Устройство для передачи сигналов угловых перемещений

 

О И И С" А -Н. И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстннескнк

Республик

< .773679

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.02.79 (21) 273062 7/18-24 (5! }М. Кл.

6 08 С 19/48 с присоединением заявки K

Гооударстооииый комитет (23) Приоритет оо делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.10,80. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования онисания 26.10.80 (5З} УДК 621. .398 (088.8) (72) Автор изобретения

О. А. Хайнаикий (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕШЕНИЙ

- измеряемые угловые положения .Ф-(),М,} роторов СКТ датчика и приемника, совпадаюптив с угловыми положениями роторных обмоток

СКТ, Ио - частота опорного напряжения.

Откуда при Upgo 0 угловые положения роторов СКТ датчика и приемника равны друг другу, т. е.

+o=5o

Однако на практике из-за различных погрешностей сигнал рассогласования на выходе СКТ приемника при с о Ъ определяется уравнением: (2) где ц - полезный сигнал, определяемый пттл уравнением (1 )

UIIpI->- сигнал-помеха, определяемый угловой погрешностью д ф (о о) передачи угла

Изобретение относится к преобразователям угловых перемещений s код и может быть использовано в измерительной технике и автоматике.

Известно устройство для передачи сигналов угловых перемещений, содержащее последовательно включенные синусно-косинусные трансформаторы (СКТ), датчик, приемник, усилитель и блок управления 1

Недостатком устройства является ма лая точность.Известно также устройство для передачи сигналов угловых перемещений, содержащее генератор опорного напряжения, блок управления и последовательно включенные СКТ датчик и СКТ приемник 1.21.

В таких устройствах при идеально вы-. полненных СКТ сигнал рассогласования, сформированный на выходе вторичной (ро» торной) обмотки СКТ приемника, в общем случае определяется уравнением: рса = ЦоЬ йй(в о-5 )Ü» о где N - число пар полюсов СКТ;

U (0 + U фпьтт, pQ5 ILoh, пот1т о т

3 773679

Как показывает практика, угловая пог-,. ся характер в функции от измеряемого решность угла таких устройств, главным угла с .з . Известно, что угловая погрешность Ьф ф ) передачи угла практически ми погрешностями СКТ датчика и прием- определяется суммой трех гармоник с ника и имеет периодический повторяющий- периодами

5 ъьФ, ю . — — К = — т.в

1 м, 2 (д фФЬ> (йо м )АСАФ ь1п(2йм+м „1Флф gin(4Mol, +g 1, (Q) чик и СКТ приемник, введены генератор импульсов, два блока ключей, сумматор и избирательный усилитель, выход генератора опорного напряжения через первый блок ключей соединен с первичными обмотками СКТ датчика, вторичные обмотки

СКТ приемника подключены через второй блок ключей ко входам сумматора, управляющие входы блоков ключей попарно соединены с выходами генератора импульсов, выход сумматора через избирательный усилитель подключен к блоку управления.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 изображены диаграммы работы устройства. где ф,ф — амплитуда первой гармоники, обусловленная наличием остаточного напряжения во вторичных обмотках СКТ датчика и прием- 1

BHKG

ЬФ - амплитуда второй гармоники обусловленная, главным образом, амплитудой и угловой неортогональностью (асимметрией) вы- 2о ходных напряженийд (poT0pHbxK обмоток) СКТ датчика и приемника, й,ф(— амплитуда четвертой гармоники, обусловленная несинусоидаль- 25 ностью закона изменения выход-. ных напряжений СКТ датчика и приемнике от измеряемого угла, - число пар полюсов СКТ, для двухполюсных СКТ, = 1, для зй многополюсных СКТ N 5 1.

Кроме указанных выше факторов, определяющих амплитуды 4ф, Ь ф,ЬФ4 первой, второй и четвертой гармоник на точность устройства в некоторых случаях, например при использовании в качестве датчика и приемника индуктосинов, значительное влияние оказывают погрешности усилителей мощности, установленных на выходе статорных обмоток СКТ,@ датчика для увеличения его выходных сигналов, а, следовательно, и отношения сигнал-шум. Как известно, погрешности усилителей приводят к увеличению амплитуд второй (йф ) и первой (Ь ф ) гармоник.

