Микропроцессорные средства

Датчики скорости и положения, применяющиеся в замкнутых схемах управления

Для получения информации о скорости и положении вала двигателя в замкнутых цифровых ЭП применяются аналоговые и дискретные датчики скорости и положения.

Датчики скорости (тахогенераторы). Эти датчики предназначены для измерения скорости вращения вала двигателя или исполнительного органа рабочей машины. Они представляют собой специализированные электрические машины небольшой мощности, выходное напряжение U_вых которых пропорционально скорости вращения якоря (ротора). По принципу своего действия и устройству тахогенераторы бывают постоянного и переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока представляют собой небольшие генераторы постоянного тока с возбуждением от независимого источника или от постоянного магнита.

Тахогенераторы переменного тока в большинстве случаев применяются асинхронного типа и по своему устройству мало отличаются от однофазных асинхронных двигателей. Они имеют две обмотки: одна из которых ОВ подключается к питающей сети и служит для возбуждения тахогенератора, а другая ОИ является измерительной. Напряжение на зажимах этой обмотки пропорционально скорости вращения тахогенератора.

Кроме рассмотренных выше аналоговых датчиков скорости в замкнутых схемах все шире применяются цифровые датчики, сигналы которых могут непосредственно поступать в цифровые схемы управления. Применение таких датчиков позволяет повысить точность регулирования скорости исполнительных органов рабочих машин и механизмов.

Первичными элементами цифровых датчиков скорости и положения, непосредственно устанавливаемых на валу двигателя или рабочей машины, являются индукционные или фотоэлектрические элементы.

Импульсный индукционный датчик скорости состоит из первичного элемента, зубчатого диска 1 (рис. 6), соединенного с валом двигателя или рабочей машины. Против зубцов этого диска располагается индуктор 2, представляющий собой постоянный магнит с расположенной на нем измерительной обмоткой 3, подключенной к источнику питания U_п.

Рисунок 6 - Схема индукционного датчика скорости

Напряжение, снимаемое с обмотки, подается через конденсатор С на вход усилителя У, выполняющего одновременно роль формирователя импульсов. При вращении диска изменяется зазор между его зубцами и полюсами индуктора 2. Вследствие этого резко изменяется магнитное сопротивление воздушного зазора и величина магнитного потока, проходящего через зубцы диска 1 и индуктор. Изменяющийся магнитный поток индуцирует в обмотке 3 ЭДС, частота которой

f=ωN/(2π),

где N—число зубцов диска, ω—скорость диска (вала двигателя).

Созданное этой ЭДС напряжение переменного тока через конденсатор С подается на вход усилителя, который усиливает этот сигнал и формирует из него последовательность выходных прямоугольных импульсов, частота которых пропорциональна измеряемой скорости. Далее эти импульсы при помощи цифрового блока «частота—код», имеющегося, например, в УБСР-ДИ, преобразуются в двоичное число путем их подсчета за определенный интервал времени с запоминанием полученного числа на время последующего интервала. При необходимости этот переменный по частоте сигнал может быть преобразован и в напряжение постоянного тока (например, с помощью интегрирующего операционного усилителя) для использования в аналоговых схемах управления ЭП.

Датчики положения. Эти датчики применяются в замкнутых схемах управления ЭП и выполняются аналоговыми или цифровыми.

Цифровой фотоэлектрический датчик положения состоит из первичного элемента, представляющего собой кодирующий диск, соединяемый с валом двигателя или рабочей машины (рис.7). Он имеет несколько концентрических колец (дорожек), каждое из которых состоит из сегментообразных прозрачных и непрозрачных участков. Кольцо с наименьшим радиусом (т. е. расположенное ближе всего к оси диска) имеет два участка— прозрачный и непрозрачный, и относится к старшему разряду выходного числа. В каждом следующем от центра кольце число участков удваивается, что соответствует в двоичном представлении чисел переход к следующему разряду.

Рисунок 7 – Цифровой фотоэлектрический датчик

Получение электрического сигнала производится фотоэлектрическим способом. Для этого по одну сторону диска устанавливаются по числу колец источники света—светодиоды, а по другую сторону—приемники света—фотодиоды. Когда между ними находится прозрачный участок диска, светодиод освещает фотодиод, электрическое сопротивление последнего резко изменяется, что и является входным воздействием для последующей схемы датчика положения.

Кроме фотоэлектрических первичных элементов в датчиках положения используются индуктивные датчики с индуктосинами, позволяющие получать более высокие характеристики по точности.

В цифровых системах управления ЭП распространение получили импульсные датчики типов ПДФ-3 и ДИФ-5. Первый из них имеет выходной сигнал в виде двух серий импульсов, сдвинутых друг относительно друга на четверть периода. Число импульсов на оборот составляет 600. Датчик типа ДИФ-5 имеет различные модификации и позволяет получать за один оборот вала датчика от 45 до 1800 импульсов.

Микропроцессором (МП) называется программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им и построенное на одной или нескольких больших интегральных микросхемах (БИС). Остановимся более подробно на основных признаках МП, сформулированных в этом определении.

Микропроцессор выполняется на основе одной или нескольких БИС, каждая из которых состоит из нескольких десятков тысяч простых элементов — транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Площадь БИС не превосходит нескольких десятков квадратных миллиметров. Такое исполнение МП определяет его малое энергопотребление, надежность в работе, небольшие массу и габариты. При массовом выпуске стоимость БИС резко снижается.

Микропроцессор является элементом управления с гибким алгоритмом работы, который определяется закладываемой в его память программой и может быть изменен.