Фазовая следящая система Советский патент 1986 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях угол - фаза - код следящего типа.

Целью изобретения является повы- шение точности,

На фиг. 1 представлена блок-схема фазовой следящей системы (ФСС); на фиг, 2 - диаграммы, поясняющие работу ФСС,

ФСС содержит генератор 1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов, первый формирователь 3 импульсов, первы А и второй 5 ключи, первый конденсатор 6, первый фильтр 7 низких частот (ФНЧ-), первый корректирующий элемент 8, управляемый генератор 9 синусоидального напряжен ;, обмотку 10 возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) , си- нусно-косинусный вращающийся трансформатор 11, синусную обмотку 12 СКВТ, косину сную отботку 13 СКВТ, резистор 14, первый инвертор 15, третий ключ 16, второй инвертор 17, чет вертый ключ 18 третий инвертор 19, пятый 20 и шестой 2 ключи, второй конденсатор 22, второй фильтр 23 низких частот, второй корректирующий элемент 24, управляемьй генера- тор 25 импульсов, второй 26 счетчик импульсов, регистр 27, второй формирователь 28 импульсов,

ФСС работает следующим образом,

Формирователь.3 коротких импуль-- сов, аналоговые ключи 4 и 5, запоминающий конденсатор 6, ФНЧ 7, корректирующий элемент 8, управляемый генератор 9 синусоидального напряжения обмотка Ш возбуждения СКВТ 1, измерительный резистор 14 и инвертор 15 образуют систему автоподстройки фазы тока (САФТ) в обмотке 10 возбуждения СКВТ 11 относительно фазы прямоугольных выходных сигналов счетчика 2,

Система автоподстройки работает следующим образом.

Управляемь1Й генератор 9 вырабатывает сищ соидальное напряжение, поступающее на последовательно соединенные обмотку 10 возбуждения СКВТ 11 и измерительное сопротивление 14. При зтом на измерительном сопротивлении 14 формируется напряжение, ча- стота и фаза которого пропорциональны частоте и фазе тока в обмотке 10 возбуждения (диаграмма 4, фиг, 2),

Это напряжение поступает на информационный вход первого ключа 4, а его инверсное значение с выхода первого инвертора 15 - на информационный вход второго ключа 5, На управляюпц-ге вхо- дь1 первого 4 и второго 5 аналоговых ключей поступают две серии коротких импульсов (диаграммы 2 и.3 фиг, 2) с выхода формирователя 3, причем первая серия формируется по переднему фронту выходного прямоугольного сигнала первого счетчика 1 (диаграмма 1, фиг, 2 ,а вторая - сдвинута относительно первой на половину периода его выходного сигнала. Управляющие импульсы вызывают кратковременное отпирание ключей 4 и 5 и, следовательно, выборку и запоминание на первом запоминающем конденсаторе 6 потенциалов, действующих на информационных входах ключей 4 и 5 в момент прихода управляющих импульсов, В результате, на запоминающем конденсаторе 6 формируется напряжение (диаграмма 6, фиг, 2), величина которого пропорциональна синусу разности фаз прямоугольного выходного сигнала первО. го счетчика 2 и тока в обмотке 10 возбуждения СКВТ, Это напряжение через первый ФНЧ 7 и первый корректиру- юпдай элемент 8 (пропорционально-интегрирующее звено) воздействует на уп- равляемьй генератор -синусоидального напряжения. Первый ФНЧ 7 необходим для ослабления высокочастотной составляющей сигнала на первом запоминающем конденсаторе, а корректирующий элемент 8 обеспечивает запасы устойчивости и законы регулирования в системе автоподстройки фазы тока в обмотке 10 возбуждения СКВТ, Например, при изменении фазы тока в обмотке 10 возбуждения СКВТ 11 от- носцтельно фазы выходных прямоугольных сигналов первого счетчика 2 вследствие каких-либо причин (температур- ньй дрейф, старение элементов, изменение сопротивления обмотки возбуждения СКВТ и т.д,) на первом запоминающем конденсаторе 6 появится: потенциал, который через первый ФНЧ 7 и первый корректирующий элемент 8 будет перестраивать управляемый генератор 9 синусоидального напряжения так, чтобы компенсировать это изменение вплоть до нулевых фазовых рассогласований. Кроме того, введение в состав второго ключа 5 и первого инвертора 15 позволяет устранить фазовые ошибки, обусловленные смещением нулевого уровня выходного сигнала управляемого генератора 9, и повысить в два раза частоту ди кретизации в контуре САФТ возбуждения СКВТ. Так, при смещении нулевого уровня выходного сигнала управляемого генератора 9 без изменения ег частоты и фазы импульсом первой выходной серии формирователя 3 через первый ключ 4 на запоминающем конденсаторе 6 будет выбираться потенциал (диаграмма 10, фиг, 2), который через первый ФНЧ 7 и первый корректирующий элемент 8 будет стремится изменить ча:стоту и фазу выходного сигнала управляемого генератора. Однако импульсом второй выходной серии формирователя 3 через второй ключ 5 на конденсаторе 6 запомнится потенциал, равный инверсии смещения нулевого уровня выходного сигнала управляемого генератора 9 (диаграмма }0, фиг. 2), и средняя составляющая сигнала на выходе ФНЧ 7 будет равна нулю. Поэтому частота и фаза выходного сигнала управляемого генератора 9 синусоидального напряжения не изменится. Таким образом, фаза тока в обмотке 10 возбуждения СКВТ 11 жестко синхронизирована относительно фазы выходного сигнала первого счетчика 2, стабильность которой определена стабильностью генератора 1 .

