. 
(П.4.2)
Напряжение Uл (см. рис. П.4.2.а - кривая2 ) сравнивается на компараторе, собранном на ОУ АЗ, с напряжением Uc ( см. рис. П.4.2 а - кривая I), формируемым на выходе суммирующего усилителя на А2 и равного
Uс = U2+ Uпр, (П.4.3)
где U2 - входное напряжение МДУ;
Uпр – пороговое напряжение.
В момент равенства напряжений на входах компаратора на его выходе вырабатывается перепад напряжений, который ограничивается по амплитуде на стабилитроне V3. Из этого перепада с помощью элемента И- НЕ D11 и дифференцирующей цепочки C6,R17 формируется короткий импульс, запускающий ждущий мультивибратор, состоящий из элементов И-НЕ D1.2, D1.3, С9, R18, который формирует импульс
Рис П.4.1
Рис П.4.2
длительностью (см, рис„ П.4.2.б). Этот импульс после усиления на транзисторе V5 открывает транзистор V1, через который разряжается С1, после чего процесс повторяется. Таким образом, можно записать
Uлк=Uc (П.4.4)
С учётом (П.4.2) и (П.4.3) из (П.4.4) найдём период повторения Тn импульсов мультивибратора
(П.4.5)
На вход компаратора на ОУ А4 поступают напряжения UЛ, UПр (см. рис. П.4.2.а - прямая 3) и на его выходе, а, следовательно, и на V4 при Uл<Unp формируются импульсы, передние фронты которых совпадают с передними фронтами импульсов 
, (см. рис. П.4.2.в). Длительность 
этих импульсов равна
(П4.6)
где 
- время нарастания Uл до уровня Unp.
Импульсами блокируется прохождение сигналов через элементы И- НЕ D1.4, D2,1, т.е. на выходе D 2.1 формируются импульсы длительностью 
(см. рис. П.4.2.г)
(П4.7)
На время действия этих импульсов транзистор V2 закрывается, и интегратор на ОУ А 5 -производит в течении времени интегрирование напряжения (см. рис. П.4.2.Д - кривая 4). Амплитуда выходного напряжения Up ОУ А5 равна
(П.4.8)
где С4 - ёмкость конденсатора С 4
Управление временем интегрирования интегратора на ОУ А5 разностью сигналов компаратов позволяет компенсировать нестабильность
их работы, т.к. дестабилизирующие факторы действуют на них одинаковым образом. Кроме того, это даёт возможность устранить влияние нестабильности начального уровня UH и нелинейности начального участка UHH пилообразного напряжения, поскольку они не участвуют в формировании времени вследствие подачи на второй компаратор порогового напряжения Unp > UH, Unp > Uнн. Включение второго компаратора увеличивает также надёжность работы МДУ, т.к. напряжение Uс на входе первого компаратора не снижается ниже уровня Unp, гарантируя его уверенное срабатывание при малых U2.
Рассмотренный МДУ имеет меньшую нелинейность работы по сравнению с аналогичными устройствами, поскольку фильтрация импульсов по амплитуде, применяемая в нём, обладает меньшей нелинейностью, чем фильтрация амплигудно-широтно-модулированных импульсов.
В том случае, когда требуется получить сигнал МДУ в цифровом коде или в виде частоты повторения импульсов, применение известных МДУ ограниченно. Поскольку они или не производят операцию деления [105], или не имеют частотного выхода [52]
На рис. П.4.3 приведена принципиальная схема оптоэлектронного МДУ в значительной степени лишённого этих недостатков[54]В этом МДУ выходное напряжение UЛK интегратора на ОУ А1 к концу времени интегрирования ТU в соответствие (П.4.1), (П.4.2) равно
(П.4.9)
где С1 - ёмкость конденсатора С1;
R2 - сопротивление фоторезистора R2.
Сопротивление фоторезистора R2, обратно, пропорционально его освещённости, которая пропорциональна яркости свечения фотодиода V1, определяемой током V1, смещённого в прямом направлении под действием напряжения U1, т.е.
, (П.4.10)
где KФ - коэффициент пропорциональности.
