Преобразователь угла поворота валав напряжение постоянного toka

 

Союз Советеиик

Социапиетичеемик

Республик

О П И С А Н И Е ÄÄ836644

И ЗОБРЕТЕ Н Ий

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.07.79 (2! ) 2790965/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кд. (08 С 9/04 (01 В 7/00

9аударатааавй каиитат

CCCP пв Малан маабратаним м аткрытмм (23) Приоритет

Опубликовано 07.06.81. Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 10.06.81 (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Автор изобретения

В. Б. Ибрагимов

Г

Азербайджанский институт нефти и хими им. М. Азизбекова

Ф (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА. ВАЛА

В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационноизмерительных системах для построения слецящих аналого-цифровых преобразователей угловых перемещений, выполняю5 щих одновременно ряд других функций, в частности функции множительного устройства с функциональным преобразованием одного из сомножителей.

16

Известно устройство, реализующее алгоритм следящего преобразования и содержащее датчик угла поворота, выполненный на основе синусно-косинусного вращающегося трансформатора (CKBT), И обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, а выходные синусная и косинусная обмотки через селектор октанта, третий вход которого также подключен к источнику наI пряжения питания, ко входам двух умножителей, выходы которых соединены со входами дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выхоц которого подключен ко входу блока формирования сигнала рассогласования, a выxone последнего через цифровые функциональные преобразователи — к другим входам умножителей 1) .

Недостатками,.устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием гибридных умножителей с различной фОрмой представления информации и цифровых функциональных преобразователей, невысокая надежность, обусловленная нестабильностью порогового детектора блока формирования сигнала рассоãëàсования, и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее цатчик угла поворота, выполненный на основе первого СКВТ, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, и два блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, входы одного из которых подключены к синусной обмот836644 ке первого С1(ВТ, выходной обмотке второго СКВТ с заторможенным ротором и выходу косинусного функционального преобразователя, соответствующие входы другого — к косинусной обмотке первого

СКВТ, выходной обмотке второго СКВТ с заторможенным ротором и выходу синус ного функционального преобразователя, а выходы — ко BKogBM дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого, являющийся также . выходом всего устройства, подключен ко входам обоих функциональных преобразователей (2J. (3».

Это устройство (c подключенным к дифференциальному операционному усилителю стандартным АДП) проще по конструкции и надежнее в работе, чем устройство Г1), однако его функциональные возможности ограничены так как оно. преобразует угол поворота вала в напряжение постоянного тока (код).

Пелью изобретения является расширение функциональных возможностей.

С этой целью в преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока, содержащий СКВТ, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, первый и второй блоки фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выкоцы которых соединены с соответствующими вхо- дами дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого соединен со входом синусного и ко» синусного функциональных преобразователей, выхоц косинусного преобразователя соединен с одним из входов первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, и регулируемый источник напряжения постоянного тока, введены двукпозиционный переключатель, выпрямители и коммутаторы, синусная и косинусная обмотки СКВТ соединены со входами выпрямителей и первым и вто„рым входами первого и второго коммутаторов, третьи входы которых соединены с выходом источника напряжения питания, а выход - с первым и вторым входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения.

Первый и второй входы третьего комму» татора соединены с выходами выпрямителей, третий вход - с выходом регулируемого источника напряжения постоянного тока, четвертый вкоц - с выходом синусного функционального преобразователя, а выкоц - с третьим входом второго блока

55

14 и элемент 15 аналоговой памяти.

В зависимости or того, в каком положении накодятся ключи коммутаторов

4-6, устройство работает в одном из следующих режимов: а/в режиме выполнения множительной операции с прецставлением оцного из сомножителей в вице тригонометрической функции угла поворота вала; б) в режиме выполнения мно. фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого соединен с размыкающимся контактом двухпозиционного переключателя Выход источника напряжения питания и синусная обмотка СКВТ соединены со вторым и третьим входами первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения.

Выход цифференциального операционно-

10 го усилителя постоянного тока соединен с замыкающимся контактом двухпоэиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя.

15 На чертеже показана структурная схема преобразователя угла поворота вала в напряжение постоянного тока.

Преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока содержит

20 СКВТ 1, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, а выходные синусная и косинусная обмотки - ко входам выпрямителей

2,3 и коммутаторов 4,5, третьи входы

25 которых также подключены к источнику напряжения питания, коммутатор 6, вкоды которого соединены с выходами выпрямителей, регулируемого источника напряжения Е постоянного тока и синус50 ного функционального преобразователя 7, два блока 8, 9 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения. Входы блока 8 поцключены к выходам. коммутаторов 4,5 и 6, соответствующие входы

35 блока 9 - к выходу источника напряжения питания, синусной обмотке CKBT 1 и выходу,косинусного функционального преобразователя 10, а выходы блоков 8 и 9 - ко вкодам дифференциального опе40 рационного усилителя постоянного тока

Ъ

11, выход которого подключен ко входам обоих функциональных преобразователей.

Входы двухпозиционного переключателя

12 соединены с выходами лока 8 и уси

45 лителя 11, а выход — с выходом устройства.

В состав идентичных блоков фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения входят компаратор 13, ключ

30 } =КО -S1nuu . СО.ЬО

U =. КО,п S1nuut 1Р8

1 (2) 35 0 = U sinUut б (3) 40

/ в скобках зцесь и далее указано положение .коммутатора где U 4u — амплитудное значение и

М) круговая частота напряжеф5 ния V питания СКВТ 1;

k - коэффициент трансформации, постоянный цля данного ти- па датчика;

8 - угол поворота ротора

СКВТ, соответствующий углу поворота вала.

В момент равенства напряжений Нх, и на вхоцах компаратора 13 последний срабатывает, формируя импульс, в соот ветствии с которым к элементу 15 аналоговой памяти через кратковременно (на время действия импульса) замкнутый ключ 14 подключается напряжение Ugg

5 8366 жительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота вала и в) в режиме преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока.

В режиме выполнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота вала рабочим является блок 8 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого через переключатель 12, установленный в положение (1), соединен с выхоцом устройства. При этом коммутатор 6 находится в положении (2) и к is одному из входов компаратора 13 блока

8 подключается напряжение 0К = с вы-. хода регулируемого источника напряжения постоянного тока, отображающее значение первого сомножителя. На другой вход ком-20 паратора подается напряжение Vgg с выхода коммутатора 4, которое(в зависимости от положения коммутатора) равно

0 (1), U1 (2.) или 0п (3), где

U, U u U — соответственно напряже- 25

2 1 П ния выхоцнык косинусной и синусной обмоток СКВТ 1 и его обмотки возбуждения, подключенной к источнику напряжения питания

44 6 с выхода коммутатора 5, равное в зависи мости or положения коммутатора Vp (-1), 01 (2) или U<(3). Мгновенное значение этого напряжения запоминается элементом 15 и отображает результат множительной операции с представлением второ.го сомножителя в виде тригонометрической функции угла поворота 8 . допустим, что коммутаторы 4 и 5 накодятся в положении (1), чтоусловно может быть записано в виде следующей коммутационной прогр "ммы: 4 (1); 5 (1) . Тогда в момент равенства напряжений ЕИН

=02 на входак компаратора 13 блока

8 выполняется условие

kUùS1nuOtСОВВ=Я (4) и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение V -и =U s1 ш, мгновенное

Г1 Ф значение которого, равное с учетом (4) I запоминается элементом 15. допустим, что коммутаторы 4 H 5 находятся в положении 3: 4(3); 5 (3) .

Тогда в момент равенства напряжений

= Ц, на входах компаратора 3 выполняется условие

0 В1П <Ю1= E и к элементу 15 через кратковременно.замкнутый ключ 14 подключается напри»

К5

5 ъмгновенное значение которого, равное с. учетом (6)

О =КE СЮО (7) . К5 запоминается элементом 15.

Рассмотрим еще один пример. Пусть коммутаторы 4 и 5 находятся в положениях 2 и 3 соответственно: 4(2); 5 (3).

Тогда в момент равенства напряжений

Е ОК вЂ” U Hà входа х компара тора 1 3 выполняется условие

КО S1n uut Я 16=}.=. (8) и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение ОК =О„=КО,„Мn 4 cori- } мгновенное значение которого, равное с учетом (8)

ОКб Е С 9 (9) запоминается элементом 15.

Полный перечень вариантов выполнения множительной .операции вида (5), (7) или (9) при различных положенияк коммутаторов 4 и 5 приведен в таблице.

836644

1 4(3); 5(2) р 6(2) U U„

4(3) р 5(3); 6(2) U„U> кЕмч 8

KE c0sQ

3 4(1)р 5(2)„6(2) О (4(2); 5(3); 6(2) U„O

„E cosec 8

" Esec 8

5 4(2); 5(1); 6(2) U 0>

6 4(1)р 5(1}; 6(2) U 0„ )„,еМ(в1=РР 0„,Мп9 (10) se

ОКЬ- v Uù91п а сова } (13). где

- запоминается элементом 15.

