Датчики положения: потенциометрические датчики, вращающиеся трансформаторы, резольвер, индуктосин, сельсин.

Для следящих приводов робота для измерения положения используют аналоговые и цифровые датчики. Для измерения положения(угла) в ПР обычно используются: аналоговые(потенциометрические датчики, вращающиеся трансформаторы, резольверы, индуктосины). эти датчики относятся к аналоговым датчикам, а кодовые и импульсные – к цифровым датчикам. Из индукционных датчиков широко используются вращающиеся трансформаторы и сельсины.

 

Потенциометрические датчики: Они преобразуют угловое движение a_движ в выходное напряжение. На выводы потенциометра подается постоянное или переменное напряжение. В потенциометрических датчиках используются проволочные или пленочные потенциометры. Статическая характеристика U_вых=f(a)-зависимость выходного напряжения от положения-нелинейна. Нелинейность тем выше, чем выше b=R_н/R, где R_н-активное сопротивление нагрузки, R-сопротивление потенциометра. Чувствительность потенциометрического датчика – 3..5 ·10^-3 В/мм. Точность проволочных датчиков может составлять 0,05%. Их недостаток из-за дискретного изменения сопротивления при перемещении щетки движка получается ступенчатая характеристика. Для обеспечения стабильности работы датчики должны иметь сопротивление R больше 1000 Ом. Стабильность характеризуется температурным коэффициентов.

Вращающиеся трансформаторы -это электрические машины переменного тока с неявно выраженными полюсами. В статоре и роторе укладываются 2 взаимно перпендикулярных обмотки.

При подаче в одну из первичных обмоток синусно-косинусного вращающегося переменного напряжения, во вторичных обмотках наводятся ЭДС, изменяющиеся по закону. , где -коэффициент трансформации. Статическая характеристика синусная ВТ (косинусная), но при малых углах (порядка 5 град с точностью до 0,1%) ее можно считать линейной. Статическая характеристика может отклоняться от синусности из-за технологических и конструктивных факторов. Эта погрешность для разных СКВТ составляет 0,02…0,2%. Точность измерения углов СКВТ довольно высока, для некоторых типов трансформаторов погрешность ±2^I…3^I. В динамике ВТ можно рассматривать безинерционные звенья. Недостаток: низкая помехозащищенность, необходимость в питании переменным током, высокая стоимость.

Резольвер -это специальная электрическая машина переменного тока, у которого определенным образом включены статорные и роторные обмотки. Схема ротора с двухфазной статорной и однофазной роторной обмоткой. Статорные обмотки взаимно перпендикулярны.

Между напряжением на роторной и статорной обмотках имеется следующая взаимосвязь.  (1), где К_Т- коэффициент трансформации, φ-угол поворота ротора. Если на статорной обмотке подавать синусоидальное напряжение с одинаковыми амплитудами и фазовым сдвигом π/2, то ; . В соответствие с выражением 1 можно записать, что

Фазовый сдвиг напряжения в обмотках статора соответствует углу поворота ротора j, который связан с объектом измерения. Резольверы используются в качестве датчиков обратной связи в цифровых системах управления.

Индуктосин -это датчик, используемый для измерения линейных перемещения. Его принцип действия тот же, как и у резольвера.

Сельсин -используется для измерения угла, представляет собой электрическую машину с однофазной обмоткой возбуждения на роторе, питаемой переменным напряжением возбуждения U_в и трехфазной статорной обмоткой.

Поле ротора наводит в обмотках фаз статора ЭДРС переменного тока, частота которого равна частоте питания U_в, а величина напряжения зависит от положения ротора. в системах ЭП сельсины работают в трансформаторном режиме и содержат элементы сельсин-датчик и сельсин-приемник.

Переменное напряжение U_в подается в обмотку ротора Д. Обмотки статоров датчика и приемника соединены. ЭДС, наводимая в фазах датчика, зависящая от положения ротора, создает токи в обмотках фаз статора приемника. В результате в зависимости от положения ротора приемника в нем индуцируется ЭДС. Таким образом, на выходе получается напряжение, которое зависит от угла рассогласования: U_вых=U_max·sin(b-a). При согласовании положения роторов датчика и приемника напряжение на выходе U_вых=0. Существуют контактные и бесконтактные конструкции сельсинов. Статическая характеристика при малых углах рассогласования близка к линейной. Чувствительность их 1В/град, погрешность измерения γ ± 20-30 минут, в динамике сельсины аналогичны безинерционным звеньям.

Датчики скорости. Тахогенераторы постоянного того (ТГ ПТ) и асинхронные тахогенераторы (АТГ).

При прямом способе измерения скорости движения применяют тахогенераторы, при косвенном способе измерения информацию о скорости получают через другие величины, более доступные для измерения.

Тахогенераторы. В качестве ДС в ЭП ПР применяют тахогенераторы (ТГ) постоянного тока и асинхронные тахогенераторы. Возможно применение и дифференциального трансформаторного датчика. Конструктивно чаще всего ТГ встраивается в двигатель и измеряет угловую скорость вращения вала двигателя. ТГ представляет собой электрическую машину постоянного тока или асинхронную машину, вал которого соединен с выходным валом двигателя. Угловая скорость измеряется, а выходное напряжение пропорционально угловой скорости. ТГ ПТ по принципу действия и конструктивному исполнению являются обычными электрическими машинами ПТ, работающими в генераторном режиме. возбуждение осуществляется либо от ПМ, либо от обмотки возбуждения.РИСУНОК

Для приводов, работающих на переменном токе, можно использовать ТГ переменного тока. Они представляют собой электрические машины переменного тока с короткозамкнутым или полым немагнитным ротором. Две статорные обмотки укладываются в пазы статора таким образом, что они смещены на 90 град, т.е.чтобы их магнитные оси были взаимно перпендикулярны. Одна из обмоток является возбуждающей и подключается к источнику питания переменного тока, другая обмотка-выходной.

Чувствительность ТГПТ 15…25 мВ/(об/мин), чувствительность АТГ 2…5 мВ/(об/мин).  Точность измерения частоты вращения 0,5…2,5%, для прецезионных ТГ 0,05…0,1%. дополнительная погрешность температурная не превышает 0,4%. Выходное напряжение ТГПТ составляет 50В. Выходное напряжение АТГ 10…60В. В динамике ТГ описывается передаточной функцией апериодического звена , где К_ТГ-передаточный коэффициент ТГ, Т_ТГ-постоянная времени ТГ.