Способ преобразования угла поворота вала фазовращателя в код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/06 

,1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в -системах элект-

ропривода с фазовыми датчиками угла поворота вала двигателя.

Целью изобретения является упрощение способа преобразования угла поворота вала фазовращателя в код.

На чертеже представлена схема преобразователя для осуществления предлагаемого способа.

Преобразователь угла поворота вала фазовращателя в код содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 час- тоты, фазосдвигающий блок 3, блоки 4 и 5 формирования гармонических сигналов Uj sincot и U coscot соответственно, фазовращатель 6, нуль-компаратор 7, блок 8 задания фазовых сдвигов, блок 9 синхронизации, формирователь 10 импульсов и блок 11 элементов И.

Сущность способа заключается в следующем.

До начала преобразования угла поворота вала в код подают на первую входную обмотку фазовращателя напряжение вида U sinut и, изменяя угол поворота вала фазовращателя (напри- мер, через 10 град.) в пределах полного оборота, измеряют амплитуду напряжения на выходе фазовращателя, формируя таким образом первую последовательность измеренных амплитуд f,(oi), подают на вторую входную обмотку фазовращателя напряжение вида U sinWt и, изменяя угол поворота вала фазовращателя, измеряют амплитуду напряжения на выходе фазовра- щателя, формируя таким образом вторую последовательность измеренных амплитуд f 2 (oi.) j находят первые гармоники полученных последовательностей f, (ci) и fi(oi); определяют от- клонение точки перехода через ноль первой гармоники полученной последовательности f л (oi-) от начальной фазы

(et)

а

идеальной последовательности в качестве которой используют сдЬи- нутую по фазе на IT/Z первую гармонику последовательности измеренных амплитуд f(,} (например, графическим способом), определяют постоянную поправку по фазе В по формуле

и а) sinuCp i Ur«

амплитуда первой гармонической составляющей второй последовательности измеренных амплитуд} отклонение точки перехода через ноль первой гармони

В

где и

71

ческой составляющей второй последовательности измеренных амплитуд;

определяют коэффициент С нормирования амплитуды второго гармонического сигнала по формуле С U, /U осуществляют дополнительный сдвиг по фазе и изменяют амплитуду одного из формируемых гармонических напряжений питания фазовращателя, осуществляют преобразование угла поворота вала фазовращателя с двухфазным питанием в код известными способами, например путем формирования во временном масштабе кодовой шкалы.

Теоретическое обоснование способа преобразования угла поворота вала фазовращателя в код заключается в следующем.

Выходное напряжение фазовращателя можно представить в виде

УВЫХ U sintOt cosei+U coscot- sinoL f, (об) sinwt+ 2(06) cos cot (cOt+lf(ct,)),(1)

где U - амплитуда напряжений, питающих входные обмотки фазовращателя.

5 о о

), f(

Е ,М

f.uq(o)

со

последовательности амплитуд выходных сигналов фазовращателя, зависящие от угла поворота вала фазовращателя ot которые при отсутствии погрешностей преобразования угла поворота вала фазовращателя в переменное напряжение, фаза которого зависит от угла поворота вала фазовращателя, имеют вид:

U COSot,

Un,sinot,

5

напряжения.

q(o6). 0

опорная частота фазовращателя, начальная фаза выходного напряжения фазовращателя, зависящая от угла поворота вала фазовращателя oi

sincp.sinot,

cos(l cos«i,

Id V

s

ч

(2)

Равенствами (2) зависимость q.ei.; задана неявно, так как ot в общем случае изменяется в диапазоне (-а% +«), а диапазон изменения tf ограничен интервалом (0,2 iO рад. Явное выражение для If (л), справедливое при

1458973

:, можно представить

Cf( оп

1Г

Cf(oi)arcctg(ctgoi)+ sign(-8in)t) +

Л

Если преобразование угла поворота вала фазовращателя в переменное напряжение, начальная фаза которого зависит от угла поворота вала фазовращателя ct , вьшолняется без погрешностей, но согласно (3) идеальная характеристика фазовращателя (зависимость начальной фазы выходного пе- ременного напряжения фазовращателя If от угла поворота ot) будет пилообразной функцией nL с периодом

IT . V ., f ,С T- Y sign| -f j(ot)J + Y10

15

При определении угл ности фазовращателя

йЧ () М () (

где q) (el) - реальная ха

фаз овращате Cpjj.W - идеальная х

фазовращате удобнее выбрать в каче смещенную пилообразную ку вида (3), чтобы сов

2Т рад, причем линейный участок име- ,„ „ гп ет угол наклона IT/A в „oenP.v п.„- РазрьшаЦ) () и q),3 () :

ет угол наклона Т/4 в пределах полного оборота вала фазовращателя.

