專利名稱:高精度快響應數(shù)字測速裝置的制作方法
目前廣泛使用的光電碼盤數(shù)字測速方法，其原理是基于在單位時間內進行脈沖計數(shù)。由于受到光電碼盤的尺寸限制，在需要實現(xiàn)高精度又同時需要快響應測速時，這種測速方法往往無法實現(xiàn)；此外，光電碼盤無法在惡劣環(huán)境，諸如有煙霧、油氣、水蒸汽等環(huán)境中以及在惡劣氣候條件下工作。近年來國外專利已發(fā)表有新的數(shù)字測速裝置，其基本原理是利用可逆計數(shù)器對轉速信號脈沖和系數(shù)乘法器來的脈沖列進行計數(shù)，在兩個脈沖列的數(shù)目相等時，可逆計數(shù)器的數(shù)即為實際轉速讀數(shù)。此種方法，同樣存在著測速精度高時其響應時間過長的問題。
本實用新型的高精度快響應數(shù)字測速裝置，可以獲得測速精度高而響應時間快，并且可以在惡劣環(huán)境中工作，因而與微機調速系統(tǒng)配合，可以完成一些特殊設備的高精度調節(jié)系統(tǒng)的要求。
圖1是本實用新型的高精度快響應數(shù)字測速裝置的構成。圖中1為轉速信號發(fā)生器，2為運算裝置，n為被測軸轉速，fn為轉速信號發(fā)生器輸出的轉速信號頻率，D為轉速讀數(shù)(二進制數(shù))。轉速信號發(fā)生器1一般采用磁性轉速信號傳感器，裝設于需要測速設備的現(xiàn)場。運算裝置2是本實用新型的核心，它的工作原理如下假定測速裝置為一階慣性環(huán)節(jié)，其階躍響應時域表達式為D(t)＝CO(1－e－ (t)/(τ) ) (1)式中CO－初始常數(shù)；τ－測速裝置的時間常數(shù)；
將(1)式進行離散后即得D(k＋1)＝D(k)－D(k)· (Δt)/(τ) ＋C (2)式中D(k)——在采樣時間k測得的轉速讀數(shù)；C——預先設定的常數(shù)令Δt＝ 1/(fn) ＝ 60/(N) · 1/(n)τ＝M／fs式中n——被測軸轉速(rpm)；N——被測軸旋轉一周所產生的轉速信號脈沖數(shù)，一般為200以下，如直升機動平衡試驗臺微機調速系統(tǒng)N＝75。
M——運算裝置的運算容量。根據(jù)所要求的測速精度選定，如要求精度為0.025％，則選12位，此時M＝4096；fs——標準頻率。根據(jù)所要求的時間常數(shù)選定。
則(2)式變換為D(k＋1)＝D(k)－ (fs)/(M) ·D(k)· 60/(N) · 1/(n) ＋C (3)上式即為運算裝置的根據(jù)。圖2是實現(xiàn)(3)式運算的12位運算裝置原理圖。裝置采用標準組件結構形式，圖中每一方框為一組件，方框內的標號為組件型號，亦即是MM253為4位數(shù)字頻率乘法運算組件(圖3)；AM204為1000KC標準頻率發(fā)生器組件(圖4)；AM302為整形與控制組件(圖5)；MM251為加法運算組件(圖6)；MM252為計數(shù)(帶預置)組件(圖7)。
由轉速信號發(fā)生器來的轉速信號頻率fn，經(jīng)AM302進行整形和變換，然后與AM204一起產生控制信號；三塊MM253組件完成(3)式中的 (fs)/(M) ·D(k)的運算，其輸出fR＝ (fs)/(M) ·D(k)。MM252是一帶預置的計數(shù)組件，它的計數(shù)時間是由AM302和AM204一起產生的控制信號控制，其計數(shù)時間為 60/(N) · 1/(n) 秒，因此MM252對fR進行計數(shù)，即可完成 (fs)/(M) ·D(k)· 60/(N) · 1/(n) 的運算。如果再將(3)式中的常數(shù)預置入MM252計數(shù)組件，即完成了(3)式等號右邊后兩項的運算。最后由MM251加法運算組件完成(3)式的算術運算，其輸出即為D(k＋1)。在穩(wěn)態(tài)時輸出為D。
如上所述，運算裝置采用了標準組件結構形式，如果采用四塊MM253頻率乘法運算組件、16位計數(shù)(帶預置)組件和16位加法運算組件，即可獲得16位高精度快響應的測速裝置。
本實用新型的高精度快響應數(shù)字測速裝置主要技術參數(shù)如下a)精度0.025％～0.0015％；b)時間常數(shù)5～20ms；c)測速范圍3％～100％(滿量程)；d)適用于各種惡劣環(huán)境。
12位的高精度快響應數(shù)字測速裝置已使用于直升飛機旋翼動平衡試驗臺中的微機調速系統(tǒng)。滿足了旋翼試驗對調速系統(tǒng)的各種要求，而且經(jīng)受住了哈爾濱戶外嚴冬和各種惡劣條件的考驗。
權利要求
1.一種高精度快響應數(shù)字測速裝置，它由轉速信號發(fā)生器和運算裝置兩部份組成。轉速信號發(fā)生器采用磁性轉速信號傳感器；運算裝置的運算方法是以方程式D(K+1)=D(K)- (fs)/(M) ·D(K)· 60/(N) · 1/(n) +C為依據(jù)(式中D(K)為第K次的讀數(shù)；fs是根據(jù)裝置所需的測速時間常數(shù)而選定的標準頻率；M為運算裝置的運算容量；N為被測軸旋轉一周所產生的轉速信號脈沖數(shù)；n為被測軸轉速，C為常數(shù))，其特征在于運算裝置使用頻率乘法運算組件進行 (fs)/(M) ·D(K)的運算，其輸出fR= (fs)/(M) ·D(K)；然后使用計數(shù)(帶預置)組件在每一轉速信號脈沖間隔時間內對fR進行計數(shù)，即完成了 (fs)/(M) ·D(K)· 60/(N) · 1/(n) 的運算；再利用計數(shù)組件的預置端將常數(shù)C預置入計數(shù)組件內，從而完成了- (fs)/(M) ·D(K)· 60/(N) · 1/(n) +C的運算。
2.一種如權利要求
1所說的運算裝置，其特征在于該裝置采用了電子組件形式，因而所說的運算裝置可以根據(jù)調節(jié)系統(tǒng)的精度要求，用不同數(shù)量的組件構成12位或16位精度而時間常數(shù)為5～20ms的數(shù)字測速裝置。
專利摘要
為了實現(xiàn)高精度和快響應測速，且裝置能在惡劣環(huán)境中工作，提出了一種新的數(shù)字測速方法，這種方法是以一階慣性環(huán)節(jié)的差分方程式
文檔編號G01P3/42GK85203725SQ85203725
公開日1986年9月3日 申請日期1985年9月9日
發(fā)明者鐘業(yè)柱, 高風, 胡江 申請人:機械部北京機械工業(yè)自動化研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan