Преобразователь угла поворота валаВ КОд Советский патент 1981 года по МПК G08C9/04 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД датчика звпитываются прямоугольньами импульсными сигналами U, (t) и Ugi(t) с длительностью Tj.(tg,-f - постоянная времени СКВТ,сдви нутыми во времени относительно друг друга на -j Т, где Т - период повторения импульсных сигналов U,(t) и U2.(t). При эапи.тке первичных обмоток СКВТ-датчика импульсными сигналами и (t) и Uj (t) на выходных синусной и косинусной обмотках, соответственн индуктируются импульсные сигналы , рассогласования Ujpac.(t) и Ugpac. (t), амплитуды которых пропорциональны уг лу рассогласования между валом СКВТдатчика и приемника. С помощью ключе импульсные сигналы рассогласования Црао. (t) и U,pofc. (t) отделяются от других сигналов, не несущих информацию об измеряемом угле, а затем суммируются друг с другом. Из полученного суммарного импульс ного сигнала рассогласования выделяется первая гармоника с частотой Ш амплитуда которой пропорциональна бе учета технологических погрешностей СКВТ-датчика и приемника, обусловлен .ных неперпендикулярностью их вторичных обмоток углу рассогласования между валом датчика и Приемника. Синусоидальный сигнал рассогласования поступает на обмотку управления двигателя, который, вращаясь разворачивает вал СКВТ-приемника до устране ния углового рассогласования,При это угол вала СКВТ-датчика равен углу, вала СКВТ-приемника, а .индикаторный блок, установленный на валу СКВТ-при емника, указывает числовой эквивален измеряемого угла вала датчика. При реализации преобразователя дл исключения влияния переходных процессов, возникающих при импульсной запитке первичных обмоток СКВТдатчика, и отрицательно сказывающихс на точности преобразователя, должны быть выполнены соотношения , где , utjj - длительность импульсов , поступающих н,з запитку первичных обмоток СКВТ-датчика; Т0 - период повторения импульсных сигналов, поступающих на запитку СКВ Причем, для получения высокого быстродействия преобразователя перио повторения импульсных сигналов долже быть равен преЭ. где ШпроЭ. предельная для данного класса СКВТ частота переменного напряжения, поступающего на запитку СКВТ-датчика. Указанные соотношения выполняются для большинства многополюсных СКВТ, у которых постоянные времени Tg, очень малы, т. е .- у -г . . -J ьт К таким СКВТ относятся индуктосины, редуктосины и другие типы СКВТ. Однако на практике в ряде, случаев применяются СКЗТ с большими постоянными времени (двухполюсные СКВТ), у которых условие (1) не выполняется, так как т- . o ar aJnpea. . К числу таких СКВТ относятся, например, серийно выпускаемый двухполюсный СКВТ типа ВТ-5, у которого Тскьт 10 млс/ а . В этом случае практическая реализация известного устройства усложняется в связи с появлением больших переходных процессов на выходе СКВТ-приемника, возникающих при запитке первичных обмоток СКВТ-датчика импульсными сигналами. Следовательно, влияние переходных процессов, возникающих при импульсной запитке СКВТ, на выходной полезный сигнал рассогласования и на точность преобразователя особенно сказывается при построении преобразователя на основе СКВТ с большими постоянными времени. Цель изобретения - повышение точности преобразователя путем исключения влияния переходных процессов на точность преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, фильтр высших гармоник, подключенный выходом к входу блока формирования полезного сигнала, синусно-кофинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединены с обмотками синхронизации синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходные обмот-. ки которого через первый и второй ключи подключены к входу сумматора, введены третий, четвертый и пятый ключи, блок согласования, инвертор, два нуль-органа и делитель частоты, причем выход генератора опорного напряжения подключен к входу блока согласования, первый выход которого через третий и четвертый ключи подключен к соответствующим входным обмоткам синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и через первый нуль-орган подключен к управляющему входу пятого ключа, выходкоторого соединен с входом фильтра высших гармоник, информационный вход пятого ключа подключен к выходу сумматора, второй выход блока согласования через второй нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выход

которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей и через инвертор - к управляющим входа второго и четвертого ключей.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в. код; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 опорного .напряжения, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчи 2, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-приемник 3, ключи 4-8 сумматор 9, фильтр 10 высших гармоник, блок 11 формирования полезного сигнала, состоящий из усилителя 12, двигателя 13 и индикаторного блока 14, блок 15 согласования, нульорган 16, делитель 17 частоты, инвертор 18, нуль-орган 19, блок 15 согласования, выполненный в виде трансформатора, работающего в режиме трансформатора тока.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)-датчик 2 имеет две квадратурные первичные обмотки, которые через ключи 6 и 7 подключен к первому выходу блока 15 согласования, вход которого подключен к выходу генератора 1, СКВТ-приемник 3 имеет две квадратурные вторичные обмотки, которые через ключи 4 и 5 подключены к входу сумматора 9, выход которого через ключ 8 и фильтр 10 высших гармоник подключен к вход блока 11 формирования полезного сигнала .

Второй выход блока 15 согласования подключен через нуль-орган 16 к входу делителя 17 частоты, выход которого подключен к управляющим входам ключей 4 и б и через инвертор 18 к управляющим входам ключей 5 и 7. Первый выход блока 15 согласования подключен также ко входу нуль-органа 1Г,выход которого подключен к управляющему входу ключа 8 .

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

С выхода генератора 1 (фиг.1) синусоидальный сигнал (фиг.2а) поступает на вход блока 15 согласования с первого выхода которого он через ключи б и 7 поступает на запитку первичных квадратурных обмоток СКВТ-датчика 2. Так как один из ключей, например 6, находится в нормально разомкнутом положений/ а другой ключ 7 за счет инвертора 1 находится в нормально замкнутом положении, то в зависимости от кс 1мутирующего сигнала, поступающего на управлякнцие входы ключей 6 и 7, напряжение с выхода генератора 1 поступает или на запитку синус- .

ной первичной обмотки СКВТ-датчика 2 (через ключ 6) или на запитку косинусной первичной обмотки СКВТ-датчика 2 (через ключ 7). При подключении одной из первичных обмоток СКВТдатчика 2 к выходу генератора 1 через первичную обмотку блока 15 согласования протекает ток 3 равный поамплитуде

10

Ujj - напряжение генегдератора 1;

кьт - активное и индуктивное сопротивление первичной обмотки СКВТ-датчика 2

Х - индуктивное сопро20тивление первичной

обмотки блока 15 согласования 15,

и сдвинутый по фазе относительно вектора выходного напряжения генератора 1 на угол Р , равный

vp-orct() ь ч к.-.,.,.. /

CtiBT

30

при

.ЬТ.

V с.ьт

что выполняется за счет выбора соответствующих параметров блока 15 согласования, который работает в режиме трансформатора тока, при этом напряжение, наведенное во вторичной обмотке согласующего блока 15, совпадает на фазе с вектором тока, протекающего через первичную обмотку СКВТ-датчика 2.

Так как XcKftT (что обычно выполняется на практике), то

, при этом напряжение на втором выходе блока 15 согласования также сдвинуто относительно вектора выходного напряжения генератора 1 на 90° (фиг.26) .

Из напряжения, снимаемого со второго выхода блока 15 согласования с помощью нуль-органа 16, формируются прямоугольные импульсы (типа меандр)

(фиг.2б), которые затем поступают на вход делителя 17 частоты, состоящего, например, из N последовательно вколоченных триггеров, где ,2,.,Z. На выходе делителя -17 частоты формиРУИТСЯ -положительные, прямоугольные импульсы низкой частоты (фиг.2г),