Синусная 12, косинусная 13,выходные обмотки СКВТ II, аналоговые ключи 16, 18, 20 и 21, инверторы 17 и 19, запоминающая емкость 22, ФНЧ 23, корректирующий элемент 24, управляемый генератор 25 импульсов, счетчик 26 и формирователь 28 образуют систему, подстраивающую фазу вы- зсодного сигнала второго счетчика по величине угла поворота-вала СКВТ. Из. выходчых сигналов второго счетчи-- ка 26 второй формирователь 28 формирует четыре серии коротких импульсов, причем фаза первой серии совпадает с фазой выходного сигнала второго счетчика 26, а фазы остальных сдвинуты относительно нее соответственно на четверть, половину и три .четверти периода выходного сигнала второго счетчика. Серии коротких импульсов поступают соответственно на управляющие входы третьего 16 четвертого 18, пятого 20 и шестого 21 аналоговых ключей, причем первая и вторая выходные серии второго формирователя 28 поступают на управляющие 5 входы соответственно третьего 16 и четвертого 18 аналоговьк ключей, информационные входы которых непосредственно соединены соответственно с

синусной 12 и косинусной 13 ВЫХОД- JO ными обмотками СКВТ. Третья и четвертая выходные серии второго формирователя поступают на управляющие входы четвертого 18 и шестого 21 аналоговых ключей, на информационные вхо- 15 ды которьгх поступают инверсные значения выходных напряжений соответственно синусной 12 и косинусной 13 обмоток СКВТ, Управляющие выходные импульсы второго формирователя 28 вы 20 зывают последовательное (через четверть периода выходного сигнала второго счетчика 26) кратковременное отпирание третьего 16, четвертого 18 и шестого - аналоговых ключей, а 25 следовательно, выборку и запоминание на втором запоминающем конденсаторе 22 Б течение одной четверти периода потенциалов, действующих на информационных входах аналоговых 16, 30 18, 20 и 21 .

Среднее значение напряжения на втором запоминающем конденсаторе 22 выделяется вторым ФНЧ 23, и величина его равна

51 Г , .

и - I sinoisinif+coso sin(cf+

f-

+ - )-sineCsin(Cf+ fi)-coS(iisin(q + (1)

40

.iV,.