С учётом (П.4.10) выражение (П.4.9) примет вид
(П.4.12)
Значение напряжения Uлк определяется напряжением U3, в момент их равенства срабатывает компаратор на 0 УА2., его сигналом запускается мультивибратор, состоящий из элементов И-НЕ D1.1, D1.2, СЗ, С4, R3,R4. Выходным импульсом D1.1 открывается транзистор. V2, через который разряжается конденсатор C1. Затем процесс повторяется. Отсюда, приняв во внимание, что UлK = U3, из (П.4.II) найдём частоту следования fР импульсов на выходе мультивибратора
(П.4.12)
Для формирования выходного сигнала МДУ в цифровом коде достаточно воспользоваться известным приёмом - подсчётом его выходных импульсов за фиксированный интервал времени.
В том случае, когда необходимо произвести операцию деления. или умножения величин, представленных в цифровом и аналоговом виде, может быть использовано аналого-цифровое МДУ, построенное, например, на основе цифро-управляемых сопротивлений (ЦУС) [106].
Принципиальная схема такого МДУ [65] изображена на рис. П.4.4.
В этом устройстве используется ЦУС Uzy, состоящий из электронных ключей D1,Di,DN, к выходам которых присоединены резисторы R1 Ri, RN. Значение сопротивления Ri в i - том разряде равно
. 
(П.4.13)
где Ri - сопротивление резистора в младшем разряде, т.е. R1.
Эквивалентное сопротивление Ru ЦУС, т.е. фактически входное сопротивление усилителя на ОУ А1 может быть найдено из следующего выражения
(П.4.14)
С учётом того, что на ключи подаётся параллельный двоичный код NH и в тех разрядах, где присутствует логическая единица, ключи открыты, т.е. имеют нулевое сопротивление, а в остальных разрядах закрыты и имеют сопротивление, равное бесконечности, можно записать
(П.4.15)
Таким образом, с учётом (П.4.15) выходное напряжение Up МДУ равно
(П.4.16) (
где R1 - сопротивление резистора R1
U1 - входное напряжение МДУ.
Для того, чтобы с помощью рассмотренного МДУ можно было производить операцию деления, ЦУС переносят в обратную связь А1 и устанавливают постоянный входной резистор с сопротивлением, при этом можно записать
. 
(П.4.17)
С помощью ЦУС UZY можно также значительно расширить функциональные возможности рассмотренного ранее оптоэлектронного МДУ, заменив в нём фоторезистор на ЦУС.
П.4.2. Устройства контроля угловой скорости и периода вращения шпинделя станка
Информация о скорости w или периоде Тш вращения шпинделя станка является в системах ССР важнейшей. Применение конкретного устройства контроля этих величин определяется наличием датчиков в станке, формой
Рис П.4.3
представления информации, быстродействием и точностью работы этих устройств, которые должны соответственно характеризоваться полосой
пропускания, равной 0 - 25 Гц и погрешностью работы порядка 2 - 4 % [5,951.
В станках токарной группы угловая скорость шпинделя w может быть определена по выходному напряжению тахогенератора, входящего.в состав главного привода станка. Контроль со может быть осуществлён также с помощью импульсного датчика угловых перемещений (ДУП), формирующего за один оборот шпинделя определённое количество импульсов- КДш, равное в современных ДУП 1000 - 4000 [39]-. Подсчёт импульсов ДУП за определённый интервал времени позволяет получить информацию о w, а заполнение интервала времени, образованного смежными импульсами датчика, импульсами с постоянной частотой и последующий их подсчёт даёт информацию о Тш [ 22 ]
Преобразовать Тш в напряжение можно также с помощью двухкратного преобразования сначала в сдвиг фаз между двумя сигналами, а затем в сдвиг фаз в напряжение [80].
На основе этого принципа и построено устройство контроля Тш [57,90], функциональная схема которого приведена на рис. П.4.5, а диаграммы его работы на рис. П.4.6.
Импульсы с ДУП, имеющие период повторения Тш, подаются на счётный вход триггера DS и входы элементов И DX1, DX2. Другие входы элементов И соединены соответственно с прямым И инверсным выходами триггера DS. Поскольку триггер DS устанавливается первоначально в нулевое состояние, то через DX1 проходят чётные входные импульсы (Ч), а через DX2 - нечётные (НЧ) (см. рис. П.4.6.а). Этими импульсами запускаются соответственно генератор пилообразного напряжения один G1 и два G2, формирующие на своих выходах напряжения UA1, UA2 с одинаковой скоростью нарастания VG, т.е.