Так как по технологическим и эксплуатационным причинам устранить указанные выше погрешности невозможно, то в связи с этим возникает задача уменьшения этих погрешностей за счет изменения структурной схемы устройства.

Бель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, 55 что в устройство для передачи сигналов угловых перемещений, содержащее генератор опорного напряжения, блок управления и последовательно включенные CKT датУстройство состоит иэ генератора 1 опорного напряжения, CKT датчика 2 и приемника 3, первого и второго блоков ключей 4 и 5, 1 енератора 6 импульсов, сумматора 7, избирательного усилителя

8 и блока 9 управления.

СКТ датчик имеет три трехфаэные первичные (роторные) обмотки 1g, 2g

Зд и две вторичные двухфазные (синусная и косинусная) обмотки. СКТ приемник имеет две первичные двухфазные обмотки и три вторичные трехфазные (роторные) обмотки 1, 2, 3 . Трехфазные обмотки СКТ сдвинуты между собой в проори транстве на угол

М где М вЂ” число пар полюсов СКТ.

Выход генератора 1 опорного напряжения через первый блок ключей 4 подклкьчен к первичным обмоткам СКТ датчика

2, выходные обмотки которого подключены к первичным обмоткам СКТ приемника 3.

Вторичные обмотки СКТ приемника 3 через второй блок ключей 5 подключены к сумматору 7, выход которого через избирательный усилитель 8, настроенный на частоту генератора 1 опорного напряжения, подключен к входу блока управления.

Выходы генератора 6 импульсов подклю чены к соответствующим коммутирующим входам блока ключей 4 и 5. о " = о к()

p (Р)= «ь +9 (} (4) 5 77367

Устройство работает следующим образом.

На выходе генератора 1 опорного напряжения формируется переменное напряжение с частотой Ио синусоидапьной ипи прямоугопьной формы, которое поступает на сигнальные входы ключей первого блока кйючей 4. На выходах генератора 6 импупьсов последовательно во времени за период jy формируются тактовые 6 прямоугольные импульсы с длительностью у — и с частотой 4)< =—

tg причем тактовые импупьсы на выходах генератора смещены во времени относительно друг друга на величину равную ( е Тактовые импульсы сформированные на первом, втором и третьем выходах генератора 6 импульсов, поступают соответственно на первые, вторые и третьи коммутирующие входы бпоков ключей 4 и 5, За период коммутапии Т„в первый промежуток времени Q ("„. Е д. 2 на первом выходе генератора 6 импупьсов будет присутствовать импульс, который установит первые ключи блоков кпючей 4 и 5взамкнутое положение,,при этом пер- >О вичная (1g — 4g ) обмотка СКТ дат чика 2 будет подключаться к генератору опорного напряжения 1, а первая вторич-ная обмотка (1н — 4h ) СКТ приемника

3 кодкпючится ко входу сумматора 7. Во

35 второй промежуток времени

"к Я.

-,4.

К во втором выходе генератора 6 импульсов появится коммутирующий импупьс, который установит вторые кличи блоков ключей 4 и 5 в замкнутое положение, при этом вторые обмотки (2g - 4g ) и (2 - 4 )

СКТ датчика и приемника подключатся соответственно к выходу генератора 1 опорного напряжения и ко входу сумматора 7. В третий промежуток времени

2.

T аъ .Т на третьем выходе генератора 6 импульсов у> появится коммутирующий импульс, который установит третьи ключи блоков ключей 4 и 5 в замкнутое положение, при этом третьи обмотки (ЗЯ вЂ” 4g ) и (ЗП - 4й )

СКТ датчика и йриемника подключатся со- g ответственно к выходу генератора 1 опорного напряжения и ко входу сумматора 7.

В результате последовательной во врек- :"-.ни синхгонкой коммутации первичных

9 4 (роторных) обмоток СКТ датчика и одноименных вторичных (роторных) обмоток

СКТ приемника выходное напряжение опорного генератора 1 напряжения будет пос педоватспьно во времени поступать на запчтку первичных обмоток СКТ датчика 2 при этом выходные напряжения вторичных обмоток СКТ приемника 3 также поспедоватепько во времени будут поступать ка вход к сумматору 7.

