Датчики угла и рассогласования

 

Под термином «датчики угла» понимаются устройст­ва, преобразующие угловую координату в электрическое напряжение. Это напряжение используется в системах автоматики как сигнал обратной связи по углу или как управ­ляющий сигнал в задающих устройствах. Датчики угла, например, находят применение в следящих системах для измерения угла поворота исполнительного вала. Задание на движе­ние системы может выполняться также с помощью дат­чика угла, угловой координатой которого является угол поворота командной (задающей) оси. Разность сигналов этих двух датчиков, так

называемое «рассогласова­ние», подается как управля­ющий сигнал на вход систе­мы. В этом случае оба дат­чика могут рассматривать­ся объединенно как «датчик рассогласования».

Для датчиков угла и рассогласования широкое при­менение нашли сельсины.

Сельсин - небольшая электрическая машина пере­менного тока, имеющая две обмотки: однофазную (об­мотку возбуждения) и трехфазную (обмотку синхрони­зации). По конструктивному признаку сельсины разде­ляются на два основных типа: контактные сельсины и бесконтактные сельсины. Основное исполнение первого типа - обмотка возбуждения расположена на роторе, обмотка синхронизации - на статоре. Этим уменьшается до двух число контактных колец и исключаются контакты на синхронизирующей связи. Идея бесконтактного сель­сина реализуется двумя способами. При первом способе благодаря специальной конструкции магнитопровода ро­тора неподвижная кольцевая обмотка возбуждения соз­дает в роторе поток, поворачивающийся вместе с ротором. При втором способе обмотка ротора получает пита­ние от вращающейся совместно с ротором вторичной обмотки кольцевого трансформатора возбуждения с не­подвижной первичной обмоткой.

В схемах датчиков угла входная координата сельси­на - угол поворота его ротора θ, а выходные координа­ты - амплитуда U_выхm и фаза j выходного напряже­ния по отношению к переменному опорному напряжению (рис. 5.1, а). В зависимости от использования той или другой выходной координаты различают амплитудный режим, когда j = const (0 или p), а U_выхm = = f(θ), и ре­жим фазовращателя, когда U_выхm = const, a j = f(θ).

В амплитудном режиме обмотка возбуждения полу­чает питание от сети переменного тока (рис. 5.1, б):

U_в = U_вmsinwt. (5.1)

Магнитный поток, действующий по осевой линии об­мотки возбуждения, наводит соответствующие ЭДС в фа­зах обмотки статора. Пренебрегая потоком рассеяния и активным сопротивлением обмотки возбуждения, с учетом (5.1), имеем для фазных ЭДС следующие выражения:

;

; (5.2)

,

где - коэффициент трансформа­ции между фазной статорной и роторной обмотками при их соосном положении.

Здесь за начало отсчета угла поворота ротора θ при­нята осевая линия обмотки фазы А статора. Линейная ЭДС определится разностью соответствующих фазных ЭДС и с учетом (5.2):

. (5.3)

Если начало отсчета угла переместить на p / 3 в на­правлении к фазе В, то относительно угла θ^' = p / 3 - θ в новой системе отсчета с учетом (5.3)

. (5.4)

Характеристика управления сельсина в амплитудном режиме приобретает синусоидальную закономерность и с учетом (5.4):

, (5.5)

где E_лm - амплитуда линейной ЭДС статора. Значения E_лm принято считать условно положительными при j = 0, а условно от­рицательными при j = p.

Для малых θ^', когда ,

,

где - передаточный коэффициент сельсина в амплитудном режиме.

