Патент на изобретение №2319214

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ТРАНСЛЯЦИИ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для систем высокоточной передачи угла поворота вала, построенных на четырехобмоточных датчиках типа вращающихся трансформаторов (ВТ), индуктосинов и т.п. Техническим результатом является повышение точности дистанционной передачи. Устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала содержит вращающийся трансформатор – датчик, вращающийся трансформатор – приемник, источник переменного напряжения с частотой f₁, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника, подключенный к обмотке датчика. В устройство введены второй источник переменного напряжения с частотой f₂, отличной от частоты f₁ первого источника, второй синхронный с частотой второго источника напряжения преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к обмотке приемника, два компенсатора постоянных по уровню переменных напряжений. Компенсатор напряжения с частотой первого источника компенсирует напряжение на входе второго преобразователя. Компенсатор напряжения с частотой второго источника компенсирует напряжение на входе первого преобразователя. Выходные напряжения преобразователей подают на сумматор. Суммирование продемодулированных на частотах f₁ и f₂ сигналов рассогласования позволяет скомпенсировать большую часть ошибки дистанционной передачи. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для систем высокоточной передачи угла поворота вала, построенных на четырехобмоточных датчиках типа вращающихся трансформаторов (ВТ), индуктосинов и т.п.

Известно устройство для передачи угловых перемещений, содержащее ВТ-датчик и ВТ-приемник, в которое, для повышения точности передачи, введены дополнительно масштабный ВТ и активно-реактивный элемент [1].

Недостатками указанного устройства являются:

– необходимость тщательных регулировочных работ перед началом эксплуатации передачи и при замене вышедшего из строя ВТ-датчика или ВТ-приемника;

– неполная компенсация погрешностей, зависящая к тому же от качества регулировочных работ;

– сильная зависимость точности передачи угла от изменения внешних факторов (температура, влажность, магнитные и электрические поля и др.) из-за асимметрии прохождения сигналов по цепям синхронизации.

Более близким к заявленному является известное устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала, содержащее ВТ-датчик, ВТ-приемник, соединенные цепями синхронизации, источник переменного напряжения, подключенный к одной из входных обмоток датчика, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника и подключенный к одной из выходных обмоток приемника, и коммутатор, в котором осуществляется синхронное переключение обмотки датчика и приемника [2].

Недостатками данного устройства являются:

– высокий уровень шума на выходе передачи, обусловленный коммутацией и переходными процессами в цепях с индуктивностями;

– повышенный уровень помех для других близко расположенных или связанных по питанию устройств;

– дополнительные погрешности, возникающие в передаче при работе в динамике, когда изменение угла задавания за полупериод коммутации превышает ошибку передачи.

Отметим здесь, что в таких устройствах обычно используется синхронный с частотой f₁ источника питания датчика преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к выходной обмотке приемника (фазочувствительный выпрямитель).

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности дистанционной передачи на вращающийся трансформатор при исключении перечисленных недостатков.

Эта цель достигается за счет того, что в устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала, содержащее вращающийся трансформатор-датчик, вращающийся трансформатор-приемник, соединенные цепями синхронизации, источник переменного напряжения, подключенный к одной из входных обмоток датчика, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника и подключенный к одной из выходных обмоток приемника, добавлены второй источник переменного напряжения с отличной от частоты первого источника частотой f₂, подключенный к свободной обмотке датчика, второй синхронный с частотой второго источника напряжения преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к свободной обмотке приемника, два компенсатора постоянных по уровню переменных напряжений, причем компенсатор напряжения с частотой первого источника подключен и компенсирует напряжение на входе второго преобразователя, а компенсатор напряжения с частотой второго источника подключен и компенсирует напряжение на входе первого преобразователя, и сумматор выходных напряжений преобразователей.

Суммирование продемодулированных на частотах f₁ и f₂ сигналов рассогласования позволяет скомпенсировать большую часть ошибки дистанционной передачи.

Действительно.

Как известно, кривая погрешности (_n1) трансформаторной передачи угла (ТП) на ВТ имеет в основном характер второй гармоники [3] в функции угла задавания и может быть аналитически выражена в виде

_n1nm·sin2·(_з+_с), где

_nm – амплитуда ошибки,

_з – угол задавания (разворота ротора ВТ-датчика) относительно, например, оси магнитного потока обмотки возбуждения датчика,

_с – угол смещения погрешности относительно той же оси.

