Трансформаторные фазовые аналого-цифровые преобразователи перемещений повышенной точности

В современных приборах и автоматических устройствах широкое применение нашли аналоговые и цифровые системы передачи информации о различных физических величинах. В качестве физических величин могут фигурировать такие параметры, как например угол поворота, линейное перемещение, давление жидкости или газа и т. д. Так как обработку этой информации удобнее вести в цифровой форме, в электронных системах нашли широкое применение аналого-цифровые преобразователи (АЦП)[1, 4].

В настоящее время и в перспективе одной из актуальных и технически сложных задач является цифровое измерение угловых и линейных перемещений подвижных органов многочисленных систем автоматического управления различными объектами. Эту функцию выполняют цифровые преобразователи перемещений (ЦПП)[2]. В связи с этим среди аналого-цифровых преобразователей физических величин важное место занимают аналого-цифровые преобразователи перемещений (АЦПП), предназначенные для преобразования линейных или угловых перемещений объекта в цифровой эквивалент и служащие для ввода аналоговой информации об объекте в различные цифровые системы автоматического управления, в том числе содержащие управляющие цифровые ЭВМ[3].

Так как угловые и линейные перемещения относятся к числу главных параметров, характеризующих состояние объекта, то АЦПП широко используются практически во всех системах управления движущимися объектами (самолетами, кораблями и т. д.), в системах слежения за космическими телами, в системах дальней связи и т. д. Они являются неотъемлемой частью систем управления режимом работы энергетических установок, реактивных и ракетных двигателей. АЦПП широко применяют, кроме того, в системах автоматического управления в металлургии, в машиностроении, точном приборостроении, робототехнике и многих других областях.

Поскольку АЦПП являются измерительными устройствамито от качества решения ими своих функциональных задач существеннозависят технические показатели систем управления, в которые они поставляют информацию. Поэтому современные тенденции развития АЦПП определяются такими требованиями, как точность и надежность их работы, широкий диапазон измеряемых перемещений, низкая чувствительность к влиянию дестабилизирующих факторов, высокое быстродействие, компактность и малая стоимость[3, 22].

Вопросам теории и расчета АЦП перемещений посвящены труды известных ученых: Домрачева В. Г., Косинского A.B., Матвеевского В. Р., Холомонова А. А., Преснухина JI.H., Смирнова Ю. С., Шаньгина В. Ф., Кутяниной B.H., Конюхова H.E., Мироненко А. В., Рубиной В. Б. и др.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

Проведен анализ существующих аналого-цифровых преобразователей перемещений (АЦПП) фазового типа и существующих трансформаторных фазовых АЦПП;

Проведены исследования и расчеты фазовращателей (с двухфазным питанием и одним выходным каналом, с двухфазным питанием и двумя выходными каналами, с трехфазным питанием и тремя выходными каналами). Получены полные выражения погрешностей, когда не выполняются условия идеального случая. Получены максимальные значения погрешностей и построены диаграммы, иллюстрирующие погрешность преобразования угла при неравенстве питающих напряжений;

Разработаны и предложены методы построения трансформаторных фазовых аналого-цифровых преобразователей перемещений (ТФПП) многоканального суммирования, в результате чего бил улучшен и развит метод многоканального суммирования для ТФПП;

Предложена обобщенная классификация ТФПП многоканального суммирования на основании разработанных методов построения ТФПП многоканального суммирования, а также существующих общих принципов построения аналого-цифровых преобразователей перемещений;

Исходя из предложенной классификационной таблицы разработаны и исследованы 21 вариант схем трансформаторных фазовых аналого-цифровых преобразователей перемещений: получены выражения функций преобразования АЦПП, в рамках линейной теории точности получены выражения погрешностей АЦПП, построены временные диаграммы работы;

Проведены расчеты и получены математические выражения, характеризующие погрешность работы разработанных схем.

1. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника. — М.: «Горячая Линия — Телеком», 2002, 768с.

2. Домрачев В. Г., Матвеевский В. Р., Смирнов Ю. С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие. — М.: Энергоатомиздат, 1987.-392с.

3. Косинский А. В., Матвеевский В. Р., Холомонов А. А. Аналого-цифровые преобразователи перемещений. — М.: Машиностроение, 1991.-224с.

4. Никамин В. А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи: Справочник. Корона-принт, 2003.

5. Косинский А. В. Аналого-цифровые преобразователи. — М.: МГИЭМ, 2001, — 102с.

6. Матвеевский В. Р. Аналого-цифровые преобразователи микроперемещений. Измерительная техника, 1978, с. 1258−1260.