Характеристика управления сельсина в амплитудном режиме работы, построенная по (5.5), приведена на рис. 5.2. Полученные выражения для характеристики управления и передаточного коэффициента не учитывают погрешностей, вносимых в передачу сигнала сельсином несинусоидальностью распределения магнитной индукции, асим­метрией магнитопровода, неравенством параметров фаз статорной обмотки и тому подобное. Перечисленные факторы обусловливают статические погрешности, искажающие форму характеристики управления. Эти погрешности в зависимости от класса точности изготовления сельсина характеризуются определенным уровнем (пунктирные линии на рис. 5.2). Наибольшее влияние они оказывают в области малых углов, где полезный сигнал соизмерим с погрешностями. Кроме статических погрешностей при вращении сельсина, появляется скоростная погрешность из-за возникающей в обмотках ЭДС вращения. Эта погрешность увеличивается с ростом угловой скорости. Поэтому рабочие режимы сельсинов характеризуются ограниченным уровнем скорости по условиям допустимой скоростной погрешности.

В режиме фазовращателя обмотка статора получает питание от источника трехфазного напряжения с неизменной амплитудой. Образующееся круговое вращающе­еся поле в любой фиксированной точке статора, удаленной от оси отсчета (оси фазы А) на угол j характеризу­ется магнитным потоком

Ф = Ф_mcos(wt - j).

Следовательно, в обмотке ротора, ось которой сдвинута на угол j = θ относительно начала отсчета, наводится ЭДС

,

где E_1m - амплитуда фазной ЭДС статора. Коэффициент 3/2 в последней формуле учитывает увеличение амплитуды вектора магнитной индукции кругового вращающегося поля по отношению к амплитуде вектора пульсирующего магнитного поля, создаваемого фазной обмоткой статора.

Таким образом, характеристика управления сельсина в режиме фазовращателя определяется равенством

j = θ.

Из двух сельсинов строится схема датчика рассогласования, используемая для измерения сигнала рассогласования в следящих системах (рис. 5.3). Ротор сельсина-датчика (СД) соединен с командным штурвалом, а ротор сельсина-приемника (СП) - с ис­полнительным валом системы. Одна из ро­торных однофазных обмоток сельсинов получает питание и выполняет функцию обмотки возбуждения, другая яв­ляется управляющей обмоткой, в которой наводится выходная ЭДС E_выхm. Соединенные электрически СД и СП работают в амплитудных режимах, имея входной координатой угол поворота θ_СД ротора СД, а выходной координатой ЭДС E_выхm ротора СП. Созданные потоком обмотки возбуждения ЭДС в трехфазной стабилизирующей обмотке (5.2) дают со­ответствующие токи в замкнутой статорной цепи. Фазные ЭДС статора СП определяются как падения напряжения на реактивных сопротивлениях статора СП. Эти ЭДС трансформируются в обмотку управления, давая соответствующие составляющие выходной ЭДС датчика рассогласования. Составляющие ЭДС просуммируются в обмотке управления СП и дадут результирующее амплитудное значение выходной ЭДС датчика рассогласования. Пропуская промежуточные преобразования, подробно изложенные в /1/, для расчета амплитудного значения выходной ЭДС датчика рассогласования имеем

,

где - расчетное полное сопротивление одной фазы стабилизирующей цепи СД и СП; x_s - фазное индуктивное сопротивление рас­сеяния стабилизирующей обмотки одного сельсина; R - фазное активное сопротивление стабилизирующей обмотки одного сельсина; x_m - сопротивление взаимной индукции между роторной и статорной обмотками, при­веденное к стабилизирующей цепи; индексом СД от­мечены величины, относящиеся к сельсину-датчику, а СП - к сельсину-приемнику. Если за согласованное состояние СД и СП принять взаимно перпендикулярное положение осей роторных обмоток, то рассогласование системы определится вели­чиной Δθ = θ_СД - θ_СП + p /2. Тогда относительно Δθ ха­рактеристика управления датчика рассогласования при­обретает синусоидальную зависимость

.

Для малых углов рассогласования

,

где - передаточный коэффициент датчика рассогласования, В/рад.

Для большинства сельсинных пар в схе­ме датчика рассогласования

В/рад.

В связи с нелинейностью характеристики управления (5.5) практически диапазон измерения углов сельсинными датчиками составляет . Диапазон измерения углов может быть увеличен до некоторого θ_max, если движение валу сельсина передавать через понижающий измерительный редуктор, коэффициент передачи которого равен . При этом точность измерения угла уменьшается в i_р раз.

