Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/04 

Изобретение относится к преобразователям аналоговой величины, в частности углового перемещения, в цифровой код и может быть использовано в измерительной технике и автоматике.

Известны преобразователи угловых перемещений в цифровой код.

Один из известных преобразователей содержит аналоговый датчик, подключенный ко входу электромеханического компенсационного элемента-фазовращателя, вал которого кинематически соединен через редуктор с исполнительным электродвигателем и с кодовым датчиком угла, а выход электрически соединен через согласующий усилитель-формирователь с обмоткой управления исполнительного электродвигателя l.

Такие преобразователи, как известно, имеют несложную конструкцию, содержат cтaндapтн Ie, такие широко используемые элементы, как электродвигатель, усилитель, электромеханический компенсационный элемент и обеспечивают высокую

статическую точность преобразования благодаря высокой точности электромеханического компенсационного элемента.

Однако существенными недостатками известных преобразователей, являются низкое быстродействие- и большая погрешность преобразования в динамике, обусловленные инерционностью исполнительного электродвигателя, технологическими погрешностями узлов электромеханической следящей системы (люфтом в редукторе, трением и т. д.), вибрациями и автоколебаниями компенсационного элемента.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является преобразователь угла поворота вяла в код, содержащий генератор опорного сигнала, подключенный к синусно-косинусному датчику, выход которого подключен к электромеханическому компенсационному элементу, кинематически связанному с двигателем и кодовым датчиком угла, выход кодового датчика уГл; подключен R одному входу цифрового сумматора, избирательный усилитель, выход которого подключен к блоку управления, выход блока управления подключен к другому входу цифрового сумматора, усилитель мощности, подключенный к двигателю 2. В этом преобразователе для умень шения динамической ошибки сигнал переменного тока, пропорциональный углу рассогласования между аналоговым датчиком и электромеханическим компенсационным элементом, после усиления н выпрямления в согласующем блоке преоб рЬзуется по амплктуйе в код, который с)5гммируется с кодом углового датчика, устаношгенного на валу компенсационного элемента. Величина динамической погрешности да)ного преобразователя зависит от ста бильности Опорного напряжения, поступа ющего на вход синуско-косинусного датчйка, от стабильности коэффициентов усиления и линейности характеристик иебира тель.ного усилителя и блока ynpa&neitusi. Точность таких преобразователей мв.о г-их, практических случаев ик кспользова ння бывает HeuociaTOHKOli. Целью изобретения является повышени точности пре5з€разоват-еля. ПостаБлегкпая цель, достигается тем что в преобразователь угла поворота в Код, введены блок г.среобрааования кода в напряжение, делитель напряжэкия и аналоговый сумматор, входы блокя пре образования кода в напряжение подщтюче ны к выходам генератора опорного сигнала и блока управления, выход подключен к усилителю, мощности и через целитель напряжения к одному входу аналсгов.ого сумматора, другой вход когорого соеди--иен с выходом электромеханического пенсационного элемента, а выход пов.