7. Косинский А. В. Принципы построения фазовых преобразователей. Приборы и системы управления. 1975, № 3, с. 45−47. I.

8. Мироненко А. В. Фотоэлектрические измерительные системы, — М.: Энергия, 1967, 360с.

9. Преснухин Л. Н., Шаньгин В. Ф., Шаталов Ю. А. Муаровые растровые датчики положения и их применение. — М.: Машиностроение, 1969, 365с.

10. Ахметжанов А. А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. — М.: «Энергия», 1975, 288с.

11. Асиновский Э. Н., Ахметжанов А. А., Габидулин М. А. и др.- под общей редакцией Ахметжанова А. А. Высокоточные преобразователи угловых перемещений.-М.: Энергоатомиздат, 1986, 128с.

12. Бабиков М. А., Косинский А. В. Элементы и устройства автоматики. -М.: Высшая школа, 1975, 464с.

13. Гитис Э. И., Пискулов Е. А. Аналого-цифровые преобразователи. — М.: Энергоиздат, 1981, 360с.

14. Домрачев В. Г., Майко Б. С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. — М.: Энергоатомиздат, 1984, 328с.

15. Зверев А. Е., Максимов В. П., Мясников В. А. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. — Л.: Энергия, 1974, 184с.

16. Косинский А. В. Фазовые преобразователи перемещений с низкой чувствительностью к нестабильности параметров. //Измерительная техника, 1980. № 36, с. 15−17.

17. Матвеевский В. Р. Цифровые преобразователи микроперемещений с промежуточным преобразованием в фазовый сдвиг. //Измерительная техника, 1980. № 1, с. 28−30.

18. Кончаловский В. Ю. Цифровые измерительные устройства. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

19. Преснухин Л. Н., Бархоткин В. А., Недопекин К. К. и др. Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы в преобразователях «угол-код». Электричество, 1979, № 5, с. 52−54.

20. Домрачев В. Г., Подолян В. А. Преобразователи сигналов вращающегося трансформатора в код угла последовательного приближения. //Измерительная техника, 1984. № 8, с. 18−20.

21. Домрачев В. Г., Подолян В. А. Анализ инструментальной погрешности циклического преобразователя сигналов вращающегося трансформатора в код угла.//Измерительная техника, 1985. № 8, с.10−12.

22. Страшун Ю. П. Технические средства ввода — вывода аналоговых сигналов систем сбора данных и управления на современной элементной базе. Приборы и системы управления. 1994, № 10.

23. Косинский А. В. Преобразователь угла в код с компенсацией погрешностей. Тр. МИЭМ, 1966, выпуск 2.

24. Косинский А. В., Резян А. Д. Минимизация ресурсов аппаратных средств встроенного самотестирования аналого-цифрового преобразователя, основанная на гистограмме. Материалы Х-ой международной научно-практической конференция «Наука сервису», МГУ Сервиса, г. Москва, 2005 г., с 68−71.

25. Резян А. Д. Расчет погрешностей индукционных фазовращателей с пульсирующим полем. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Тезисы докладов. — М.: МИЭМ, 2006 г., с. 10−11.

26. Косинский А. В., Резян А. Д. Расчет погрешностей индукционных фазовращателей с пульсирующим полем и с дополнительной статорной обмоткой. Материалы VII-ой межвузовской научно-технической конференция «Современные средства управления бытовой техникой», МГУ Сервиса, г. Москва, 2006 г., с. 60−66.

27. Резян А. Д. Расчет погрешностей трансформаторного фазового 1111 с двухканальным выходом. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Тезисы докладов. — М.: МИЭМ, 2007 г., с. 306−307.

28. Косинский А. В., Резян А. Д. Трансформаторный фазовый преобразователь перемещений с двухканальным выходом. Материалы VIII-ой межвузовскойнаучно-технической конференция «Современные средства управления бытовой техникой», МГУ Сервиса, г. Москва, 2007 г., с. 11−16.

29. Косинский А. В., Резян А. Д. Анализ трансформаторного фазового преобразователя перемещений с вращающимся * магнитным полем. Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ), материалы конференции, том 1, г. Новосибирск, 2007 г., с. 55−57.

30. Косинский А. В., Резян А. Д. Аналого-цифровой преобразователь угловых перемещений с компенсацией погрешностей. //Научно-технический журнал «Измерительная техника» № 8, Москва, 2007 г., с. 31−33.

