Цифровое устройство для определения положени55

 

370808

Фаюа Соаетских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №вЂ”

Заявлено ОЗ.Х1.1965 (№ 1036144/18-24)

Приоритет—

Опубликовано 15Л1.1973. Бюллетень ¹ 11

Дата опубликования описания 23Л 11.1973

М. Кл. G 08с 9/04

Комитет по делам изобретений и открытий при Соеете Министров

СССР

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

Иностранцы

Рикардо Брески и Элиа Баратто (Италия) Иностранная фирма

«Оливетти Энд Ко, С и А.» (Италия) Заявитель

ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ОБЪЕКТА

Изобретение относится к цифровым ус.ройствам для определения положе шя объекта, с помощью которого измеряется перемегцение подвижного элемента относительно неподвижного. Такое цифровое устройство включает счетчик, цифровое содержание которого, преобразованное в аналоговую форму, непрерывно сравнивается с аналоговой величиной, представляющей положение подвижного элемента в данный момент, в результате чего подается сигнал рассогласования, управляющий передачей импульсов счета счетчику.

В устройствах такого типа, т. е. когда подвижный элемент непрерывно перемещается, величина сигнала рассогласования зависит ог скорости перемещения, так как система проявляет присущую ей инерцию, следуя за происходящими в ней изменениями.

Известно устройство для определения положения объекта такого типа, в котором преобразователь информации из цифровой формы в аналоговую, получающий информацию от счетчика, включает точную секцию и грубую секцию, которые питают соответственно точную и грубую секции преобразователя перемещения. При этом последний устроен так, что имеет возможность непрерывно сравнивать данное положение подвижного элемента с цифровым содержанием счетчика, преобразованным в аналоговую форму, с целью фор мирования соответственно точных и грубых сигналов рассогласования, которые через устройство управления управляют операцией счета соответственно точной и грубой секций

5 счетчика.

Однако такого рода цифровое устройство для определения положения требует две отдельные сервосистемы, чтобы управлять соответственно точной и грубой частью сигнала

1О рассогласования, причем этп сервосистемы получают общий входной сигнал в виде аналоговой величины, представляющей данное положение подвижного элемента. Очевидно, что оборудование, требующее преобразова15 тель из цифровой формы в аналоговую и измерительный трансформатор для точной секции, а также еще один греобразователь из цифровой формы в аналоговую и один измерительный трансформатор для грубой секции, 20 является сложным и дорогостоящим.

Более того, в общеизвестной системе употребляются две различныx частоты, чтобы питать соответственно точную и грубую секции, что еще оолее увеличивает сложность

25 оборудования, потому что требуются делители собственной частоты для получения этих двух различных частот от одного осцпллятора (генератора колебаний).

В предлагаемом цифровом устройстве

30 упомянутый счетчик приспособлен к селек370808

Î тивному функционированию с различными скоростями счета в зависимости от скорости перемещения подгижного элемента.

На фиг. 1 показана блок-схема контуров; на фиг. 2 — схема управляющего устройства, применяемого в преобразователе, показанном на фиг. 1; на фиг. 3 показано разделени- по времени некоторых сигналов, имеющихся в преобр":çoâÿòåëå па фнг. I, При воплогцении устройства, как это показано на фиг. 1, оно может измерить сдвиг подвижного элемента относительно заранее установленной исходной точки и дать цифро вое выражение положения этого элемента, Предлагаемое цифровое устройство применяется для определения положения об ьекта в системе, имеющей элемент, способный перемещаться вдоль только одной оси перемещения. Однако совершенно ясно, что т".êàÿ реализация изобретения может быть непосредственно применена для работы в системе, имеюгцей элемент, способный перемещаться вдоль двух нли более осей или вокруг двух и более осей, так как достаточно дополнить систему отдельным цифровым устройством для определения положения такого типа, который будет описан для каждой из упо ttttt;тых осей.

Устройство включает трансформатор 1 в виде преобразователя перемещения, чмеюгций неподвижную часть 2, связанную с неподвижным элементом, например остовом оборудования, в котором упомянутый преооразователь применяется, и подвижную часть 8, скользящую, например, вдоль некоторой осп и прикрепленную к подвижному элементу ,данного оборудования. Преобразователь перемещения может быть такого же типа, как и описанный в патенте США № 2,799,835.

Он включает пару многополюсных первичных обмоток 4 и 5, сдвинутых по фазе в пространстве и соединенных с неподвижной частью

2, и многополюсную вторичную обмотку б, прикрепленную к подвижной части 8. Общеизвестно, что в подобном преобразователе перемещения положение подвижной части относительно неподвижной может быть представлено относительным перемещением вторичной обмотки по отношению к паре первичных обмоток, причем это перемещение представляется в виде угла, измеренного в электрических градусах, а полюсное деление трех обмоток 4, 5 и б, соответствующее

360 эл. град, равно известной величине, например 2 мм.