Для измерения малых углов с хорошей точностью используются повышающие измерительные редукторы, увеличивающие крутизну характеристики управления сельсина в i_р раз. При этом к точности изготовления редуктора предъявляются повышенные требования. В первую очередь применяются конструкции редукторов, практически исключающие люфты в кинематических парах.

При скорости вращения вала, ограниченной допустимой динамической погрешностью измерения угла, сельсин в динамике может рассматриваться как безынерционное звено.

Для измерения углов в больших диапазонах и с вы­сокой точностью используются дискретные датчики. Их функциональной выходной величиной является число, представленное в двоичной системе счисления с помощью электрических дискретных сигналов. Необходимая точ­ность достигается соответствующим числом разрядов датчика.

Простейший цифровой датчик угла,контактный с кодовым диском, рассмотрен в /1/. Его устройство поясняется рис. 5.4. Диск жестко соединен с валом, угол поворота которого подлежит преобразованию в цифровой код. Кодовый рисунок диска состоит из концентрических колец (дорожек), каждое из которых имеет чередующиеся электрически проводящие и непроводящие участки. Кольцо с наименьшим радиусом, имеющее два участка, относится к старшему разряду выходного числа, а кольцо с наибольшим радиусом - к младшему разряду. В каждом последующем от центра кольце число участков удваи­вается, что соответствует в двоичном коде переходу от одного разряда к другому. К токопроводящим участкам (заштрихованным на рис. 5.4, а) подводится напряжение через внешнее кольцо. Считывание осуществляется с помощью

токосъемных щеток. Положению щетки на проводящем участке соот­ветствует цифра 1 двоичного кода, а на непроводящем - 0. На границе смены участков из-за конечной ширины щеток и их не­точной установки по одной прямой появляется неоднозначность считывания, приводящая к ложнымзначениям выходной величины датчика. Для устранения ука­занной неоднозначности применяют для каждого разряда, кроме младшего, две щетки, симметрично раз­дви-нутые относительно прямой считывания. Выбор щет­ки для считывания выполняет логическая схема в зави­симости от цифры предыдущего, более младшего разря­да. Сигнал, снимаемый со щетки Щ1, обозначим y₁; сигналы, снимаемые с опережающих щеток Щ^'2, Щ^'3, обозначим y^'₂, y^'₃; а сигналы, снимаемые с отстающих щеток Щ^''2, Щ^''3, обозначим y^''₂, y^''₃. При нулевом сигнале на щетке Щ1 (y₁ = a₀ = 0) считывание осуществляется с опережающей щетки Щ2^' (a₁ = y^'₂), а при единичном сигнале на Щ₁ (а₀ = 1) - с отста­ющей щетки - Щ^''2 (a₁ = y^''₂) (рис. 5.4, а). Аналогично выполняется считывание и на последующих разрядах в соответствии с алгоритмом

, (5.6) где чертой обозначена инверсия логической переменной.

Схема, реализующая алгоритм (5.6), приведена на рис. 5.4, б. Любому углу поворота кодового диска в пределах 360° однозначно соответствует определенное сочетание единиц и нулей в выходных каналах датчика, то есть опре­делённый числовой эквивалент угла (рис. 5.5, а). При по­вороте трехдорожечного кодового диска на 360^о выход­ная величина изменяется от 000 до 111, что в десятич­ной системе счисления означает изменение числа от 0 до 7. В пределах интервала дискретности

Δθ₀ = 360 ^о / 2ⁿ

датчик не реагирует на изменение входной величины и его характеристика управления приобретает ступенчатый вид (рис. 5.5, б). Погрешность, вызванная дискретностью,