31. Косинский А. В!, Резян А. Д. Трансформаторный аналого-цифровой преобразователь перемещений с компенсацией погрешностей. //Научно-технический журнал «Измерительная техника» № 10, Москва- 2007 г., с. 26−27.

32. Косинский А. В., Резян А. Д. Расчет погрешностей трансформаторного датчика угловых перемещений. //Научно-технический и производственный журнал «Датчики и системы» № 11, Москва, 2007 г., с. 28−30.

33. Петропавловский В. П., Синицин Н. В. Фазовые цифровые преобразователи угла. -М.: Машиностроение, 1984, 136с.

34. Сафонов Л. Н. Фазовращатели с фильтром обратной последовательности. //Электричество, 1971, № 5, с. 56 — 60.

35. Фотоэлектрические преобразователи информации //под ред. Преснухина Л. Н. -М.: Машиностроение, 1974, 376с.

36. Косинский А. В. Аналого-цифровой преобразователь с многоканальным фазовращателем. //"Измерительная техника" № 11, 1975 г., с. 30−32.

37. Косинский, А. В. Принципы построения фазовых преобразователей. //Приборы и системы управления. 1975, № 3, с. 45−47.

38. Косинский А. В. Преобразователь перемещения фаза-код с коррекцией погрешностей. //"Измерительная техника" № 7, 1978 г., с. 31−33.

39. Юдич М. 3. Аналоговые сравнивающие устройства. — М.: Машиностроение, 1984.

40. Смирнов П. Т. Цифровые фазометры. Л.: Энергия, Ленингр., отд-ние, 1974.

41. БахтиаровГ.Д., Малинин В. В., Школин В. Г1. Аналого-цифровые преобразователи. / Под ред. Г. Д. Бахтиарова. — М.: Советское радио, 1980.

42. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. Пер. с англ./ Под ред. А. С. Яроменка. -М.: Энергоиздат, 1981.

43. Кудряшов Б. А., Смирнов Ю. С., Шишков А. Б. Амплитудный, преобразователь «угол-код» с синусно-косинусным вращающимся трансформатором. //Измерительная техника № 8, 1984 г., с. 20−21.

44. Биндра А. Повышение точности и разрешающей способности преобразователей информации. //Электроника. 1984, № 17, с. 46−55.

45. Лэнтон С. Гибридный преобразователь сельсин-код с большими интегральными схемами. //Электроника. 1981, № 13 j с. 43−48.

46. Кутянина В. И. Аналого-цифровой преобразователь перемещений. //Устройства — и системы автоматики. Труды МИЭМ, выпуск 47, — М.: Изд. МИЭМ, 1975, с. 91−99.

47. Рубина В. Б. Исследование индуктивного преобразователя угла в код. Тр. МИЭМ, выпуск 7, — М.: Изд. МИЭМ, 1969 г.

48. Бронштейн И. Н1, Семендяев К. А. Справочник по математике- — М.: Изд. «Наука», 1980 г., 976с.

49. Косинский А. В, Резян А. Д. Патент на полезную модель № 68 210 «Преобразователь перемещение-код» //Зарегистрировано в Государственном — реестре полезных моделей. Российской Федерации: 10 ноября 2007 г. Дата публикации сведений: 10.11.2007 Бюл. № 31.

50. Дж. Аш и др. Датчики измерительных систем. — М.: Мир, 1990;

АКТ-СПРАВКА об использовании в учебном процессе результатов1 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Трансформаторные фазовые аналого-цифровые преобразователи перемещений повышенной точности» аспирантом кафедры УиИТС.

Результаты исследований диссертационной работы (структурная схема трансформаторного фазового аналого-цифрового преобразователя перемещений многоканального суммирования (ТФППМС) с минимальным циклом преобразования, анализ работы ТФППМС с минимальным циклом преобразования с построением временной диаграммы работы, структурная схема ТФППМС с независимыми выходными каналами, анализ работы ТФППМС с независимыми выходными каналами с построением временной диаграммы работы, структурная схема трансформаторного фазового аналого-цифрового преобразователя перемещений (ТФПП) с многоканальным выходом, анализ работы ТФПП с многоканальным выходом с построением временной диаграммы работы, способы компенсации погрешностей в трансформаторных фазовых аналого-цифровых преобразователей перемещений многоканального суммирования с приведением структурных схем) использовались при проведении занятий по дисциплине «Датчики» и устройства связи с объектом в технических системах" и в дипломном проектировании.

Декан факультета АВТ.

Резяном Арутюном Давидовичом. д.т.н, профессор

Зав. кафедрой УиИТС д.т.н, профессор