
книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие
.pdfС приходом следующего импульса разрешения описанный процесс циклически повторяется. Бремя одного цикла 7J рав но времени полного оборота барабана. Оно определяется толь
ко угловой скоростью cj вращения барабана |
|
гт |
/ 2 5 8 / |
Z - - со |
|
В течение интервала между импульсами И? и ИЗ /интер вала преобразования/ в накапливающем счетчике будет зафик
сировано N импульсов. |
Так как |
угдл |
мекду двумя точками |
|
местного намагничивания |
равен |
, |
то угол |
поворота ос ве- |
|
|
К |
|
j f |
дущего вала определяется с точностью до |
как |
|||
|
ос -N ■гт |
1 |
к |
|
|
|
/ 2 5 9 / |
Из этого уравнения видно, что угол поворота ведущего вала пропорционален числу импульсов, зафиксированных счет чиком в течение полного цикла. Из уравнения следует также, что пропорциональность между ы. и N не зависит от скоро сти вращения барабана. Отметим, что за нулевое положение ведущего вала следует принять такое его положение, когда расстояние мекду головками 2 и 3 равно нулю.
Ошибка дискретности 8 рассматриваемого преобразова теля определяется количеством намагниченных участков на первой дорожке
' {60
/ 2 6 0 /
Из последнего уравнения видно, что и точность преоб разования не зависит от скорости вращения барабана. Основ
ным недостатком |
преобразователей рассмотренного |
типа |
является необходимость в постоянном вращении барабана. |
||
Существует |
разновидность преобразователей этого типа, |
у которых отсутствует указанный недостаток. В основе пос троения этого преобразователя лежит идея замены механиче
ского вращения барабана |
вращением постоянного |
по модулю |
вектора магнитного поля |
в пространстве. Как |
известно, |
260
при подключении индукционного фазовращателя к сети переме! ного тока в его зазоре образуется вращающееся магнитное ш ле. Если выполнены условия кругового вращающегося поля, ф< за э .д .с ., наведенной во вторичной обмотке, будет изменят ся пропорционально величине угла поворота ротора. Количес венное изменение фазы э .д .с . вторичной обмотки при поворо те ротора на некоторый угол можно определить при сравнени этой э .д .с . с напряжением сети.
В синусоидальных кривых э .д .с . вторичной обмотки и н пряжения сети можно фиксировать точки перехода напряжения через нуль от отрицательного значения к положительному.
Образуются две смещенные одна относительно другой системы импульсов /р и с .148,б /. Первая система, полученная из сину соидального напряжения сети, не зависит от изменения по ложения ведущего вала и жестко связанного с ним ротора фа зовращателя.
Вторая система импульсов, полученная из синусоидаль ной э .д .с . вторичной обмотки, будет смещена во времени от носительно первой системы в зависимости от угла поворота ротора. Условимся, что за нулевое положение ротора прини мается случай совпадения импульсов обеих систем, а за по ложительное направление - направление, совпадающее с вект ром скорости вращения магнитного поля. При одинаковых уг ловых скоростях вращения магнитного поля в зазоре фазовра щателя и барабана в преобразователе, выполненном в соотве ствяи с рис.148, первая и вторая системы импульсов эквива лентны соответствующим системам импульсов, выдаваемых гс ловками 2 и 3. Как и в случае преобразователя с механиче ским барабаном, импульсы первой системы будем называть иь пульсами разрешения, а второй - системы - импульсами за прещения.
Таким образом, для полной аналогии между рассматри ваемыми преобразователями необходимо, чтобы в преобразо вателе, основанном на электромагнитном принципе, имелась также система импульсов, эквивалентная системе, выдавае
261
мой головкой I /р и с .148,а / . Для |
согласования |
частот при |
меняется умножитель, к которому |
предъявляется |
требование |
"жесткого" умножения. Это означает, что при частоте пита ющей сети f гц частота выходного напряжения умножителя должна быть равна точно kf во всем диапазоне допустимых колебаний частоты сети. При этом постоянный коэффициент пропорциональности к характеризует кратность умножения частоты.
На рис. 148,6 показана блок-схема такого преобразова теля. Напряжение сети поступает на формирователь импуль сов Ф^,а э .д .с . со вторичной обмотки фазовращателя §В - на формирователь Фг .Импульсы ИЗ, импульсы ИР и выходное напряжение с умножителя частоты УЧ поступают на РЗУ, ре гулирующее поступление импульсов частоты к f в счетчик
Сх.
