Преобразователь угла поворота вала в напряжение Советский патент 1986 года по МПК H03M1/64 

Устройство относится к робототехнике и измерительной технике и может быть использовано ,оля автоматизации производственных процессов,

Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройки преобразователя,

На чертеже приведена схема преоб- разоззания угля поворота вала в на-, пряжение.

Преобразователь содержит источник 1 сигналов несущей частоты, первичный преобразователь 2, выполненный в виде СКВТ, избирателыгые фильтры 3 и 4, фазометры 5 и 6, интеграторы 7-9, оптронные пары 10 и 11, двух полупериодный выпрямитель 12, одно- полупериодный выпрямитель 13, компараторы 14-18, элементы НЕ 19-23, элементы И 24-28, источники 29-32 опорного напряжения, фильтр 33 низких частот, делители 34-38 частоты, элемент ИЛИ 39, триггер 40, ждущие мультивибраторы 41 и 42, мультивибратор 43, ключи 44-53, элемент КПИ 54.

Преобразователь работает следую- nijiM образом.

Сигналы несущей частоты Ц (t) и Uj(t), форма которых может быть импульсной, а также синусоидальной или пилообразной, поступают с источника

1питания на входы преобразователя

2на синус-косинусные обмотки статора СКВТ, С этих обмоток они трансформируются на измерительную обмотку ротора с коэффициентом трансформации, пропорциональным sinx и cosx где X - угол поворота ротора, т.е. умножаются на указанные величины, Сигнап с измерительной обмотки ротора СКВТ, пройдя ключ 44, поступает на избирателышй фильтр 3. После фильтра 3 сигнал принимает вид

Uj(t) А Б1п(.-Ч. + х), где - несущая часто та J

А - амплитудное значение сигнала и,(t), определяемое параметрами фильтра 3.

Этот сигнал ) и сигнал U, (t) с. первого выхода источника 1 поступают на входы фазометра 5, измеряющего разность их фаз, т.е. определяющего величину углового перемещения X. Для устранения погрешности .вносимой в процесс измерения избирательным фильтром 3, устройство соде жит два идентичных измерительных ка

нала, поочередно работаюа их в режиме измерения и настройки.

В момент включения преобразователя источник 32 опорного напряжения

5 выраба1Ъ1вает напряжение, которое по- , ступает на интегратор 9. С выхода интегратора 9 Л1 Нейно нарастающее напряжение поступает на вход Koivmapa- тора 18 и сравнивается с пороговым значением напряжения компаратора 18. Через некоторое время после включения преобразоватепя линейно нарастающее напряжение достигает значения порогового напряжения компаратора 18, 5 заданного параметрами элементов схемы компаратора 18. В момент достижения равенства названных напряжений выходное напряжение ко паратора 18 скачкообразно изменяется. Это скач 0 кообразное изменение напряжения запускает ждущий мультивибратор 42, который в результата генерирует импульс установки в ноль, поступающий на второй вход делителя 38 частоты. Импульсы мультивибратора 43 генерируют прямоуголььие импульсы, которые после выпрямления однополупериодным выпрямителем 13, поступают на информационный вход делителя 38 частоты,

30 напряжения на выходах которого сдвинуты друг относительно друга на четверть периода и имеют прямоугольную форму. Сдвиг по фазе поддерживается строго равным четверти периода ав35 томатически, независимо от вероятного изменения частоты мультивибратора 43.

В момент вклН)Ч€;ния триггер 40 устанавливается, Например, в единичное состояние, тем он переводит в режим измерения первый канал, состоя- 1ЦИЙ из блоков 44, 46, 3, 5, 48, 7, 10, 50, 52, и переводит в режим настройки второй идентичный канал, состоящий из блоков 45, 47, 4, 6, 49,

8,

15 51, 53, Если триггер 40 в мо

мент начала включения установится в ноль, то режимы рг.боты названных каналов изменяются на противоположные. Логическая единица, с выхода триггера

40 закрывает ключи 46, 48, 52 и инвертируется элементом НЕ 23. Логн- .ческий ноль с выхода элемента НЕ 23

открывает ключи 44 и 45, Выходной 55 сигнал преобразователя 2 проходит через открытый ключ 44 на вход избирательного фильтра 3, и, как указывалось вьше, пройдя избирательный

фильтр 3, поступает на первый вход фазометра 5, На втором входе фазометра 5 действует сигнал с первого выхода источника 1 сигналов несущей частоты. Выходное напряжение фазо- метра 5 пропорционально разности фаз входных напряжений. Через открытый ключ 50 оно поступает на выход преобразователя.

