Датчики угла и угла рассогласования

Датчик угла – устройство, преобразующее угловую координату в электрическое напряжение.

Использование в автоматическом управлении и регулировании: как сигнал обратной связи по углу; как управляющий сигнал в задающих устройствах.

В следующих системах датчики угла находят применение для изменения угла поворота исполнительного вала. Угловой координатой является угол поворота командной (задающей) оси (в задающих устройствах).

При двух датчиках угла, один из которых используется как датчик угла, а другой как задающее устройство, разность сигналов используется как сигнал рассогласовывания и подаётся на вход управляемой системы ЭП. В этом случае подобное объединение датчиков может рассматриваться как датчик угла рассогласования.

Задание на угловое перемещение может формироваться и без датчика угла с командной осью. Тогда используется эквивалент командной оси, т.е. заданная угловая координата выступает в закодированном виде, например, в виде программы. В простейших случаях датчик угла м.б. используется как бесконтактный потенциометр, командоаппарат, фазовращатель.

Распространенными датчиками угла и рассогласования являются сельсины и вращающиеся трансформаторы, а цифровыми - контактный с кодовым барабаном или кодовым диском, с многополюсным вращающимся трансформатором (индуктосином).

Функциональная схема сельсина изображена на рисунке 7.

Рисунок 9 – Функциональная схема сельсина

Здесь θ - угол поворота (сельсина); U_вых(m) – амплитуда выходного ротора напряжения по отношению к опорному переменному напряжению; φ_вых – фаза выходного напряжения по отношению к опорному.

При использовании U_вых(m) имеют амплитудный режим (φ=const, 0 или π), в котором U_вых(m)=f(Θ), и режим фазовращателя, когда

U_вых_(m) = const, φ = f(Θ).

Сельсины могут работать в индикаторном, трансформаторном и дифференциальном режимах, схемы и принципы действия сельсинов в этих режимах изложены в [1]. Выполняются сельсины контактными и бесконтактными.

Характеристика управления сельсина в амплитудном режиме.

, (12)

где - амплитудное напряжение обмоток возбуждения (обмотки статора);

- коэффициент трансформации между фазной статорной и роторной обмоткой при их соосном положении;

- для малых , когда sin ’≈ ,

где (13) - передаточный коэффициент сельсина в амплитудном режиме.

Характеристика управления сельсина в режиме фазовращателя:

φ=(Θ)

погрешность сельсина определяется его добротностью и зависит от качества изготовления сельсина и роста угловой скорости.

Там, где требуется высокая точность угловой координаты, вместо сельсинов применяются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ).

СКВТ – двухфазная микромашина переменного тока. Неявнополюсный статор и ротор имеют по две взаимно-перпендикулярные обмотки: обмотку возбуждения и квадратную на статоре, синусную и косинусную обмотки на роторе.

Рисунок 10 – Схема СКВТ

В амплитудном режиме обмотка возбуждения, расположения по оси α получает питание от источника ~I

U_в= U_вmsinωt. (14)

Тогда в разомкнутых роторных обмотках наводится ЭДС, амплитуды которых оказываются функциями угла поворота ротора:

E_dm=k_TU_в_mcos Θ = E_m cos Θ, (15)

E_qm=k_TU_в_msin Θ = E_m sin Θ, (16)

где k_T - коэффициент трансформации между «ОВ» и каждой роторной обмоткой при их соосном положении.

Для устранения искажений характеристик управления сопротивления нагрузки по осям «d» и «q» делают равными т.е. симметрируются.

СКВТ: 1. U_в – напряжение обмотки возбуждения (С1-С2);

2. (С3-С4) - квадратурная обмотка;

3. (Р1-Р2) – косинусная обмотка;

4. (Р3-Р4) – синусная обмотка;

СКВТ превосходят по классу точности сельсины. СКВТ нулевого класса имеют погрешность <1,5, а от нулевого до третьего классов – 4…22%.

В режиме фазовращения обмотки статора питаются от источника 2-х фазного U. Образующееся при этом круговое поле наводит ЭДС в обмотке ротор, фаза которой линейно изменяется при повороте ротора. Этот же режим можно получить при однофазной схеме включения статора.