тем меньше, чем больше число разрядов в датчике. Так как на одном кодовом диске трудно реализовать число разрядов более трех-четырех, то для повышения точно­сти датчика применяют несколько кодовых дисков, соединенных с входным валом через ре­дуктор и поворачивающихся с различными скоростями. Самые старшие разряды выходных цифровых данных снимаются с самого медленного диска, а самые младшие разряды - с самого быстрого диска. Контактная система и погрешности измери­тельных редукторов лимитируют точностные показатели датчика. Практически реализуемое число разрядов в цифровом датчике угла данного типа не превосходит 9 - 10, что соответствует интервалу дискретности 21^'- 42^'.Поэтому в высокоточных системах с допустимыми по­грешностями менее 1^' контактный датчик применяется для грубого отсчета угла.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Что является входной и выходной координатами датчика угла поворота?

2. Что является входной и выходной координатами датчика угла рассогласования?

3. В каких системах могут применяться датчики угла и датчики рассогласования?

4. Сколько обмоток и где имеет трехфазный контактный сельсин?

5. Что является входной и выходными координатами сельсина?

6. В каких режимах может работать сельсин?

7. Что такое амплитудный режим работы сельсина?

8. Что такое фазовый режим работы сельсина?

9. Приведите формулу для расчета характеристики управления сельсина в амплитудном режиме работы.

10. Приведите формулу для расчета характеристики управления сельсина в фазовом режиме работы.

11. Какими факторами определяются статические погрешности сельсина, искажающие его характеристику управления?

12. Чем вызвана скоростная погрешность датчика угла поворота на основе сельсина?

13. В каком режиме работают сельсин-датчик и сельсин-приемник в схеме датчика угла рассогласования, если в качестве его выходных координат используются амплитудное значение ЭДС ротора сельсина-приемника и фаза этой ЭДС?

14. Приведите формулу для расчета характеристики управления датчика рассогласования на основе двух сельсинов, работающих в трансформаторном режиме.

15. Что является основными недостатками датчиков угла поворота на основе сельсина?

16. С какой целью на входе датчиков угла поворота используются понижающие измерительные редукторы?

17. С какой целью на входе датчиков угла поворота используются повышающие измерительные редукторы?

18. Как изменяется погрешность измерения угла при использовании понижающих измерительных редукторов?

19. Когда целесообразно использование дискретных датчиков угла?

20. Какие основные элементы присутствуют в конструкции цифрового датчика угла поворота на основе кодового диска?

21. Почему характеристика управления цифрового датчика угла поворота на основе кодового диска имеет ступенчатый характер?

22. Приведите формулу для расчета интервала дискретности цифрового датчика угла поворота на основе кодового диска.

23. Приведите формулу для расчета абсолютной погрешности цифрового датчика угла поворота на основе кодового диска.

24. Путем каких конструкционных мер можно увеличить разрядность цифрового датчика угла поворота на основе кодового диска?

Датчики угловой скорости

Тахогенератор постоянного тока представляет собой электрическую машину постоянного тока с независимым возбуждением или постоянными магнитами (рис. 5.6). Входная координата ТГ- угловая скорость w, выход­ная - напряжение U_вых, выделяемое на сопротивлении нагрузки.

Так как

E_тг = kФw = I(R_тг+R_н),

то ,

где

- передаточный коэффициент ТГ, В/рад; k = рN/ (2p а) - конструктивная постоянная; Ф - магнит­ный поток возбуждения; R_тг - сопротивление якор­ной обмотки и щеточного контакта.

Передаточный коэффициент ТГ, строго говоря, не ос­тается постоянным при изменении скорости из-за нели­нейности сопротивления щеточного контакта и реакции якоря. Поэтому в характеристике управления наблюда­ется определенная нелинейность в зонах малой и боль­шой скоростей (рис. 5.6, б). Нелинейность в зоне ма­лой скорости уменьшают применением металлизирован­ных щеток с малым падением напряжения. Нелинейность характеристики из-за реакции якоря снижается ограни­чением сверху скорости и увеличением сопротивления нагрузки. При выполнении указанных мероприятий ха­рактеристику управления ТГ можно считать практиче­ски прямолинейной.