В это же время происходит наст- ройка второго канала, а именно настройка избирательного фильтра 4 на частоту сигналов источника 1 сигналов несущей частоты. Настройка происходит следующим образом: единичный сигнал с выхода триггера 40 закрывает ключи 45, 51, а логический ноль с выхода, элемента НЕ 23 открывает ключи 47, 49, 53. В результате этого сиг- нал с выхода источника 1 сигналов не сущей частоты через открытый ключ 47 поступает на вход избирательного фильтра 4, выходной сигнал которого поступает на первый вход фазометра 6, на втором входе которого действует названный сигнал с первого выхода источника 1 сигналов несущей частоты. Вследствие неточности начальной настройки на резонансную частоту фильтра 4 и температурных воз- действий фильтр 4 вносит фазовую погрешность при прохождении через него названного сигнала. В результате на выходе фазометра 6 имеет место нулевой сигнал. Этот сигнал, пройдя открытый ключ 49, интегрируется в интеграторе 8 с запоминанием. Выходной сигнал интегратора 8 поступает на вход оптронной пары i1, выполненной на светодиоде и фото- резисторе. Фоторезистор оптронной пары 11 является задающим резистором частотно зависимой цепи избирательного фильтра 4. Значение сопротивления этого резистора однозначно определяет резонансную частоту фильтра 4.

Таким образом, выходное напряжение интегратора 8 определяет , резонансную частоту фильтра 4. Выходное напряжение интегратора 8 будет изменяться и изменять резонансную частоту фильтра 4 до тех пор, пока на входе его не будет действовать нулевое напряжение, т.е. выходное на-. пряжение фазометра 6 станет равным нулю. А нулевое выходное напряжение фазометра 6 означает, в свою очередь,

что фильтр ч настроен на резонансную частоту, точно равную частоте сигналов источника 1 сигналов несущей частоты, т.е. при последующем измерении избирательный фильтр 4 не будет вносить погрешность.

В процессе настройки ненулевое выходное напряжение фазо-метра 6 через открытый ключ 53 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 12. Выходное напряжение выпрямителя сравнивается с нулем в компараторе 14, выходное нулевое напряжение которого соответствует ненулевому напряжению фазометра 6. Напряжение 1 на выходе компаратора 14 соответствует нулевому напряжению на выходе фазометра 6. Выходное напряжение компаратора 14 инвертируется элементом НЕ 19 и постз пает на вход элемента И 24. На втором входе элемента И 24 действует логическая единица поступающая с выхода элемента ИЛИ 54 В процессе настройки при ненулевом выходном напряжении фазометра 6 на выходе элемента НЕ 19 действует логическая единица, и на выходе элемента 24 поэтому также действует логичес-г кая единица. После настройки фильтра 4 выходной сигнал фазометра 6 становится нулевым,, и на выходе элемента НЕ 19 вместо единицы начинает действовать логический ноль. На выходе элемента И 24 логическая единица меняется на логический ноль. Эта смена индицирует окончание настройки второго канала и готовность его к началу измерения, а время действия названной логической единицы оказывается рав- ным времени настройки канала.

Перемена работы каналов могла бы осуществляться сразу после окончания настройки второго канала, однако для снижения энергопотребления, значительно возрастающего при переключении каналов из-за переходных процессов, целесообразным оказывается производить переключение в зависимости от длительности настройки каналов. Если время настройки мало - это означает, что из-за внешних воздействий избирательные фильтры 3 и 4 расстраиваются мало, и поэтому переключение режимов работы можно производить через больший интервал времени. Если же время настройки большое - это означает, что из-за внешних воздействий избирательные фильтры 3 и

А, расстраиваются значительно, и поэтому переключение режимов работы необходимо производить чаще, для своевременной компенсации внешних воздействий.