Рассмотрим основные соотношения преобразователя, вы полненного в соответствии с этой блок-схемой. Как следует из принципа его работы, при угловой скорости магнитного поля
|
|
о ) = 27Ff |
|
/261/ |
угол поворота |
ведущего вала се связан с интервалом пре |
|||
образования |
Т выражением |
|
|
|
|
|
cL =(оТ . |
|
/2 6 2 / |
Так как |
с УЧ выдается по k f имп/сек, |
то за |
интер |
|
вал Т Jc o k J |
в |
накапливающем счетчике будет |
зафиксировано |
|
число импульсов |
|
|
||
|
|
N=kfT . |
|
/2 6 3 / |
Принимая |
во внимание выражения /2 6 1 / |
- /2 6 3 /, |
можно |
получить связь между углом поворота ведущего вала и чис лом импульсов, зафиксированных в накапливающем счетчике
РТГ |
/2 6 4 / |
cL = N - ~ - . |
262
Полученное уравнение тождественно с уравнением /2 6 0 / для преобразователя с механическим вращением. Из уравнения
/26V |
следует, что |
пропорциональность между N и ос не за |
висит |
от скорости |
вращения магнитного поля. От скорости |
вращения магнитного поля не зависит и ошибка преобразовате
ля за счет |
дискретности. В |
самом деле, |
если |
оС— —360°, то |
|||
т- |
I |
сек |
и на основании /2 6 3 / |
в счетчике будет |
|||
f |
|||||||
|
|
|
число импульсов |
Nmaoc- k . Сле |
|||
зафиксировано максимальное |
|||||||
довательно, |
вся |
окружность |
разбивается |
нс. к |
частей. От |
сюда ошибка преобразователя за счет дискретности
т .е . приходим к выражению /2 6 0 /. Таким образом, данный преобразователь является полным электромагнитным аналогом преобразователя с механическим вращением. Отметим, что вы ражения /2 6 4 / и /265/ справедливы лишь для кругового вра щающегося поля. При этом в указанные формулы не входит час тота сети. Это объясняется тем, что угловая скорость маг нитного поля и частота первой гармоники выходного напряже ния УЧ жестко связаны с частотой сети. Изменение частоты приводит к пропорциональному изменению скорости вращения магитного поля и одновременно с этим к пропорциональному изменению количества импульсов, поступающих в единицу вре мени с УЧ на вход РЗУ. Поэтому число импульсов, фиксируе мых в счетчике, при данном угле поворота ротора фазовраща теле остается постоянным. В этом смысле можно говорить, что работа данного преобразователя не критична к измене нию частоты сети.
Для реальных индукционных фазовращателей без предъяв ления чрезмерных требований к питающим напряжениям можно создать надежно работашие преобразователи с точностью пре образования, соответствующей восьми двоичным разрядам. Ес ли же к преобразователю предъявляются требования значи тельно более высокой точности, то целесообразно применять
263
многоотсчетные преобразователи. Они характерны тем, что несмотря на высокую точность их работы, не предъявляется каких-либо особых требований ни к фазовращателям, ни к режиму их питания.
I.Многоотсчетные преобразователи
смеханической редукцией
Воснову построения многоотсчетных преобразующих ус тройств положен принцип совместной работы нескольких од-
ноотсчетных преобразователей, выполненных, скажем, |
по |
||||
блок-схеме рис.148,б. При |
этом |
их фазовращатели |
должны |
||
быть жестко связаны между |
собой |
механическим |
редуктором. |
||
Фазовращатель, сочлененный непосредственно с |
валом, угол |
||||
поворота которого подлежит |
преобразованию, будет |
относить |
ся к системе грубого отсчета ГО, а фазовращатель, распо ложенный на выходе повышающего механического редуктора,- к системе точного отсчета ТО.
Числа, зафиксированные к концу каждого цикла в |
счет |
чиках преобразователей, передаются в вычислительное |
ус |
тройство с учетом передаточного отношения между соответ ствующими отсчетами.
При построении таких преобразователей необходимо ис ключить возможность недопустимо больших ошибок за счет неточного согласования чисел, накопленных в счетчиках раз личных отсчетов. Известно, что числа во всех счетчиках фиксируются с точностью до единицы. Такая ошибка в счетчи
ке ТО несущественна, |
так как |
в этом случае она составит |
лишь единицу младшего |
разряда. |
Ошибка же в счетчике ГО |
приводит к ошибке на единицу в одном из старших разрядов
числового эквивалента, что |
совершенно недопустимо. |
|
Проблема согласования |
отсчетов возникает и в модели |
|
рующих устройствах. Однако |
там происходит непрерывное из |
|
менение величины как в точном, так и в грубом отсчете, |
в |
|
то время как в преобразователях приращение значений, |
на |
264
копленных в счетчиках, происходит скачками. Этим и обус ловлена специфика проблемы согласования отсчетов. Задача согласования отсчетов может быть решена с помощью специ ального согласующего устройства, логика работы которого рассматривается ниже. При этом показания счетчика одного отсчета корректируются в зависимости от показаний счетчи ка другого, более точного отсчета. В дальнейшем будем рассматривать двухотсчетный преобразователь, но это не ограничит общности рассуждений, так как многоотсчетные преобразователи можно свести к ряду двухотсчетных систем.
