Цифровой измеритель параметров движения Советский патент 1989 года по МПК G01P3/489 G01P15/08 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых системах измерений и регулирования скорости и ускоре- ния.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения одновременного вычисления скорости и ускорения.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенный импульсный датчик 1, логический элемент И 2, счетчик 3 импульсов, блок 4 формирования временных интервалов, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И 2 и входом формирователя 5, блок 6 последовательно соединен- ных регистров, элемент 7 задержки, первый 8 и второй 9 блоки умножения, в каждом из которых число схем умножения равно числу регистров блока 6 регистров, первый 10 и второй 1 блоки задания коэффициентов (могут быть выполнены в виде ПЗУ), первый 12 .и второй 13 блоки суммирования, кнопку 14 Сброс. Выход формирователя 5 соединен с синхровходами ре- гистров блока 6 регистров и входом элемента 7 задержки, выход которого подключен к входу сброса счетчика 3 и к синхровходам схем умножения блоков 8 и 9 умножения. Выход 1-го регистра ( ,2,. , . ,тп, где m - число регистров блока 6) подключен к первым входам 1-х схем умножения блоков 8 и 9 умножения, второй вход 1-й схемы умножения блока 8 соединен с i-м выходом первого блока 10 задания коэффициентов, а второй вход i-й схемы умножения блока 9 - с i-м выходом второго блока 11 задания коэффициентов, выходы первого бло

ка 8 умножения соединены с входами - первого блока 12 суммирования, а выходы второго блока 9 умножения -т с входами второго блока 13 суммирования, кнопка 14 Сброс соединена с входами сброса счетчика 3 и регистров блока 6. Выходы первого 12 и второго 13 блоков суммирования являются выходами устройства, на которых формируются соответственно коды значений скорости и ускорения.

В принцип работы устройства заложены формулы численного дифференцирования функции f (t), заданной на дискретном множестве равноотстоящих точек. Из теории известно, что многочлены :

Р0 (х) 1;

Р, (х) 1 - - х;

р (v) - 1 Јv +§ 2 .

I n-1 X + n(n-l) X

Р М - 2(2т+Ц

Рт.Дх- - (m+l)(n-n)

Р (Х} - -.steiaiil-

(т+тп-пО

образуют ортогональную систему на точках 0,1...п, где п - число точек аппроксимации функции. По системе многочленов (1) можно получить следующую формулу численного дифференцирования:

« fS (t) h Z AKf t-(h-k)h,

гпр д -f-CZi+iMbrlliiilbri 1)-, где A, -2-(i+nH.I)(i+h)(h+1)

P;(k)pf (h);

h - шаг квантования по аргументу tT функции f (Ј); S - степень производной. Например, при степени сглаживающего многочлена и количестве точек аппроксимации имеем следующие формулы приближенного вычисления производных степени S 1 и S 2:

f (t) ™ -29f(t-4h)+88f(t-3h) - - 48f(t-2h)-136f(t-h)+ I25f(t); (2)

f (t) - 2f (t-4h)-f (t-3h)- -2f(t-2h)-f(t-h)+2f(t),

(3)

-i

f(t)

или, представляя f (t) и рез разности первого порядка

f (t) -§4h (29U«- - 11 Д2 + 125 Д, ); 1

(4)

fh (2Д4- АЗ + Ь,+

fn (t)

/ ii

+ 2i, ),(5)

где Aj f t-(j-l) f t-jh, j - 1,2,3,4.

Работу устройства поясним на примере вычисления скорости и ускорения согласно формулам (4) и (5).

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы нажатием кнопки 14 Сброс счетчик 3 и регистры 6 обнуляются. В блоке 10 и 11 задания коэффициентов заносятся коэффициенты из выражений (4) и (5) соответственно

и

Н

7Ь2

1 7hT

7h

блок 11, блок формиров блок 10 и в вания временных интервалов формирует сигнал длительностью h, в течение которого импульсы с датчика 1 через схему 2 проходят на счетчик 3. При этом период дискретизации h выбирается в зависимости от требуемой точ0

5

0

5

ности. По окончании интервала h в счетчике формируется значение разности А для данного интервала, представляющей собой код углового пути (угла поворота) вала на данном интервале (т.е. число импульсов, сформированных датчиком на данном интервале).. По заднему фронту сигнала блока 4 формирования временных интервалов формирователь 5 формирует сигнал, поступающий на синхровходы регистров 6. При этом в (1+1)-й регистр переписывается информация с 1-го регистра, - 1,2,...,п, а в первый регистр заносится информация со счетчика 3. Этот же сигнал с формирователя 5 поступает на синхровходы всех схем умножения блоков 8 и 9 (величина задержки выбирается такой, чтобы обеспечить перезапись информации в регистрах) .

Сигнал с элемента 7 задержки обнуляет также счетчик 3. В схемах умножения первого блока 8 умножения осуществляется вычисление произведений

125 . 84ГД

-11- 5929

84h Ла ; ; 84h &

а в схемах умножения второго блока умножения - вычисление произведений

-Ь.

7h

- 2 А

Затем в первом бло- вычисляется значение

) йль (29U4- 59Дз- МЛ.

84h + 125Л, ),

а во втором блоке суммирования - значение ускорения

f (t) ™ (-2А4-ДЭ +At+2A,). Формула изобретения

Цифровой измеритель параметров движения, содержащий последовательно соединенные импульсный датчик, логический элемент И, счетчик импульсов, а также блок формирования временных интервалов, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И, последовательно соединенные первый блок умножения и первый блок суммирования, о т л и - чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения одновременного вычисления скорости и ускорения в него введены кнопка Сброс, формирователь, элемент задержки, последовательно соединенные второй блок умножения и второй блок суммирования, первый и второй блоки задания коэффициентов, блок последовательно соединенных регистров, число которых равно числу схем умножения, выходы регистров связаны с первыми i входами соответствующих схем умножения первого и второго блоков умножения , при этом вход формирователя соединен с выходами блока формирования временных интервалов, а выход - с синхровходами регистров блока регистров и входом элемента задержки, выход которого подключен к входу сброса счетчика и синхровходам схем умножения первого и второго блоков умножения, вторые входы схем умножения подключены к соответствующим выходам первого и второго блоков задания коэффициентов, выход счетчика импульсов соединен с информационным входом первого регистра блока регистров,

5 кнопка Сброс соединена с входами сброса счетчика и регистров блока регистров, выходы первого и второго блоков суммирования являются выходами устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых схемах измерения и регулирования скорости и ускорения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения одновременного и независимого вычисления скорости и ускорения с использованием формул численного дифференцирования функции, заданной на дискретном множестве равноотстоящих точек. Использование блока 6 последовательно соединенных регистров позволяет запомнить необходимое число кодов угловых перемещений за фиксированный интервал времени, которые при перемножении схемами умножения 8 и 9 на соответствующие коэффициенты, хранящиеся в блоках 10 и 11 задания коэффициентов, и последующем суммировании блоками 12 и 13 суммирования полученных произведений дают мгновенные значения скорости и ускорения. 1 ил.