Устройство для формирования сигнала угла поворота вала Советский патент 1982 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к классу электронных устройств обработки сигнала электрс 1еханического датчика угла, например вращающегося трансформатора и может быть применено, например, в системах регулирования скорости вращения электродвигателя. Зависимость величины выходного сигнала устройства от угла поворота вала имеет вид пилообразной функции, причем в пределах одного оборота вала укладывается целое чисьпо диапазонов линейного нарастания сигнала. В соответствии с видом пилообразной функции в конце каждого К-го диапазона сигнал скачкообразно уменьшается от максимального значения до нуля, а Затем начинает нарастать про порционально углу поворота в следующем (п+1)-м диапазоне 1. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для формирования сигнгша угла поворота вала, содержащее преобразователь угла поворота вмногоефазное синусоидальное напряжение, выход которого соединен с входом электронного функционального преобразователя синусоидалького напряжения в код 2 . Однако известное устройство имеет машый диапазон рабочих скоростей вращения, поскольку требует для своего питания напряжение высокой частоты (до мегагерц). Цель изобретения - расширение диапазона рабочих скоростей вращения. Поставленная цель достигается тем, что функциональный преобразователь содержит cyi-мирующий, вычитающий и промежуточный операционные усилители, формирователи напряжений, дешифратор, схему определения знака фазового сдвига и две пары ключей, причем к первому и второму выходам преобразователя угла поворота в синусоидальное напряжение подключены попарно входы ключей и входы суммирующего и- вычитающего операционных усилителей, выходы которых соединены с входами формирователей напряжения, подключенных своими выходами к входам дешифратора и схемы определения знака фазового сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входами ключей, выходы которых соединены попарно с одним из входов промежуточного операционного усилителя, а входы вьлходного опера ционного усилителя подключены к выходам промежуточного операционног усилителя и схемы определения знака фазового сдвига. На Ф.ИГ.1 представлена функционал ная схема устройства; на фиг.2 блок-схема устройства определения знака фазового сдвига; на фиг.З и 4 эпюры напряжений на элементах схемы на фиг.5 - график выходного напряже ния устройства. Устройство содержит (фиг.1) два входа 1 и 2 и входные усилители 3 и 4, два формирователя прямоугольных напряжений 5 и 6, дешифратор 7, две пары ключей 8, 9 и 10, 11. Входы ключей 9 и 10, 8 иИ подключены попарно и соответственно к .первому и второму входам преобразователя, присоединенных ко входам суммирующего 3 и вычитающего 4 усилителей выходы которых соединены со входами формирователей, подключенных своими выходами ко входам дешифратора и схемы определения знака фазового сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входами ключей 811, подключенных ..попарно к входам промежуточного суммирующего усилите ля 12, а с выходами проме жуточного суммирующего усилителя 12 и схемы определения знака фазового сдвига 1 соединяют входы выходного усилителя 14. Элементы 3-14 устройства имеют известные схемы. Суммирующие 3, 12 и 14 и вычитающий 4 усилители работают в операционном режиме, вследствие чего их коэффициенты усиления определяются из условия согласования масштабов напряжений и обычно равны 1-5. Схема определения знака фазового сдвига (фиг.2} содержит сх мы совпадения 15-24, причем на схемах 23-24 собран триггер, и выход ные ключи 25 и 26. Устройство работает следующим об разом. Диаграммы сигналов, изображенные на фиг.З, соответствуют положительному, а на фиг.4 - отрицательному направлениям вращения вала. По оси абсцисс на фиг.3 и 4 отложен угол поворота валаЧ иий. На входы 1 и 2 устройства поступают с выхода первичного датчикд, расположенного на . .валу, угол вращения которого изМеряется, напря жения, и и Uij, пропорциональные соответственно синусу и косинусу уг ла вращения вала (фиг.З). Демодулятор, который необходим для выделения ог« Ьающей выходного напряжения, отнесен к датчику и в состав предлагаемого устройства не входит. По.цобные датчики в вентильных дви1ателях применяются как датчики положения ротора. Если устройство использовать для формирования сигнала угла вращения вала вентильного двигателя, то специального датчика не требуется. Это является дополнительным преимуществом данного устройства. Угол сдвига по фазе напряжений J, и Jr зависит от знака скорости UJ вращения вала: приолО (фиг.З) и, опережает JQ, а при ии . О и( опережает и, (фиг. 4). Знак фазо-. вого сдвига определяется схемой 13 (фиг.1). Па выходах усилителей 3 и 4 формируются напряжения U j U + Uj и (фиг.З и 4). Коэффициент усиления этих усилителей равен 1, поэтому напряжения U, U|j,Uj, Од равны по амплитуде, формирователи 5 и 6 фОЕадируют сигналы соответственно Q и Q ij прямоугольной формы, фронты которых во времени совпадают с переходом величин сигналов Ug и и А через нулевое значение. Дешифратор 7 формирует сигналы Q j - Q в соответствии с таблицей и выражениями: .,- 0 Q.Qj;Qj,Q,.Q. Эти сигналы управляют-аналоговыми ключами 8-11. Наличию сигнала на управляющем входе соответствует открытое состояние ключа, а его отсутствие - закрытое, в результате чего на прямом и инверсном входах су1«мирующего усилителя 12 формируются сосответственно напряжения и 0403+ . 5 iQb + UlQS где Qi и Q принимают значения О или (в таблице).Напряжения Uj и СГ пред- ,. ставляют собой наиболее линейные отезки синусоид и/( и Un, -расположенные в областях перехода через нуль. Так :.как амплитуды напряжений U,Uj, (. равны, то длительность каждого участка напряжений Ur и Uj равна ЗГ/4. Так как сигнал Uj поступает на инверсный вход усилителя 12, то его