Определяющий положение трансформатор

1 непрерывно сравнивает поданные в аналоговой форме сигналы к его входным зажимам 7 и 8 с аналоговой величиной, поданной к входу 9 и представляющей данное положение подвижной части 8 и, следовательно, положение вторичной обмотки б. Эта аналоговая величина передается подвижным элементом 10 оборудования, например салазками, снабженным реперным указателем и способ15

9Q

25 зо

55 го

65 ным передвигаться вдоль ползунов в некотором направлении. Если подвижный элемент

10 жестко соединен с подвижной частью 8 трансформатора 1, аналоговая величина, поданная на вход 9, непосредственно представляет данное положение подвижного элемента

10 вдоль направления перемещения; и аче говоря, подвижный элемент 10 может быть связан с подвижной частью 8 посредством механических средств передачи, и в этом случае аналоговая величина, поданная на вход

9, представляется данны;t положением подвижной части 8.

Трансформатор 1 соединен через входные зажимы 7 и 8 с преобразователем информации из цифровой формы в аналоговую 11, который, в свою очередь, получает информацию от двухдекадного счетчика 2. Ilpeoopaзователь 11 приспособлен к тому, чтобы преобразовывать цифровую информацию, которая передается, например, в двоичном коде и в параллельной форме на его входные зажимы через канал передачи 18, в аналоговую информацию, представляемую с помощью синусоидальной и косинусоидальной функций электрического угла, выраженного упомянутой цифровоч информацией; причем имеется в виду, что максимальное число, которое может быть представлено счетчиком 12, равно

360 эл. град., а также полюсному делению обмоток 4, 5, б трансформатора

В частности, преобразователь ll, получая пчтание от синусоидального генератора 14, имеющего, например, частоту 10 кгпв, подает на вход 7, питаюший неподвижнук обмотку 4, си сигнал. Последний имеет частоту 10 кгпв и максимальную амплитуду, пропорциональную синусу данного угла. Преобразователь также подает синусоидальный сигнал, имеющий частоту

10 кгпв и максимальную амплитуду, пропорциональную косинусу дан.toro угла, на выход 8, питающий неподвижную вторичную обмотку 5.

Преобразователь из цифровой формы в аналоговую может быть любого типа при условии, что составлгпощие его части подобраны так, чтобы время переключения, требуемое преобразователем для подачи на его выход аналогового выражения цифрового значения, поданного íà его вход канала передачи 18 было достаточно, непродолжительным по отношению к периоду колебаний генератора (например, 1/100). По этой причине переключатели, вмонтированные в указанный преобразователь и управляемые входом канала передачи 18, должны быть электронного типа, например, па транзисторах. (Причины такого выбора и ограничение, от которого зависит выбор частоты для генератора 14, будут объяснены пижс).

Поэтому а выходном зажиме 15 трансформатора 1 получается сигнал, имеюгцпй частоту 10 кгпв tt максимальную амплитуду, про370808 пор циональную разности между настоящим положением подвижной части 8 и положением, выраженным цифровой информацией, содержащейся в настоящий момент в счетчике 12 со сдвигом по фазе либо в 90, либо в 270 эл. град. относительно сигнала генератора в зависимости от того, положителен или отрицателен знак указанной разности (см. фиг, 3, а и б). На основании изложенного видно, что настоящее положение относится к каждому полюсному делению и что упомянутое число представляег положение в пределах одного полюсного деления.

Аналоговый сигнал рассогласования, поданный на выход 15 трансформатора через соответствующий усилитель 6, передается на устройство управления 17, приспособленное к управлению операцией счета счетчика 12, с тем, чтобы изменить содержащуюся в нем цифровую информацию и таким образом значительно приблизить к нулю указанный аналоговый сигнал рассогласования. Г1онятно, что сигнал рассогласования будет сведен к нулю, когда упомянутая цифровая инфор»aция соответствует данному положению подвижной части 8.

Устройство управле1гня 17 (C». фиг, 2) получает на свой входной зажим сигнал рассогласования и на основе этого сигнала Bk>IIIGëняет три вида функции управления. 3То устройство устанавливает: имеется или нет рассогласование; контролирует знак рассогласования; различает порядок величины упомянутого рассогласования, определяя (в случае описываемого особого устройства), представляет ли оно перемещение, соответствующее сотым долям или десятым частям полюсного делепия, определяющего положение трансформатора 1. Аналоговый сигнал. рассогласования, принятый на входе устройства 17, через соответствующий усилитель 18 подается на вход ной зажим 19 порогового контура 20, который определяет уровень чувствителы1ости по рассогласованию (см. фиг. 3, а) цифроnoão устройства для определения положения объекта; причем пороговый контур приспособлен к тому, чтобы возбуждать либо выход 0, либо выход 20" в соогветствии с тем, выше:1ли ниже уровня напряжения а порогового контура 20 максимальная амплитуда си 1усоидального напряжения, представляющего упомянутый сигнал рассогласования, поданный на вход

19. Сигналы с выходов 20 и 20" через вентили 21 и 22, управляемые сигнало.1 временного переключения Л, применяются соответственно для возбуждения и снятия возбуждения с бистабильного элемента 23, выполняющего функцию запоминания в течение каждого периода генератора 14 вне зависимости от того, было ли рассогласование или нет. Наличие сигнала рассогласования, превышающего порог а, обнаруживается возбуждением выхода 24 упомянутого бистабильного элемента 28.

