Датчик углового положения и скорости вращения вала Советский патент 1991 года по МПК G01P3/489 

1

(61)1615619 (21)4766606/10 (22)05.12.89 (46)30.11.91. Бюл. №44

(71)Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники

(72)С.И.Богомолов (53)531.767(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1615619, кл. G 01 Р 3/489, 1988.

(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ И

СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве совмещенного датчика углового положения, скорости и ускорения вращения вала в системах автоматического управления. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Цель достигается за счет введения последовательно соединенных четвертого регистра, блока инверторов и второго сумматора, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный ускорению. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в качестве совмещенного датчика углового положения, скорости и ускорения вращения вала в системах автоматического управления и является усовершенствованием основного изобретения по авт.св. № 1615619.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Датчик углового положения и скорости вращения вала содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, первый счетчик 2, формирователь 3 опорных сигналов, фазовращатель 4, первый нуль- орган 5, первый регистр 6, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам первого счетчи-. ка 2, а выходы первого регистра 6 являются выходами кода углового положения вала, а также подключенные к выходу генератора 1 импульсов последовательно соединенные первый ключ 7, второй счетчик 8, второй регистр 9. Вход разрешения записи последнего подключен к выходу формирователя 10 задержанных импульсов, входом подключенного к выходу первого нуль-органа 5, вторым выходом подключенного к установочному входу второго счетчика 8, а третьим выходом подключенного к одному из входов триггера 11. Второй вход последнего подключен к выходу первого нуль-органа 5, а выход подключен к управляющему входу первого ключа 7.

К выходу фазовращателя 4 подключены последовательно соединенные фазовый контур 12, второй нуль-орган 13, второй триггер 14, второй ключ 15, третий счетчик 16, третий регистр-17, первый сумматор 18. Вторые входы последнего подключены к выходам блока 19 начальных условий, а выходы первого сумматора 18 являются выходами кода скорости вращения. К выходам второго регистра 9 подключено пороговое устройство 20, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 21. Сигнальные входы последнего подключены к старшим разрядам второго регистра 9 и первого сумматора 18 соответственно.

ел го

00 W

,

к

Устройство содержи г также подключеные к выходам основного сумматора послеовательно соединенные информационными ходами четвертый регистр22, блок 23 инвероров и второй сумматор 24, выходы которого вляются выходами кода ускорения вращения вала, а вторые входы подключены к выодам первого сумматора 18. Вход записи етвертого регистра 22 подключен к выходу первого нуль органа 5.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов формирует последовательность импульсов с частотой FT. Счетчики 2 выполняют функцию деления частоты генератора 1. Формирователь 3 опорных сигналов вырабатывает из выходных периодических сигналов счетчика 2 опорные напряжения фазовращателя 4 с частотой FO, равной FT/N, где N - емкость счетчика 2. Ротор фазовращателя 4 закреплен на исследуемом валу, в результате, фаза выходного напряжения фазовращателя 4 несет информацию об угле поворота вала. Нуль-орган 5 формирует из выходных синусоидальных сигналов фазовращателя прямоугольные периодические сигналы, по фронту которых осуществляется запись кода счетчика 2 в регистр 6, в котором фиксируется код текущего углового положения вала.

По фронту выходного сигнала нуль-органа 5т PHI гер 11 переходит з нулевое состояние и, воздействуя на управляющий вход ключа 7, прекращает поступление импульсов генератора 1 на счетный вход счетчика 8, Фронт выходного сигнала нуль-органа 5 запускает также формирователь 10 задержанных импульсов, который выдает на своем первом выходе импульс через время, достаточное для завершения распространения переносов в счетчике 8. По этому импульсу происходит перезапись кода счетчика 8 в регистр 9.

Второй импульс формирователя 10 задержанных импульсов, воздействуя на входы предустановки счетчика 8, осуществляет запись в него кода, соответствующего интервалу времени между фронтом импульса нуль-органа 5 и началом импульса на третьем выходе формирователя 10 задержанных импульсов. Этот импульс поступает на установочный вход триггера 11 и переводит его в единичное состояние, в результате чего открывается ключ 7 и импульсы генератора 1 вновь поступают на счетный вход счетчика 8.

Таким образом, в регистре 9 в начале

каждого следующего периода выходного

сигнала нуль органа 5 фиксируется код разности периодадТ Т-Т0, определенной в предыдущем периоде выходного сигнала нуль-органа 5, где Т - период сигнала на выходе нуль-органа 5; Т0 - номинальная

длительность периода, т.е. Т0 - 1/F0. При AT Т0 отклонения частоты i пропорционально отклонению периода, код которого фиксируется в регистре 9. Так как счетчик 8 имеет разрядность на единицу большую

разрядности счетчика 2, поэтому старший разряд счетчика 8 несет информацию о направлении вращения вала.

С выхода фазовращателя 4 гармонический сигнал поступает на .фазовый контур

диапазоне почти постоянна. Так как фаза колебаний на выходе фазового контура 12 несет информацию о частоте напряжения на выходе фазовращателя 4 и, следовательно, о скорости вращения ротора фазовращателя 4. Нуль-орган 13 формирует из выходных сигналов фазового контура 12 прямоугольные периодические сигналы, по фронту которых триггер 14 переводится в единичное состояние, пропуская при этом через ключ

15 на счетный вход счетчика 16 импульсы генеоатора 1. Триггер 14 в нулевое состояние переводится импульсом с выхода нуль- органа 5, прекращая прохождение импульсов генератора 1 ча счетчик 16. В

результате, в счетчике 16 будет зафиксировано количество импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу сигналов с выходов фазовращателя 4 и фазового контура 12.

По фронту задержанного, импульса с первого выхода формирователя 10 задержанных импульсов коде выхода счетчика 16 будет переписан в регистр 17, а затем по фронту импульса с второго выхода формирователя 10 задержанных импульсов счетчик 16 будет очищен, подготавливая следующий период обработки сигнала.

Выходные разряды регистра подключены к входам первого слагаемого первого

сумматора 18, на входы второго слагаемого которого подаются логические потенциалы с выхода блока 19 начальной установки. На выходах блока 19 начальной установки задается код, равный разности емкостей регистра 17 и первого сумматора 18 и кода, зафиксированного в регистре 17 при неподвижном роторе фазовращателя 4. Следовательно, на выходах первого сумматора 18 (без использования сигнала с выхода переноса первого сумматора 18) при этих условиях будет зафиксирован код, равный нулю. Соответственно, при вращении фазовращателя 4 на выходе первого сумма - тора 18 будет зафиксирован код, пропорци- ональный скорости вращения вала. При вращении вала в противоположную сторону код, пропорциональный скорости вращения вала, следует читать в обратном коде.

Код знака направления вращения фик- сируется на выходе коммутатора 21, управляемого пороговым устройством 20. На входы порогового устройства 20 поступает код грубого отсчета скорости вращения с выходов регистра 9. Если абсолютная вели- чина кода скорости превышает пороговое значение, на выходе порогового устройства будет зафиксирован логический потенциал, который поступает на управляющий вход коммутатора 21, на сигнальные входы кото- рого поступают сигналы с выхода знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости и старшего разряда первого сумматора 18. При скоростях вращения вала, превышающих пороговое значение на выходах кода направления вращения вала через коммутатор 21 проходит сигнал с выхода знакового разряда регистра 9 грубого отсчета скорости. Если скорость вращения вала не достигает порогового значения, на выход кода направления вращения поступает код старшего разряда первого сумматора 18, при малых скоростях вращения вала однозначно указывающий направление вращения.

С выходов первого сумматора 18 код скорости вращения поступает на входы

второго сумматора 24, а также на информационные входы регистра 22. На вход записи регистра 22 поступает сигнал с выхода нуль- органа 5, по фронту которого информация из первого сумматора 18 переписывается в регистр 22. Через интервал времени, определяемый задержкой с первого выхода формирователя 10 задержанных импульсов, в регистре 18 будет зафиксирован код соответствующий текущему значению скорости вращения вала. С выхода регистра 22 код, соответствующий скорости вращения вала в предыдущий отсчет, через блок 23 инверторов подается на вторые входы второго сумматора 24. В результате, на выходе второго сумматора 24 формируется код, пропорциональный разности скоростей в момент текущего и предыдущего отсчетов. Так как интервал времени между отсчетами можно в первом приближении считать постоянным, то код, формируемый на выходе дополнительного сумматора, будет пропорционален ускорению вращения вала.

Формула изобретения Датчик углового положения и скорости вращения вала по авт.св. № 1615619, от л и- чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства в него введены последовательно соединенные четвертый регистр, блок инверторов и второй сумматор, причем к выходам первого сумматора подключены информационными входами четвертый регистр и вторые входы второго сумматбра, а вход разрешения записи чет вертого регистра подключен к выходу первого нуль-органа.

3

го

zt

Т

Ш

19