Преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19} (И}

qt51} 6 08 С 9/04.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .\

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт.св. }} 836644, о т л и ч аю шийся тем,, что, с целью расширения функциональных возможностей, (6.1 ) 836644

; (21) 3391703/18-24 (22) 07 ° 05.82 (46) 23.08.83. Бюл. Н 31 (72) В.Б.Ибрагимов (71) Специальное конструкторское бюро географического приборостроения

АН Азербайджанской ССР (53) 681.325(088.8) (56) 1. .Авторское свидетельство СССР

И 8Я6 41}, кл. С 08 С 9/04, 6 01 В 7/00 >,1979 (прототип). в него введены генератор импульсов, компаратор, триггер, элемент И, счет" чик и блок преобразования кода в напряжение, выход второго коммутатора через компаратор подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с другим выходом второго блока Фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, а выход подключен к одному входу элемента И, другой вход элемента

И соединен с генератором импульсов, а выход подключен к входу счетчика, выходы разрядов счетчика подключены к входам блока преобразования кода

Ф в напряжение, выход которого подклю- @ чен к четвертому входу первого коммутатора.

1037306

Изобретение относится к автоматике и вйчислительной технике и может быть использовано в инфбрмационноизмерительных системах для построения следящих аналого-цифровых пре- 5 образователей угловых перемещений, выполняющих одновременно ряд других функций, в частности функции множительного устройства с функциональным преобразованием одного из :>0 сомножителей.

По основному авт.св. и 836644 известен преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока, содержащии синусно-косинусм °

15 ный вращающийся трансформатор (СКВТ), обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения литания, первый и второй блоки фиксации и запоминания мгновенного значения . напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом синусного и косинус25 ного функциональных преобразователей, выход косинусного преобразователя соединен с одним из входов первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, и регу" лируемый источник напряжения постоянного тока, синусная и косинусная обмотки СКВТ соединены с входами выпрямителей и первым и вторым входами первого и второго коммутаторов, 35 третьи входы которых соединены с выходом источника напряжения питания, а выходы - с первым и вторым входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, 4о первый и второй входы третьего коммутатора соединены с выходами выпрямителей, третий вход - с выходом регулируемого источниКа напря тения постоянного тока, четвертый вход — с 45 выходом синусного функционального преобразователя, а выход - с третьим входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого соединен с раэ-50 мыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, выход источника напряжения питания и синусная обмотка СКВТ соединены с вторым и третьим в одами первого блока фиксации и 55 запоминания мгновенного значения напряжения, выход диФФеренциального операционного усилителя постоянного тока - с замыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя (11.

Недостатком известного преобразователя является егр ограниченные функциональные возможности воспроизведения различных функций.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока введены генератор импульсов, компаратор, триггер, элемент И, счетчик и блок преобразования кода в напряжение, выход второго коммутатора через компаратор подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с другим выходом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, а выход подключен .к одному входу элемента И, другой вход элемента И соединен с генератором импульсов, а выход подключен к входу счетчика, .выходы разрядов счетчика подключены к входам блока преобразования кода в напряжение, выход которого подключен к четвертому входу первого коммутатора.

За счет введения новых элементов обеспечивается воспроизведение синусно-косинусной зависимости от аргумента, заданного в виде напряжения постоянного тока, выполнение множительной операции с представлением одного иэ сомножителей в виде тригонометрическои функции угла поворота, а другбго сомножителя — в виде тригонометрической функции от аргумента, заданного, напряжением постоянного тока, воспроизведение обратных тригонометрических зависимостей.

Компаратор, введенный в состав устройства, необходим для формирования импульса в момент времени, соответствующий переходу через нулевое значение выходного напряжения одного из коммутаторов и началу цикла развертки напряжения П„„„ . Триггер необходим для формирования временного интервала с длительностью, равной продолжительности цикла развертки напряжения 0„ „, Генератор импульсов, вентиль, счетчик и блок преобразования кода в напряжение необхо06 4 следующих режимов: а) режиме выпол= нения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота; Ц режиме выполнения множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических йункций угла поворота; в1 режиме выполнения множительной операции с представлением сомножителей в виде тригонометрических" функций угла поворота и напряжения постоянного тока соответственно; г} режиме воспроизведения синуснокосинусной зависимости от аргумента, заданного в виде напряжения постоянного тока; д) режиме воспроизведвния . обратных тригонометрических зависимостей; е1 режиме преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока.

В режиме выполнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота вала ра" бочим является блок 8, выход которого через двухпозиционный переключа"тель.12, установленный в положение . 1, соединен с выходом устройства.