Таким образом, данный режим работы устройства обеспечивает выполнение множительной операции с нредставлением одного из сомножителей в виде любой тригонометрической функции угла поворо- 2S та О, вид которой задается достаточно просто - путем установки в соответствующее положение всех коммутаторов.В режиме выполнения множительной операции с прецставлением обоих сомно- ЗО жителей в вице тригонометрических функций угла поворота, как и в прецыдущем, функционирует только блок 8 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения (блок 9 аналогичного назначения в jg процессе выполнения множительной операции не участвует), выхоц которого через переключатель 12, установленный в соогветствующее положение, соецинен с выхоцом устройства, При этом коммутатор 40

6 может находиться в одном из двух положений (3} или (4). В положении (3) коммутатора к одному из входов компаратора 13 блока 8 подключается напряжение к =0 с выхода выпрямителя 2, 45 пропорциональное амплитудному значению напряжения 01 синусной обмотки

СКВТ 1.

О =R9, 0 ему

18 где К э — коэффициент выцрямления (Rg е Соле+), а в положении 4 - напряжение U -Ug с выхода выпрямителя 3, пропорциональ.-. ное амплитудному значению напряжения0 косиаусной обмотки СКВТ 1

О =Кя и cos8 . () На другой вход компаратора подается напряжение с выхоца коммутатора. 4, которое в зависимости or положения коммутатора равно 0 (1), V< (2) или

Оп (3) . Дальнейшая послецовательность действий анал огична рассмот ренн ой выше цля первого режима. В момент равенства напряжений U < и U на входах компаратора 13 последний. срабатывает, формируя импульс, в соответствии с которым к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 поцключается напряжение0 с выхода коммутатора 5, равное в зависимости от положения коммутатора

0п (1), U< (2) или О (3). Мгновенное значенйе этого напряжения запоминается элементом 15 и отображает результат множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота 8

Ф

Допустим, коммутаторы 4,5 и 6 на« ходятся в положении 3:4 (3); 5 (3);

6 (3). Тоща в момент равенства напряжений Ugy u Ugg на входах компаратора 13 блока 8 выполняется условие и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение U =Ой-RU 89qю1 сов О мгновенное значение которого, равное с учетом (12).

- 9 836644 10

Допустим теперь, что коммутаторы венное значение которого. равное с уче-!

4,5 и 6 находятся в положении (1), (2} том (14) и (3) соответственно: 4 (1); 5 (2) и

6 (3). Тогда в момент равенства напря- "< "- AU <$ + 1 (15) жений 0, и U<< на входах компаратора

13 выполняется условие где p= Rp, запоминается элементом

15.

Полный перечень вариантов выполнения множительной операции в данном

10 режиме работы при различных положениях коммутаторов 4-6 приведен в следуюшей таблице. и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение О, =О„=Я0 5ЯПЮЪМо 8 мгно0. () q 1" („„91п 8510

4(3); 5(2); 6(3) 4(3) 5(3). 6(4) 2 26

4(3); 5(3); 6(3)

4(3); 5(2); 6(4) "„cosOcos8

П

0„

U1e, 1 Ощ81и ВС058

4(1); 5(2) р 6(3)

4(2); 5(3); 6(4) U«p 0 ã s

0 р U ctg9coa8 где 0@, х — напряжение постоянного тока на выходе усилителя 11;

- коэффициент преобразования преобразователя 7.

В момент. равенства указанных напряжений выполняется условие

1) q g(g< =R> sin 0Sbi> (16) П и к элементу 15 через кратковременно .замкнутый (импульсом сработавшего

U„=q9 co@ u » М О,,(19) запоминается элементом 15.

Таким образом, данный режим работы устройства обеспечивает выполнение множительной операции с представлением обоих сомножителей в вице тригонометри- З5 ческих функций угла поворота 8 в) Режим преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока.

В данном режиме работают оба блока

8 и 9 фиксации и запоминаннямгновенно- 40 го значения напряжения. Нля этого доста-. точно установить спедуюшую коммутационную программу: 4 (3); 5 (3); 6 (1), т. е. подключить ко входам компаратора

13 блока 8 напряжения Ок, -U> с вы- 45 хопа источника напряжения питания и 0, с Я,Мт 0 g,„с выхода преобразовате- . ля 7, кампаратора) ключ 14 подключается напряжение 0к5=0 =QUiB nuut соБО мгновенное значение которого, равное с учетом (1 6)

2 Ю„ " )%, (1 7) запоминается элементом 15.

