106 Поясните принцип действия вращающегося трансформатора.

В следящих системах станков с ЧПУ применяются прецизионные преобразователи перемещений, которые могут измерять положение с разрешающей способностью 1 мкм, определять направление движения, его скорость, и даже ускорение.

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) - индукционные ДП (датчики перемещений) - выполнены в виде электрических микромашин. Принцип действия основан на использовании закона электро-магнитной индукции – возникновении ЭДС в обмотке при изменении параметров магнитного поля.

ВТ имеют по 2 взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и роторе и могут включаться по различным измерительным схемам. Одной из них является схема синусно-косинусного ВТ, изображенная на рисунке. Напряжение питания подается на одну из статорных обмоток, на вторую статорную обмотку подключено статорное сопротивление, а с роторных обмоток снимаются напряжения. Статор создает пульсирующее магнитное поле, в результате в роторных обмотках наводится ЭДС и на выходе возникает переменное напряжение, т.е. выходные напряжения зависят от sin и cos угла поворота ротора.

Схема синусно-косинусного ВТ

В станках с ЧПУ вращающиеся трансформаторы используются в качестве датчиков обратной связи и часто включаются по схеме фазовращателя: когда фаза выходного напряжения равна углу поворота ротора.

Рассмотрим работу индукционного ДП (ВТ или индуктосина) в фазовом режиме.

В этом режиме на пространственно сдвинутые обмотки датчика подаются напряжения:

где ит , ω0 – амплитуда и круговая частота питающего напряжения.

С выхода ДП снимается напряжение

где φ – угловое положение подвижного элемента ДП относительно начала шага или оборота, выраженное в электрических градусах. Например, если используется линейный индукционный ДП, то φ = 2nx/ s , где х – перемещение головки относительно начала шага; s – шаг ДП. Подставляя формулу, после несложных преобразований получаем

Таким образом, фаза напряжения и пропорциональна измеряемому перемещению, благодаря чему такой режим индукционного ДП получил название фазового.

107 На чем основан принцип действия импульсного фотоэлектрического датчика

В следящих системах станков с ЧПУ применяются прецизионные преобразователи перемещений, позволяющие измерять положение с разрешающей способностью 1 мкм, определять направление движения, его скорость, и даже ускорение. Измерительный преобразователь перемещения состоит из датчика положения (ДП) и измерительной системы, преобразующей сигнал датчика в цифровой или аналоговый. По конструктивному исполнению ДП делятся на круговые и линейные.

Фотоэлектрические датчики положения используют принцип модуляции светового потока при взаимном перемещении шкалы датчика относительно съемника. Импульсные фотоэлектрические датчики имеют растровую шкалу, на которой с постоянным шагом нанесены риски так, что прозрачные просветы и непрозрачные участки – штрихи имеют одинаковую ширину s/2. Число штрихов шкалы равно отношению длины шкалы к шагу s. Для круговых датчиков это число определяет число дискрет перемещения Nдп на оборот датчика. Съемник имеет две секции, каждая из которых содержит пару просветов. Начало просвета второй секции сдвинуто относительно конца штриха первой секции на ¼ s. С каждой парой просветов съемника совмещена пара фотодиодов (ФД1, ФД2 для первой секции, ФДЗ, ФД4 для второй секции).

При движении шкалы вдоль съемника происходит модуляция светового потока, и в токах i1..i4, протекающих через фотодиоды, появляется периодическая составляющая. Первая гармоника суммы токов i1, i2 сдвинута относительно первой гармоники суммы токов i3, i4 на 90°. Использование встречного включения фотодиодов позволяет скомпенсировать влияние изменения светового потока на постоянную составляющую суммарных токов фотодиодов. Погрешность датчика, обусловленная неравномерностями нарезки шкалы, уменьшается тем, что на каждый фотодиод попадает световой поток от нескольких просветов шкалы. На шкале и съемнике имеется растровое сопряжение, называемое нуль-меткой. Это группа штрихов и просветов, фиксирующая абсолютное положение линейного ДП или положение кругового ДП в пределах оборота. С просветами нуль-метки совмещены фотодиоды подобно тому, как это выполнено для его основных секций.

Аналоговые сигналы с фотодиодов поступают на входы усилителей-формирователей УФ1, УФ2, на выходах которых формируются нормализованные прямоугольные напряжения и0, и1, и2.

