает первый ключ 2 и открывает второй ключ 9 для прохождения импульсов генератора на вычитающий вход второго счетчика 10. Управляющими импульсами 26 и 27 осуществляется запись кода в регистр 5 и начальная установка счетчика N N/2+m. После отсчета m импульсов генератора код второго счетчика равен нулю и сигнал с выхода дешифратора 11 закрывает второй ключ 9 и открывает первый ключ 2 для прохождения импульсов генератора f на сум- 30 мирующий вход первого счетчика 3.

Формирователь 8 импульсов выполнен по схеме (фиг. За), содержит шест D-триггеров и формирует управляющие импульсы на выходах 25-27 при появлении сигнала f на входе 24.

Диаграмма работы (формирователя приведена на фиг. 36. Из нее следует, что управляющие импульсы формируются за время, соответствующее четырем импульсам генератора, т.е.. Если элементная база, используемая для построения первого счетчика 3 и регистра 5, требует большей длительности импульсов управления на выходах 26 и 27 и промежутка между ..ими для надежной записи информации, этого можно добиться уменьшением частоты на выходах 13 и 13а генератора 1. При этом надо увеличить и число . Таким образом, быстродействие элементной базы основной части схемы не накладывает ограничений на точностные характеристики предлагаемого измерителя скорости. Они ограничиваются лишь предельно реализуемой частотой генератора и быстродействием первых разря юв обоих счетчиков.

Формула изобретения

1 .Цифровой измеритель скорости,содержащий последовательно соединенные датчик скорости.Jгенератор, ключ, счетчик, сумматор, вторые входы которого подключены к шине ввода фиксированных данных, регистр и последовательно соединенные импульсный датчик скорости, нуль-орган и формирователь импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам записи регистра и счетчика, второй и третий выходы генератора соединены с вторьм и третьим входами формирователя импульсов, а третий вход счетчика подключен к шине ввода фиксированных данных, отличающийся тем, что, с целью повышения точности.

в него дополнительно введены последовательно подключенные к второму выходу генератора второй ключ, второй

5 счетчик и дешифратор, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей, третий выход формирователя импульсов соединен с входом; записи второго счетчика.

10 2.Измеритель по п. 1, отли- ч ающи и с я тем, что формирователь импульсов выполнен в виде 2К последовательно соединенных D-триг- геров, инверсные выходы 2,4,...,2К

15 которых соединены с R-входами соответственно 1,3,...,(2К-1) триггеров, а R-входы и С-входы триггеров 2,4,.. .,2К соответственно объединены и.подключены к второму и третьему выхо- дам генератора.

Объект не- Движение Л,8игкение порбижен 8пра6о впебо

О 23

2lt 16

Л

л

:|

И

.а

л

18

./3X1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокоточных системах измерения и автоматического регулирования скорости или положения исполнительных механизмов с фазовыми датчиками положения. Цель изобретения - упрощение, повышение разрешающей способности, крутизны характеристики и точности. Импульсы с выхода генератора 1 через ключ 2 поступают на суммирующий вход счетчика 3, информационная емкость которого принята равной N. Сумматор 4 вычисляет разность между текущим значением кода счетчика 3 и числа Np/2, поступающим по шине 17. Преобразование результата в прямой код осуществляется объединением на входах схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 знакового разряда 21 с каждым информационным разрядом числа . На каждый импульс формирователь 8 импульсов вырабатывает последовательно два управ- ляйщих импульса 26 и 27, первьтм из которых выходной шиной 18 и знаковым разрядом 19 сумматора 4 код записывается врегистр5,а вторым производится н ачальная установка счетчика 3. Временной интервал между импульсами исключает возможность сбоя при считывании информации в регистр 5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л N ЬО ;о сь со

19

фиг. 2

{-1 Г J

г«

„/

25а

LP

6а

О - 26

(тнэттГ

Фиг.З

Составитель Ю.В.Мручко Редактор А. Козориз Техред Г.Гербер Корректор В. Бутяга

Заказ 2447/46 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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