На работу ТГ существенное влияние оказывают кон­структивно-технологические погрешности. Это коллек­торные пульсации напряжения, обусловленные конечным числом коллекторных пластин, пульсации из-за зубцовой конструкции якоря, оборотные пульсации, вызванные несимметрией воздушного зазора. Погрешности от ука­занных пульсаций сильнее искажают выходной сигнал ТГ в области низких скоростей. При снижении скорости уменьшается их частота и увеличивается амплитуда от­носительно уровня передаваемого сигнала. Эти погреш­ности ограничивают нижний предел скорости ТГ. Для уменьшения перечисленных пульсаций тахогенераторы выполняются с повышенным числом коллекторных пла­стин, со скошенными по винтовой линии на одно зубцовое деление пазами якоря, с увеличенным воздушным за­зором. Тахогенераторы высокой точности выполняются с полым беспазным якорем. Для дополнительного сниже­ния пульсации к выходу ТГ подключают конденсатор (рис. 5.6, а), при этом передаточная функция ТГ при­обретает вид

,

где - постоянная времени фильтра.

Конденсатор выполняет функцию фильтра высокоча­стотных относительно угловой скорости пульсаций. Чем больше T_ф, тем меньше пульсации в выходном напря­жении ТГ. Однако при этом ограничивается частотная полоса пропускания ТГ. При частотах передаваемого сигнала f_п > 1/(2pT_ф) амплитудные искажения превышают 3 дБ, а фазные 45°.

Тахогенераторы переменного тока (рис.5.7) наиболее часто выполнены на базе асинхронной двухфазной машины. На статоре имеются две взаимно перпендикулярные обмотки: обмотка воз­буждения, расположенная по оси a, и выход­ная управляющая обмотка, расположенная по оси b, включенная на сопротивление нагрузки тахогенератора Z_тг. Для уменьшения момента инерции ротор выполняется тонкостенным в виде полого стакана из не­магнитного материала (обычно алюминиевого сплава). Внутри ротора размещается неподвижный стальной шихтованный сердечник, по которому замыкается магнитный поток.

Соотношения для расчета регулировочной характеристики тахогенератора приведены в /1/. Сопротивление нагрузки тахогенератора существенно влияет на амплитуду и фазу выходного напряжения. Потому для снижения амплитудных и фазовых искажений выходного напряжения необходимо использовать тахогенератор в режиме, близком к холостому ходу, то есть соединять тахогенератор с нагрузкой через эмиттерный повторитель, имеющий большое входное сопротивление.

Если ТГ работает в режиме холостого хода, при котором , то характеристика управления в комплексном виде имеет вид

,

где - комплексное значение выходной ЭДС тахогенератора; - комплексное значение коэффициента передачи тахогенератора. Даже в режиме холостого хода комплексный коэффициент передачи тахогенератора достаточно сложно зависит от активных и индуктивных сопротивлений статорных и роторных цепей и от скорости вращения ротора, то есть характеристики управления тахогенератора нелинейны. С ростом скорости ротора ухудшается линейность характеристик управления: уменьшается модуль комплексного коэффициента передачи и уменьшается его фаза, как показано на рис. 5.8 жирными линиями. Чем меньше собственное сопротивление обмотки возбуждения, тем меньшие искажения имеют характеристики ТГ. В пределе, когда сопротивление обмотки возбуждения будет равно нулю, регулировочные характеристики линейны и комплексный коэффициент передачи

;

; ,

где U_a - модуль вектора напряжения возбуждения; K_тг - модуль комплексного коэффициента передачи; j_вых - фаза вектора выходной ЭДС; a = R^'_р / x_m - отношение приведенного к обмотке статора активного сопротивления ротора к индуктивному сопротивлению намагничивания; w_с - синхронная скорость ротора; j - мнимая единица. Характеристики управления, соответствующие этому случаю приведены на рис. 5.8 тонкими линиями. Погрешности амплитуды ΔE_{вых m} и фазы Δj могут быть существенно уменьшены ограничением диапазона измерения скоростей сверху.