Система точного отсчета в схеме рис.149 принципиаль но не отличается от рассмотренного выше одноотсчетного преобразователя. Количество разрядов счетчика здесь так же выбирается в соответствии с той точностью, которую мо жет обеспечить электромеханическая часть. Однако при этом налагается одно дополнительное требование, а именно: чис ловой эквивалент Nmax максимального значения величины,
преобразуемой системой ТО, должен быть таким, чтобы обес печивалось полное заполнение всех разрядов счетчика ТО
N |
= г ° 1- { |
/2 6 6 / |
' чтох |
1 » |
|
где п - количество разрядов счетчика. |
|
|
Это условие является следствием того, что при считы |
||
вании числа в вычислительную машину значения, |
зафиксиро |
ванные в счетчиках ГО и ТО, являются неразрывными частями одного и того же числа.
Имея в виду, что за время одного периода, |
которое в |
||
данном случае равно максимальному интервалу Т |
х преобра- |
||
|
/ |
импульсов, |
|
зования, на вход РЗУ<, должно поступить Л /^д. |
|||
можно определить частоту f |
/ |
|
|
|
|
||
|
Nmax |
/2 6 7 / |
|
I = Т max |
|||
|
|||
Значение частоты следования импульсов f |
/р и с . 149/ |
||
|
J г |
|
265
должно быть определенным образом связано с передаточным от ношением L редуктора. Так как в счетчике ГО должно быть зафиксировано число полных оборотов, сделанных валом ТО, то принципиально необходимо, чтобы за время Лтахв счетчи
ке могло бы быть накоплено |
L импульсов. |
Однако, как |
будет |
||
показано ниже, для обеспечения согласования отсчетов |
на |
||||
вход |
РЗУ, должно приходить вдвое |
больше импульсов, |
что |
||
будет |
в том случае, когда |
величина |
f |
равна |
|
|
2- |
Z |
|
— |
/268/ |
2 |
' тазе |
|
На рис.150 показана логическая схема работы устройст ва согласования, которое представлено блоками А, Б, В и Г, выполняющими определенные функции.
В начале каждого цикла преобразования импульс ИР воз
действует |
одновременно на P3YJ ТО и РЗУ, |
ГО. |
После этого |
|
через РЗУ, |
и РЗУг |
начинают проходить импульсы |
с частотами |
|
следования |
f и |
f соответственно. Импульсы, |
проходящие |
|
|
Ji |
г |
|
|
через РЗ!^ , будут накапливаться в счетчике ТО до прихода |
||||
импульса И31# Прохождение импульсов через |
РЗУ2 |
прекращает |
ся с приходом импульса И32 .
В зависимости от величины интервала преобразования че рез РЗУг пройдет определенное количество импульсов. Если непосредственно после РЗУ, поместить счетчик, то в соответ ствии с выражением /2 6 8 / к концу каждого интервала преобра зования в нем будет зафиксировано с точностью до единицы количество полных полуоборотов вала точного отсчета.
Зависимость числа импульсов А/ которые могли бы быть зафиксированы в таком счетчике в функции угла поворота об вала ТО, изображается ломаной линией, как показано на гра
фике |
N ~ f |
foC) /р и с .150/. Положение начала координат |
за |
||
висит от первоначальной установки статора фазовращателя |
ГО. |
||||
Если |
выбрать начало координат так, чтобы |
первый |
импульс |
||
был |
в:1дан в |
Л |
остальные |
импульсы, |
|
окрестности точки оС-~^ ,то |
количество которых соответствует числу полных полуоборотов вала ТО, будут выдаваться в окрестности точек
оc * ( £ k + { ) j r , |
/269/ |
где к - количество полных полуоборотов, сделанных валом ТО.
Ширина зоны, в которой может быть выдан импульс, за висит от технологических допусков, принятых при изготовле нии электромеханической части преобразователя, режиме его работы, точности установки нулевого положения и других при
чин. Эту зону в дальнейшем будем называть зоной неопреде |
|
ленности, |
понимая под этим некоторый интервал, равный 2 |
в котором |
вероятны.два значения функции Л^,отличающихся |
между собой на единицу. |
Таким образом, как это следует из графика
в точках ос , удовлетворяющих неравенству |
|
|
(2к + 0 т + Я <оС < |
( a k + i ) j r - S |
/2 7 0 / |
|
возможно лишь единственное значение в зонах неопределенности, т .е . при равенству,- ,
равное / к + I / , |
а |
оС, удовлетворяющих |
не |
/2 7 1 /
возможны два значения N{
Mi = k или N1 = к + I .
Неоднозначность функции Nt в зонах неопределенности создает возможность появления грубых ошибок преобразова ния в этих интервалах. Устройство согласования в конечном счете предназначено для исключения такого рода неоднознач ности. Пройдя через РЗУ£ /р и с .150/, импульсы поступают на первый вход узла Б. Его второй вход соединен с выходом уз ла А.
267
что на выходе узла А возможно только два дискретных значе ния потенциала, можно условно принять, что высокий потенци ал соответствует "I" , а низкий - "О".
Так как величина числа, зафиксированного в счетчике, пропорциональна углу поворота вала ТО, то наличие на выхо де узла А единицы свидетельствует о том, что значение угла поворота вала ТО лежит в первой половине окружности шкалы ТО, а наличие нуля свидетельствует, что это значение лежит во второй ее половине.
В соответствии со сказанным выше на рис.150 представ лено в виде графика изменение величины A/g на выходе узла
А в |
функции о б . В узле Б производится сложение функции N и |
Л/2 |
. В результате такого сложения количество импульсов на |
выходе узла Б изменяется |
в функции оС по |
закону, изображен |
ному на рис.150 графиком |
Л/3 = f ( o c ) . |
|
Выход узла Б связан |
со входом узла |
В, в котором лик |
видируется все четные импульсы, поступающие на этот вход. Таким образом, число импульсов Л/^ на выходе узла В вдвое
меньше |
числа входных импульсов. Зависимость NA= j-(oC) по |
казана |
на рисунке в виде соответствующего графика. |
В точках |
|
|
|
/2 7 |
2 / |
функция Л/^ получает приращения на единицу, причем |
зоны |
|
неопределенности отсутствуют. Выход узла В соединен |
со |
|
входом узла Г. В узле Г осуществляется параллельный |
пере |
нос оси ординат на единицу вверх. Кривая изменения импуль сов выходе узла Г показана на том же рисунке в
268
виде графика. Выход узла |
Г соединен со входом счетчика ГО, |
|
в котором происходит накопление импульсов, прошедших через |
||
устройство |
согласования. |
При этом каждый импульс, зафикси |
рованный в |
счетчике ГО, |
соответствует полному обороту ва |
ла ТО, а зоны неопределенности принципиально исключены.
В качестве примера практической реализации изложенно го метода согласования отсчета рассмотрим 13-разрядный двухотсчетный преобразователь, блок-схема которого предста лена на рис.151. Напряжение сети формируется в импульсы с помощью формирователя Ф 1 .Отрицательные импульсы с выхода
Ф1 воздействуют на триггер T iMсо |
счетным входом. На кал |
||||
дые два импульса, воздействующие на |
вход 7^ , с |
его |
выхода |
||
выдается по одному импульсу ИР. Таким образом, |
ИР поступа |
||||
ют на РЗУ^ и РЗУг |
через |
каждые два |
периода |
напряжения |
|
сети, в то время как ИЗ, поступающие |
с формирователей Ф^и |
||||
Фз воздействуют |
на РЗУ1 |
и РЗУг |
в каждый период. |
Из |
сказанного следует, что время одного цикла такого преобра зователя равно двум периодам напряжения сети. Так как мак симальный интервал преобразования не может превышать од ного периода напряжения сети, то в течение времени, равно го разности между временем полного цикла и интервалом пре образования, ни в одном из счетчиков преобразователя не бу дет происходить накопления импульсов. Это время использует ся для производства операций согласования величин чисел, записанных в счетчиках, выдачи их в вычислительное устрой ство и последующей установки счетчика в нулевое положение.
Триггеры Т15 и Ti6 управляют схемами совпадения В{
и8 г ,через которые в течение соответствующих интервалов преобразования проходят импульсы с частотами следования j*
иf , Импульсы, проходящие через 6 п накапливаются непосред
ственно в счетчике . Импульсы, проходящие через Q воздействуют на один из раздельных входов триггера Т1ви на
объединенный вход Т{?, Первоначальная установка этих триг-
269