При этом коммутатор б находится в положении 2 и к одному из входов компаратора-19 блока 8 подключается напряжение Ок = Е с выхода регули" руемого источника Е напряжения постоянного тока, отображающее значение первого сомножителя. На другой вход компаратора 19 подается напря.жение Ul < с выхода коммутатора 4, которое, в зависимости от положения коммутатора, равно U (1), И»(2) или

П(3) ° где U2 U» 1» "и соот ветственно напряжения выходных косинусной и синусной обмоток СКВТ 1 и его обмотки возбуждения (в скобках указаны положения соответэтвующих коммутаторов) .

Пои этом (,») (2) (Ц

10373 димы для формирования развертываю= щего напряжения в пределах указанного цикла.

На чертеже показана структурная схема преобразователя. 5

Преобразователь содержит СКВТ 1, обмотка возбуждения которого подключена к источнику 0> напряжения питания, а синусная и косинусная обмотки - к входам выпрямителей 10

2 и 3 и коммутаторов 4 и. 5, третьи входы которых подключены к источнику 0»1 напряжения питания, коммутатор 6, входы 6 которого соединены с выходами выпрямителей 2 и 3 регулируемого источника Е напряжения постоянного тока и синусного функционального преобразовтеля 7, два блока 8 и 9 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, 20 входы одного из которых 8 подключены к выходам. коммутаторов 4 и 6, соответствующие входы другого блока 9 подключены к выходу источника 0 к синусной обмотке СКВТ и выходу 25 косинусного функционального преобразователя 10, а выходы блоков 8 и

9 подключены к входам дифференциального операционного усилителя (ОУ)

11 постОяннОГО тОкд выхОд КОтОрых 30 подключен к входам функциональных преобразователей 7 и 10, двухпозиционный переключатель 12, неподвижные контакты которого соединен с выходами блока 8 и ОУ 11:, а подвижный контакт является выходом преобразователя, вход компаратора 13 подключен к выходу коммутатора 5, а выход - к одному их входов триггера 14, другой вход которого соединен с вторым выходом блока 8, а выход - с одним из входом элемента И 15, другой вход которого подключен к выходу гйнератора 16 импульсов, а выход — к входу счетчика 17, выходы разрядов которого соединены с соответствующими входами блока 18 преобразования кода . в напряжение, выход которого подключен к четвертому входу коммутатора 4. 8 состав идентичных блоков 8 и 9 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения входят в компаратор 19 блоков, ключ 20 и элемент 21 аналоговой памяти.

U = k U &i и с3 t сОБ 6

О„=kU GhA4)t&ig g

"п= (щи»по, В зависимости от того, в каком 55 положении находятся коммутаторы 4-6 и двухпозиционный переключатель 12, преобразователь работает в одном из где U,„,M - амплитудное значение и круговая частота напряжения-питания СКВТ:

1037306

К - коэффициент трансформации, по стоянный для данного типа

СКВТФ

6 - угол поворота ротора СКВТ, соответствующий углу поворота вала.

В момент равенства напряжений

U 4 и Е .компаратор 19 срабатывает, формируя импульс. К элементу 21 аналоговой памяти через замкнутый на время действия импульса ключ 20 подключается напряжение Ugq с выхода коммутатора 5 равное 0„(1,) или 0,(2, или Ug(3) в зависимости от положения коммутатора 5. Мгновенное значение

15 этого напряжения запоминается элементом 21 и является результатом мно" жительной операции.

Допустим, коммутаторы 4 и 5 на" ходятся в положении 1. Тогда в момент t1 равенства напряжений F u

U на входах компаратора 19 блока выполняется равенство

30 (5)

35 запоминается элементом 21.

Перечень возможных вариантов выполнения множительной операции при различных положениях коммутаторов

4. и 5 {коммутатор б находится в поло-40 жении 2 ) приведен в табл. 1.

Таким образом, данный режим работы преобразователя обеспечивает выполнение множительной операции с представлением одного из сомножите- 45 лей в виде тригонометрической функции угла поворота В .

В режиме выполнения множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота функционирует только блок 8 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого .через двухпозиционный переключатель 12, 55 установленный в соответствующее положение, соединен с выходом преобразователя. При этом коммутатор 6 мо1 и к элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ

20 подключается напряжение 0. 6 =

= 02 = КО„р 1пв созб,мгновенное значение которого, равйое где r = К КB запоминается элементом 21. и к элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ

20 подключается напряжение О =

= Uq = U> sin% t<,мгновенное значение которого

"g5(t )- = — ESec8 и con 8 к жет находиться в одном из двух положений: в положении 3 коммутатора к одному из входов компаратора 19 блока 8 подключается напряжение 0 6 = 04В с выхода выпрямителя 2, пропорциональное амплитудному значению напряжения 04 синусной обмотки СКВТ 1

