Цифровой измеритель угловой скорости

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоточных системах измерения углового положения исполнительного механизма с последовательными датчиками положения типа вал-фаза-код. Цель - повысить точность измерений при различных темпах съема данных по внешним электрическим сигналам и в зоне перехода 0-360°. Цифровой измеритель угловой скорости содержит последовательный преобразователь вал-фаза-код 1, синхронизатор 2, формирователь 3 сигнала съема данных, формирователь 4 кодов соседних измерений, триггер 5, определитель приращений и знака 6, формирователь 7 сигнала съема скорости, блок масштабирования 8, анализатор монотонного перехода 9. Измеритель вписывается в аппаратно-программные структуры, использующие микроЭВМ или спецвычислители. 3 з.п.ф-лы. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G 01 P 3/489

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4359414/24-10 (22) 05.01.88 (46) 23.09.89. Бюл. 35 (72) У.М.Спектор (53) 771.35 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1269028, кл. 0 01 P 3/489, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N9 1278718, кл. G 01 P 3/489, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ

СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокоточных системах измерения углового положения исполнительного механизма с последовательными датчиками положения типа вал-фаза-код, Цель—

„„SU„„1509741 А 1 повысить точность измерений при различных темпах съема данных по внешним электрическим сигналам и в зоне перехода 0-360 . Цифровой измеритель угловой скорости содержит последовательный преобразователь вал-фаза-код

1, синхронизатор 2, формирователь 3 сигнала съема данных, формирователь

4 кодов соседних измерений, триггер

5, определитель приращений и знака 6, формирователь 7 сигнала съема скорости, блок масштабирования 8, анализатор монотонного перехода 9 ° Измеритель вписывается в аппаратно-программные структуры, использующие микроЭВМ или спецвычислители. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1509741

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высокоточных системах измерения положения исполнительного механизма с последовательными датчиками положения типа вал-фаза-код, Цель изобретения — повышение точности измерений при различных темпах съема данных по внешним электричес- 10 ким сигналам и в зоне перехода 0—

На фиг.1 представлена структурная схема цифрового измерителя угловой скорости; на фиг. 2 — структурная схема формирователя кодов соседних измерений (ФКСИ); на фиг.3 — структурная схема определителя приращений и знака (ОПЗ); на фиг. 4 — структурная схема блока масштабирования (БМ); 20 на фиг. 5 — структурная схема анализатора монбтонного перехода (АМП); на фиг. 6 — временные диаграммы работы устройства.

Цифровой измеритель угловой ско25 рости состоит из последовательного преобразователя 1 вал-фаза-код,синхронизатора 2,формирователя 3 сигнала съема данных (ФССД), ФКСИ 4, триггера 5, ОПЗ 6, формирователя 7 сигна- 30 ла съема кода скорости (ФССС), БМ 8 и АМП 9, ФКСИ состоит из коммутатора 10,регистров 11. — 13, мультиплексоров

14 — 16 и элемента ИЛИ 17. ОПЗ состоит из элемента 18 задержки, элементов И 19 и 20, регистра 21 уменьшаемого, регистра 22 вычитаемого, триггеров 23 и 24 и элемента 2И-ИЛИ 25.

- 40

БМ состоит из формирователя 26, элемента 27 задержки, дешифратора 28, делителя 29 частоты, элементов

И 30 — 32, элемента ИЛИ 33 и элемента 2И-HJIH 34. ANII состоит из форми- 45 рователя 35 кода максимальной скорости (ФКМС), счетчика 36 прямого счета, счетчика 37 обратного счета, счетчика 38 сравнения, триггеров 39 и

40, элементов И 41 и 42 и мультиплексора 43.

Особенностью цифрового измерителя .угловой скорости является то, что съем данных — кодов углового положения и кодов скорости, производится по электрическим сигналам (с местного или центрального пунктов) системы единого времени СССР (СЕВ) 4

Р или по другим внешним электрическим сигналам эталонной частоты.