При наличии погрешностей преобразования угла поворота вала фазовращателя в переменное напряжение с 5 последующим преобразованием данного напряжения в код неидеальные последовательности амплитуд f(ot) и 2(06) можно представить в виде Г

f, (л) и„со8в6+Л, (cL) , f2(cG)U sinot+uf2(o6)

где Af, (ei), &fj(oC) - искалсения последовательностей .,«.) и 35 f(ci) соответственно.

При зтом, если f (сб) и f(oi) не имеют общих нулей, что практически всегда выполняется, начальная фаза 40

Cf цо ((i) агсс tg Гс tg (cc 3L

j sign -sin(ei-oipj

1.1

30

(4)

a oip можно учесть как к постоянной составлякяцей При зтом йср (oi,) станов рывной функцией (с пери

Подставив в (1) (7) чим

iq)U) -arctg j - - j signX sign(-1-XY)-n

где X f, (6i)/fj.(ci),

Y ctg(oC-oip).

Первый член правой ч ляется компонентой угло ности ДЦ (ot) и имеет вид

Cf(«i) напряжения Ug,| однозначно определяется вьфажением

Ч Ы агсс1в |4 4t л V06 J

IT . V ., f ,С T- Y sign| -f j(ot)J + Y(5)

При определении угловой погрешности фазовращателя

йЧ () М () (ct), (6)

где q) (el) - реальная характеристика

фаз овращателя, Cpjj.W - идеальная характеристика

фазовращателя, удобнее выбрать в качестве Cfua W смещенную пилообразную характеристику вида (3), чтобы совместить точки

„ гп РазрьшаЦ) () и q),3 () :

гп зрьшаЦ) () и q),3 () :

Cf цо ((i) агсс tg Гс tg (cc-oi.) 3L j

j sign -sin(ei-oipj

1.1,

a oip можно учесть как компоненту постоянной составлякяцей погрешности. При зтом йср (oi,) становится непрерывной функцией (с периодом 2 рад),

Подставив в (1) (7) и (5), получим

iq)U) -arctg j - - j signX sign(-1-XY)-n

(8)

где X f, (6i)/fj.(ci),

Y ctg(oC-oip).

Первый член правой части (13) является компонентой угловой погрешности ДЦ (ot) и имеет вид:

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах электропривода с фазовыми датчиками угла поворота двигателя. Целью изобретения является упрощение способа преобразования угла поворота вала фазовращателя в код. Сущность способа заключается в следующем. До начала преобразования угла поворота вала в код подают на первую входную обмотку фазовращателя одно гармоническое напряжение и, изменяя угол поворота вала фазовращателя (например, через 10 град) в пределах полного оборота, измеряют амплитуду напряжения,на его выходе, формируя таким образом первую последовател ность измеренных амплитуд. Подают на вторую входную обмотку фазовращателя другое гармоническое напряжение, ортогональное одному, и, изменяя угол поворота вала через равные углы, измеряют амплитуду напряжения на выходе фазовращателя, формируя таким образом вторую последовательность измеренных амплитуд. Находят первые гармоники полученных последовательностей и определяют отклонение точки перехода через ноль первой гармоники второй последовательности амплитуд от начальной идеальной, в качестве которой используют сдвинутую по фазе на it/2 первую гармонику первой последо- вательности измеренных амплитуд. Определяют постоянную поправку по фазе В по формуле , sinuCf /U, гд е U,- амплитуда первой гармоники второй последовательности; uq - отклонение от точки перехода через ноль от идеальной, и - амплитуда входного гармонического сигнала, определяют коэффициент С нормирования его амплитуды по формуле С U,j, /и вносят указанные выше поправки во входной сигнал одной из входных обмоток двухфазного фазовращателя и осуществляют преобразование угла поворота вала фазовращателя с двухфазным питанием в код известными способами, например путем формирования во времени кодовой шкалы. 1 ил. (Л СП 00 ;о со

Щ,М -arete f ;) sin(ef.)-f (еб) cos(oC-o,) .. f« (Л) cos(oi.-otp)+fj(ci.). sin(ei-oip) Подставляя (4) в (9), получим

ЛЦ , (ei) -arctg . (cl) sin()-uf.(it.) cos() ,,.