знак на выходе изменяется на противоположный. Сигнал Uj проходит без изменения знака, в результате чего на выходе усилителя 12 формируется сигнал Ufc, который суммируется усилителем 14 с сигналом . U-,/ снимаемым с выхода схемы 13. Эта схема (фиг.2) формирует с помощью схем срвпадения 15 - 20короткие импульсы, соответствующие передним фронтам импульсов Qy( и Qf, схемы совпадения 21-22 фиксируют совпадение этих импульсов с сигналом 0 1, и Q 1 устанавливая триггер на элементах 23 и 24 в то или иное поло.жениё. Входные сигналы триггера открывают ключи 25 или 26, пропускающие на выход эталонные напряжения UQ или Ч)о . Вследствие этого сигнал и 7 может принимать два значения: . Знак сигнала U- определяется направлением вращения вала двигателя, т.е. знаком его скорости if . При ШХ) сигнал и опережает по фазе сиг-нал и2,)Поэтому передние .фронты сигналов Q и Qn совпадают с , соответственно (фиг.З). Прии; 0 сигнал Vi опережает по фазе U и фронты сигналов Q, Q соответствуют сигналам (фиг. 4)-, в результате чего триггер перебрасывается и знак сигнала изменяется на противоположный при изменении знака скорости. Величина Ор равна и- npHUJt /4, поэтому на выходе усилителя 14 формируется сигнал U,K(U +UpSinai) , где К коэффициент передачи усилителя 14. Так как сигналы и и и 2. любой мое мент времени однозначно определяют угловое положение вала, то и сигнал Uftbi сформированный из сигналов U, и 1, примерно пропорционален углу поворота этого вала в пределах диапазона uj . За период изменения сигнала U формируется 4 диапазона изменения сигнала

Зависимость Uf,U sinuut {фиг. 5) принципиально нелинейна и отличается от аппрокс1ВУ1ирую1«ей линии на 4,3% (по отношению к и). Поэтому при точных измерениях угла поворота вала с помощью данного устройства необходимо пользоваться тарировочной характеристикой .

Так как выходной сигнал представляет собой отрезки входных сигналов.

то воздействие помехи (кратковременной) никак не влияет на Ug(/ что гарантирует высокую помехоустойчивость устройства. Его схема проста и собирается из стандартных микросхем и усилителей.

Формула изобретения

Устройство для формирования сигнала угла поворота вала, содержание преобразователь угла поворота в многофазное синусоидальное напряжение,, выход которого соединен с входом электронного функционального преобразователя синусоидального напряжения в код, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих скоростей вращения, функциональный преобразователь содержит суммирующий, вьгчитающий и промежуточный операционные усилители, формирователи напряжений, дешиф1 а- , тор, схему определения знака фазового сдвига и две пары ключей, причем

к первому и второму выходам преобразователя угла поворюта в синусоидальное напряжение подключены попарно входы ключей и входы суммирующего и вычитающего операционных усилителей,

выходы которых соединены с входами формирователей напряжения, подключенных своими выходами к входам дешифратора и схемы определения знака фазового сдвига, выходы дешифратора соединены с управляющими входакш ключей, выхода которых соединены попарно с одним из входов промежуточного операционного усилителя, а входы выходного операционного усилителя подключены к выходам промежуточного операционного усилителя и схе- , мы определения знака фазового сдвига.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 736318, кл. Н 02 Р 5/06, 1977.

SO 2. Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией. Под ред.А.Н.Ахмеджанова,- М., Энергия, 1978, с. 175-19ё.

SfJnpu

ll2-iпри

JX.

%

Ч -ПхФ-О ФП V

wt

Tut

.

wt

i

Ф

IX -Ji

4

I.

:g-.t

ым

KMMXJ J |4J

S2 д

i/,..

/

к

-u)t eot

cot

игЛ

tfs

sin UJi

r

.5