21.3. Цифровой тахометр с сквт

В том случае, когда в канале преобразования угла используется цикличе­ский преобразователь угол — амплитуда — код с СКВТ, цифровой эквивалент скорости может быть сформирован отдельной отсчетной частью по сигналам единого первичного преобразователя.

С целью уменьшения методической составляющей ошибки и увеличения раз­решающей способности предложена структура построения, в котором N опре­деляется выражением

Таким образом, разрешающая способность преобразователя увеличивается . в 2 раза, а диапазон работы при фиксированной методической погрешности расширяется на порядок по сравнению с вариантом запитки СКВТ вращающим­ся полем, показатели которого были определены в гл. 8.

Функциональная схема преобразователя приведена на рис. 21.12 [76]. Им­пульсы частоты генератораD1 поступают на счетчик D2 емкостью .V, кото­рый формирует линейно нарастающий код(цифровую «пилу») с периодом (рис. 21.13). Формирователь At (см. рис. 21.12) преобразует выход­ной сигнал с D2 путем фильтрации в синусоидальное напряжение частоты

Это напряжение создает в CКBT пульсирующее поле, которое наво­дит в его выходных обмотках напряженияЭти напряжения в относи­тельных единицах можно представить в виде

Принцип работы тахометра основан на том, что напряжения содержат две гармонические составляющие: одну — частоты, равной сумме ча­стот питания и вращения СКВТ, а вторую — частоты, равной их разно-

стн. Эти составляющие можно выделить при помощи двойного фазоврашающе-го моста ДФМ. Мост содержит две цепи с постоянными времениT=RC= и инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, рав­ным ]..Его выходное напряжение в относительных единицах

Выходные напряжения моста в комплексной форме могут быть записаны в виде

где для первого слагаемого в (21.16) и (21.17);для вто-

рого слагаемого в (21.16) и (21.17). С учетом (21.16), (21.17) после неслож­ных преобразований из (21.19), (21.20) можно получить выходные напряжения моста в виде (рис. 21.14)

где— начальные фазы составляющих. Еслито

Измеряя отклонения периодов этих составляющих от периода

можно определить частоту вращения По каждой составляющей частоту оп­ределяют с методической погрешностью, близкой к При вычитании от­клонений периодов частотаудваивается, а первые степени отношенияпогрешности компенсируются. Измерения проводят в импульсной форме, для чего преобразуют формирователямиА2 и A3 в прямоугольные напря­жения

Цифровая отсчетная часть тахометра (рис. 2.1.12) содержит четыре регист­ра, три сумматора и два инвертора. Регистры D3, D6, D7 и D9 представляют собой параллельные m-разрядные регистры хранения кода, информация в кото­рые записывается в момент прихода на их входы синхронизации фронта им­пульса. Инверторы D4, D10 выполняют логическую функцию НЕ и служат для получения инверсного кода. Сумматоры D5, D8 и D11 комбинационные парал­лельные, число разрядов т.

Следует отметить, что функции цифровой отсчетной части D3-D11 тахо-иетра могут выполняться микроЭВМ по соответствующее подпрограмме при наличии резерва машинного времени [68].

Как уже отмечалось, по импульсам генератора счетчик формирует «цифро­вую пилу», которая описывается выражением

где

ЦЧ — символ взятия целой части, отражает процесс квантования (в даль­нейшем символ ЦЧ опущен).

В момент времени фронтом сигнала в регистр D7 записывается зна­чение кода (рис. 21.13); в момент времени фронтом в регистрD3 записывается значение кода

Заметим, что на выходах счетчика D2 и регистров D3, D8 мы имеем дело только с положительными числами, максимальное значение которых, как из­вестно, равно Эти числа представляются прямым m-разрядным ко­дом без знакового разряда. На выходах сумматоров D5, D8 и D11 и регистров D6, D9 числа могут быть как положительными, так и отрицательными. Они представляются дополнительным m-разрядным кодом, причем старший разряд-знаковый. Диапазон изменения чисел — отПри пе­реполнении сумматоров перенос в разряд отбрасывается. После этогопредварительного замечания продолжим рассмотрение работы тахометра.

С помощью инвертора D4 и сумматора D8 на входе регистра 09 формиру­ется код

В момент временикодпоскольку (рис.

21.13), а Фронтом записывается в регистр D9, одновременно в ре-

гистр D7 записывается числоМожно записать

С помощью инвертора D4 и сумматора D5 на входе регистра D6 формиру­ется код

В момент временикод поскольку_где

Фронтом записывается в регистр D6, одновременно в регистр D3 записывается число Можно записать

В момент времени код поскольку где

записывается в регистр D9, а в регистр D7 — число

При этом значение совпадает с (21.29). Далее работа происхо-

дит аналогично.

На выходной шине с помощью инвертора D10 и сумматора D11 формиру­ется потенциальный код который в соответствии с полученными соотношениями (21.29) и (21.31) можно представить в виде

Таким образом, алгоритм получения кода скорости состоит из: 1) вычисле­ния с помощью регистров D3, D6 и сумматора D5 разности2) вы­числения посредством регистров D7, D9 и сумматора D8 разности3) формирования на выходе сумматора D1I кода

Определяя из (21.25) и из (21.26) полу-

чаем цифровой эквивалент скорости

который формируется с относительной методической погрешностью [76].

Относительная скоростная погрешность

Исследуяна экстремум, находим, что при максимальное зна-

чение Для проверки скоростную погрешность рассчиты-

вали по (21.34) и методом итерации по (21.21) и (21.22); результаты расчета сведены в табл. 21.1. Их сопоставление свидетельствует о хорошей сходимо­сти результатов.

Для общепринятой схемы моста [22] скоростная погрешность

т. е. в этом случае точность значительно ухудшается. Суммарная относительная погрешность преобразователя определяется как сумма методической и скоростной погрешностей и составляет

Среднее значение

Таким образом, предлагаемое построение преобразователя позволяет умень­шить погрешность измерения скорости: для фазового варианта запитки СКВТ она примерно равнаа для амплитудногоКроме того, существенно

упрощается источник опорного напряжения, так как необходимо формировать

одно напряжение, к которому предъявляются требования по гармоническому составу. Использование фазовращателя с вращающимся магнитным полем тре­бует многофазной системы опорных напряжений, отвечающих жестким услови­ям в отношении амплитуды и гармонического состава. При этом можно приме­нять СКВТ, не имеющие выведенной квадратурной обмотки, что расширяет об­ласть использования преобразователя. Это особенно важно для БВТ СКВТ с электрической редукцией [48], что позволяет повысить точность н расширить диапазон измерения угла и скорости. Последнее способствует построению без-редукторных сервомеханизмов высокой точности на моментных двигателях, соответствующих современным тенденциям в развитии роботроники [77].

Структурные способы совершенствования ЦПП не исключают алгоритми­ческих методов повышения достоверности формирования цифровых эквивален­тов параметров движения, предусматривающих оптимальную фильтрацию сиг­налов как в аналоговой, так и цифровой форме [3]. В этом плане весьма пер­спективным является использование в цепях формирования цифровых эквива­лентов скорости и ускорения цифровых процессоров аналоговых сигналов ЦПАС [38], обеспечивающих оптимальную фильтрацию и преобразование. Оп­тимальная обработка цифровых эквивалентов параметров перемещений может производиться и микроЭВМ, обладающей соответствующей производительно­стью и необходимым программным обеспечением.

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ВТОРАЯ

ЦПП В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