,.«o«/ 4.: () cos(oi-otp)

COSodp+&f,

so

где uf, ((,t)uf, (ot)/U, uf(oL)if(e6)/ /U - относительные искажения последовательности амплитуд, приведенные к амплитуде идеального сигнала.

Если выполняется условие дс

(cosotp),, ((c(.)+Qf|(ci)),,(1t)

«

то аргумент арктангенса в (15) будет ограниченным по модулю, а uCf, (об) непрерывной функцией об с перио 2. В этом случае оставшиеся р ные компоненты в (8) полностью пенсируют друг друга при всех полная погрешность м (oi) опре ся только &ср, (ot).

Если относительные искажени последовательностей амплитуд н .восходят величины 5,. :

непрерывной функцией об с периодом 2. В этом случае оставшиеся релейные компоненты в (8) полностью компенсируют друг друга при всех od , а полная погрешность м (oi) определяется только &ср, (ot).

Если относительные искажения последовательностей амплитуд не пре- .восходят величины 5,. :

|bf,( TO справедливы оценки:

KpUKc-lbfjC)

,; ),,:

MO КС

макс u 1-7

loCpl ,.„„,. I ; Ou

Iccs.)-) (12)

sinolp-uf, (oL) 8in(et.)+uft W- cos(« 6-iylp) . .x)

cosoCp+uf, (ol) cos(«t-oCp) + uf2W-.sinU-oip) -

X /3 - оценка погрешности

аппроксимации.

Чтобы погрешность аппроксимации ограничить допустимым значением необходимо ограничить допустимьй уровень искажений последо вательностей амплитуд

. 41 Г7---

S,

0,59(14)

ИЛ,ОП-р;

1+-(2

При ци 2% погрешность и составит единицы угл. сек. При 8 2% знаменатель (18) близок к единице при все всех ot . В выражение для & Ч, W он входит как сомножитель вида 1/X, который можно аппроксимировать линейной функцией X:

I « 2 - Х±1&,1

с погрешностью значения

1 , не превышающей 5

Ь.1

1п45 §и

Это позволяет еще более вьфажение для . ЛЦ, (oL) :

ql(c6)« sinoip(2-cosw;p)-2-,|l,25-cosoip uf, (d) sin(e6+pio)- -uf) cos(oc+fi,)+ if(oi-) + +Iff(r) sin ( 2.i,-2oip -l) ± U,

Ч 1

sin2etp-2sinoip ,

где po arctg 2coso p-cos2o(p

(с точностью до $ц /4), lull - оценка1 погрешности аппроксимации, которая при 5ц 2% имеет порядок 8 ,рад:

|AJ(u + b,(1+42) ,

. о р . Учитывая, что sinoip oipg- i

(2-co80lp) (1 +)V 2.|l,25-cosoip« (0,5+0,56i.) в выражении (20) можг

8

(jIfrUmf U))MaKC .

При малых Su правую часть (10) можно аппроксимировать вьфажением

arcctg X X - Х /З и тогда

HO вьщелить главный член угловой погрешности (с учетом смещения начала отсчета ):

Л|С(|бб),рада iifj,(i) cos(ei-oip)- -if (si,) sin(oc-oif) + faa-r(16)

имеющий порядок -j2Sy, и оценить общую дополнительную погрешность от всех аппроксимаций и отброшенных слагаемых значением

28, рад.

Влияние гармоник искажений моду- лирующих функций &f ,(ei.) и &f2(oL) на угловую погрешность фазовращателя в первом приближении (16) можно оценить отдельно для каждой гармоники (с суммированием результатов). Каждая п-я гармоника искажений хотя бы в одной из модулирующих функций вызывает (N+1)-ю и (Н-1)-ю гармоники в кривой угловой погрешности фазовращателя, а постоянная составляющая в модулирующей функции дает первую гармонику в кривой &с (nL) ,

В соответствии с (16) амплитуду N-й гармоники utf (оС) в первом приближении можно выразить через амплитуды вь11зь1вающт1 е гармоник искажений uf, (оС) и f(cL) с номерами (п+1) и (п-1):

iQn

рад

(17)

0

Стц 2 Ч S с 5

где ()ip(Ai, +А2„., ., -В,„., ) + +sineip(A,, +А,„., +Вгп-1 );

.Рс.(А,„., -А,, +В2П-, +В2„., ) + +81пЫр(Аа„,, -Аг„., +В,

Ml ).