клю- чен к избирательному усьчителю. Структурная схема преобрааователз представлена на чертеже. Преобразователь содержит синусно™ косинусный датчик 1, генератор 2 опорного сигнала, электромеханический компенсационный элемент 3, блок 4 преоб- рааоЕакия кода в напряжение, блок 5 уп равления, ссютоящий, например, из по ::яе« аовательно включенных преобразователя напряжение-частота и реверсивного счетчика, делитель 6 напряже:-5Ий, редуктор 7 избирательный усилитель 8, двигатель 9 кодовый датчик 10 угла, аналоговый сум матор 11, цифровой сумматор 12, усили тель 13 мощности. Многопа юсный сипуснс -косикуспый атчик 1 (СКД) установлен на измеряеом валу и апектрически соединен с соотетствуют ими т:,-4 одамн эпектромеханкчес- ого компенсационного элемента 3, выолненного, например, в вице авухпол:юсого СКД - приемникь. Электромеханичес ий компенсационнь.й элемент 3 кинэма ическ{4 соединен с двигателем 9 Е с коовым датчиком 10 угла. Выход генера™ ора 2 подключен к датчику 1 и блоку 4 реобразозания кода Е напряжение. Преобразовагель работает слепующим бразом. На sbiXOAe компенсацнонного элемента 3 формируется сигнал переменного тска, пропорциональный :ш агигшитуце yrsrj р&с огласования м-зжку датшком 1 и гсомпеч™ сационным элементом 3. Этот сигнйп рассогласоБания черэо сумматор 11 пос ле усиления в избирательном усш.г , еле S поступает на вход блока 5 управлеь-:йя. При Боадействки сигнала рассогласо аания на вьтходе блокз. 5 управления фор мйруетсй изменяющийся во времени циф ровен код, поступающий на вход блока 4 преобразования кода в напряжение, в . котором формируется сигнал переменно го 7ока, амплитуда которого прсзпорцио- Нйльно изменяется в соответсгвии с вы- л.одкым кодом блока 5 уп.раЕ-лекия, а фа. еа - противопопожпа знаггу сигнала рас согласован):1я, сг юрмнрованцого на вылоде аиалоговоГо сумматора 11. ГТргт тгулевом выходном коде блока 5 управления амп™ лнтуда выxoн u гo сигиала бпокс 1 рэсна нулю, а при максимальном: блоиа 5 упраБ-цсния -- максимальна и равыа амп. литудэ oiicauoro сигнала генератора 2., BbEXOu/ioii сигнал блока 4 постуиает соотвотственнс на обмотку уцрашгения йвигагеля 9 и «ереа делитель 6 напряжения; на второй вход аналогового сумма. тора 11. При неподвихдном датчике 1 сигнал рассогласования на выходе компенсационного элементе 3 pfiaeH нулю. Динами. ческая погрешность отсутствует. При этом равны нугао и выходные сигналы аналогового сутлматора 11, ускпятепя 8 бпоК. 5 управлен1;я м блока 4 преобразования кода в напря;ке 1ш. Двнгатель 9 неподвижен, а вь;ходисй код пат--чика 10 угла равен иэыеряемовд вала датчика 1, В динамике при изменении у г/о :О соположения вала датчика 1 на вьгхоце компенсац онного элемента 3 подвл.ся сигнал рассогя&соБвния. Под воздействием сигнала рассогласования в блоке 5 управления форгл руегся изменяющийся во времени от нуля до д Q код, который пропорционально изменяет и амп литуду выходного сигнала блока 4 ог нуля до Д и . Выходной сигнал блока 4 в аналоговом сумматоре 11 в противофазе суммируется с сигналом рассогласов&ния. В результате через временной промежуток А,{ выхоцной сигнал блока 4скомпенсирует до нуля сигнал рассог™ ласования и блок 5 управления отключит ся. На вьпсоде блока 5 управления зафиксируется коя, пропорциональный по моду.™ лю сигналу рассогласования, а на выходе блока 4 сформируется сигнал, переменного тока; пропорциональный коду блока 5 управлания. Время задержки .4li , в течение кото рого произойдет автоматическая компен«. сация Б сумматоре 11 сигнала рассогласования, практически будет определяться инерционностью элементов блока 5 управления. Выходной код блока 5 упраа;;е;и я, про порциональный динамической погрешносги, поступает также в цифровой сумматор 12 Б котором осуществляется алгебраическое суммирование кода цатчика 10 угла и ко да, пропорционального цииамической погрешности. В резулыате через время за держки Atj на выходе цифрового сумматора 12 будет кои, пропорциональный .