Измеритель частоты вращения вала Советский патент 1991 года по МПК G01P3/489 

1

(21)4662162/24 (22) 13.03.89 (46)30.08.91. Бюл. М-32

(71)Новосибирский электротехнический институт

(72)А В. Богдашев, И. Э. Кан, М. С. Каплун, В. В. Климовицкая и П. Н Ковалев (53)531.771(088.8)

(56)Каретный О. Я и др. Системы оценки частоты вращения для фазового следящего электропривода - Электротехническая промышленность, сер 08 Комплектные устройства управления электроприводами. Электропривод. Обзор, информ, 1987,Вып. 1 (17), стр. 7, рис. 2.

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электроприводов, например, металлорежущих станков, лентопротяжных механизмов. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты вращения вала за счет

увеличения диапазона измеряемых частот. Г 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, которая поступает на вход СЧ 2 и на вход блока управления На выходе СЧ 2 формируется двоичный линейно нарастающий код с частотой fo, поступающий на входы формирователя (Ф) 3, инвертора (И) 9 и вход данных блока регистра (БР) 10. На выходе Ф 3 формируется система синусоидальных напряжений для запитки ВТ 4 Система выходных напряжений ВТ 4(3) поступает на вход блока нуль-ор- ганов (БНО) 5 На выходе БНО 5 формируется п/2 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых одна относительно другой на угол Ду9. Напряжение с выхода БНО 5 поступают на вход формирователя 6, с выхода которого сигналы поступают в БУ и ВУ. Блок управления вырабатывают сигналы, управляющие работой вычислителя. На выходе вычислителя появляется код. пропорциональный измеряемой скорости

со

С

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электроприводов, например, металлорежущих станков, лентопротяжных механизмов. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты вращения вала за счет увеличения диапазона измеряемых частот. Г 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, которая поступает на вход СЧ 2 и на вход блока управления. На выходе СЧ 2 формируется двоичный линейно нарастающий код с частотой F₀, поступающий на входы формирователя (Ф) инвертора (И) 9 и вход данных блока регистров (БР) 10. На выходе Ф 3 формируется система синусоидальных напряжений для запитки ВТ 4. Система выходных напряжений ВТ 4(3) поступает на вход блока нуль-органов (БНО) 5. На выходе БНО 5 формируется N/2 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых одна относительно другой на угол Δφ. Напряжение с выхода БНО 5 поступают на вход формирователя 6, с выхода которого сигналы поступают в БУ и ВУ. БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАБАТЫВАЮТ СИГНАЛЫ, УПРАВЛЯЮЩИЕ РАБОТОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ. НА ВЫХОДЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ ПОЯВЛЯЕТСЯ КОД, ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРЯЕМОЙ СКОРОСТИ.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации скорости электроприводов, например, металлорежущих станков, моделирующих стендов, лентопротяжных механизмов и т,д,

Целью изобретения является повышение точности измерителя частоты вращения вала за счет увеличения диапазона измеряемых частот.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя частоты вращения вала, на фиг. 2 - функциональная схема блока

нуль-органов, формирователя импульсов, блока регистров; на фиг. 3 - функциональная схема устройства управления;на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу измерителя частоты вращения вала.

Предлагаемый измеритель частоты вращения вала (фиг. 1) содержит генератор 1 опорной частоты (Г), счетчик 2 (Сч), формирователь 3 гармонических сигналов (ФГС), вращающийся трансформатор 4 (ВТ), блок 5 нуль-органов (БНО), формирователь б импульсов (ФИ), блок 7 управления (БУ), вычислительное устройство 8 (ВУ), состоящее из