Так как первичные (роторные) обмотки

CKT датчика так же, как и вторичные

{роторные) обмотки CKT приемника смещены в пространстве относительно друг дру Р

ra ка =, то в результате коммутации

5 в роторййх обмотках CKT датчика и приемника будет сформировано 3-шаговое импульсное вращение векторов пульсирующего поня с частотой h)g равной частоте ( коммутации 43 = —, Ha фиг. 2 а, пока1 закы угловые положения векторов пуль-. сирующего поля в рогоркых обмотках СКТ датчика и приемника в пределах первого периода коммутации (< в разные моменты времени.

Из фиг. 2 а следует, что импульсное угловое перемещение векторов пульсирующего поля в роторных обмотках СКТ дат .ика и приемника, происходящее за счет коммутации роторкых обмоток СКТ, может быть и представлено в виде: где о4, - và÷âëbíîå угловое положение вектора пульсирующего поля

{возникающего в первой роторной обмотке СКТ), принятое за начальное угловое положение

CKT датчика, О ф - угловое положение вектора пульсирующего поля CKT датчика в разные моменты времени \

0 рри о «(— „ т„

Й (ф Ы при — Р - —

К У „р -т„ (т

Р.

- начальное угловое положение вектора пульсирующего поля (возникающего в первой роторной обмотке СКТ приемника), принятое за начальное угловое попожение ротора CKT приемника, туды ступенчатых напряжений равны зна-, чениям гармоник Al (cIo) и Ф (о о) точках о о, (о о+ о 3, 0 о+>4o ) (см. фиг, 2, б).

О IIPu O Фй—

Т

12.OC Г рИ - .Ь т ь- -ъ

240 IIP — Tg «(t,

Амплитуды третьей гармоники АФ (Фо) не изменяется и во времени и определяется уравнением

>б причем из (5), (6) видно, что ЬО(, (. ) = 1 Ж

После подставки (4), (5), (6) в (2) находим, что уравнение сигнала рассогласования на выходе сумматора 11 будет «u».--I ..„. „„,ы1

ЬФ (о Ц= ф cIII(gy+ y.

Синусоидально-ступенчатые функпии

Ж(сто +) и ЬФ (с, ) . как известно, могут быть представлены в форме ряда

Фурье (в виде отдельных гармоник с час тотой Ы, 2 Q)g, 3 Gag, ° ° ° ) вида Я„(о фйФ„»

"1" ""(" " „„ Ь "(" C,„) "Ь1) ьФ,(С„1)= х

> ÜÔ Д т у О(бд 4 )+д, Ь пф(д1+ф )+,,)(12)

После подстановки (11), (12) в (7) находим, что сигнал рассогласования на выходе сумматора принимает вид с п 00 И, (.,р."р, мр4р3<„, Из этого следует, что при 4 4)с погрешности ЬФ„(фо, } и Ь ф (Кр Ц, представляющие суммарную погрешность Ô (Ыо) устройства могут быть отфильтрованы избирательным усилителем, как помеха, и, следовательно, нв будет оказывать влияние на точность устройствае

В этОм случае Орос=lJ I, öIÿ ф о где "nag о ""(о о О) 14)

Аналогично выше изложенному можно показать, что в том случае, если суммарная погрешность 49 (OCy) будет представ» ленная 1, 2„3, 4, 5, 6,... гармониками вида (10), в результате импульсной коммутации обмоток (образующей импульоное вращение вектора пульсирующего поля) гармюники с периодами

uZ a, a, „ „(15)

А- ° qL -«1.IA . г - 4 % 1

1hL Й 2, 4 у 5 5 7 7

° примут временный характер и, следовательно, могут быть отфильтрованы как помеха, а гармоники с периодами

Я1 % Ь вЂ” — ) Х,=-„- ) ..