В

Vint

2ht(

5

- соответственно амплитуды синусной и косинусной составляющих (п+1)-й гармоники искажений Af, (Я) и Uf,(o6).

Угловая погрешность от неравенства амплитуд и неортогональности основных гармоник модулирующих функций имеет вид постоянной составляющей и второй гармоники ы, :

uif U)i (A,, +В,, )-t-(Bj, -А„ )2. sin(/p + (,;,) + I,j(A2,-B,, )г + (В,+А„ )2,- . sin(2«t-oip+(pj)t(,2 Gr,+2S ), (18) 10

где

V, arctg В,,,-А„ /А,+В„ ; Vi arctg Вд,+А„ /А,,-В„ , Ооц - оценка относительных искажений каждой из модулирующих функций.

Принимая первую гармонику одной из модулирующих функций за идеальный сигнал (А„ В,, 0), можно представить амплитуду второй гармоники угловой погрешности в виде

4n,li

(19)

При точности установки фазовращателя порядка ±1 град, вторая гармоника угловой погрещности будет преобладающей в кривой йс| (dl), при ,1%.

При компенсации второй гармоники угловой погрещности путем изменения амплитуды и фазы напряжения, питающего одну из входных обмоток фазовращателя, относительно идеального сигнала, в качестве которого используют первую гармонику напряжения, питающего другую входную обмотку фазовращателя, напряжение на выходе фазовращателя определяется выражением

,,, f, (Ы)А sincot+B coswt -f j (ы-) со sot

где A и В - коэффициенты, характеризующие изменение напряжения, питающего первую входную обмотку фазовращателя, относительно идеального сигнала. Преобразуем (20) к виду

UBDIX f ( W A.sinQt- f2(ct) - -В f, (et,) cosCOt(21)

и сравним (21) с (9). Такое сравнение показывает, что изменение входного напряжения, питающего одну из входных обмоток фазовращателя, равносильно некоторому преобразованию исходных модулирующих функций f,(oJ.) и fi((L) в эквивалентные, причем они являются параметрами такого преобразования

f,3,bU)A f,U)

2 Kft

(e6)fj(et)-B f,(6t).

(22)

Соответственно происходит и преобразование искажений модулирующих функций в эквивалентные:

if

Af

9К9

(ot.)A-&f, (ct)-(l-A) cosci;

7ЭК6 IoC)ifi(e6)-B coset-Buf, (oi)

которые и определяют угловую погрещ- ность фазовращателя согласно (16). 15 Как видно из (23), амплитуды гармоник эквивалентных искажений линейно связаны с соответствующими амплитудами гармоник исходньк искажений модулирующих функций:

Чэ.

А,А, А2,,г -ВА,

п )

В,эп-В,„А; В, д) при ,

БП, АВ„-(1-А), В2Э, В, -В-ВВ,,

Параметры А и В можно выбрать такими, чтобы свести к нулю амплитуду второй гармоники угловой погрешности, определяемую по (24) для эквиваентных искажений. Условия компенсации согласно (15) имеют вид:

21,- В«э

В.

(25)

35

-А,. ,

откуда, используя (24) при А,, В,, 0, получим требуемые значения параметров :

1+А

21

cosucp,

и«

(26)

) 40

В Во

Uji sin ACPji

11Tj

Um

Преобразователь угла поворота вала фазовращателя в код, реализующий предлагаемый способ, работает следующим образом.

45 Генератор 1 импульсов вьфабаты- вает тактовые импульсы, которые поступают на вход делителя 2 частоты. Параллельньй код с делителя 2 частоты поступает на управляемь{й фазосдви- гающий блок 3, которьш с целью повышения точности преобразования угла поворота вала фазовращателя в код за счет компенсации погрешностей фазовращателя обеспечивает дополнительньй компенсирующий фазовый сдвиг напряжения, подаваемого на одну из входных обмоток фазовращателя (например, первую). На управляющий вход управляемого фазосдвигающего блока 3 по50

55

дают параллельный код задания компенсирующего фазового сдвига, соответствующий дополнительному компенсирующему фазовому сдвигу, определяемому коэффициентом В, получаемым предварительно для каждого образца фазовращателя. Код задания формируется блоком 8 задания фазовых сдвигов .