"18 = "" в б п 6, (6) где К В - коэффициент выпрямления (КВ = const); в положении 4 - напряжение

0 = Ug13 с выхода выпрямителя 3, пропорциональное амплитудному значению напряжения Uq косинусной обмотки СКВТ 1

tJ 8 kk u со.38. () На другой вход компаратора 19 подается напряжение 0 4с выхода коммутатора 4, которое, в за висимост и от положения коммутатора, равно

О (1), 0,1(2) или Од(3) . Дальнейшая последовательность действий аналогична рассмотренной для первого режима. .В момент равенства напряжений Uy,6 и U gg компаратор 19 срабатывает, формируя импульс. К элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ 20 подключается напряжение U > с выхода коммутатора 5, 4 равное, в зависимости от положения коммутатора, U (1) или 0 (21, или

Ug(3), Мгновенйое значение этого напряжения запоминается элементом 21 и является результатом множительной

f операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота 8.

Допустим, коммутаторы 4-6 находятся в положении 3. В момент t равенства напряжений Uk4 и Uk6Ha входах компаратора 19 блока 8 выполняется равенство

Un,Ûn ut-1="1 в0тs n <8) 1037306

8 где q = †„ = const.

Cd

Если 0<- = О2 (коммутатор 5 нахоК дится в положении 3), то аналогично получаем

Таким образом, данный режим работы устройства обеспечивает выполнение множительной операции с представ@ лением одного сомножителя в виде тригонометрической:функции угла поворота, а другого сомйожителя - в виде тригонометрической (синусвой) функции от аргумента, заданного на" пряжением постоянного тока.

Если вместо компаратора 13 ис пользовать пиковый детектор, срабатывающий в момент перехода:-напряжения О через амплитудное значение, то результатом рассматриваемой множительной операции будет

"gql< =) 0щсоб Есоа9

В режиме воспроизведения -синусно".. косинусной зависимости,;когда аргу-.. мент задан в виде напряжения востоянного тока, последовательность операций аналогична рассмотренной в предыдущем режиме с тем лишь отличием, что здесь коммутатор 5 устанавливается В положение 1, т.е. напряжение U1, рав-. но О1пв1пс й, а его;мгновенное зна50 чение U1 (t < ), считываемое в момент времни t<, соответствующий срабаты. ванию компаратора 19, будет иметь вил

U (t ) = U sinqE . (15)

При использовании вместо компаратора пикового детектора можно получить

Uу = U °

6.

С учетом выражения (10) - получим

Е = U0gt, (14) где gt= t< - и

Импульс с выхода компаратора

19 возвращает триггер 14 в исходU (t ) U cosqE . (16) Перечень возможных вариантов вы- ное положение 0 и, кратковременно полнения множительной операции в дан- замыкая ключ 20, разрешает считываном режиме работы при различных по- ние текущего значения U >(t

В режиме выполнения множительной операции с представлением сомножителей ввиде тригонометрических функций угла поворота и напряжения постоянного тока соответственно блок

8, связанный с выходом преобразова 0,) = 0 g è Есовв. (Л) теля через переключатель 12, установm ленный в положение 1, является рабочим. На входы его компаратора 19 подаются напряжения ОК6 = Е и 0 4=

Опон (здесь Оп и - напряжение, сни-и маемое с выхода блока 18) с выходов коммутаторов б и 4, установленных в положении 2 и 4 соответственно.

Напряжение. Оп и формируется следующйм образом. В момент времени соответствующий переходу через нулевое значение выходного напряжения

U g5 коммутатора 5, срабатывает ком- З0 паратор 13, импульс с выхода которого устанавливает триггер 14 в положение 1. Высокий потенциал выхода триггера l4 поступает на управляющий вход элемента И 15, открывая его.

Импульсы высокой частоты f с выхода Оgr,(4,1-K01COS) Еб1tlв,генератора 16 начинают заполнять или счетчик 17, содержимое которого сту. пенчато увеличивается. Аналогично ( увеличивается и .выходное напряжение 4 блока 18. При достаточно большом значении частоты fo можно считать напряжение О „„, линейно нарастающим (1o) где Uo - опорное напряжение блока 18. .В момент времени t, соответствующий равенству напряжений на входах компаратора 19, выполняется равенство

9 1037306, . 10

TaKHN оьразом, данный режим работы КО зinö t„ соз.б, мгновенное зна-, устройства обеспе н* ает воспроиэве- чение которого дение синусной (косинусной ) зависимости от аргумента, заданного в ви- 02 1 = 11 "Вых

0 t = К К з1пО: cos 6 21 де напряжения постоянного тока. запоминается элементом 21.