о VI

00

о

00

со

инвертора 9 (И), блока 10 регистров (БР), сумматора 11 (С), выходного регистра 12 (Р). Выход Г 1 подключен к входу Сч 2 и второму входу БУ 7, выход Сч 2 подключен к третьему дополнительному входу БУ 8 и через ФГС 3 к входу ВТ 4, выход которого через БНО 5 подключен к входу ФИ 6, дополнительный вход которого подключен к дополнительному выходу Сч 2, причем выход ФИ 6 подключен к первому входу БУ 7 и к входу ВУ 8. Кроме того первый выход БУ 7 подключен к первому дополнительному входу ВУ 8, а второй выход БУ 7 - к второму дополнительному входу ВУ 8. при этом вход данных БР 10 объединен с входом И 9 и образует третий дополнительный вход ВУ 8, Вход управления третьим состоянием БР 10 образует вход ВУ 8, первый дополнительный вход которого образован входом синхронизации БР 10, выход которого подключен к первому входу С 11, второй вход которого подключен к выходу И 9. Выход С 11 подключен к входу данных Р12. вход синхронизации которого образует второй дополнительный вход ВУ 8, а выход Р 12 образует выход вычислительного устройства.

Исполнение блоков БНО 5, ФИ 6, БУ 7, БР 10 зависит от выбранного числа и каналов формирования кода N частоты вращения. В общем случае БНО 5 включает в себя п/2 снабженных входными фазосдвигаю- щими цепями компараторов, например для четырех каналов НО 13, 14 (см, фиг. 2). БУ 7 (см. фиг. 3) включает в себя логический элемент 4 И-НЕ ЛЭ 15, п одновходовых элементов НЕ ЛЭ 16-19 и п+1 двухвходовых логических элементов 2И-НЕ ЛЭ 20-24 ФИ 6 включает в себя четыре синхронных триггера Т 25-28 и п двухвходовых логических элементов2И-НЕ ЛЭ29 -32. БР Ювключает в себя п регистров с тремя выходными состояниями Р 33-36.

Измеритель частоты вращения вала функционирует следующим образом.

П вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов (см. фиг. 1)с частотой fr, которая поступает на вход Сч 2 и вход БУ 7. На выходе Сч 2 формируется двоичный линейно нарастающий код (цифровая пила) с частотой

fo

Jr

N;

где No объем Сч 2, поступающий на входы ФГС 3, И 9 и вход данных БР 10. На выходе ФГС 3 формируется система синусоидальных напряжений для запитки ВТ 4

Us UMaKc Sin Ubt,

Uc -Умакс.соз ah t,(1)

где Умакс амплитуда напряжения на входе ВТ 4;

5гд-, - угловая частота запитки ВТ 4.

численно равная

2лтс

(

5

0

5

0

5

На выходе ВТ 4 имеем систему напряжений

.Maitc.Sln( OAjt ± pfy), UBTS UBTMeKC COs(Mot ±рвр), (2)

где UBTMBKC - амплитуда выходного напряжения ВТ 4;

Р - число пар полюсов ВТ 4, для упрощения примем

вр - геометрический угол между осью синусной входной обмотки ВТ 4 и осью синусной выходной обмотки.

Система выходных напряжений ВТ 4 (3) поступает на вход БНО 5. В общем случае для n-канальной системы БНО 5 состоит из п/2 двухвходовых компараторов, входы которых образованы двумя весовыми резисторами Rsi и Rci, причем синусная составляющая выходных напряжений ВТ 4 приходит на Rsi, косинусная на RC|. Величины сопротивлений выбираются в соответствии с выражениями

, sin ./я

Rci 1/R6cosy i, где Re - величина базового сопротивления,

у Л I

где 1 1п/2;

QЛу - угол сдвига между соседними

выходными сигналами суммирующих компараторов, численно равный

45

Лу

360Р

При этом в соответствии с известными тригометрическими соотношениями (см. Г. Б. Двайт. Таблицы интегралов и другие ма- тематические формулы М., Наука, 1983. с. 53, п. 401.2) выходное напряжение 1-го компаратора будет иметь вид

DMOI - sign ( р (3)

+ -U-9bs- ) RCI

sign Re UniMPxr sln( ik) t ± ftp -4- (f )

(

Таким образом, на выходе БНО 5 формируется п/2 последовательностей прямоугольных импульсов, сдвинутых одна относительно другой на угол Л/.

Для наглядности изложения материала рассмотрим четырех канальный измеритель частоты вращения вала. В этом случае, как уже описано. БНО 5 состоит из двух нуль-органов НО 13, НО 14. На выходе БНО 5 образованном выходами НО 13 и 14, формируются напряжения (см. фиг. 4).