1

Импульсные сигналы с выходов делителя 2 частоты и управляемого фа- зосдвигающего блока 3 поступают на блоки.4 и 5 формирования гармонических сигналов, где они преобразуются в два синусоидальных напряжения, причем в одном из формирователей при выполнении его в виде активного фильтра для нормирования амплитуды выходного напряжения изменяют коэф- фициент усиления. Выходные напряжения блоков 4 и 5 вида U.U...sinfi)t

f - .. ™

cos(tOt+B), где А, В ии

коэффициенты, определяющие величину дополнительного компенсирующего фазового сдвига и коэффициент нормирования амплитуды С , подают на входные обмотки фазовращателя 6, на выходе которого образуется переменное напряжение, начальная фаза которого изменяется в зависимости от угла поворота вала фазовращателя Л ввда Ug, (G)t+t|)) , где U,Cf - соответственно амплитуда и фаза выходного напряжения фазовращателя 6. Выходное напряжение фазовращателя 6 Ujy поступает на нуль-компаратор 7, где на него формируются ; прямоугольные импульсы, поступакшще затем на блок .9, котор ый осуществля- ; ет синхронизацию выходного сигнала нуль-комйаратора 7 с частотой делителя 2 частоты. С выхода блока 9 синхронизации сигнал поступает на формирователь 10 импульсов, по выходному импульсу которого с выходов разрядов делителя 2 частоты, снимается код, соответствукнций углу поворота вала фазовращателя оС

Формула изобретения

Способ преобразования угла поворота вала фазовращателя в код, основанный на формировании последовательности импульсов в первый ступенчато нарастающий сигнал путем суммирования импульсов последовательности

за заданный интервал времени, формировании вторбго ступенчато нарастающего сигнала из первого, сдвинутого g относительно первого ступенчато на- растащего сигнала на четверть заданного интервала времени, формировании в моменты достижения максимальных значений первого и второго сту0 пенчато нарастающих сигналов двух последовательностей импульсов и последующем их преобразовании в пер- вьй и второй гармонические сигналы, преобразовании их с помощью фазо5 вращателя в третий гармонический сигнал, фаза которого пропорциональна углу поворота вала фазовращателя, формировании в каждом периоде третьего гармонического сигнала в момент

0 перехода через ноль из отрицательного значения в положительное прямоугольного импульса, по переднему фронту которого преобразуют величину первого ступенчато нарастающего

5 сигнала в код, соответствующий текущему значению угла поворота вала фазовращателя, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, в нем формируют четвертьй

0 гармонический сигнал, который перед началом формирования последовательности импульсов подают на первую входн обмотку фазовращателя, поворачивают его вал на один оборот, в

5 течение которого через равные углы измеряют амплитуду выходного сигнала фазовращателя, затем четвертый гармонический сигнал подают на вторую входную обмотку фазовращателя, пово0 рачивают вал на один оборот, в течение которого через равные углы измеряют амплитуду выходного сигнала фазовращателя, по амплитудам выходных сигналов фазовращателя за каж5 Дый из оборотов его вала определяют соответственно первую и вторую последовательности измеренных амплитуд и вьщеляют их первые гармонические составляющие, вычисляют отклонеQ ние точки перехода через ноль первой гармонической составляющей второй последовательности измеренных амплитуд относительно точки перехода через ноль первой гармонической сосg тавляющей первой последовательности измеренных амплитуд, сдвинутой на 90 относительно своего первоначального полсжения, вычисляют постоянную поправку по фазе В по формуле

13

и г, sin&M t.

«ij;

U,j, - амплитуда первой гармонической составляющей второй последовательности измеренных амплитуд;

ftcf, - отклонение точки перехода - через ноль первой гармонической составляющей второй последовательности измеренных амплитуд;

8973U

и„ - амплитуда четвертого гармонического сигнала, осуществляют дополнительный сдвиг с второго ступенчато нарастающего сигнала на время, пропор1№1ональное постоянной поправке по фа зе В, определяют коэффициент С нормирования амплитуды второго гармонк-ческого сиг- 10 нала по формуле С U, /U и изменяют амплитуду второго гармонического сигнала пропорционально коэффициенту С нормирования амплитуды.