Выход усилителя 18 питает также вход 25 разделительной схемы 26, которая приспособ5

20 ч о<

40 I

65 лена к тому, чтобы подавать на выходы 26 и

26" положительные и соответственно отрицательные полуволны синусоидального напряжения, представляющего сигнал рассогласования.

Выходы 26 и 26" через вентили 27 и 28, которые контролируются сигналом временного переключения,-1, применяются соответственно для возбуждения и снятия возбуждения с бистабильного элемента 29, выполняющего функцию запоминания в течение каждого периода генератора 14, независимо от того, было ли напряжение сигнала рассогласования положительным или отрицательным. Присутствие положительного или отрицательного сигнала рассогласования обнаруживается активацией выходов 80 или 81 бистабильного элемента 29.

Выходы 80 и 81 управляют соответственно схемами «И» 82 и 88, тогда как выход 24 ollстабильного элемента 28 управляет обеими схемами «И». 11оэтому, если пороговый конт; р 20 обнаруживает наличие рассогласования, (при этом выход 24 биста бил ьного элеменга 28 будет соответствующим образо м возoужден), либ0 выходной зажим С схемы <<И>>

32, либо выходной зажим D схемы «И» 88, будет возбужден, что завис1гг от того, был ли возбужден выход 80;1ли выход 81 бнстабиль11010 элемс<ага 29, т. е. в зависимости от того, какой знак у сигнала рассогласования — полож;1тельный 1.лн отрицательнь111. Более того, если Ilороговый контур 20 Ile обнаруживает рассогласования (при этом выход 24 бистаЙ1льного элемента 28 соогветст1венным ооразом обесточен), то нн один из ве11тилей 32 и

88 не Окажется воз,л жденным.

Наконец аналоговый сигнал рассогласования непосредственно передается от входного з,1жима устройства управления 17 на входной зажим 84 порогового контура 85, самого Ilo себе известного, приспособленн1ого возбужд",òü

1k!Go cBoII вы5 в сооТветствин с тем, вын1е или ниже вели I!olÿ сигна la рассогласования, «eм заранее установленный уровень порога b (см, фнг. 3, 6).

В частности пороговый уровень может быть выбран таким, чтобы равняться максимальной амплитуде синусоидального сигна 1а рассогл 1сования, которая соответствует j20 полюсного деления, определяющего положение трансформатора 1, а именно О,1 л.и в соответствии с рассматриваемым нами примером; таким образом пороговый контур 35 служит для того, чтобы различать рассогласования, соответствующие десятым долям пол1осного деления, и рассогласования, соответствующие сотым долям этого деления, возбуждая соответственно либо выход 85, либо выход 85". Эти выходы через вентили 86 и 87, соответственно управляемые сигналом временного переключения Л, питаются, чтобы возбуждать или снимать возбуждение бистабильного элемента 88, служащего для функци:1 запоминания, в течение каждого периода генератора 14, независимо от того, соответство11а 1а л!I амн.1итхда рассог370808

l5 ласования десятым или сотым частям полюсного деления, и таким образом возбуждающего либо выход Е, либо выход F.

Сигнал временного переключения с выхода А состоит из серии импульсов, получаемых от генератора синусоидальных волн 14. Последний питает, помимо преобразователя 11 из цифровой формы в аналоговую, формирователь прямоугольных импульсов 89 (см. фиг.

1), которыи управляет формирователем одпополярных импульсов 40, имеющим два выхода

А и В. Формирователь однополярных импульсов 40 генерирует на выходе А серию импульсов (см. фиг. 3, а и б), возникающих соответственно в точках, где прямоугольная волна, идущая от формирователя прямоугольных импульсов 89, пересекает нейтральную ocb в нисходящем направлении; более того, тот же формирователь способен генерировать на выходе В (см. фиг. 3, а и б) серию импульсов, возникаю.цих соответспвенно в точках, где та же волна, поданная на выход схемы формирования прямоугольных импульсов, пересекает нейтральную ось в восходящем направлении.

Как уже было указано, импульсы с выхода А управляют вентилями 21, 22, 27, 28, 86 и

87. В частности для каждого периода колебания, произведенного генератором 14, генерируется стробимпульс на выходе А; последний устанавливает момент, когда бистабильные элементы 28, 29 и 88 могут изменить свое состояние, причем это изменение таково, что либо возбуждает, либо снимает возбуждение с упомянутых бистабильных элементов в зависимости от того, какой вентиль открыт первый или второй в каждой из следующих пар вентилей — 21 и 22, 27 и 28, 36 и 87.

На фиг. 3, а и б показаны различные формы сигналов, возникающих на выходе генератора 14, определяющего положение трансформатора 1, формирователя прямоугольных импульсов 89, формирователя однополярных импульсов 40, разделителя 26 и управляющего устройства 18 с соответствующим хронированием. В частности на фиг. 3, а и б отображен положительный сигнал рассогласования 15, который в исходный момент сдвинут по фазе на 90 относительно сигнала генератора 14.

Поэтому стробирующие импульсы А вначале

IIàõoäÿòñÿ в фазе с положительными полуволнами сигнала рассогласования, возбуждающими выход 26 разделителя 26, посредством чего чврез вентиль 27 возбуждается бистабильный элемент 29.

В случае, противоположном тому, что показан на фиг. 3, т. е. если сигнал paccoraacoBBния 15 был бы отрицательным, стробирующие импульсы А были бы в фазе с отрицательными полуволнами сигнала рассогласования, которые возбуждают выход 26" разделителя 26, посредством чего через вентиль 28 с бистабильного элемента 29 было бы снято возбуждение.

Выходы С и 0 управляющего устгойства, 5

25 зо

65 селективно открытые описанным способом, питаются для того, чтобы позволить счетчику 12 совершить операцию счета в прямом и соответственно в обратном направлениях. Счетчик 12 является счетчиком реверсивного типа, включающим множество декад, каждая из которых состоит из двоичного счетчика. Например, в реализации изобретения, представленной на фиг. 1, имеются две декады 12 и 122, представляющие соответственно сотые и десятыс доли. Более того, указанные декады так взаимно связаны, что декада 122 отсчитывает счетные циклы декады 12,, иными словами, декада 12, питается счетным импульсом от предыдущей декады 12> после того, как последняя получила десять импульсов, что заставило ее выполнить полный счетный цикл, Выходы Е и F устройства управления 17, возбужденные селективным образом в соответствии с данным описанием, представляют собой два канала, управляющих соответственно открытием вентилей 41 и 42, которые управляют декадами 12, и 12> счетчика.

Импульсы счета, возбужденные на выходе

В схемы 40, подаются на оба вентиля 41 и 42; через эти вентили и соответственно через каналы 48 и 44 импульсы передаются для селективного управления счетной операцией либо секции 12ь либо секции 12, в зависимости от того, какой из вентилей (41 или 42) возбудил устройство управления 17 через к" íàëû E или F. Поэтому для каждого периода колебания, возбужденного генератором 14, схема 40 подает импульс с выхода В, который управляет счетной операцией одной из декад счетчика

12 в соответствии с результатами операций управления, выполненными по сигналу рассогласования устройством управления 17 в момент, установленный импульсом временного переключения на выходе А, относящимся к тому же периоду. Для того чтобы импульс на выходе А, передаваемый счетчику 12, мог бы быть эффективным и заставить этот счетчик произвести счетную операцию, весьма существенно, чтобы один из двух вентилей устройства управления был бы открыт таким образом, чтобы ооусловить функционирование счетчика для счетных операций в прямом или обратном направлениях.

Каждый эффективный импульс на выходе

В вызывает изменение в цифровом содержании счетчика 12 и, следовательно, изменение аналоговых сигналов на выходах 7 и 8 преобразователя из цифровой формы в аналоговую

11. Теперь сигналы представляют соответственно синус- и косинус-функции нового цифрового числа, содержащегося в счетчике. Таким образом новый аналоговый сигнал рассогласования также появится на выходе 15 трансформатора 1 и оудет по прежнему синусоидальным напряжением с частотой 10 кги. максимальной амплитудой, пропорциональной разности между данным положением подвижной .асти,3 вдоль оси перемешения и положением, представленным новым цифровым чис370808

1О лом, содержащимся в счетчике 12,и фазовым сдвигом в 90 или 270 относительно сигнала генератора 14 в соответствии с полярностью указанной разности.

Новый сигнал рассогласования через усилитель 1б подается на вход устройства управления 17, которое анализирует этот сигнал, чтобы установить его амплитуду и его полярность и чтобы возоудить среди своих выходов ту пару выходов, которая характеризует новое состояние, с тем, чтобы она управляла счетной операцией счетчика 12 в том направлении и в той декаде, которые способны свести к нулю значение указанного рассогласования. Эти внутренние операции происходят описанным образом, стремясь ввести систему в состояние равновесия. Вчастности,,когда подвижная часть 3 останавливается, условие равновесия достигается при сигнале рассогласования, уровень которого ниже, чем пороговыч уровень а, соответствующий чувствительности системы, при этом пи выход С, ни выход D не будут возбуждены. Таким образом счетчик 12, больше не настроенный для производства счетных операций, остается в таком состоянии все то время, в течение которого часть 8 остается неподвижной. B этом случае цифровая информация, передаваемая этим счетчиком, соответствует эффективному данному положению части 3 относительно части 2 в пределах полюсного деления с точностью, соответствующей пороговому уровню и чувствительности. В противоположном случае, когда подвижная часть

3 находится в движении, внутренняя реакция системы, как было объяснено выше, должна позволить счетчику 12 содержать цпфровук; информацию, непрерывно соответствующую эффективному положению подвижной части 3.

