преобразователь скорости

Информационные преобразователи скоростей и перемещений механизмов

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: модель механизм, преобразователь скорости

В состав информационных преобразователей скоростей и перемещений входят: первичные преобразователи (датчики скоростей и положений); вторичные преобразователи (осуществляющие преобразования сигналов датчиков в форму, удобную для систем управления); измерители рассогласования задающих сигналов и сигналов, несущих информацию о фактических значениях перемещений.
Информационные преобразователи скоростей. Точность регулирования скорости непосредственно зависит от способов задания, измерения скорости и формирования сигнала об отклонении скорости от заданного значения. Устройства задания и измерения скорости, а также формирования сигнала об отклонении скорости совместно образуют систему обработки информации о скорости движения электропривода.
Наиболее простыми системами обработки информации являются аналоговые. Скорость задается в виде напряжения постоянного тока, поступающего в систему управления от стабилизированных источников напряжения. Скорость измеряют с помощью тахогенераторов Тг постоянного или переменного тока. В последнем случае напряжение переменного тока преобразуется, как правило, в напряжение постоянного тока с помощью выпрямителей и фильтров.
Измерение отклонения скорости от заданных значений производится с помощью модулей контроллера привода.
Для сглаживания пульсаций напряжений Тг применяются фильтры RC и RLC. В Тг постоянного тока наблюдаются оборотные и коллекторные пульсации напряжений, связанные с такими явлениями, как магнитная анизотропия якоря, коммутационные явления в щеточно-коллекторном узле, неточные сочленения Тг с двигателем и др. Периодические пульсации выходных напряжений имеют место и при использовании асинхронных и синхронных Тг. Наличие довольно большого уровня помех и связанная с этим необходимость фильтрации выходных напряжений являются недостатками Тг постоянного и переменного тока.
Минимальная погрешность лучших образцов аналоговых систем обработки информации о скорости электроприводов составляет примерно 0,1 %. При необходимости получения большей точности необходимо использовать системы обработки информации с импульсными датчиками скорости. При повороте на некоторый угол импульсного датчика на его выходе формируется определенное число импульсов, соответствующее углу поворота. Импульсные датчики можно использовать для контроля линейных и угловых перемещений. При непрерывном движении датчика образуется непрерывная последовательность импульсов, мгновенная частота которых пропорциональна мгновенной скорости датчика.
В современных системах электропривода используются в основном индуктосинные и фотоэлектрические импульсные датчики. Они обладают минимальными погрешностями, которые наиболее полно характеризуются спектральными плотностями S((o) или корреляционными функциями R(x). В таких датчиках имеются регулярные (систематические) составляющие погрешностей — оборотные, шаговые и др. Погрешности в импульсных датчиках значительно ниже, чем в Тг.
При использовании импульсных датчиков задание скорости и формирование сигнала об отклонении скорости производятся в цифровой форме.
Измерение действительной скорости электропривода в цифровой системе обработки информации можно выполнять двумя способами в зависимости от скорости, диапазона регулирования и требуемой динамической точности. Первый способ основан на подсчете импульсов, поступающих от импульсного датчика скорости (ИДС) за фиксированный интервал времени Т0, определяемый частотой дискретизации f0, цифровой системы - Частота/0 задается через делитель от генератора эталонной частоты.
Этот способ реализуется на специализированной интегральной микросхеме, выходной сигнал которой может быть использован для цифрового управления электроприводом или преобразован цифро-аналоговым преобразователем в аналоговую величину Ид для аналогового управления электроприводом.
Обратно пропорциональная зависимость скорости от числа m является недостатком этого способа измерения скорости. Для получения прямо пропорциональной зависимости применяют специальные цифровые устройства преобразования. Достоинством этого способа является его большая информативность, определяемая возможностью получения более высокой частоты дискретизации системы. Временной интервал Тп может быть сведен в пределе к временному интервалу Taci ИДС. Точность стабилизации скорости электропривода при втором способе измерения может быть более высокой, чем при первом.
Такой способ соответствует измерению отклонения текущего углового или линейного перемещения относительно заданного значения за временной интервал Т3 = l/f3. Формирование последовательности импульсов задающей частоты^ можно рассматривать в этом случае как способ задания линейно-изменяющегося во времени перемещения, что является эквивалентным заданию постоянства скорости. Измерение текущего отклонения временного интервала ТаЫ от временного интервала Т3 = const выполняют с помощью фазовых дискриминаторов.
Временной интервал Taci между импульсами цепи обратной связи зависит от мгновенной скорости электропривода, а временной интервал импульсов задания Т3 считается постоянной величиной. Временной интервал между задающими импульсами и импульсами обратной связи пропорционален мгновенному значению разности фаз Дф импульсов в момент времени t = iT3.
Информационные преобразователи перемещений. Такие преобразователи показаны в составе систем управления движением механизмов на функциональных схемах. К основным видам информационных преобразователей относятся фазовые, амплитудные, импульсные и кодовые преобразователи. Название преобразователя используют также и для названия системы управления, его содержащей.
В импульсной системе измерителем рассогласования является реверсивный счетчик СчР, на суммирующий вход которого поступают импульсы задания и, а на вычитающий — импульсы с импульсного датчика положения ИДП. Цифровой сигнал, пропорциональный текущей разности импульсов, преобразуется ЦАП в сигнал ошибки е=. Диапазон допустимых рассогласований определяется объемом СчР. Если в фазовых и амплитудных системах этот диапазон, пересчитанный на линейные перемещения, не превышает нескольких миллиметров, то в импульсных системах он может быть доведен до десятков и сотен миллиметров. Опасность дискретных смещений приводов в таких системах отсутствует.
В качестве ИДП могут использоваться индуктосины, фотоэлектрические датчики и лазерные интерферометры. Последние имеют высокую разрешающую способность благодаря использованию в качестве измерительной шкалы электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне длин волн примерно 0,5...0,6 мкм. Особенно эффективны такие датчики для контроля малых прецизионных перемещений механизмов и перемещений на большие расстояния (10...20 м и более) при сравнительно невысокой точности. Применение иных датчиков (индуктивных, фотоэлектрических) на больших расстояниях осложнено из-за необходимости стыковки нескольких измерительных линеек.
В кодовой системе используется кодовый датчик положения КДП, преобразующий перемещение механизма в многоразрядное число, которое подается на вход измерителя рассогласования. Таким измерителем является сумматор С, содержащий реверсивный счетчик, в котором накапливаются импульсы задания, и сумматор кодов. Разность кодов задания и фактического перемещения преобразуется с помощью ЦАП в сигнал ошибки е.
Достоинством кодовой системы является возможность абсолютного измерения координат механизма. После внезапного кратковременного отключения питания в такой системе обеспечивается продолжение работы механизма с того места, на котором она была прервана. При отсутствии системы абсолютного отсчета после отключения питания необходимо установить механизм в некоторую фиксированную позицию, начиная с которой происходит управление движением механизма. От нее начинается относительный отсчет координаты механизма. В связи с возрастанием быстродействия и скоростей следящих систем чаще применяют одноотсчетные информационные преобразователи вместо преобразователей абсолютного отсчета, которые являются, как правило, более сложными, дорогими и менее быстродействующими.