Для осуществления вышеизложенного выходной единичный импульс элемента И 24, длит ельность которого равна времени настройки, усредняется фильтром 33 низких частот, уровень выходного напряжения которого пропорционален времени настройки. Это напряжение сравнивается в компараторах 15-17 с уровнями напряжений-заставок, поступающих на компараторы 15-17, с источников 29-31 опорных напряжений. Значений трех названных уровней напряжений-заставок определяют четыре интервала, соответствующие различным необходимым частотам переключения каналов из режима измерения в. режим настройки, значения которых выбраны в зависимости от уровня интенсивности внешних воздействий. А именно, чем больше внешнее воздействие, . тем больше расстройка избирательных фильтров 3 й- 4, больше время настройки и тем больше выбирается Частота переключения режимов работы. Импульсы четырех названных частот действуют на выходах делителей 34-37 частоты и поступают на четвертые входы четырехвходовых злементов И 2528соответственно. Если на остальных трех входах какого-либо из злементов И 25-28 будут присутствовать логические единицы, то импульсы с выхода соответствующего делителя 34-37 частоты пройдут через один из элементов И 25 - 28, а затем через элемент ИПИ 39 и задним фронтом переключат триггер 40, что приведет к переключению режима работы каналов, Выбор частот переключения осуществляется следующим образом уровень напряжения источника 30 меньше уровня напряжения источника 29, а уровень напряжения источника 31 меньше уровня напряжения источника 30, Если выходное напряжение с фильтра 33 больше уровня напряжения источника

29опорного напряжения, т.е. имеет место самое дпительное время настройки, то на выходах компараторов 15-17 будут высокие потенциалы выходных напряжений - логические единицы. Эти три логические единицы поступают

0

0

5

0

0

5

5

на три вышеназванных остальных входа элемента И 25, в результате элемент И 25 пропускает импульсы с делителя 34 частоты, и триггер 40 будет переключаться с ма1ссимальной частотой.. Если выходное напряжение с фильтра 33 меньше порога срабатывания KOMrta- ратора 15, но больше порога срабатывания компараторов 16 и 17, то на выходе компаратора 15 будет логический ноль, а на выходах компараторов 16 и 17 - логическая единица. В результате на три входа элемента 5 И 26 поступают три логические единицы, поскольку логический ноль с компаратора 15 инвертируется элементом Ш 20, В результате через элемент И 26 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 35 частоты, имеющие меньшую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через больший интервал времени. Через элемент И 25 импульсы с делителя 34 частоты не пройдут, так как на ее первом входе будет действовать логический ноль с выхода компаратора 15, Элементы И 27 и 28 также не пропустят импульсы делителей 36, ,37 частоты, так как на их входах будут действовать инвертированные элементами Ж 21 и 22 логические единиць с выходов компараторов 16 и , 17, Если выходное напряжение с фильтра 33 меньше порога срабатьшания компаратора 16, но больше порога срабатывания компаратора 17, то на выходе компараторов 15 и 16 будут логические: нули, а на выходе компаратора 17 логическая единица., В результате на остальные вьш1еназванные три входа элемента И 27 поступают три логические единицы, поскольку логические нули с компараторов 15 и 16 инвертируются элементами НЕ 20 и 21. В результате через элемент И 27 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 36 Частоты, имеющие еще более меньшую частоту. Переключение каналов поэтому прои5ойдет через еще больший интервал времени. Через элементы И 25 и 26 импульсы с делителей 34, 35 часточы не пройдут, так как на их входах действуют логичес- юте нули с компараторов 15 и 16.Элемент И 28 не пропустит импульсы делителя 37 частоты,, так как на его входе будет действовать инвертированная гчгментом НЕ 22 логическая еди

ница с выхода компаратора 17. ЕС.ПИ выходное напряжение с фильтра 33 меньше порога срабатывания компаратора 17, то на выходах компараторов 15-17 будут логические нули, в результате на три входа элемента И 28 поступают три логические единицы, поскольку логические кули с компараторов 15-17 инвертируются элементами НЕ 20-22. В результате через элемент И 28 будут проходить на элемент ИЛИ 39 импульсы с делителя 37 частоты, имеющие самзто малую частоту. Переключение каналов поэтому произойдет через самый боль- той интервал времени. Через элементы И 25-27 импульсы с делителей 34-36 частоты не пройдут, так как на их входах будет действовать логический нуль с выхода компаратора 17.

На параллельно соединенные вторые входы делителей 34-37 частоты поступают импульсы с выхода однополупери- одного выпрямителя 13.

В момент переключения каналов из режима измерения в режим настройки ждущий мультивибратор 41, запускаемый задним или передним фронтом выходного сигнала триггера 40, устанавливает в нулевое исходное состояние триггеры делителей 34-37 частоты

Формула изобретения

1. Преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий источи- ник сигналов несущей частоты, первьй и второй выходы которого подключены к входам первичного преобразователя, первый избирательный фильтр, выход которого соединен с первым входом первого фазометра, отличающийся тем, что, с. целью повьте- ния точности и упрощения настройки. преобразователя, в него введены де- сять ключей, четыре компаратора, три источника опорного напряжения, два интегратора, две оптронные пары, , „ двухполупериодный выпрямитель, второй избирательный фильтр, фильтр низких частот, второй фазометр, четыре делителя частоты, пять элементов И, пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ, триггер, ждущий мультивибратор, выход первичного преобразователя через первый ключ соединен с первым входом первого избирательного фильтра, а через второй ключ - с первым входом