Этот результат достигается только в том случае, если время переключения элементов, составляющих систему, незначительно по отношению к периоду генератора 14. Итак, устройство управления 17 дискриминирует сигнал рассогласования по его полярности; более того, оно избирает выходы Е или Р, предназначенные управлять операциями счета в двух различных декадах счетчика 12 в соответствии с тем, выше или ниже порогового уровня

b величина указанного сигнала рассогласования. В рассматриваемом нами случае указанный уровень порога равен величине рассогласования, представляющей 1/20 полюсного деления, т. е. 0,1 л м. Вообще счетчик может включать 11 декад (или других наименований в случае применения системы, отличной от применяемой в данном описании двоично-десятичной системы), таким ооразом взаимно связанных, что каждая декада отсчитывает счетные циклы, совершенные предшествующей декадой. Каждая декада может быть селективно управляема либо предшествующей декадой, либо соответствующим каналом, избранным указанным устройством управления в соответствии с упомянутым сигналом рассогласования. В этом случае управляющее устройство

lO

25 зо

65 будет включать, и — 1 схем, подобных схеме 35, каждая из них с различным пороговым уровнем, представляющим различный диапазон амплитуды сигнала рассогласования, n — 1, схем должны быть соединены между собой так, чтобы упомянутое устройство управления могло бы различать и каналов, соответствующих диапазонам различной величины указанного сигнала рассогласования. Если, например, счетчик включает три декады, приспособленных соответственно к отсчету десятых, сотых и тысячных частей миллиметра, то устройство управления должно быть оборудовано двумя схемами, идентичными схеме 85 и имеющими пороговый уровень, равный амплитуде рассогласования, представляющей соответственно

1/200 и 1/20 полюсного деления, определяющего положение трансформатора, относящегося к данному случаю, и устроено оно таким образом, чтобы обладать тремя каналами, пред,назначенными управлять тремя декадами счетчика. Эти три канала соответственно возбуждаются сигналом рассогласования более низким, чем уровень первого порога или заключенного между уровнями упомянутых двух порогов, плп более высоким, чем уровень упомянутого второго порога.

На фиг. 1 также показан четырехдекадный счетчик 48, который может состоять из любого числа декад, например из четырех декад 48ь

48>, 48,, 43., идентичных тем, что содержатся в счетчике 12, и взаимосвязанных так, чтобы был осуществлен реверсивный счетчик. Первые две декады 48, «48- соответствуют идентичным декадам 12, и 1?. счетчика 12, следовательно, они селективl!0 управляются теми же каналами 44 и, соответственно, 45.

Декады 43ь 43,, 43,:и 484 взаимосвязаны в виде цепи так, что каждая декада отсчитывает счетные циклы, совершенные предшествующей декадой; декады 48З и 484 управляются только предшествующей декадой, декада

48> может селективпо управляться либо предшествующей декадой 43ь либо каналом 45, декада 48, управляется -î,ëüêî каналом 44.

Направление счета счетчика 48 задается тем же путем, что и для счетчика 12, с помощью выходов С и D. Тогда как декады 48 и 48, отсчитывают (таким же образом, как декады 12, и 12, внутреннего счетчика) сотые и, соответственно, десятые части миллиметра, секции 48З и 484 отсчитывают единицы и, соответственно, десятки миллиметров, содержашихся в эффективном перемещении подвижной части 8.

Счетчик 48 помимо этого снабжен средствами для установки на пуль пли для изменения своего цифрового содержания и, более того, для управления переменой знака отс.ета в момент, когда счетная операция пересекает нулевую величину. Все эти операции могут быть произведены независимо от счетчика 12.

Функционирован,е цифровсго устройства для определения поло>кения во время его экс370808 плуатацип происходит следующим образом.

Предположим, что подвижный элемент 10 представлен салазками, снабженными реперным указателем и способными скользить по ползунам вдоль некоторого направления; причем салазки могут быть приведены в движение вручную или иным способом. Кроме того, предполагается, что подвижный элемент 8 жесгко связан с салазками 10 и что независимый вход 9 питается аналоговой величиной, непосредственно представляющей положение салазок в настоящий момент. Более того, предполагается, что цифровое устройство для определения положения используется для измерения размеров обрабатываемой вдоль упомянутого направления детали. Первая операция состоит в том, что указатель на салазках устанавливается на одном краю той части детали, которую предстоит измерить. Воздействуя на средства возвращения в исходное положение, ликвидируют цифровое содержание счетчика 48, тогда как счетчик 12, в соответствии со своим собственным образом работы, дает указание о данном положении подвижной части 8 относительно неподвижной части 2 по отношению к величине полюсного деления. Последовательно салазки 10 перемещаются вплоть до совпадения указателя с другим краем измеряемой на обрабатываемой детали части. В этих условиях счетчик 48 показывает абсолютную цифровую величину и знак изме-ряемого размера, тогда как счетчик 12 даст цифровое указание о новом положении, достигнутом подвижной частью относительно неподви>кпого элемента всегда по отношению к размерам одного полюсного деления. Вообще, салазки 10 могут скользить с различной скоP OCTE>IO.