При смене знака угловой скорости ротора фаза j_вых выходной ЭДС E_вых изменяется на 180^о. При использовании асинхронного ТГ в обычных системах автоматического регулирования его выходную ЭДС подают на вход фазового детектора, работающего в амплитудном режиме, и с выхода фазового детектора снимают постоянное напряжение, величина которого будет прямо пропорциональна значению скорости ротора тахогенератора, а знак будет определяться направлением вращения ротора.

Технологические неточности изготовления ТГ приво­дят к определенной магнитной и электрической асиммет­рии статора и ротора. Это приводит к появлению оста­точной ЭДС, вызывающей погрешность ТГ в зоне малых скоростей. Если указанная погрешность выходит за рам­ки требуемой точности ТГ, то принимают определенные меры по ее компенсации. В частности, когда остаточная ЭДС характеризуется постоянством амплитуды и фазы, последовательно в цепь выходной обмотки ТГ вво­дится с помощью корректирующего устройства дополни­тельная ЭДС, равная остаточной ЭДС по амплитуде и противопо­ложная ей по фазе.

Полоса пропускания асинхронного ТГ ограничена частотой питающей сети. Поэтому для быстродействующих систем используются ТГ с повышен­ной частотой питания. В целом асинхронные тахогенераторы отличаются высокой точностью. Линейность ха­рактеристик ТГ, применяемых в системах автоматики и счетно-решающих устройствах, характеризуется погреш­ностью менее 0,5 %. По сравнению с ТГ постоянного то­ка, асинхронный тахогенератор обладает существенно меньшим передаточным коэффициентом.

В современных системах автоматики с большими диапазо­нами регулирования скорости и высокими требованиями к ее стабилизации точность ТГ может оказаться недо­статочной. Для таких систем используются цифровые датчики скорости (ЦДС). Такие датчики рассмотрены в /1, 7/. Функционально в ЦДС мож­но выделить две основные части: импульсный преобра­зователь скорости - датчик импульсов (ДИ), преобразу­ющий угловую скорость вала в импульсы с частотой f, пропорциональной скорости, и кодовый преобразова­тель - счетчик импульсов (СИ), формирующий на интер­вале измерения Т цифровой код A_n выходной величины датчика скорости (рис. 5.9).

Датчик импульсов может быть выполнен, например, на основе фотоэлектрического кодового диска. В любом варианте датчик импульсов реверсивного ТГ вырабатывает две серии импульсов, сдвинутых по фазе на p /2, которые используются для определения угловой скорости и ее знака. На рис. 5.10 изображен кодовый диск фотоэлек­трического датчика импульсов. На двух дорожках расположены пропускающие свет щели. Свет от источников ИС1 и ИС2 через щели попадает на фотодиоды BL1 и BL2, которые при этом открыты и пропускают ток. Ког­да щель выходит из луча света, фотодиоды запирают цепь. При вращении диска с угловой скоростью w BL1 и BL2 дают чередование максимального и минималь­ного сигналов с частотой

,

где N_ди - импульсная емкость кодового диска - число импульсов на один оборот диска.

Токовый сигнал фотодиода изменяется по форме и амплитуде при изменении скорости вращения. Поэтому для получения стабильных сигналов с неизменными ам­плитудой и продолжительностью в состав датчика им­пульсов входит узел формирования выходных импульсов (рис. 5.11). В усилителе У1 токовый сигнал фотодиода BL1 усиливается и симметрируется по полярности U_у1. Усилитель, собранный на транзисторах VT1 и VT2 и работающий с использованием положительной связи в релейном режиме, дает на выходе прямоугольные им­пульсы U₁ с постоянной амплитудой, равной напряжению питания U_п,но с переменной продолжительностью. Выходной импульс U_вых с неизменными амплитудой и продолжительно­стью t формируется с помощью одновибратора S. Диа­грамма работы описанного узла приведена на рис. 5.12. Аналогичный узел имеется и для импульсов второй до­рожки кодового диска с фотодиодом BL2. Для каждого направления вращения в датчике импульсов имеется свой выходной канал.