UH01 Slgn UBTMaKcSin( OJbtt р), UH02 Slgn UoiMaKcCOs( ftfe t+ p). (4)

Напряжения (4) поступают на вход ФИ 6, образованный входами данных Т 25 и Т 26. Перезапись данных с входа триггера на его выход осуществляется по положительному фронту напряжения Ui, поступающего с дополнительного выхода Сч 2, причем частота fi напряжения Ui равна

fi

fr

2

На выходах Т 25-28 формируются сигналы 11)25, UT26. UT27, ит28(см. фиг. 4), поступаю- щие на соответствующие входы ЛЭ 29-32, выполняющие функцию 2И-НЕ. на выходах которых формируются сигналы , LL Ц, L2 соответственно (см. фиг. 1-4). Зги CHI налы поступают г. БР 10 на входы управления третьим состоянием (см. фиг. 2) соответственно ре остров Р 33-36 и на вход ВУ 7, образованный ЛЭ 15 19, на выходе БУ 7 формируются управляющие сигналы L, L 5 (см. фиг. 3, фиг. 4). Управляющие сигналы L поступают в БР 10 на входы синхронизации регистров Р 33 -,Ь; сигнал Ь; поступает в ВУ 8 чз вход синхронизации Р 12.

Вычислительное n-кзнальное устройство работает следующим образом. В момент прихода i-ro импульса (момент ti, см, фиг. 4) последовательности импульсов Li на вход управления третьим состоянием Р 33 на его выходе устанавливается значение N Jl- fl, записанное во внутреннем триггере

Ni

, -,, f

jTr

(5)

которое Г Ост/пает на первый вход цифрового суммыора С 11. на торой вход которого поступает проинвеотированный на И 9 ли- нарзстзющиг код с выхода Сч 2. В момент положительного фронта I- ги импульса (момент тг) последопательности импульсов на синхронизирующий вхор Р ПЗ нэ его выход neps.-чисыЕиется новое значение , соответстпующее

Ok)

fr

(6)

По окончании i го импульса последовательности Li (установленные на входе управления третьим состоянием логической 1) выход Р 33 переводится в высокоимпен- дансное состояние. Одновременно с приходом положительного фронта 1-го импульса последовательности Li на вход синхронизации Р 12 приходит положительный фронт 1-го импульса последовательности импульсов L 5. В этот момент т.2 происходит перезапись значения N//;i i с выхода С 11 на выход Р 12

N i l Ni l-1 -Nifl. (7)

Подставляя значения (5). (6) в выражение (7). получаем код скорости для первого сигнала

2лгт

25 W 1 I -йьТЙГ+Ъ ПТ)- (

(8)

При появлении К-ro импульса последовательностей Li и аналогичным образом работает второй канал. По положительному фронту К-го импульса последовательности Lr, происходит перезапись к од л скорости на выход Р 12 (момент времени ts. см. фиг. 4).

и™ ,тг2л-Г.

)

Аналогично работают остальные каналы ВУ 8. Таким образом, дискретность по времени ВУ 8 обусловлена частотой ton следования импульсов последовательности Ls, а дискретность работы каждого канала определяется частотой foi. причем

45

f уоп

foi -- ,

(9)

где л - количество независимых каналов ВУ 8. Это позволяет при фиксированной частоте опроса ton снизить частоту питающих ВТ 4 напряжений и за счет этого увеличить ди- йгззон измеряемых частот.

Формула изобретения 1. Измеритель частоты вращения вала, содержащий последовательно включенные генератор импульсов, счетчик, формирова тель гармонических сигналов, вращающийся трансформатор, блок нуль-органов, формирователь импульсов и вычислительное устройство, выход которого является

выходом измерителя частоты вращения, о т- ли чающийся тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения диапазона измеряемых частот, в него введены блок управления, при этом блок нуль-органов и формирователь импульсов выполнены многоканальными, а формирователь импульсов снабжен дополнительным входом, соединенным с дополнительным выходом счетчика, выход формирователя импульсов соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход блока управления подключен к первому дополнительному входу вычислительного уст- ройства, второй выход устройства управления соединен с вторым дополнительным входом вычислительного устройства, третий дополнительный вход которого соединен с выходом счетчика.

Фиг Л

L

Фиг.З