Рассмотрим работу устройства для определения положения, функционирующего со скоростя ми перемещения, постоя1гными, по различными по величине.

На фиг. 3, а изображен временный график сигнала рассогласования, поданного на вы. од

15 определяющего положение трансформатора

1, относящегося к низкой скорости перемещения. Уровень напряжения а представляет уровень пороговой схемы 20 (за исключением усиления, произведенного усилителем 18), т. е., иными словами, минимальное напряжение рассогласования, к которому чувствительно управляющее устройство 17. Сигнал 46 является синусоидальпым напряжением, имеющим частоту, идентичную частоте генератора 12 (10 кгц), отстающим на 90 для положительного рассогласования и имеющим амплитуду, модулируемую перемещением подви>кного элемента 8, происходящим при низкой постоянной скорости. Указанное перемещение вызывает синусоидальное изменение амплитуды рассогласования в пределах каждого голюсного деления. Поэтому сигнал рассогласования может быть представлен временным граsin 2-.vt фиком, как функция Н вЂ” — — siEI 2-.ft, р где 11 — постоянная пропорциональности, за5 висящая от отношения усиления между выходом генератора 14 и выходом 15 трансформатора 1; v — скорость перемещения подвижной части 8; р — полюсное деление. При работе на малой скорости, например в данном случае со скоростью v

2 vt функцией НЕ sin2 ft.

15 Р

На фиг. 3, а график С представляет модулирующую функцию Н . 2 t, генерпруеР мую скольжением подвижной части 8, т. е. вре20 менной график, который мы получили бы для сигнала рассогласования, если бы преобразователь 11 из цифровой формы в аналоговую возбуждался непрерывным сигналом скорее, чем синусоидальным.

В соответствии со сделанным ранее предположением понятно, что цифровое содерх<ание счетчика 12 должно соответствовать в каждый момент положению подвижной части

8 относительно неподвижной части 2 в I ðåделах одного полюсного деления. Указанное положение выражено в десятых и сотых долях миллиметра цифрами, появляющимися в декадах 12> и 12, соответственно. Эти цифровые показания даны с точностью до чувствительности системы, которая в рассматриваемом нами примере равна 1/200 полюсного деления, т. е. 10 мкм.

Когда скольжение салазок 10 совершается с постоянной низкой скоростью vi (в данном

4О случае со сксростью меньше 100 мл/сек) вдоль правильного направления перемещения, например, в положительном направлении, аналоговый сигнал рассогласования, возникающий на выходе 15 меняется соответственно графику d.

45 Когда синусоидальная величина превышает значение уровня порога d, схема 40 генерирует импульс временного переключения Л, совпадающий по времени с первой положительной вершиной е, и устройство управления может правильно активировать выходы.

Последовательно, па полупериод позже, совпадая по времени с точкой f, схема 40 производит импульс счета па выходе В, который через вентиль 41, открытый по каналу F, заставляет декады сотенных долей 12 и 481 произвести отсчет одного деления в прямом направлении.

Изменение цифрового содержания счетчика 12 производит через канал 18 изменение аналоговых сигналов па выходах 7 . 8 преобразователя из цифровой формы в аналоговую и, следовательно, изменение амплитуды сигнала рассогласогапия на выходе 15, определяющего положение трансформатора 1.

Предположение, ранее сделанное в отношении

370808

14

13 преобразователя 11, т. е., что его установочное время мало по отношению к периоду генератора, позволяет рассматривать колебание величины амплитуды сигнала рассогласования, как мгновенное. Более того, предположение, что изменение цифрового содержания счетчика 12, происходящее при отсчете этим счетчиком одного деления в прямом направлении, такое, что оно определяет перемену знака указанного сигнала рассогласования и сокращение амплитуды до величины ниже уровня порога а, означает, что будет иметь место опрокидывание фазы на графике d в точке f.

Поэтому модулирующая функция снова начнет расти, начиная с более низкого уровня, как это показано па графике g. График g подобен графику с и сдвинут по отношении к последнему на величину oh, представляющую время, необходимое для подвижной части 8, перемещенной при скорости v< на расстояние, равное 1/200 полюеного деления, т. е. на

1/100 мм. В то время как салазки,10 продолжают скользить в положительном направлении с постоянной скоростью v,, функционирован не продолжается описанньгм образом, причем ясно, что при передвижении подвижной части 8 на одну сотую полюсного деления де.када 12, счетчика передвигается вперед на одно деление, а тогда,;ковда подвижная часть передвинута на 0,1,мм, декада 12 заставит декаду 12 сдвинуться в прямом направлении .на одно, деление.

