Устройство для определения погрешности фазовращателей

 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре при измерении выходных характеристик фазовращателей. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство для определения погрешности фазовращателей содержит фазовращатель 1, привод 2, программный блок 3, сумматор 4, генератор 5 импульсов, делитель 6 частоты, источник 7 питания, нуль-орган 8, два формирователя 9, 10 импульсов, триггер 11, нормализатор 12, фильтр 13, источник 14 опорного напряжения, аналоговый вычитатель 15 и измеритель 16, соединеные между собой функционально. 2 ил.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре, например, при измерении выходных характеристик синусно-косинусных вращающихся трансформаторов в режиме фазовращателя.

Известно устройство для определения погрешности фазовращателей, содержащее двухфазный источник питания, контролируемый фазовращатель, два компаратора, три элемента И, измеритель временных интервалов, генератор импульсов, триггер, счетчик, дешифратор, три одновибратора, задатчик кода, накапливающий сумматор и блок элементов И [1].

Недостатком указанного устройства является недостаточно высокая точность измерения, обусловленная наличием погрешности дискретности преобразования и погрешности за счет шумов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения погрешности преобразователя угла поворота вала в фазу, содержащее программный блок (вместе с формирователем эталонного кода и формирователем кода периода), первая группа выходов которого соединена с первой группой входов сумматора, а вторая группа выходов - с входами привода, кинематически связанного с валом фазовращателя, генератор импульсов, источник питания, выходы которого соединены с входами фазовращателя, выход которого через нуль -орган соединен с входом первого формирователя импульсов, состоящего из триггера, элемента задержки и элемента И, второй формирователь импульсов, который состоит из триггера, элемента задержки и элемента И, причем выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с входами триггера, выход которого соединен с одним входом элемента И, другой вход которого соединен с генератором, а выход связан с входом сумматора, выходы которого подключены к блоку воспроизведения [2].

Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения, вызванная наличием ошибки дискретности, обусловленной алгоритмом определения погрешности фазовращателя путем оцифровки угла и вычитания кодов, наличием несинхронности и нестабильности частот генератора импульсов и источника питания.

Целью изобретения является повышение точности измерения погрешности фазовращателя.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения погрешности фазовращателя, содержащее привод, кинематически соединенный с валом испытуемого фазовращателя, выход которого через нуль-орган соединен с входом первого формирователя импульсов, генератор импульсов, источник питания, выход которого соединен с входом фазовращателя, второй формирователь импульсов, причем выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с входами триггера, программный блок, первая группа выходов которого соединена с входами первой группы сумматора, а вторая группа выходов - с входом привода, введены делитель частоты, нормализатор, фильтр, источник опорного напряжения, аналоговый вычитатель и измеритель, при этом выход генератора импульсов через делитель частоты соединен с входом источника питания и с входами второй группы сумматора, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, прямой и инверсный выходы триггера соединены с информационными входами нормализатора, выход которого через фильтр соединен с первым входом аналогового вычитателя, второй вход аналогового вычитателя соединен с одним выходом источника опорного напряжения, другой выход которого соединен с опорным входом нормализатора, выход аналогового вычитателя соединен с входом измерителя выходного результата устройства.

Сущность предлагаемого устройства заключается в другом алгоритме преобразования и измерения погрешности фазовращателя. Погрешность фазовращателя определяется путем преобразования фазового сдвига выходного напряжения фазовращатея во временной интервал t_изм, сравнения этого временного интервала с расчетным временным интервалом t_расч. Разность временных интервалов (t_расч - t_изм), пропорциональная погрешности фазовращателя, преобразуется в напряжение.

Формирование погрешности фазовращателя без промежуточного преобразования угла в код стало возможным путем построения предлагаемого устройства с жесткой привязкой выходных напряжений квадратурного источника питания к сетке частот, образуемой делителем частоты. При этом дальнейшее преобразование временного интервала ошибки в напряжение не требует высокой точности преобразования и позволяет оцифровать погрешность с высокой дискретностью. Кроме того, синхронизация выходных напряжений квадратурного источника питания с частотой генератора импульсов исключает погрешность от несинхронности частоты генератора и питающих фазовращатель напряжений.

Структурная схема устройства представлена на фиг. 1; диаграмма его работы - на фиг. 2.

Устройство содержит испытуемый фазовращатель 1, привод 2, программный блок 3, сумматор 4, генератор 5 импульсов, делитель 6 частоты, источник 7 питания, нуль-орган 8, первый формирователь 9 импульсов, второй формирователь 10 импульсов, триггер 11, нормализатор 12, фильтр 13, источник 14 опорного напряжения, аналоговый вычитатель 15, измеритель 16.

Устройство для измерения погрешности фазовращателей работает следующим образом.