где 0 - угол поворота вала СКВТ П } - фазовый сдвиг выходного сигнала второго счетчика относи- тельно фазы выходного сигна-

ла СКВТ,

После несложных преобразований выражение (1) можно записать в виде

иф 5 sin((f-oi-i- I ), (2)

Это напряжение через второй корректирующий элемент 24 воздействует .на управляемый генератор 25 имтгульсов, изменяя его частоту до тех пор, пока

напряжение не станет равным ну- Лю, Из выражения (2) видно, что при зтом фазовый сдвиг (f выходного сигнала второго счетчика (с постоянным

смещением в м/2) равен углу поворота вала СКВТ 11, При этом, фаза тока в обмотке 10 возбуждения СКВТ 11 жестко синхронизирована относительно фазы прямоугольных выходных сигналов первого счетчика 2, а фаза выходных сигналов второго счетчика 26 равна (с постоянным смещением в « /2) углу поворота вала СКВТ П. Следовательно, код второго счетчика 26, зафиксированный в регистре 27 по переднему фронту выходно1 о сигнала первого счетчика 2, пропорциональный фазовому сдвигу tf, дает значение угла поворота ротора об СКВТ 11. Второй корректирующий элемент 24 обеспечивает требуемый запас устойчивости системы автоподетройки фазы выходного сигнала второго счетчика. Его роль выполняет пропорционально-интегральный регулятор (изодромное звено) .

Предлагаемая фазовая следящая система повышает точность преобразовния угла поворота СКВТ в цифровой код.

1

Формула изоё

ре т е и -и я

Фазовая

следящая система, содержа- щая генератор импульсов, первый фильтр низких частот, управляемый генератор синусоидального напряжения, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, последовательно соединенные управляемый -генератор импульсов и первый счетчнк импульсов, отличающая ся тем, что, с целью повьшгения точности, в нее введены резистор, два конденсатора, шесть ключей, три инвертора, два формирователя импульсов, два корректирующих элемента, второй счетчик импульсов, регистр и второй фильтр низких частот причем выход генератора импульсов подключен к входу первого счетчика импульсов, выход старщего значащего разряда которого соединен с

to

25

15

20

35

JQ .,

592056

входом записи регистра, а выходы всех значащих разрядов связаны с соответствующими входами первого формирователя импульсов, первый и второй выходы первого формирователя импульсов подсоединены соответственно к первым входам первого и- второго

ключей, выходы которых соединены с входом первого фильтра низких частот, а через первый конденсатор заземлены, выход первого фильтра низких частот через последовательно соединенные первый корректирующий элемент, управляемый генератор синусоидального напряжения, обмотку возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора и первый инвертор соединен с вторым входом второго ключа, второй вход первого ключа связан с входом первого инвертора и через резистор заземлен, выходы значащих разрядов первого счетчика импульсов соединены с соответствующими информационными входами регистра и соответствующими входами второго формирователя импульсов, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первым входам третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, выходы которых подключены к входу второго фильтра низких частот, и через второй конденсатор заземлены, выход второго фильтра низких частот через второй корректирующий элемент связан с входом управляемого генератора импульсов, синусная выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключена к второму входу третьего ключа и через второй инвертор - к второму входу пятого ключа, косинусная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора подключена к второму входу четвертого ключа и через третий инвертор - к второму входу шестого ключа, выход регистра соединен с выходом фазовой следящей системы.

40

27

If «

25

ч

фи&. 1

Изобретение относится к автома- тике и вычислительной технике и мо- жет быть использовано в преобразоваi телях угол - фаза - код следящего типа. Цель изобретения - повьппение точности измерения углового положения. Указанная цель достигается тем,что за счет стабилизации фазы входного тока относительно выходных сигналов первого счетчика устраняются фазовые ошибки, обусловленные нестабильностью формирования синусоидального тока возбуждения и температурным изменением коэффициента передачи си- кусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ). Введение в состав системы корректирующих злементов и устранение дополнительного СКВТ позволяют повысить точность за счет устранения ошибок, обусловленных неравенством коэффициентов передачи основного и дополнительного СКВТ, 2 ил. (Л

фиг. Z

Редактор В.Данко

Составитель А.Нефедова

Техред Л.Олейник Корректор М.Самборская

Заказ 5119/44 Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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