UJ

где ,4...,

..M. 1

с

равной

J- - чоторые поступают непосредственно на управляющие входы ключей 4 и б и через инвертор 18 на управляющие вх ключей 5 и 7. Причем за счет включе ния инвертора 18, положительные импульсы, поступающие на управляющие входы ключей 5 и 7 {фиг.2е) сдвинут во времени относительно положительн импульсов, поступающих на управляющие входы ключей 4 и б на величину равную. I т , где Т, . Пру воздействии управлякяцих (положительных) импульсов ключи 6 и 7 поочередно включаясь, пропускают вы ходное напряжение генератора 1 на запитку синусной обмотки (фиг.2д) за период 0: о к затем и, косинусной обмотки (фиг.2и) за период f 5- Т t Т СКВТ-датчика 2. При запитке первичных обмоток СКВТ-датчика 2 прерллвистымн синусоидальными сигналами U (t) ключ 6 (фиг.2д) и Uj(t) ключ 7 (фиг.2и). на выходных вторичных обмотках СКВТ-приемника 3 также формируются прерывистые синусоидальные сигналы U-g, (t) (на выходе синусной вторичной обмотки СКВТ-приемника 3) и U4(t) (на выходе .косинусной вторичной обмотки СКВТ-приемника 3), образованные, соответственно, опорными сигналами U(t) и U2(,t) Сигналы Utj(t) Щ (t) с выходов вторичных обмоток СКВТ-приемника 3 поступают через ключи 4 и 5, которые поочередно включаются от выходных импульсов де лителя 7 частоты и инвертора 18 на вход сумматора 9, на выходе которог формируется синусоидальный сигнал рассогласования (фиг.2и). С помощью ключа 8, управляемого от выходных прямоугольных импульсов нуль-органа 19, из синусоидального сигнала рассогласования выделяются положительные (или отрицательные, в зависимости от знака рассогласова ния) полуволны, постоянная составляющая которых (фиг.2н,и,к) - Upoc. используется в качестве полезного управлякнцегч сигнала, поступаю1чего через фильтр 10 высших гармоник и усилитель 12 на обмотку управления двигателя 13. Под воздействием упра ляющего сигнала Upac. двигатель 13 разворачивает вал СКВТ-приемника 3 до устранения сигнала рассогласования. При .этом, угол поворота вала СКВТ-приемника 3 равен углу поворота вал СКВТ-датчика 2, а индикаторный блок 14 указывает числовой эквивалент измеряемого угла без учета погрешностей, обусловленных неперпендикулярностью вторичных и первич Hbix обмоток СКВТ-датчика 2 и СКВТприемника 3, соответственно. При коммутации первичных обмоток СКВТ-датчика 2 в электрической цепи обмотки возбуждения, представляющей собой комбинацию резистора R и катушки индуктивности L СКВТ (цепи RL) возникают переходные процессы, которые обуславливают появление.на выходе вторичных обмоток СКВТ-приемника 3 паразитных импульсных сигналов (помех). Для исключения паразитного импульсного сигнала (помехи), наличие которого в выходной цепи преобразователя приводит к прямой погрешности преобразования, в данном преобразователе начальная фаза опорного напряжения за счет дополнительно введенных элементов и выбора соответствующей структурной схемы преобразователя всегда равна фазовому сдвигу вектора тока в цепи возбуждения и воздействующего опорного напряжения. Амплитуда импульсного сигнала (помехи) равна нулю, т.е. в процессе коммутации обмоток переходных процессов практически не возникает и в цепи сразу же устанавливается ток (или напряжение) стационарного режима. Для исключения небольших по величине и длительности выбросов, возникающих при коммутации обмоток вследствие различных паразитных емкостных связей между проводами цепей синхронизации (фиг.2н), гармонический сигнал рассогласования проходит через ключ 8, включение которого производится выходными -прямоугольными импульсами нуль-орган 19, сдвинутыми по фазе относительно опорных импульсов нуль-органа 16 ва 90. В этом случае (фиг.2к) паразитные выбросы, возникающие в момент коммутации обмоток, не проходят через ключ 8, и следовательно, не влияют на точность преобразователя. изобретения Формула Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, фильтр высших гармоник, подключенный выходом к входу блока формирования полезного сигнала, синусно-косинусный вращакяцийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединены с обмотками синхронизации синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходные обмотки которого через первый и второй ключи подключены к входу сумматора, о тл и чающийся тем, что, с целью повышения точности прео бразователя, в него введены третий, четвертый и пятый ключи, блок согласования, инвертор, два нуль-органа и

делитель частоты, причем выход генератора опорного напряжения подключен к входу блока согласования, первый выход которого через третий и четвертый ключи подключен к соответствующим входным обмоткам синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и через первый нуль-орган подключен к управляющему входу пятого ключам выход которого соединен о входом фильтра высших гармоник, информационный вход пятого ключа подключен к выходу сумматора, второй выход блока согласования через второй нуль-орган подключен к входу Делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей и ч«рез инвертор - к управляющим входам второго и четвертого ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ахметжанов А.А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М., Энергия,1975, с. б.

2..Авторское свидетельство СССР по заявке 1648447/18-24,

кл. G 08 С 9/04, 1978, (прототип).

Риг.1 I

в)

в)

8) i)

К

Vy

,ti

ir.

:i

Ц|

,,

н)

f t

t

-зв

f /л j

vy

t

-