Измеритель работает следующим образом, Последовательный преобразователь 1 вал-фаза-код осуществляет преобразование углового положения вращающегося вала в код. Преобразование начинается с момента прихода импульса 7 о следущего за у ом Fñcåeü Ф а за канчивается формированием импульса

F„ (фиг.7а — r). При этом на первом выходе преобразователя 1 с задержкой относительно F „ формируется код угла поворота вала, а на второй выход преобразователя поступает импульс F u

Коды угла поворота вала N<, N °,,... поступают на первый вход 4 через интервалы времени, приблизи1 тельно равные Т = ††--. На вто-сев F

ces рой вход ФКСИ 4 поступают импульсы

F„ . На выходе ФКСИ 4 последовательяо фоумя уются паРы попов (у

N Ч1 J %1+, НЧ1+ 119 +

N ;„ ), и т.д. Эти пары поступают на первый вход ОПЗ 6, на второй вход которого поступают импульсы счетной частоты Г, а на третий — сигнал с выхода триггера 5 (фиг.7е). На первом.выходе ОПЗ 6 в числоимпульсном коде определяется модуль разности

hN, = /NcI, — И 1;,, / (фиг,7д), На фиг.7д динамика изменения числа m; = ; показана при вращении вала по часовой стрелке, когда модуль разности имеет отрицательный знак, при этом вал, вращаясь по часовой стрелке в интервале меток

Fñåâ - У, проходит через 0360о, На фиг.7д показаны значения вели-. чин кодов соседних измерений N, и

N..- которые формируются после о С прихода F„Как видим, при съеме данных по меткам Fees i, Усев з и

Усе у знак разности кодов — и И Я; между соседними измерениями отрицательный.

При съеме данных по метке F знак разности ЕN положительный, т.е. в зоне 0-360 вал как-бы вращается в другую сторону, Кроме того, в этой зоне gN< +1 0 N<»«

Рассмотрим работу ОПЗ 6.

При приходе метки Усев < после первого же импульса F формируется а

1 509741 ние (с темпом F ) значения с мак15 симальной допустимой скоростью о

М „, выявляет зону перехода 0-360, когда Ит > 4!о„ „,, и формирует в этом случае откорректированный код

N и откорректированный знак

Ц

2р вращения. На первый вход АМП 9 поступает разрешение на запись с триггера 5 (фиг.7е).

В счетчике 36 пачка 4mf записью вается в код 5 N ., в счетчике 37 Ч!

25 пачка 4mf записывается в код

5N< «op No Nñó<

В данном случае 1<, . (ИЧ м кс

<т макс поэтому счетчик 38 не переполняется и на третьем входе мультиплексо30 ра 43 (фиг.5) будет "Лог.O". На первый выход проходит код N+! .

Так как в начале обнуляется регистр 21 (фиг.3), то с него импульс обнуления проходит на второй (S)

5 вход триггера 40, а позже на его третий (Б) вход приходит импульс обнуления с регистра 22, который устанавливает триггер 40 в нулевое положение. На первый (С) вход триггера 40 р импульс переполнения со счетчика 38 не гоступает. В моменты времени Т! (фиг.7ж) с элемента И 42 снимается потенциал "Лог.О" — (знак "-"),т.е. признак движения по часовой стрелке.

5 Тот же сигнал Т< поступает на вход элемента 41 И ("Лог.0") и коммутирует прохождение с выхода мультиплексора 43 кода N!, !.1i

Рассмотрим съем данных по метке

p F д, когда вращающийся вал после метки F проходит через зону 0—

360, при этом отметим только те моПри И Ч - И ц регистр 22 переполняется раньше, и с его выхода на второй вход триггера 24 поступает

"Лог.l", Триггер 24 формирует "Лог,1" на третьем входе элемента 2И-ИЛИ 25

3 и с его выхода начинает выходить пачка импульсов с элемента И 19 (по входу 1).

Когда регистр 21 обнуляется,триггер 23 закрывает вход элемента И 19. 4

Код h Nil!, характеризует модуль разности кодов двух соседних измерений, /N — N /. Знак разности формирует. ся на втором и третьем выходах: в начале "Лог.l" на третьем выходе, затем — на втором (знак "-").

Пачка импульсов, пропорциональная значению 5 N.. далее поступает на

-т вход БМ 8 (фиг,l), который производит масштабирование разности Ь1<1т, и приведение ее к одной секунде,при

F 4 1 Гц по формуле N+, = ДИЧ;. Fс.hПри Р = 4 Гц код управления

"4 Гц" с формирователя 26 (фиг.4) поступает на дешифратор 28 и делитель 29 частоты, На четырех выходах дешифратора 28 формируется "Лог.1".