Выражение для погрешности (_n2) относительно оси магнитного потока квадратурной обмотки датчика, смещенной относительно обмотки возбуждения на 90°, будет иметь вид

_n2nm·sin2·(_з+_с+90°)=_nm·sin[2·(_з+_с)+180°]=-_n1

Если сигналы рассогласования, включающие в качестве слагаемых величины, пропорциональные _n1 и _n2 в одинаковом масштабе, сложить, то составляющая суммарная погрешность передачи угла в суммарном сигнале рассогласования будет

_n=_n1+_n20

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник синусоидального напряжения U₁ с частотой f₁ – 1, источник синусоидального напряжения U₂ с частотой f₂ – 2, ВТ-датчик – 3 и ВТ-приемник – 4, компенсаторы напряжений частоты f₂ – 5 и f₁ – 6, синхронные преобразователи сигналов рассогласования на частоте f₁ – 7 и частоте f₂ – 8 и сумматор – 9.

Работу устройства удобно описать методом суперпозиции, справедливым для линейных систем, к которым относится изображенная на чертеже схема, если сумма напряжений двух частот не превосходит допустимого уровня для данного типа ВТ. Если отсутствует источник f₂, то в согласованном положении датчика и приемника (то есть при _0з) на выходе синусной обмотки приемника (напряжение с косинусной обмотки датчика подается на обмотку возбуждения приемника, а синусной обмотки датчика – на квадратурную приемника) будет напряжение

U_sn1=K₁K₂U₁(cos_з·sin₀-sin_з·cos₀)=K₁K₂U₁·sin(_з–₀)K₁K₂U₁·,

а на косинусной обмотке приемника

U_cn1=K₁K₂U₁(cos_з·cos₀+sin_з·sin₀)K₁K₂U₁,

где K₁, K₂ – коэффициенты трансформации соответственно датчика и приемника для частоты f₁,

_з, ₀, =_з·₀ – соответственно углы задавания, отработки и рассогласования трансформаторной передачи.

Пусть теперь имеется источник f₂ и отсутствует источник f₁, тогда на выходе косинусной обмотки приемника будет напряжение

U_cn2=K₁K₂U₂(cos_з·sin₀-sin_з·cos₀)=K₁K₂U₂·sin(_з–₀)K₁K₂U₂·, а на синусной обмотке приемника

U_sn2=K₁K₂U₂(cos_з·cos₀+sin_з·sin₀)K₁K₂U₂.

(Здесь K₁ и K_г – коэффициенты трансформации датчика и премника на частоте f₂).

Когда работают оба источника, на выходе синусной обмотки приемника будет

U_sn=U_sn1+U_sn2=K₁K₂U₁·+K₁K₂U₂,

а косинусной –

U_cn=U_cn1+U_cn2=K₁K₂U₁+K₁K₂U₂·.

Если в напряжениях U_sn и U_cn компенсировать постоянные составляющие K₁K₂U₂ и K₁K₂U₁ (блоки 5, 6), остающиеся сигналы синхронно преобразовать с выделением огибающей несущих частот (блоки 7, 8), то выходные сигналы блоков 7, 8 K₃ и K₄, как было ранее показано, будут содержать в качестве слагаемых сигналы, пропорциональные погрешности ТП, разных знаков. Обеспечивая равенство крутизны сигналов K₃K₄=K, получим на выходе сумматора 9 сигнал, пропорциональный K·2· и в большой степени очищенный от ошибок ТП.

Экспериментальная проверка предложенного устройства показала возможность увеличения точности ТП в 1,5-2 раза для точных ВТ и в несколько раз для ВТ пониженного класса точности.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №723643, кл. G08C 19/48, 22.03.78.

2. Авторское свидетельство СССР №498639, кл. G08C 19/48, 27.05.74.

3. А.А.Ахметжанов. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М.: Энергия, 1975. Стр.89-116.

Формула изобретения

Устройство для дистанционной трансляции угла поворота вала, содержащее вращающийся трансформатор – датчик, вращающийся трансформатор – приемник, соединенные цепями синхронизации, источник переменного напряжения, подключенный к одной из входных обмоток датчика, преобразователь сигнала рассогласования, синхронный с частотой источника и подключенный к одной из выходных обмоток приемника, отличающееся тем, что добавлены второй источник переменного напряжения с отличной от частоты первого источника частотой, подключенный к свободной обмотке датчика, второй синхронный с частотой второго источника напряжения преобразователь сигнала рассогласования, подключенный к свободной обмотке приемника, два компенсатора постоянных по уровню переменных напряжений, причем компенсатор напряжения с частотой первого источника подключен и компенсирует напряжение на входе второго преобразователя, а компенсатор напряжения с частотой второго источника подключен и компенсирует напряжение на входе первого преобразователя, и сумматор выходных напряжений преобразователей.

РИСУНКИ