Выделение импульсов на каналах положительной скорости (направление «вперед», U_выхВ) или отрица­тельной скорости (направление «назад», U_выхН) осуще­ствляется логической схемой, одно из возможных исполнений которой приведено на рис. 5.13. На первом выходном канале импульсы U_выхВ появляются при та­ком направлении вращения, при котором сигнал U₂ опе­режает по фазе на p /2 сигнал U₁, и элемент совпадения И открыт для импульсов U_вых1. При другом направле­нии вращения, когда U₂ отстает по фазе на p /2 от U₁, элемент совпадения И открыт для импульсов U_вых2, которые поступают на второй выходной канал U_выхН.

Формирование цифрового кода на выходе датчика скорости с помощью счетчика может выполняться двумя способами. В соответствии с первым способом на заданном периоде измерения Т счетчик подсчитывает число импульсов, которое будет характе­ризовать среднее значение скорости:

.

Так как младшему разряду датчика соответствует один импульс, то разрешающая способность ЦДС со­ставляет N: 1, а точность измерения d =1/N. Очевидно, дискретность по скорости датчика, об/с, определится величиной

Δn_o = 1/(N_диT).

Таким образом, точность ЦДС тем выше, чем боль­ше измеряемая скорость и период измерения.

Увеличение значения Т для уменьшения погрешности при низких скоростях нежелательно, так как при этом возрастает дискретность по времени и увеличивается расхождение между средним и мгновенным значениями скорости, что может затруднить использование ЦДС всистемах управления.

Второй способ формирования цифрового кода ско­рости состоит в определении интервала времени между двумя импульсами путем подсчета числа высокочастот­ных опорных импульсов, умещающихся на измеряемом интервале. Данный способ имеет, напротив, максимальную разрешающую способность на самых низких скоро­стях, когда период следования импульсов максимален и содержит наибольшее число опорных импульсов. Однако высокая точность датчика при низких скоростях отно­сится также лишь к среднему за измеряемый интервал значению скорости. При повышении скорости точность данного ЦДС снижается.

Рассмотренные варианты ЦДС обеспечивают высо­кую точность измерения скорости, и тем большую, чем продолжительней период измерения. Однако данный пе­риод измерения вносит в систему автоматики с ЦДС дис­кретность по времени, которая вносит искажения в ра­боту высокодинамичных систем. Поэтому для снижения дискретности по времени в быстродействующих систе­мах с управлением по интегралу сигнала рассогласова­ния интегрирование разности скоростей выполняется подсчетом разности непосредственно числа импульсов с задающего устройства и с датчика импульсов с помощью реверсивного счетчика.

 

Вопросы для самопроверки

1. Для чего используются датчики скорости в системах автоматики?

2. Какой электрической машиной является тахогенератор постоянного тока?

3. Что является входной и выходной координатами тахогенератора постоянного тока?

4. Запишите формулу расчета характеристики управления тахогенератора постоянного тока.

5. Запишите формулу для расчета коэффициента передачи тахогенератора постоянного тока, нагруженного на активное сопротивление.

6. Какие параметры тахогенератора постоянного тока наиболее существенно снижают линейность его характеристики управления?

7. Какие мероприятия способствуют улучшению линейности характеристики управления тахогенератора постоянного тока в зоне малых скоростей?

8. Какие мероприятия способствуют улучшению линейности характеристики управления тахогенератора постоянного тока в зоне больших скоростей?

9. Какие особенности конструкции тахогенератора постоянного тока определяют наличие пульсаций в его выходном напряжении?

10. Какие особенности конструкции тахогенератора постоянного тока снижают уровень пульсаций его выходного напряжения?

11. С какой целью параллельно нагрузке тахогенератора постоянного тока включают конденсатор?

12. Приведите формулу для расчета передаточной функции тахогенератора постоянного тока с апериодическим фильтром на выходе, сглаживающим пульсации выходного напряжения.