Испытуемый фазовращатель 1 посредством привода 2 занимает последовательность N известных дискретных угловых положений, число которых определяется программным блоком 3. Для двоичного числа экспонируемых точек N = 2ⁿ, где n - число двоичных разрядов программного блока 3, задающего номер экспонируемой точки. Программный блок посылает в сумматор 4 n-разрядный двоичный потенциальный код, соответствующий номеру экспонируемой точки. Генератор 5 импульсов вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое делитель 6 частоты делит до частоты F_о питания фазовращателя 1. На выходе делителя 6 частоты образуются опорные меандры U_onsin и U_{on cos} частоты F_o (фиг. 2а,б), которые поступают на вход квадратурного источника 7 питания. Источник 7 питания формирует квадратурные напряжения питания обмоток фазовращателя U_sin и U_cos (фиг. 2в,г), нулевые фазы которых жестко синхронизированы с фронтами опорных меандров U_{on sin} и U_{on cos}соответственно (фиг. 2 а-г). На выходе фазовращателя 1 образуется выходное напряжение (фиг. 2д), фаза которого пропорциональна углу поворота ротора.

Нуль-орган 8 формирует фазовые меандры (фиг. 2е) в момент, когда выходное напряжение фазовращателя 1 имеет нулевое значение. Первый формирователь 9 импульсов формирует отрицательные фазовые импульсы по положительному фронту фазовых меандров (фиг. 2и), т.е. в момент нулевой фазы выходного напряжения фазовращателя 1.

При жесткой привязке напряжений питания фазовращателя 1 к опорным меандрам делителя 6 частоты временное положение фазового импульса на выходе нуль-органа 8 относительно опорного меандра t_изм (фиг. 2и) линейно зависит от углового положения фазовращателя 1. Фазовый импульс поступает на вход установки в единицу триггера 11, на вход установки в ноль которого приходит импульс сетки (фиг. 2з), временное положение которого соответствует задаваемому углу t_расч. Импульс сетки (фиг. 2з) формируется вторым формирователем 10 импульсов по отрицательному фронту (фиг. 2ж) меандра сетки, поступающего с выхода сумматора 4.

Сумматор 4 производит суммирование потенциального n-разрядного кода, задающего номер экспонируемой точки, с текущим значением кода, задаваемым делителем 6 частоты.

На первые входы сумматора 4 приходит потенциальный n-разрядный двоичный код с выхода программного блока 3, на вторые входы сумматора 4 с выхода делителя 6 частоты приходят меандры частоты f_o x 2ⁿ и импульсы переноса старшего разряда делителя 6 частоты. По импульсу переноса производится запись потенциального кода в сумматор 4. На выходе сумматора 4 образуются меандры сетки (фиг. 2ж), сдвинутые относительно опорных меандров делителя 6 частоты на временной интервал t_расч, пропорциональный заданному углу.

На выходах триггера 11 формируются импульсы, длительность которых модулирована сигналом ошибки (фиг. 2 к) - ШИМ-напряжением. При нулевой ошибке фазовращателя 1 t_расч. = t_изм. фронты фазовых меандров и меандров сетки совпадают, при этом на выходах триггера 11 образуются меандры со скважностью Q = 2.

При погрешности фазовращателя 1 положительного знака ( α _расч. > α _изм. или t_расч.> > t_изм.) длительность положительного импульса больше 1/2 периода Т_о на величину t_расч. - t_изм. Угловая погрешность фазовращателя 1Δ α определяется как Δ α (угл. град) = α _{расч. -}α _изм. = 360/Т_о. (t_расч. - t_изм.), где Т_{о -} период питающих фазовращатель 1 напряжений, T_o= Прямая (фиг. 2 к) и инверсная последовательности импульсов поступают на информационные входы нормализатора 12, на опорный вход которого приходит напряжение U_о с выхода источника 14 опорного напряжения. С выхода нормализатора 12 последовательность импульсов, модулированная по длительности погрешностью фазовращателя 1, поступает на вход фильтра 13, который формирует постоянное напряжение U₁, величина которого пропорциональна ошибке фазовращателя: U₁= U_o , где Т₁ - длительность положительного импульса.

T₁= ± Δt , где Δ t = t_расч. - t_изм.

Отсюда U₁= ± = ± ΔU , где ΔU = U_o .

Аналоговый вычитатель 15 производит вычитание из напряжения U₁, поступающего на его вход с выхода фильтра 13, напряжения U_o/2, поступающего на его другой вход с источника 14 опорного напряжения. В результате на его выходе образуется разность напряжений, пропорциональная погрешности фазовращателя 1: U₁- = ± ΔU = ± U_o .

Знак напряжения соответствует знаку ошибки. Измеритель 16 производит измерение постоянного напряжения на выходе аналогового вычитателя 15.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ, содержащее привод, кинематически соединенный с валом фазовращателя, генератор импульсов, источник питания, выходы которого соединены с входами фазовращателя, выход которого соединен с входом нуль-органа, выход которого через первый формирователь импульсов соединен с входом установки в "1" триггера, вход установки в "0" которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, программный блок, первая группа выходов которого соединена с входами первой группы сумматора, а вторая группа выходов программного блока соединена с входом привода, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерения, в него введены делитель частоты, нормализатор, фильтр, источник опорного напряжения, аналоговый вычитатель и измеритель, причем выход генератора импульсов соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с входом источника питания и входами второй группы сумматора, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов, прямой и инверсный выходы триггера соединены соответственно с информационными входами нормализатора, выход которого через фильтр соединен с первым входом аналогового вычитателя, первый выход источника опорного напряжения соединен с опорным входом нормализатора, а второй выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом аналогового вычитателя, выход которого соединен с входом измерителя выходного результата устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2