При тех же условиях скорость перемещения подвижной части 8 так низка, что счетчик 12, всегда управляемый счетными импульсами В через канал 44, способен функционировать правильным темпом, т. е. адаптировать свое цифровое содержание к действительному положению упомянутой подвижной части. Если же скорость перемещения салазок 10 достаточно высока (в рассматриваемом случае

pf/200

vt представляет модулирующую функцию Н 2 —

Р генерируемую перемещением подвижной части

8, т. е. временной график, который получился бы, если преобразователь 11 цифровой формы в аналоговую возбуждался непрерывным сигналом скорее, чем синусоидальпым.

Уровень напряжения b представляет пороговый уровень схемы 85, т. е. напряжение рассогласования, выше которого устройство уп.равления избирает канал E.

Таким образом, при скольжении салазок

10 с постоянной H 60JIbllloH cKopocTb10 vg (HBпример, 0,9 л/сек) вдоль, правильного направления перемещения, например в положитель5

65 ном направлении, аналоговый сигнал рассогласования, появляющийся на выходе 15, изменяется в соответствии с графиком i. Когда синусоидальная величина превышает пороговьш уровень b, схема 40 генерирует импульсы временного переключения А в соответствии с первой положительной вершиной Й и устройство управления может тогда правильно возбудить каналы С и Е. Последовательно, позже на полупериод в соответствии с моментом е, схема 40 производит счетный импульс В, который через вентиль 42, открытый по выходу Е, заставляет декады десятых долей 12, и

44 произвести отсчет одного деления в прямом направлении.

Изменение цифрового содержания счетчика

12 производит через передаточный канал 18 изменение аналоговых сигналов, появляющихся на выходах 7 и 8 преобразователя из цифровой формы в аналоговую, и, следовательно, мгновенное изменение амплитуды сигнала рассогласования, возникающего на выходе 15 определяющего положение трансформатора, таким образом, как это было описано для медленного перемещения. Соответствующее фиг.

8, б предположение, что указанное изменение цифрового содержания счетчика 12 при отсчете последним одного деления в прямом направлении таково, что оно уменьшает величину указанного рассогласования до более низкого значения, чем уровень порога b, означает, что модулирующая функция начнет возрастать в момент l, начиная с более низкого уровня, К3К это показано на графике Dl, который подобен графику 1, но смещен по отношению к нему на величину, зависящую от остаточного рассогласования в момент переключения l.

В то время как перемещение салазок 10 продолжается в положительном направлении с постоянной скоростью v, функционирование системы продолжается описанным образом, причем ясно, что всякий раз, когда подвижная часть 8 передвигается на одну десятую миллиметра, декада 12> счетчика 12 отсчитывает одно деление в прямом направлении под управлением счетных импульсов с выхода В, поданных с выхода Е на линию 45.

При этом счетная скорость счетчика 12 достаточно высока, чтобы последний функционировал соответствующим темпом, т. е. чтобы его цифровое содержание могло бы следовать за действительным положением упомянутой подвижной части.

Из приведенного описания становится совершенно ясно, что две различных амплитуды сигнала рассогласования соответствуют двум разным скоростям перемещения v, и v подвижной части. Это позволяет устройству управления 17 автоматически избирать два различных выхода F или Е для правления счетными операциями счетчика 12.

Таким образом очегидно, «то счетчик 12 может селектпвно функционировать на двух разных скоростях счета, соо-ветствующих двум разным скоростям, с которымп в.. од 9 может

370808

16 ределить с помощью соответствующих средств

65 быть возбужден. Обе эти различные счетные скорости могут быть получены известным путем: селективной подачей счетных импульсов

В соответственной декаде счетчика через соответственный канал.

Максимально допустимая скорость для перемещения подвижной части 8 равняется pf/20 (что соответствует скорости 1 м/сек в предлагаемом варианте), т. е. скорости, нри которой переключения модулирующей функции сигна1О ла рассогласования имеет ту же частоту, что и генератор; при этом счетчик все еще может работать в том же темпе и производить счетные операции. Подходящий предел для упомянутой скорости можно установить, например, с помощью тормоза, вступающего в действие при максимально допустимой скорости.

Более высокая скорость может быть получена просто увеличением частоты f генератора или увеличением деления, определяющего положение трансформатора. По этим причинам частота генератора должна быть выбрана в связи с делением определяющего положение трансформатора 1 и с максимально допустимой скоростью перемещения. Во всяком случае увеличение частоты f имеет предел, определяемый временем переключения элементов, составляющих систему. зо

Соображения, высказанные относительно счетчика 12, могут быть применены к счетчику

48, так как декады 48, и 48> точно соответствуют декадам 12, и, соответственно, 12,, в то время, когда декады 48З и 48», представляю- з;, щие грубую секцию счетчика 48, производят отсчет под управлением точной секции, представленной декадами 48, и 48>. Г!омимо этого, счет-шк 48 снабжен приспособлениями, позволяющими производить, например вручную, опе- 40 рации по возврату в исходное положение или сдвигу, и средствами для автоматического изменения делепия отсчета, когда отсчет пересекает нуль; причем указанный счетчик может функционировать как абсолютный или дифференциальный. Поэтому в предлагаемом vcTройстве для определения положения возможHhI сладующие операции: сдвиг исходной точки и изменение положительного направления оси для постоянного отсчета в прямом t t 3rtp QBлепин без необходимости переполнения содержания внешнего счетчика.