Аналогично на входы компаратора блока 9 подаются напряжения с выхода источника напряжения питания и у у ц й„,Ä (y) (предполагается, что функциональные преобразователи 7 и 10 построены по одной и той же схеме, на пример, по схеме кусочно-линейного ап» проксима тора) с коэффициентом преобразования Я„с выхода преобразователя

10, в момент равенства которых выполняется условие

Уев " м - "асора uebi (18) и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напря жение Uр Ю дsinuut МП 9 мгновенное значенне которого, равное с учетом (18) .1 3 53bb4H 3 C (2О)

Формула изобретения

Напряжения U и U„c выходов

-1 1 блоков 8 и 9 соответственно подаются на входы усилителя 11, выход которого подключен ко входам функциональных преобразователей непосредственно и к выходу устройства через переключатель 1 2, устанавливаемый в данном случае в положение (2). При этом равновесное состояние устройства, определяющее возможность отсчета напряжения постоянного 10 тока с выхоца усилителя 11, описывает-, ся равенством

= 0 сомножителей в вице тригонометрической функции угла поворота; выполнение множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота и преобразование угла поворота в напряжение постоянного тока.

Это значительно расширяет класс решае- мых им зацач. котерое выполняется, если 15

=8 8 (21) где Rp - размерный коэффициент.

Из выражения (21) следует, что в рассматриваемом режиме .работы устрой- 20 ство обеспечивает преобразование угла поворота вала в напряжение постоянного тока.

В предложенном устройстве нет необ25 ходимости использовать i дополнительного

СКВТ с заторможенным ротором, так как фазовый сдвиг, т. е. фазовая погрешность

СКВТ, является сложной функцией угла поворота 8 и изменяется с изменением

О (3). Фиксация ротора дополнительного СКВТ в определенном положении к компенсации фазовой погрешности не при водит, а только усложняет конструкцию устройства с одновременным уменьшением его нацежности и точности. При выполнении множительной операции вица Е 8

Е cia Q (режим выполнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометричес 40 кой функции угла поворота) указанная погрешность не влияет на точность измерения, так как компаратор 13 блока 8 сравнения напряжения О (U>) и Е, а и

45 в момент их равенства фиксируется (запоминается) мгновенное значение напряжения U (u<). Это свойство схемы легко може быть распространено и на режим преобразования угла поворота вала в на50 пряжение постоянного тока, если вместо синусного и косинусного использовать соответственно тангенсный и котангенсный функциональные преобразователи, что с точки зрения практической реализации

55 особых трудностей не вызывает, Таким образом, предложенное устройство обеспечивает выполнение множительной операции с прецставлением одного из

Преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, обмотка возбужцения которого подключена к источнику напряжения питания, первый и второй блоки фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выхоцы которых соединены с соответствующими входами дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого соединен со входом синусного и косинусного функциональных преобразователей, выход косинусного преобразователя соединен с одним из входов первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, и регулируемый источник напряжения постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены двухпозиционный переключатель, выпрямители и коммутаторы, синусная и косинусная обмотки СКВТ соединены со входами выпрямителей и первым и вторым входами первого и второго коммутаторов, третьи входы которых соединены с выходом источника напряжения питания, а выход - с первым и вторым входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, первый и второй входы третьего коммутатора соединены с выходами выпрямителей, третий вход - с выходом регулируемого источника напряжения постоянного тока, четвертый вход - с выходом синусного функционального преобразователя, а выхоцс третьим входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого соединен с размыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, выхоц источника напряжения питания и синусная обмотка

СКВТ соединены со вторым и третьим входами первого лока фиксации и запоми2. Арменский Е. В., Фалк Г. Б., Электрические машины, М., "Высшая школа", 1975, с. 197.

13 836644 14 нания мгновенного значения напряжения, МВ СОпЧягМя "ЕВЮ Ф огас ЗОМБИ ", выход дифференциального операционного по 7, 1970. усилителя постоянного тока - с замыкаюшимся контактом двухпозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 3. Авторское свидетельство СССР

1.асИв и Н.Ап ейеС1гоп с ЙеМ п N..-411481, кл. C 08 С 9/00, 1971 ргасОсс36 0 49 Дог в оСИтд-М-Юф- 10 (прототип) °

Составитель А. Сидоренко

Редактор Л. Утехина . Танкред ЕЛ аврипешко Корректор С.Шекмар

Заказ 3118/37 Тираж 691 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., g. 4/5

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