Первые три выхода открывают элеменЪ щего описания.

В зоне перехода через 0-360 импульс F „(фиг . 7в ) H Kop Nq который поступает на первый вход

ФКСИ 4. Допустим, что предыдущими тремя тактами в регистры 11-13 (фиг.2) последовательно записаны коды N N<,, N

На фиг.7д ттоказантт пары кодов

wN, N ), (N,, N,, (Н „Nyq"I и их разности 11 1<1тт, И,, 61<1< и тр< э тадо

До записи кодов N ° вначале на

Ю! третий вход ОПЗ 6 передним фронтом

"Лог.l" с триггера 5 (фиг.l,фиг.7е) триггеры 23 и 24 (фиг.З) устанавливаются в исходное состояние, т,е. на их вторых выходах, связанных с входами 2 и 3 элемента 2И-ИЛИ 25, появляется "Лог,О", а на первых входах элементов И 19 и 20 — "Чог,l".

Через элемент 18 задержки перепад с триггера 5 поступает в виде "Лог.l" на вторые входы элементов И 19 и 20..

На их выходах начинают формироваться счетные импульсы для двух (вычитающих) входов регистров 21 и 22. ты И 30-32 и на все четыре входа элемента ИЛИ ЗЭ приходят последоват<ель" ные частоты mf сдвинутые друг относительно друга в элеметтте 27 задержки. Формируется частота 4шт „ (и = 4) и при наличии на третьем входе элемента 2И-ИЛИ 34 "Лог.1", она проходит на выход.

Пачки счетной частоты 4тпГ = ттЯ, с поступают через второй вход ANII 9 на входы счетчиков 36 — 38 (фиг.5) .

AMI 9 производит непрерывное сравнементы, которые отличаются от предыдуN< > N< в отличие от предыдущего такта, когда N c N . Коды о Я<

N, и 1<1т< записываются в регистры

/.1509741

2f и 22. При этом регистр 21 (где записан код N,) обнуляется первым, на второй (S) вход триггера .40 проходит "Лог.l" ° позже "Лог.l" с регистра 22 проходит на третий (Р) вход и триггер 40 на выходе формирует

"Лбг.1" — признак вращения против часовой стрелки, что неверно.Корректировка положения триггера 40 про- 10 изводится по первому (С) входу при переполнении счетчика 38.

Так как в счетчик 38 записан код

/N, — NÄÄÄÄ/, то при записи кода

nN< ) Й м,„„(фиг.7д) счетчик 38 15

1 переполняется. Импульс переполнения перебрасывает триггер 40 по первому (С) входу в положение, когда на выходе вновь появляется "Лог.0", т.е. восстанавливается формирование пра- 20 вильного знака вращения — по часовой стрелке, и в интервале Т (фиг.7ж) знак вращения формируется в виде

"Лог.0" на второй выход (фиг,l, 5 и 7ж). 25

Одновременно импульс переполнения со счетчика 38 поступает на второй вход триггера 39, и на его выходе устанавливается "Лог.l" которая через элемент И 41 поступает на тре- 30 тий вход мультиплексора 43 и через него — на первый выход проходит код г поь со счетчика 37

Таким образом, в зоне перехода

0-360, когда Ny > N9 к корректируется знак вращения вала, и на выход вместо прямого кода И ) И, . 2 Ч МОКС формируется код Nyg „О °

