19.3. Высокоточные преобразователи

В современных высокоточных системах управления и контроля необходимы ЦПП, имеющие информационную способность более 16 бит, т. е. их погреш­ность не должна превышать десяти секунд [17].

Для достижения столь высоких метрологических показателей в качестве первичного преобразователя в системах УПК используются либо высокоточные индукционные генераторные преобразователи, либо индуктосины. Первичные преобразователи обеих этих разновидностей являются многополюсными.

Инструментальная погрешность генераторных первичных преобразователей при составляет а при не превышает Вероятност-

ная оценка угловой погрешности свидетельствует, что среднеквадратическое значение амплитуды погрешности соответственно составляет 0,55 и Наличие только одной гармонической погрешности с периодом в этих, первич­ных преобразователях позволяет сравнительно просто учитывать ее в процессе измерения и кодирования углов с использованием этих устройств [а. с. 501406 (СССР)].

К недостаткам таких первичных преобразователей следует отнести их низкие массогабаритные показатели, наличие механического модулятора с использова-нием тихоходного синхронного двигателя, сложность изготовления и сопря­жения.

Одним из эффективных методов повышения точности двухотсчетных си­стем является использование разнополюсных датчиков с электрической редук­цией (17, 87J.

Следует отметить, что применение нониусного метода этой разновидности при использовании однополюсных датчиков, сопряженных с выходной осью через механический редуктор с передаточными отношениями, близкими друг к другу, например 20 и 21, 35 и 36, позволило реализовать преобразователи [а. с. 278255 (СССР)] с инструментальной погрешностью, не превышающей

Использование разнополюсных индуктосннов эффективно в ЦПП, где не­обходима точность выше Первичный преобразователь содержит два диска, выполненных из металла или стекловолокна. На поверхности дисков нанесены изолированные печатные обмотки. ,Одии из дисков сопрягается с входным ва­лом и является ротором. Второй диск неподвижен, он является статором н располагается на расстоянии 0,2 мм от ротора.

Печатные проводники на роторе образуют два раздельных рисунка. Внеш­ний состоит, например, из 256 шагов по окружности, а внутренний — из 255 шагов. Каждая из печатных обмоток ротора записывается от отдельного гене­ратора с частотой 10 кГц при токе 0,3 А.

На статоре нанесены две группы печатных обмоток. Каждая из них вы­полнена с соответствующим шагом, например 256 н 255, и содержит две от­дельные перемежающие обмотки: синусную и косинусную. Когда ротор пово­рачивается относительно статора на угол, эквивалентный одному шагу, то в статорных обмотках наводятся напряжения, идентичные напряжениям СКВТ с Таким образом, по мере вращения ротора разнополюсного индуктосина во внешней группе обмоток формируются сигналы, эквивалентные 256 обо­ротам обычного СКВТ, а во внутренних — его 255 оборотам.

К основным достоинствам этого варианта двухотсчетного первичного преоб­разователя относятся, во-первых, наличие эффекта усреднения погрешности на­несения печатных обмоток, позволяющей реализовать в индуктосине высокую точность во-вторых, уменьшение влияния эксцентриситета ротора

относительно статора. Отклонение может достигать 0,127 мм без заметного ухуд­шения точности. Такое значение допустимого эксцентриситета облегчает требо­вания к конструкции, делая их менее жесткими, чем при изготовлении и установке статора относительно ротора в СКВТ; в-третьих, наличие только двух дисков, делающих устройство чрезвычайно надежным.

В случае кругового вращения первичного преобразователя напряжение воз­буждения может подаваться на ротор через кольцевой трансформатор (см. рис. 19.2,а), т. е. система остается бесконтактной.

Для получения цифрового эквивалента угла поворота ротора первичного датчика его выходные сигналы подаются во вторичный двухотсчетный преоб­разователь, функциональная схема которого представлена на рис. 19.6.

Он содержит два одноканальных СЦПУ1 и СЦПУ2 для 256- и 255-полюс-ных выходов. В этом случае раздельное преобразование сигналов каналов оправдано в связи с использованием метода цифрового вычитания на выходе отсчетной части для определения абсо­лютного положения ротора индуктоси-на (ИНД).

Информационная емкость каждого СЦПУ не должна превышать 12 бит. Эта величина гарантирует суммарную информационную емкость ЦПП 20 бит (12+log2256), т. е. Для сопря-

жения ИНД с СЦПУ используются двухканалыше усилители (ДКУ) в ин­тегральном исполнении. Они должны

размещаться в непосредственное близости от статора ИНД в предназначены для усиления его выходных милливольтовых сигналов до 2 В, т. е. до величины, достаточной для работы СЦПУ.

