[其他]高精度快响应数字测速装置

说明书

目前广泛使用的光电码盘数字测速方法，其原理是基于在单位时间内进行脉冲计数。由于受到光电码盘的尺寸限制，在需要实现高精度又同时需要快响应测速时，这种测速方法往往无法实现；此外，光电码盘无法在恶劣环境，诸如有烟雾、油气、水蒸汽等环境中以及在恶劣气候条件下工作。近年来国外专利已发表有新的数字测速装置，其基本原理是利用可逆计数器对转速信号脉冲和系数乘法器来的脉冲列进行计数，在两个脉冲列的数目相等时，可逆计数器的数即为实际转速读数。此种方法，同样存在着测速精度高时其响应时间过长的问题。

本实用新型的高精度快响应数字测速装置，可以获得测速精度高而响应时间快，并且可以在恶劣环境中工作，因而与微机调速系统配合，可以完成一些特殊设备的高精度调节系统的要求。

图1是本实用新型的高精度快响应数字测速装置的构成。图中1为转速信号发生器，2为运算装置，n为被测轴转速，f_n为转速信号发生器输出的转速信号频率，D为转速读数（二进制数）。转速信号发生器1一般采用磁性转速信号传感器，装设于需要测速设备的现场。运算装置2是本实用新型的核心，它的工作原理如下：假定测速装置为一阶惯性环节，其阶跃响应时域表达式为：

D（t）＝C_O（1－e－ (t)/(τ) ） （1）

式中：C_O－初始常数；

τ－测速装置的时间常数；

将（1）式进行离散后即得：

D（k＋1）＝D（k）－D（k）· (Δt)/(τ) ＋C （2）

式中：D（k）——在采样时间k测得的转速读数；

C——预先设定的常数

令：

Δt＝ 1/(f_n) ＝ 60/(N) · 1/(n)

τ＝M／f_s

式中：n——被测轴转速（rpm）；

N——被测轴旋转一周所产生的转速信号脉冲数，一般为200以下，如直升机动平衡试验台微机调速系统N＝75。

M——运算装置的运算容量。根据所要求的测速精度选定，如要求精度为0.025％，则选12位，此时M＝4096；

f_s——标准频率。根据所要求的时间常数选定。

则（2）式变换为：

D（k＋1）＝D（k）－ (f_s)/(M) ·D（k）· 60/(N) · 1/(n) ＋C （3）

上式即为运算装置的根据。图2是实现（3）式运算的12位运算装置原理图。装置采用标准组件结构形式，图中每一方框为一组件，方框内的标号为组件型号，亦即是MM253为4位数字频率乘法运算组件（图3）；AM204为1000KC标准频率发生器组件（图4）；AM302为整形与控制组件（图5）；MM251为加法运算组件（图6）；MM252为计数（带预置）组件（图7）。

由转速信号发生器来的转速信号频率f_n，经AM302进行整形和变换，然后与AM204一起产生控制信号；三块MM253组件完成（3）式中的 (f_s)/(M) ·D（k）的运算，其输出f_R＝ (f_s)/(M) ·D（k）。MM252是一带预置的计数组件，它的计数时间是由AM302和AM204一起产生的控制信号控制，其计数时间为 60/(N) · 1/(n) 秒，因此MM252对f_R进行计数，即可完成 (f_s)/(M) ·D（k）· 60/(N) · 1/(n) 的运算。如果再将（3）式中的常数预置入MM252计数组件，即完成了（3）式等号右边后两项的运算。最后由MM251加法运算组件完成（3）式的算术运算，其输出即为D（k＋1）。在稳态时输出为D。

如上所述，运算装置采用了标准组件结构形式，如果采用四块MM253频率乘法运算组件、16位计数（带预置）组件和16位加法运算组件，即可获得16位高精度快响应的测速装置。

本实用新型的高精度快响应数字测速装置主要技术参数如下：

a）精度：0.025％～0.0015％；

b）时间常数：5～20ms；

c）测速范围：3％～100％（满量程）；

d）适用于各种恶劣环境。

12位的高精度快响应数字测速装置已使用于直升飞机旋翼动平衡试验台中的微机调速系统。满足了旋翼试验对调速系统的各种要求，而且经受住了哈尔滨户外严冬和各种恶劣条件的考验。