13. Приведите формулу для расчета постоянной времени конденсаторного апериодического фильтра, включенного на выход тахогенератора постоянного тока.

14. Как сказывается на быстродействии тахогенератора постоянного тока наличие апериодического фильтра на его выходе?

15. На основе какой электрической машины наиболее часто выполняются тахогенераторы переменного тока?

16. Какая особенность конструкции асинхронного тахогенератора позволяет уменьшить момент инерции его ротора?

17. Какие обмотки имеет двухфазный асинхронный тахогенератор?

18. Что является входной координатой асинхронного тахогенератора?

19. Что является выходными координатами асинхронного тахогенератора?

20. С какой целью асинхронные тахогенераторы используются в режиме работы близком к холостому ходу?

21. Приведите формулу для расчета в комплексном виде характеристики управления асинхронного тахогенератора.

22. При каких допущениях модуль комплексного коэффициента передачи и фаза выходной ЭДС асинхронного тахогенератора будут постоянны?

23. Как изменяется фаза выходной ЭДС асинхронного тахогенератора при изменении направления вращения его вала?

24. Как изменяется модуль коэффициента передачи асинхронного тахогенератора при увеличении напряжения на обмотке возбуждения?

25. С какой целью выходное напряжение асинхронного тахогенератора может подаваться в систему регулирования через фазовый детектор, работающий в амплитудном режиме?

26. Каким параметром питающей сети ограничена полоса пропускания асинхронного тахогенератора?

27. Какие основные достоинства асинхронных тахогенераторов?

28. Какие основные недостатки асинхронных тахогенераторов?

29. В чем основные достоинства цифровых датчиков скорости?

30. Из каких основных узлов состоит структурная схема цифрового датчика скорости?

31. Что является входной и выходной координатами цифрового датчика ско-рости?

32. С какой целью на кодовом диске фотоэлектрического датчика импульсов предусмотрены две дорожки пропускающих свет щелей?

33. Что такое импульсная емкость кодового диска датчика импульсов?

34. Приведите формулу для расчета частоты выходных импульсов, формируемых датчиком импульсов на основе фотоэлектрического кодового диска?

35. Какие существуют способы формирования выходного цифрового кода датчика скорости на основе кодового диска?

36. Приведите формулу, связывающую на фиксированном временном периоде измерения среднее значение скорости вращения кодового диска датчика импульсов с числом генерируемых им импульсов.

37. Чему равна разрешающая способность цифрового датчика скорости, если его цифровой выходной код формируется путем подсчета числа импульсов импульсного датчика на фиксированном временном периоде измерения?

38. Чему равна дискретность по скорости (в оборотах в секунду) цифрового датчика скорости, если его цифровой выходной код формируется путем подсчета числа импульсов импульсного датчика на фиксированном временном периоде измерения?

39. Чему равна точность измерения цифрового датчика скорости, если его цифровой выходной код формируется путем подсчета числа импульсов импульсного датчика на фиксированном временном периоде измерения?

40. Как с увеличением измеряемой скорости и временного периода измерения изменяется точность цифрового датчика скорости, если его цифровой выходной код формируется путем подсчета числа импульсов импульсного датчика на этом временном периоде измерения?

41. Почему при формировании выходного кода цифрового датчика скорости нежелательно увеличение временного периода, на котором подсчитываются выходные импульсы импульсного датчика?

42. Как с увеличением измеряемой скорости изменяется точность цифрового датчика скорости, если его цифровой выходной код формируется путем подсчета числа опорных импульсов за промежуток времени между двумя следующими друг за другом импульсами импульсного датчика?

43. В чем основной недостаток цифровых датчиков скорости, формирующих выходной цифровой код путем подсчета числа импульсов импульсного датчика за фиксированный временной период измерения или путем подсчета числа опорных импульсов за промежуток времени между соседними выходными импульсами импульсного датчика?

44. В каких системах автоматики наиболее целесообразно использование цифровых датчиков скорости?