Низкое выходное сопротивление ДКУ позволяет устранить влияние СЦПУ на показатели ицдуктоснна и обеспечивает возможность размещения отечетной части на значительной расстоянии от первичного датчика. Существенным до-стоинством построения (рис. 19.6) является в то, что оно обеспечивает до­статочную помехоустойчивость передачи угловой информации на вход СЦПУ, которые обладают высокой собственной помехозащищенностью.

Отметим, что к СЦПУ в такой системе предъявляются повышенные требо­вания а отношении скорости слежения. Например, СЦПУ 12 бит фирмы AD [39] (модель IS20), способен отслеживать выходные сигналы обычного СКВТ, ротор которого вращается со скоростью В ЦПП (рис. 19.6) он

обеспчивает преобразование угла поворота ротора ИНД, вращающегося со скоростью в 256 раз меньшей; т. е.

Для получения больших скоростей вращения с таким СЦПУ следует ис­пользовать индуктосии с меньшим числом пар полюсов, например 128 и 127. В этом случае максимальная скорость удвоится и составит Несмотря

на уменьшение разрешающей Способности на один бит точность ЦПП изменит­ся несущественно. Так, например, среднеквадратнческие ошибке ЦПП для ин-дуктосинов 256/255 и 128/127 с учетом погрешности, вносимой ДКУ н СЦПУ, различаются примерно на 10%. Общая среднеквадратическая ошибка ЦПП не превышает при точности индуктосина 187].

Рассмотренная система может быть упрощена при использовании однодоро-женного индуктосина в ЦПП накапливающего типа. Эффективно применение этого устройства в качестве первичного датчика импульсного цифрового тахо­метра (см. § 21.1). Несмотря на существенный выигрыш в стоимости такой ЦПП теряет основное достоинство абсолютных датчиков положения: в нем отсутствует восстановление информации после сбоев, вызванный-проведением питания и воздействием помех. Следует отметить, что дальнейшее повышение точности ЦПП на основе разнополюсных датчвков может быть достигнуто за счет как совершенствования технология их изготовления, так и использования алгоритмических методов автоматической цифровой коррекции с помощью ЭВМ. Если первый путь — улучшение конструкции, технологии и применяемых мате­риалов—связан с большими затратами, то второй требует только тщательного исследования свойств первичного преобразователя н составления алгоритма коррекции для ЭВМ. Второй путь, на наш взгляд, является более перспек-тивным.

Успешному решению задачи способствуют результаты исследований, которые показали, что при использовании системы разнополюсных датчиков возможно существенное снижение погрешности намерений по сравнению с каждым индук-тосином в отдельности. Эффективность коррекция зависит главным Образом от информацвонной емкости измерения н пронзводнтельности микро ЭВМ.

Такой ЦПП с коррекцией Достаточно сложен, и его применение оправда­но при весьма высоких требованиях к точности. При использовании сдвоен-яого индуктосина реально снизить погрешности до [17].

Сочетание алгоритмических и схемных методов коррекции погрешности ЦПП позволяет повысить точность при использовании в качестве первичного преобразователя многополюсного СКВТ.

Примером тому служат прецизионный ЦПП космического корабля "Апол-лон» [89). Вторичный преобразователь выходных., отвалов многополюсного СКВТявляется двухотсчетным СЦПУ и реализует пол-

ный алгоритм преобразования . ■

в которой — дискретное значение при величине кванта 11,25° эл. град., а 0-угол поворота СКВХ

К выходной величине добавляется затем произведение

в котором — дискретное значение линейной интерполяции ве-личины а Ф — дискретное значение малого угла, отсчитываемого МЗР

счетчика. Реверсированием счетчика угла управляют в зависимости от знака суммы Когда содержание счетчика эквивалентно в,

ТО , -

Младшие разряды дают линейную интерполяцию ошибки При этом на интерполятор поступает напряжение; пропорциональное и синфазное

с напяжением канала точного отсчета с масштабом, устанавливае-

мый настройкой СКВТ. На вход детектора ошибки поступает сумма величин ФЦАП грубого, точного отсчетов и линейного интерполятора.

Постоянная R линейной интерполяции выбирается из условия сведения к ми-минуму наибольшей ошибки Кроме того, для даль-

нейшего сокращения ошибки во всем диапазоне интерполяции к линейной функ-ции добавляется постоянная. При соответствующем выборе ошибку СKBT точного отсчета в можно сделать меньше она сведена к величине, меньшей Это позволяет на основе СКВТ реализовать преци-зионнные ЦПП.

Основным достоинством всех вариантов двухотсчетных ЦПП следует счи-тать возможность обеспечения высокой информационной емкости без существен­ного увеличения требовании к точности каналов отсчетной частя. Однако такое построение требует введения дополнительного датчика в системе с механическим редуктором или применения более сложного и дорогостоящего двухканального датчика в сочетании со сложной отсчетной частью.

ГЛАВА ДВАДЦАТАЯ ДВУХКОНТУРНЫЕ СЛЕДЯЩИЕ ЦПП