амерк1 лому углу. Поскольку сигнал на выходе ускпителя 8 практически буя&г равен нулп, то нестабильность коэффинн- ента усйлегтяя и iienvmeMHocTb рабочей ха. рактер -гстики ус ет теля 8 практически не будет влиять на выходной ход бло1ш 5управлений и, следовательно, цифрового cyiviMaTopa 12. Во время автоматической компенсации сигнала рассогласований выходное напряжение блока 4 поступает также на обмотку управления двигателя 9 через усилитель 13 МОЩНОСТИ. Включение двигателя, ввиду его инерционности, происходит через временной интервал t . Двигатель 9 разворачнвает за время Д ta, вал компенсационного элемента 3 до устранения сигна ла рассогласования, ilo мере разворота вала компенсационного элемента 3 умень- ш.яется сигнал рассогласования на выходе компексациопного г-яемента 3. На выходе а1гллогог1огс сумлюгора 11 Kf TKOBpeMeH- но гояугяется управляю яий сигнал, рав- пый разности между сигналом рассогласования и компенсирующим сигналом делителя 6 напряжения, Такпм образом осуществляется авГомагкческое слеконне компенсирующего сигнала делителя 6 напряжения за т еныцающкмся до нуля сигналом рлссоглассааник компенсационного элемента 3. В результате при развороте вала компенсационного элементг 3 практически опновреме-жо буцет прсискодить уменьшение с-о нулЕ Сг:г;;ала рассо: ласова ня ком;;енсадионного элемента 3 и выходного сигнала блока 4. npri зтом код H-i в ятсоде цифрового cyivirviaTopa 12 во зрем;; рззворста Вала двиI aгeпй не меняется во времани и соотБогствуе Haiviep&eMoivjv углу датчика i, В согласовэнгом по юкении свнгатель 9 выю-гючается. Сгпишы iia выходах, элементз 3, сумкгаторй 11, б.:ска 5 управления и блока 4 с:дковЕтсл разными нулю. Точность преобрезовлтеля з части компенселиж динакг.г-.есксй погрешности электрсмехакгческСл; cJ вlЯйщeй системы практически определяется точностью 6rio ка 4 f делителя 6 мапряжек я, при этом нестйбшчьпость Kosdx|j -Si & передачи усилителя S и блс-з 5 управлекия не оказывает впиякия i: очгггасть устройсТ ва.. Б нйстояиоз иззесгни праоб разсватели кода г. а,-пряжение с погреш- нсстьто не более G,L%. Следовательно, прецпоженное устройство по-зволит осуществлять яэмереяпе угла зела датчкка 1 как г статике та;;; и s йинамкке с высокой точностью. Экономическ/.й эгЬфект от кспояьзова- ния устройства опредоляатся его техническими npeKiviyrnecTnaKni. D е т е -н к я о р ы у л а н 3 реобразогьат ель угла поворота вала код, содержа;д1Й .знератор опорного игнала, подключе;;,ъ:й к скпусно-коси- осному .датчику, выход которого подлючен к электромеханическому компенационному эЛементу, киьематнческк свяанному с двигатолом н кодовым датчиом yrs.a, выход ко2оаого датчика угла одключен к оанс.;у входз цифрового суматора, избиратель.плй усилитель, выход оторого подглючан к б.;7оку управления. ытсод блока ynpaB-isiiiifi псаключсн к друому Екозд- цифпсйОГО cy : гJTopa, ус(ши тель мощности, подключенный к авигателю. отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразователя, в него введены блок преобразования кода в напряженке, делитель напряжения и аналоговый сумматор, входы блока преобра.аования кода в напряжение подключены к выходам генератора опорного сигнала и блока управления, выход подключен к усилителю мощности и через делитель напряжения к одному входу ана логового сумматора, другой вход которо- 7,20 го соединен с выходом электромеханического компенсационного элемента, а выход подключен к избирательному усилителю. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зверев А. Е. и др. Преобрйзователи угловых перемещений в цифровой код. п.. Энергия, 1974, с. 76, рис. 26. 2.Авторское свидетельство СССР №465646, кл. G О8 С 9/04, 21.05.74 (прототип).