UA1=VGt. (П.4.19)
UA2=VG (t±Tш ) (П.4.20)
Знак плюс в последнем выражении соответствует Тш между Ч и НЧ входными импульсами, минус - между НЧ и Ч импульсами, а время t отсчитывается от одного Ч входного импульса до другого. С помощью вычитающего устройства AW1 формируется напряжение Uт (см. рис. П.4.6.г), равное
UT=U1-Uc=±VлTш (П.4.20)
В этом выражении соответствие знаков Тш между чётными и нечётными входными импульсами изменяется на противоположное. Напряжение UT выпрямляется (см. рис. П.4.6.д) с помощью двухполупериодного выпрямителя, состоящего из электронных ключей ASF1,ASF2, управляемых выходными сигналами триггера DS, и суммирующего устройства AW2. Устройство AW2 имеет инвертирующий (минусовой) и неинвертирующий (плюсовой) входы, по которым AW2 имеет соответственно коэффициент передачи -1 и +1.
В качестве ГПНов в этом устройстве может быть использован интегратор (см. рис. П.4.1) на ОУ А1 при U1=Const, запускающим входом которого является точка соединения R22 и C9 (остальная часть схемы исключается). В настоящее время большинство датчиков угловых перемещений, применяемых в станкостроении, являются бесконтактными фотоэлектрическими устройствами [132]. Наиболее простой конструкцией из этих устройств обладают обтюрационные датчики, преобразующие угловое перемещение контролируемого объекта (шпинделя) в число-импульсный код. Формирование импульсов в этих датчиках происходит путём прерывания светового потока между источником света и светоприёмником модулирующим диском о чередующимися прозрачными и непрозрачными участками, который жёстко связан с контролируемым объектом[23,101].Для определения направления вращения контролируемого объекта в датчиках угловых перемещений применяются два фотоприёмника, по чередованию выходных
Рис П.4.4
Рис П.4.5
Рис П.4.6
сигналов которых или по их фазе определяют направление вращения объекта
Более простой конструкцией обладает импульсный датчик вращения [63], который схематично изображён на рис. П.4.7, а диаграммы его работы - на рис. П.4.8. Модулирующий диск I датчика при вращении прерывает световой поток источника света 2, поступающий на. фотоприёмник 3 через фильтр 4 с постепенно изменяющимся коэффициентом светопропускания по окружности модулирующего диска. При вращении диска I по часовой стрелке (+nш) свет от источника 2попадает на фотоприёмник 3,проходя последовательно через все участки фильтра 4, начиная с участков с малым коэффициентом светопропускания к большим. Поэтому световой поток на входе фотоприёмника постепенно нарастает во времени и резко падает в момент прерывания его I непрозрачным участком диска I (см. рис. П.4.8.а). После дифференцирования выходного сигнала фотоприёмника, повторяющего [форму его входного сигнала, получаются короткие отрицательные 'импульсы, формируемые в моменты прерывания светового потока (см. рис. П.4.8.б). В том случае, когда диск I вращается против часовой стрелки (- пш), световой поток проходит фильтр 4, начиная с участков с большим коэффициентом светопропускания по направлению к участкам с малым коэффициентом. Поэтому световой поток на входе фотоприёмника 3 имеет вид ниспадающих пилообразных импульсов (см. рис. П.4,8.в), а дифференцированный выходной сигнал фотоприёмника - коротких импульсов положительной полярности (см. рис. П.4.8.г)о Таким образом, выходной сигнал импульсного датчика вращения в зависимости от направления вращения.диска I, связанного со шпинделем станка, весьма просто разделить на каналы по признаку полярности.дифференцированного выходного сигнала фотоприёмника 3.
Конструкция рассмотренного импульсного датчика вращения обладает по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения не только более простой, но и более универсальной конструкцией, позволяющей изготовлять бесконтактные ипульсные датчики с признаком направления вращения в выходном сигнале любого типа (магнитные, ёмкостные и др.). В случае ёмкостного или индуктивного датчика функции фильтра с постепенно изменяющимся коэффициентом пропускания может выполнять модулирующий диск, в котором модулирующие зубцы - не прямоугольные, а пилообразные.
|
Рис. П.4.7. Импульсный датчик вращения.
Рис. П.4.8. Диаграммы работы импульсного датчика вращения.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 19 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |