Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
30.10.2023
Размер:
13.42 Mб
Скачать

С 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