Для увеличения числа импульсов ДП на оборот вала используется специальная схема ( ее диаграмма работы представлена выше). Схема имеет 2 канала, на выходе которых возникают последовательности импульсов унитарного кода, частота которых fос пропорциональна скорости вращения вала ДП. Число импульсов с выхода схемы в 4 раза больше числа прорезей шкалы ДП.

Для определения направления движения механизма необходимо выработать признак изменения направления SX. По временной диаграмме сигналов видно, что при движении в одном направлении между каждыми 2 перепадами напряжения u1 имеется 1 перепад напряжения u2, причем при движении вперед за положительным фронтом u1 следует положительный фронт u2. Пусть этой ситуации соответствует логическая единица на выходе SX и учетверенная выходная последовательность проходит по каналу +fос. При смене направления движения перепад u1 между 2 перепадами напряжения u2 отсутствует, что является признаком изменения состояния SX на нулевое, в результате чего выходная последовательность переключается на канал – fос. При обратной смене направления между двумя перепадами u1 не будет перепада u2, что и является признаком возврата SX в состояние логической единицы. В течение одного оборота кругового ДП формируется 1 импульс нуль-метки fм . На рис. 3.3 изображено формирование сигнала нуль-метки для случая, когда прорези нуль- метки находятся на одной вертикали с прорезями второй секции съемника.

108 Каковы правила изображения логических элементов на схемах автоматики?

Логические элементы автоматики – устройства, реализующие некоторые простые логические функции и функциональные преобразования в машинах, самостоятельно работающих по заданной программе. Наиболее распространенным логическим элементом, применяемым в схемах управления автоматических устройств, является электромеханическое реле, реагирующее на определенные значения и изменения величин какого-либо параметра. Напряжение на его катушке является входным сигналом, состояние контактов реле (замкнутость или разомкнутость) - выходным сигналом.

Логические элементы являются одной из важнейших частей электронно-вычислительных машин. Среди них выделяют три элементарные операции (ИЛИ, И, НЕ,) и типовые комбинированные операции ИЛИ-НЕ, И-НЕ (табл. 6.1). Элементарные операции также называют:

1) логическое сложение – операция ИЛИ (дизъюнкция), обозначаемая знаками “+” и “V”;

2) логическое умножение – операция И (конъюнкция), обозначаемая знаками “ · ” ;

3) логическое отрицание – операция НЕ (инверсия), обозначаемая чертой над переменной;

В сущности смысл работы логических элементов заключается в том, чтобы пропускать или не пропускать сигнал по той или иной цели, усиливать поступивший сигнал или не усиливать и т. п. Набор логических элементов позволяет электронно-вычислительной машине осуществлять преобразования информации в соответствии с преобразованиями формул в алгебре логики.

Логические элементы (ЛЭ) вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств автоматики и цифровой обработки информации. Логические элементы выполняют определенные логические операции с поступающими на них сигналами.

Логические сигналы (логические переменные) принимают только два значения: 0 – логический ноль и 1 – логическая единица, которые соответствуют двум состояниям ключа. Действия над логическими переменными производятся в соответствии с законами алгебры логики, которые основаны на следующих аксиомах:

Л огические функции (операции) описываются аналитически или с помощью таблиц истинности.

В зависимости от вида используемых сигналов логические элементы подразделяют на потенциальные и импульсные. В потенциальных элементах логические «0» и «1» представляются двумя разными уровнями электрического потенциала, а в импульсных – наличием или отсутствием перепада напряжения от низкого уровня к высокому или наоборот.

При построении логических элементов принимают соглашение: обычно логическому «0» соответствует низкий уровень напряжения (u =0), а логической «1» – высокий уровень (u > Uпор ).

Современные ЛЭ выполняются в виде интегральных микросхем, которые содержат в основном транзисторные элементы (ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика). Наиболее экономичны логические КМОП-элементы (здесь К – начальная буква в слове «комплементарный» – «дополнительный»). В них используются пары МОП-транзисторов с каналами разных типов (р и n), включенных последовательно с источником питания. При этом затворы парных (комплементарных) транзисторов объединяются. В результате при любом входном сигнале («0» или «1») один из транзисторов открыт, а другой закрыт и ток от источника не отбирается. Ток потребляется только в момент переключения.

Рис.. Схема КМОП элемента НЕ: при Uвх=0 («0») открыт р-канальный МОП-транзистор VT2, n-канальный транзистор VT1 закрыт, и Uвых=E («1»). Если Uвх=E , то транзистор VT2 закрыт, а транзистор VT1 открыт, и Uвых = 0.