В режиме воспроизведения обратных Аналогично на входы компаратора тригонометрических зависимостей l9 блока 9 подаются напряжения 0п коммутаторы б, 4 и 5 устанавливаются с выхода источника напряжения питав положения 6(2}; "(3) l 5(1) 3to ния и K cpsugb!g с выхода косинусзначит, что в положениях 2 и 3 ком- ного функционального преобразоватемутаторов 6 и 4 к входам компаратора ля 10. В момент t равенства этих

19 блока 8 подключаются напряжения напряжений

01 6 E и ОК4 = Оп соответственно.

В момент времени t1, когда выполняется равенство

E U s inapt, (17) N напряжение на выходе блока 18 ста" нет равным

О„ in(g t< = К, cosu> (22) к элементу 21 аналоговой памяти 9 через кратковременно замкнутый ключ

20 блока 9 подключается напряжение

U,1 = КО„„з1п(д tgsln9 мгновенное значение которого

K < З Utn б1 п 6 = LI Ь1П д1, откуда (при условии КК = 1) вытекает

i1

Путем подстановки значения gt в (18) получим линейную зависимость напряжения от угла поворота о„„„= u nt (18) Найдем значения h t из (17) и подставим в (18). В результате получим

Опкн = 1 arcs inE, (19)

Где g = - - = coAst.

U ю Ощ

Воспроизведение арккосинусной за" висимости при наличии пикового детектора вместо комапаратора 13 осуществляется аналогично, Выходом преобразователя в данном режиме является не выход двухпозиционного переключателя 12, который yc " танавливается в нейтральное положение, а выход блока 18.

В режиме преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока работают оба блока 8 и 9 фикса-. ции и запоминания мгновенного значе40 ния напряжения. Для этого коммутаторы 4-6 устанавливаютоя в положения 4(3); 5(3); 6(1) . К входам компаратора 19 блока 8 подключаются

45 напряжения 01,<=- Оя с выхода источника напряжения питания и 0 1, =Кяsinug с выхода синусного Функциойальняого преобразователя 7, где О „,„- значение напряжения постоянного тока на выходе дифференциального усилителя 11;

K и - коэффициент передачи функционального преобразователя 7. В момент t 1 равенства напряжений

U g1A Я = Кп51п ОВцх (о) U<(t1) К К11созО@ „sin 8 (23) запоминается элементом 21.

Напряжение 0 (t„) и 0<(t„) с выходов блоков 8 и 9 соответственно подаются на входы дифференциального усилителя 11, выход которого подключен к входам функциональных преобразователей 7 и 10 непосредственно и к выходу преобразователя через двухпозиционный переключатель l2, устанавливаемый в данном режиме в положение 2

При равенстве U<(t„ ) = 0 (t„) будет иметь место линейная зависимость

Овых = Кр 6 где К p - -размерный коэффициент.

В этом режиме происходит преобраз12вание угла поворота вала в напряжение постоянного тока, В предыдущем режиме может быть достигнут аналогичный эффект. Действительно, в положениях коммутаторов 6(3); 4(3); 5(1) сравниваются напряжения 01g и Оп на входах компаратора 19 блока 8

55 к элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ 20 подключается напряжение Ох 0

6.

Таким образом, предлагаемый преобразователь по сравнению с извест12

1037306

Таблица 1

Положение коммутаторов

0|;5

ОК4

О, 0(Uq — E cesec8 ,1

К вЂ” Е sece ( к

u„

Таблица 2 ь

Положение коммутаторов г .0 51п В в1п О

r О cos 6cose

U„

02Ц

О<

4(1);5(г);6(3)

4(2);5(3);6(4) О, 02

U2 р=КК ным выполняет дополнительные опера, ции, за счет чего достигается положительный эффект.

4(3): 5(2); 6(2)

4(3); 5(3); 6(2) О»

4(1); 5(2); 6(2) 0>

4(2); 5(3); 6(2)

4(2); 5(1); 6(2) О, 4(1); 5(1); 6(2) 4(3);5(2);6(3)

4(3);5(3);6(4)

4(3) 15(3);6(3)

4 (3); 5 (2); 6(4) Экономический эффект от использования предлагаемого преобразователя определяется его техническим преимуществом.

8ид выполняемой множительной операции

К E s in 4

К Е cos9

E сд9

Е ctge

8ид выполняемой

О g 6 множительной операции

046 г U sln8 cose 028.

018 р U+tg 8sin8

U28 P Un ctg S cos8

1037306

Составитель А.Смирнов

Редактор Л.Гратилло Техред Т.Иаточка . Корректор B° . Гирняк

Заказ 6016/53 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4