ФоРмУла изобретения 40

1. Цифровой измеритель угловой скорости, содержащий последовательный преобразователь вал-фаза-код,первый выход которого связан с выходом измерителя, а первый и второй входы— с соответствующими выходами синхронизатора, формирователь сигнала съема данных, выход которого связан с третьим входом последовательного преобразователя вал-фаза-код, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений при различных темпах съема данных по внешним электрическим сигналам и в зоне перехода 0-360, в него дополнительно введены формирователь кодов сосед-. них измерений, триггер, определитель приращений и знака, формирователь сигнала съема кода скорости, блок масштабирования, анализатор монотонного.перехода, при этом первый выход последовательного преобразователя вал-фаза-код соединен с первым входом формирователя кодов соседних измерений, а второй выход — с вторыми входами формирователя кодов соседних измерений и триггера, выход формирователя кодов соседних измерений соединен с первым входом определителя приращений и знака, второй его вход подключен к второму выходу синхронизатора и второму входу формирователя сигнала съема кода скорости, третий вход определителя приращений и знака подключен к выходу триггера и первым входам формирователя сигнала съема кода скорости и анализатора монотонного перехода, выход формирователя сигнала съема кода скорости подключен к пятому входу анализатора монотонного перехода, первый выход определителя приращений н знака через блок масштабирования подключен к второму входу анализатора монотонного перехода,вто рой выход определителя приращений и знака подключен к третьему входу анализатора монотонного перехода, а тре- тий выход — к четвертому входу анализатора монотонного перехода, первый выход анализатора монотонн го перехода подключен к второму выходу, а второй — к третьему выходу цифрового измерителя угловой скорости, выход формирователя сигнала съема данных связан с первым входом триггера, 2. Измеритель по п.l, о т л и— ч а ю шийся тем, что формирователь кодов соседних измерений содержит коммутатор, три регистра, три мультиплексора, элемент ИЛИ, при этом первый вход формирователя кодов соседних измерений соединен с первыми входами регистров, второй вход формирователя кодов соседних измерений— с входом коммутатора, его первый выход соединен с вторым входом первого регистра и третьим входом второго мультиплексора, второй выход связан с вторым входом второго регистра и третьим входом третьего мультиплексора, третий выход связан с вторым входом третьего регистра и с третьим входом первого мультиплексора, выход первого регистра связан с первым входом первого мультиплексора и вторым входом третьего мультиплексора, вы" а

1509741 ход второго регистра соединен с первым входом второго мультиплексора и вторым входом первого мультиплексора, выход третьего регистра соединен с первым входом третьего мультиплексора и вторым входом второго мультиплексора, выходы трех мультиплексоров соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, а его выход — с 10 выходной шиной формирователя кодов соседних измерений, 3. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что анализатор монотонного перехода содержит формирователь кода максимальной скорости, счетчики прямого и обратного счета, счетчик сравнения, два триггера,два элемента И, мультиплексор, при этом первый вход анализатора монотонного 20 перехода связан с первыми входами .счетчиков и триггера, второй вход связан с вторыми входами счетчиков, третий вход счетчика сравнения связан с выходом формирователя кода максимальной скорости, выходы счетчиков прямого и обратного счета связаны с первым и вторым входами мультиплексора соответственно, выход счетчика сравнения связан с первым входом триггера и вторым входом триггера, второй и третий вход триггера связа- ны с третьим и четвертым входом анализатора монотонного перехода соот» ветственно, выход триггера связан с первым входом первого элемента И,выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента И,вторые входы элементов И соединены с пятым входом анализатора монотонного перехода, выход второго элемента И соединен с вторым выходом анализатора монотонного перехода, выход первого элемента И соединен с третьим входом мультиплексора, а его выход соединен с выходной шиной анализатора монотонного перехода.

4. Измеритель по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок масштабирования содержит формирователь,элемент задержки, дешифратор, делитель частоты, три элемента И, элемент ИЛИ и элемент 2И-ИЛИ, при этом входная шина блока масштабирования соединена с входом элемента задержки, с первым входом делителя частоты и с четвертым входом элемента ИЛИ, выход формирователя соединен с входом дешифратора и с вторым входом делителя частоты,выход которого соединен с третьим входом элемента 2И-ИЛИ, первый и третий выходы элемента задержки соединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно, вторые входы которых соединены с первым и третьим выходами дешифратора, а вторые выходы дешифратора и элемента задержки соединены с первым и вторым входами третьего элемента И,выходы первого, второго и третьего элементов И соединены с первыми тремя входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента

2И-ИЛИ, второй вход которого соединен с четвертым выходом дешифратора, а выход — с выходной шиной блока .масштабирования.

150974I фие.

1509741

Составитель А.Кирилюк

Техред М.Дидык. . Корректор Н.Борисова

Редактор Н.Яцола

Заказ 5800/39 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101