21.2. Преобразователи скорости на основе сквт

Сигнал, пропорциональный скорости изменения преобразуемого угла, же­лательно получать от этого же первичного преобразователя ПП, так как в большинстве применений размещение дополнительного ПП нежелательно [22]. Это обстоятельство заставляет исследовать пути совершенствования преобра­зователей параметров движения в код с одним ПП и последующим преобразо­ванием его выходных сигналов в коды угла и скорости. Рассмотренный выше вариант с оптическим совмещенным датчиком помимо известных недостатков число-импульсных датчиков характеризуется низкой информационной емкостью как по углу, так и по скорости. Аналоговые, цифровые н комбинированные ме­тоды получения информации о скорости предусматривают операцию дифферен­цирования физических величин, представляющих угловую информацию.

Как отмечалось выше, для получения угловой скорости могут быть исполь-зованы н кодовые преобразователи (КП). При этом угловую скорость опре­деляют методом цифрового дифференцирования эквивалента угла. Следует от­метить, что связанные с этим вычисления, которые выполняются управляющей микроЭВМ, требуют больших затрат машинного времени, что в быстродейст­вующих системах неприемлемо. Это наряду с высокой стоимостью и отмечен­ными выше недостатками препятствует широкому внедрению кодовых и накапливающих ПП в устройства, где традиционно используются аналоговые преобразователи.

Аналоговый сигнал, пропорциональный частоте вращения СКВТ, может быть получен с помощью устройства [а. с. 556384 (СССР)], функциональная схема которого представлена на рис. 21.9.

Она содержит СКВТ, амплитудные демодуляторы АД1 и АД2, множитель­ные устройства МУ1 н МУ2, схему сравнения СС, линейный фильтр ЛФ, ин­тегратор ИР, нелинейные элементы НЭ1 и НЭ2 (функциональные преобразо­ватели) соответственно с синусной н косинусной характеристикой.

Устройство работает следующим образом.

На первые входы соответственно поступают с демодуляторов

сигналы вида

где в — угол поворота ротора СКВТ.

На вторые входы соответственно поступают сигналы с элементов HЭt

где— интеграл от скорости изменения значения угла.Выходные сигналывида

поступают на схему СС, с выхода которой снимается сигнал

т. е. сигнал, пропорциональный разности истинного угла в и измеренного(сигнал ошибки).

Этот сигнал усиливается с одновременным подавлением шумов на ЛФ, пе­редаточная функция которого

Усиленный сигнал ошибки интегрируется интегратором до тех пор, пока истинное значение угла в не будет близким к измеренному т. е.

рассматриваемая схема устройства (рис. 21.9) представляет собой следящую систему. С выхода интегратора снимается сигнал, равный измеренному значе­нию угла

Следовательно, на его входе или на выходе преобразователя получим сиг­нал, пропорциональный производной от угла поворота 8 ротора СКВТ.

Такое построение преобразователя угловой скорости обеспечивает получе­ние производной от угла поворота ротора СКВТ с одновременной фильтрацией помех, при этом значительно повышается точность дифференцирования. Путем двойного дифференцирования с одновременной фильтрацией помех можно по­лучить с фазовращателя аналоговый сигнал, характеризующий его угловое ускорение [а. с. 523356 (СССР)].

Недостатком преобразователя (рис 21.9) является низкая точность изме­рения (особенно в динамике) из-за наличия в нем двух множительных уст­ройств, которые вносят существенную погрешность при широком диапазоне изменения входных сигналов, двух нелинейных преобразователей, идентичности которых добиться затруднительно, и фильтра на выходе устройства.

С целью повышения точности предложено иное построение аналогового пре­образователя скоростного сигнала из выходных сигналов СКВТ [а. с. 1010566 (СССР)].

На рис. 21.10 представлена его функциональная схема.

С выходов СКВТ на входы блоков дифференцирования поступают сигналы После дифференцирования указанных сигналов, выделения мо­дулей и суммирования с помощью сумматора на первый вход блока деления поступает сигнал

На второй вход блока деления поступает сигнал В ре-

зультате деления на выходе блока деления получают сигнал, соответствующий модулю сигнала скорости:

Недостатком этого способа является необходимость операции дифференци­рования, которая при выполнения на аналоговых устройствах имеет ограничен­ную точность. Кроме того, при работе с СКВТ пульсации напряжения питания будут усиливаться блоком дифферен­цирования, что приведет к снижению точности устройства и ограничит ниж­ний диапазон измеряемых скоростей.

Известен способ определения ча-стоты вращения вала, в котором этот недостаток устранен путем преобразова­ния выходных гармонических сигналов

датчика в пилообразный сигнал, скорость изменения которого пропорциональна частоте вращения вала [а. с. 864131 (СССР)].

На рис. 21.11 представлена функциональная схема устройства.

Устройство состоит из СКВТ, частота вращения которого измеряется, пре­образователя числа фаз ПЧФ, формирователя пилообразного напряжения, циф­рового вычислителя скорости изменения пилообразного напряжения, ЦАП, оп­ределителя очередности следования фаз ООСФ. Питание обмотки возбуждения СКВТ осуществляется от источника опорного напряжения ИОН. Выходные об­мотки СКВТ подключены к фазочувствительныы выпрямителям ФЧВ, опорным сигналом для которых служит напряжение ИОН. На выходах выпрямителей имеются сигналы, являющиеся гармоническими функциями синуса и косинуса угла поворота СКВТ.

Двухфазная система сигналов поступает на входы преобразователя числа фаз ПЧФ, на выходах которого формируется трехфазная система сигналов. Формирователь пилообразного напряжения содержит три ключа Кл1—КлЗ, три компаратора КР1—КРЗ, дешифратор Д н аналоговый сумматор.

С помощью компараторов и дешифратора формируются импульсы управле­ния ключами, на входы которых поступает трехфазное напряжение от преобра­зователя числа фаз. На выходах ключей формируются сигналы, представляю­щие собой линейные участки синусоид напряжений, формируемых на выходе преобразователя числа фаз. Длина участков соответствует 60°, а середины участков совпадают с нулевыми значениями синусоид напряжения. Сформиро­ванные на выходах ключей линейные участки синусоид суммируются аналого­вым сумматором, на выходе которого формируется пилообразное напряжение, скорости нарастания спада которого (скорость изменения) пропорциональны измеряемой скорости.

Пилообразное напряжение с выхода формирователя поступает на вход цифрового вычислителя, который содержит блок преобразования крутизны пилы в частоту импульсов и узел счета импульсов за фиксированный интервал времени. С помощью преобразователя крутизны пилы измеряемая скорость ва­ла представляется в виде частоты импульсов, а с помощью узла счета — в виде параллельного двоичного кода. Для декодирования кода скорости используется ЦАП, на выходе которого формируется скорость в аналоговой форме.

Недостатком этого способа является наличие большого числа аналоговых устройств, к которым предъявляются повышенные требования по точности и стабильности, что затрудняет техническую реализацию измерителя скорости с высокими метрологическими параметрами.