Счетчик 48 позволяет установить приспособление для определения положения в любое предшествующее положение с достаточной точностью и без потерь времени, даже после длительного периода времени или после неполадок в подаче тока, т. е. в тех случаях, когда цифровое содержание указанного счетчика разрушено. Действительно, предполагая, что неподвижная часть определяющего положение трансформатора снабжена исходной точкой абсолютного отсчета, представляющей абсолютное улевое положение оборудования, и, помимо этого, предполагая, что возмо?кпо опположение в плане по прямой подвижной части относительно этой нулевой точки, возможно и повторение установки подвижной части в заранее установленной точке, отстоящей на известном расстоянии от исходной точки абсолют toro отсчета. Это возможно при выполнении следующей операции. Сначала указатель подвижной части совмещают с точкой абсолютного отсчета, а счетчик 44 возвращается в исходное положение, затем подвижная часть перемещается в направлении, указанном знаком положения, которое должно быть достигнуто, пока счетчик 48 не покажет цифровое значение, соответствующее упомянутому известному расстоянию. С другой стороны, если положение заранее установленной точки дается посредством ее расстояния относительно исходной точки, координаты которой относительно абсолютной точки отсчета известны, тогда описанная процедура должна быть сначала повторена таким образом, чтобы установить подвижную часть на относительную исходную точку; когда это достигнуто, счетчик 48 снова возвращается в исходное положение. После этого подвижный элемент перемещается в направлении, указанном знаком положения, которое следует достигнуть, пока счетчик не даст цифровое указание, соответствующее указанно»y относительному расстоянию.

Точность определения положения подви?кной части устройства для определения поло?кепия пс данному H обретеншо >to?tieT б ггь улучшена известным осразом, например путем измерения в аналоговой форме соответствующими средствами остаточного рассогласования, если таковое еще имеется на выходе

15, когда система находится в своем состоянии равновесия; причем упомянутое рассогласование имеет значение нике, чем уровень чувствительности данной системы.

Следует отмстить, что д.:я качественного функционирования устройства для определения положения требуется принять некоторые меры, чтобы обеспечить правильную инверсию знаков в счетчике 12 или 44. В частности декада десятых долей 0 должна оставаться обесточенной на короткое время вблизи нуля н одновременно декада сотенных долей должна оставаться возбужденной, чтобы дать возможность декадам 12, и 48, отсчитывать в обратном направлении (к нулю) до того, как произойдет инверсия знака в счетчике, В отличие от известных устройств предлагаемое устройство является более простым, так как оно требует только одну сервосистему", селективно чувствительную к двум эксплуатационным скоростям; кроме этого, для обнаружения как грубого, так и точного сигнала рассогласования используетсч толькоодин or.ðåäåëÿþùèt» голожение трансформатор. и только один преобразователь из цифровой в аналоговую форму требуется для питания упомянутого счетчика. Наконец, наличие порога чувствительности а препятствует

370808

20 (+) системе стать неустойчивой, когда подвижнач часть 8 находится в неподвижном состоянии, т. е. он препятствует колебаникг счетчиков

12 и 48, а также препятствует счетчику 48 попеременно показывать две точки, соприка- 5 сающиеся с действительным положением подвижной части 8. Для того, чтобы правильно устранить эту неустойчивость, влияющую на последнюю цифру, показанную секциями 121 и 48, обоих счетчиков, достаточно установить 10 порог а на значение, содержащееся между

0,5 — 1,0 напряжения, соответствующего рассогласованию, равному одной единице указанной последней цифры (в данном варианте выполнения изобретения порог должен содер- 15 жаться между значениями напряжения, соответствующего рассогласованию в 5 и 10 лк,я соответственно) .

Предмет изобретения

Цифровое устройство для определения положения объекта, содержащее преобразователь перемещения, подвижная часть которого соединена с объектом, а обмоткн неподвижной части соединены с выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного к генератору синусоидального напряжения и к двухдекадному счетчику, входы которого подключены к выходам знака рассогласования устройства управления, один из входов которого соединен через усилитель с обмоткой подвижной части преобразователя перемещения, от.:ги гаюи ееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены четырехдекадный счетчик, входы которого соединены со входами двухдекадноlо счетчика, вентили, формирователь однополярных импульсов и формирователь прямоугольных импульсов, вход которого подключен к генератору синусоидального напряжения, а выход соединен через формирователь однополярных импульсов с другим входом устройства управления и с первыми входами вентилей, вторые входы которых подключены к выходам величины рассогласования устройства управления, а выходы вентилей — к упр а вл я ю щи м входа м счетчиков. г71

I

2г7!!

Д

J

370808

26" г

Е с

Редактор Е. Гончар

Заказ 187/688 Изд. ¹ 227 Тира>к 602 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Д в! 1 (!

С ос га ватель М. Черен ко ва

Техред Л. Грачева

Корректоры С. Сатагулова и T. Журавлева