5

s 10 5 0

второго избирательного фильтра, первьй выход источника сигналов несущей частоты соединен через третий ключ с первым входом первого избирательного фильтра, а через четвер- тьш ключ - с первым входом второго избирательного фильтра, выход второго избирательного фильтра подключен к первому входу второго фазометра, первый выход источника сигналов несущей частоты соединен с вторыми входами первого и второго фазометров, выход первого фазометра через последовательно соединенные пятый ключ, первый интегратор и первую оптронную пару подключен к второму входу первого избирательного фильтра, выход второго фазометра через последовательно соединенные шестой ключ, второй интегратор и вторую оптронную пару подключен к второму входу второго избирательного фильтра, выходы первого и второго фазометров соединены с первыми входами соответственно седьмого и восьмого ключей, выходы которых объединены и являются выходом преобразователя, вход девятого ключа соединен с выходом первого фазометра, а выход подключен к входу двухполу- периодного выпрямителя, выход которого через последовательно соединенные первый компаратор и первый элемент НЕ соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента 1ШИ, а выход подключен к входу фильтра низкой частоты, выход которого соединен с первыми входами второго, третьего и четвертого компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего источников опорного напряжения, выход второго компаратора coeдIiнeн с первым входом второго элемента И, а через второй элемент НЕ - с первыми входами треть его, четвертого и пятого элементов И, выход третьего компаратора соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, а через третий элемент НЕ - с вторыми входами четвертого и пятого элементов И, выход четвертого компаратора соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов М,а через четвертый инвертор - с третьим входом пятого элемента И, выход ждущего

мультивибратора подключен к первым входам первого, второго, третьего и четвертого делителей частоты, выходы которых соединены с четвертьми входами соответственно второго,третьего,четвертого и пятого элементов И, выходы которых подключены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом триггера, выход которого соединен с управляющими входами второго, третьего, пятого, восьмого, девятого ключей и ждущего мультивибратора, первым входом первого элемента ИЛИ и с входом пятог о элемента НЕ, выход которого соединен с управляющими входами первого, четвертого, шестого, седьмого и десятого ключей и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход второго фазометра соединен через десятый ключ с входом двухполупериодного выпрямителя, третий выход источника сигнала

несущей частоты соединен с вторыми входами первого, EiTOporo, третьего и четвертого делителей частоты.

2, Преобразователь по п. 1 , отличающийся тем, что источник сигналов несущей частоты выполнен в виде источника опорного напряжения, интегратора, компаратора,

ждущего мультивибратора, мультивибратора, однополупериоднот о выпрямителя, делителя частоты, выход источника опорного напряжения соединен через последовательно соединенные иптегратор, компаратор, ждущий мультивибратор с первыь входом делителя частоты, выход мультивибратора соединен через однополупериодный выпрямитель с вторым входом делителя частоты, выходы которого являются первым и вторым выходами источника, выход однополупериодного выпрямителя является третьим выходом источника.

Редактор Н.Спободяник

Составитель А.Сидоренко

Техред Л.Сердюковг Корректор М.Самборская

Заказ АА26/58Тираж 816 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР

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

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

Изобретение относится к области робототехники и измерительной техники и может быть использовано для автоматизации производственных процессов. Целью изобретения является по- вьшение точности и упрощение настройки преобразователя. Для этого в пре- образовйтель, содержащий источник сигнала несущей частотьг,. первичный преобразователь, первый фазометр, первый избирательный фильтр, введены десять ключей, четыре компаратора, три источника опорного напряжения, два интегратора, две оптронные пары, двухполупериодный выпрямитель, второй избирательный фильтр, фильтр низких частот, второй фазометр, четыре делителя частоты, пять элементов И, пять элементов НЕ, два элемента ИЛИ, триггер, ждущий мультивибратор. Повышение точности и упрощение настройки преобразователя достигается за счет периодического контроля фазовой характеристики первого и второго избирательных фильтров, одним из элементов которого является оптоэлектрон- ная пара, величина сопротивления которой регулируется во время режима настройки. Длительность режима настройки и режима измерения выбирается автоматически ждущим мультивибратором, делителями частоты, элементами И, компараторами и источниками опорного напряжения в зависимости от величины рассогласования фазовых характеристик избирательных фильтров. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. с: ю ел