A«„c = )о ля(ы + ad<(t) p;-qp) р) 0 = оо нФ (d. тн „(ь)) клинок хек ласи)= ф (+), то

"ПОл "О (О О О У

Из полученного уравнения видно, что в результате синхронной коммутации роторных обмоток СКТ амплитуда полезного

cHPHBIIB Рассогл асов анин 1JII g { 8 ) не изменяется от времени и совпадает с уравнением полезного сигнала (1) извест ного устройства (в котором отсутствует коммутация роторных обмоток СКТ), а амплитуда сигнала-помехи (9), определяющего угловую погрешность вф (М еЬЫ„ф})> устройства принимает временны характер.

Ллк определения сигнала-помехи (9), возникающего при коммутации роторных @ обмоток СКТ датчика и приемника (на фиг. 2, б), в качестве примера показан процесс формирования сигнала-помехи (9) при условии, что 5 = 1, а суммарная угловая погрешность Ьф (о,) устройст 4> ва первой, второй и третьей гармониками вида

АФ,(о о) =, "т <о .+с(1„)e а9 ОЯ

+ЬФъ Ь Р (ЬЫО+ аЬн) Из фиг. 2 б видно, что при шаге поворота вектора пульсирующего полк равном

120 (что имеет место при использовании 3-х фазных СКТ датчика и приемника) первая и вторая гармоники вида kv>(Q4v) и

7 773679 8

hP<(t) - угловое положение вектора пуль- A(P (фо} принимают временный сирующего поля СКТ приемника характер, проявляясь в виде синусоидальнов разные моменты времени ступенчатых напряжений,йФ (t)> ЬФ о ф т

1 g % о1 ;, следующих с частотой Я, причем ампли(6) 9 7736

ga будут RahfsHBTbCR BO Bp&hfaaa (HO амплитуде) и, следовательно, будут отказы вать влияние на точность устройства.

Однако так как на практике (как было указано ранее, суммарная погрешность

Q4 (Ыо ) представпена, главным образом

1 2, и 4 гармониками с периодами

Я %1 jL1 К= — W = — 7= —1 N 22 44 а в некоторых спучаях и 8 гармоникой с

A периодом %р"- ф,-.которые как покае ° вано в (13), (15) не впияют на выход, ной сигнап раесогпасования (14) предло-. женного устройства, то иэ этого следует, что точность передачи угла в предпоженном устройстве практически не будет зависеть от основных инструментапьных погрешностей СКТ датчика и приемника, обуславливающих появпение указанных вы- 2о ше гармоник.

Таким образом, иэ приведенного анапиэа следует, что при построении устройства дпя синхронной передачи угла по предложенной схеме основные инструментальные погрешности СКТ даччика и приемника, обусповпенны: наличием остаточного напряжения на выходах вторичных обмоток, амплитудой и угловой неортогонапьностью синусно-косинусных обмоток СКТ датчика и приемника, несинусоидапьностью закона изменения выходных напряжений СКТ дат» чика и приемника, неидентичностью параметров усипитепей, установленных на выходе СКТ датчика (дпя усиления по ам79 10 ппи уде его выходных сигналов), не будет влиять на точность передачи угла. формула изобретения

Устройство дпя передачи сигналов уг.повых перемещений, содержащее генератор опорного напряжения, блок управпения и последовательно включенные синуснокосинусный трансформаторный датчик, си нусно-косинусный трансформаторный при емник, о т и и ч а ю щ е е с я тем, что, с депью повышения точности устройства, в него введены генератор импульсов, два блока ключей, сумматор и избирательный усилитель, выход генератора опорного напряжения через первый блок ключей соединен с первичными обмотками синуснокосинусно трансформаторного да чика, вторичные обмотки синусно-косинусно трансформаторного приемника одкпючены через второй блок ключей ко входам сумматора, управляющие входы блоков ключей попарно соединены с выходами генератора импульсов, выход сумматора через иэбиратепьный усипитепь подключен к бпоку управпения.

Источники информа пни, принятые во внимание при экспертизе

1. Сафонов Л. И. Препиэионные датчики угла с печатными обмотками. М., "Энергия, 1972, с. 16, рис. 10.

2. Ахметжанов A. А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М„"Энергия, 1970, с. 6, 81 (прототип).

773679

aalu - $ „

+/ — 7к 8 + Тк

Составитель Г. Усачев

Техред И.Асталош Корректор С. Щомак

Редактор Г. Волкова

Заказ 7511/65 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4