Функциональный преобразователь угла поворота вала в код

Авторы патента:

G08C9 - Системы для передачи измеряемых переменных величин, управляющих или подобных сигналов (пневмогидравлические передающие системы F15B; чувствительные элементы для определенных физических переменных см. в соответствующих подклассах, например классов G01,H01; индикаторные или регистрирующие устройства см. в соответствующих подклассах, например G01D,G09F; механические средства для преобразования выходного сигнала чувствительного элемента в различные переменные величины G01D 5/00; мостовые схемы с автоматической балансировкой G01R; управление положением вообще G05D 3/00; механические системы управления G05G; системы для передачи только сигналов "включено-выключено", системы для передачи сигналов тревоги G08B;

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий синусно-косинусные датчики, подключенные через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей , выхода которых подключены к одним входам третьего и .четвертого усилителей соответственно, первый, блок цифро-аналогового преобразования , пятый усилитель, выход которого подключен к первому входу первого блока аналого-цифрового преобразования , один выход которого подключен к одному входу первого регистра, один синхрониэируютдай блок, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и .распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналогоцифрового преобразования, первый и второй коммутаторы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя , в него введены второй блок аналого-цифрового преобразования, второй блок цифроаналогового преобразования , второй регистр,, другойсинхронизирующий блок, первый и второй компараторы,, входы которых соединеныс выходами первого и второго усилителей соответственно, выход первого компаратора подключен к управляющимвходам первого коммутатора и первого регистра, выход второго компаратора подключен к управляющим входам второго коммутатора и второго регистра, одни входы пер,вого и второго коммутаторов соединены с выходами первого и второго усилителей соответственно, другие входы соединены с общей шиной, а выходы подключены к другим входам третьего и четвертого усилителей соответственно , выходы третьего и четвертого усилителей подключены к одним входам первого и второго блоков цифроаналогового преобразования со ответственно и к, третьим входам первого и второго блоков аналого-цифро (Л вого преобразования соответственно, первый вход второго блока аналогоцифрового преобразования соединен с выходом пятого усилителя, второй вход соединен с выходом распределительного блока, а один выход подключен к одному входу второго регистра, другие выходы первого и второго блочков аналого-цифрового преобразо . вания подключены к другим входам 00 первого и второго блоков цифроаналогового преобразования соответ к1 1ственно, а выходы первого и второго блоков цифроаналогового преобразования подключены к входу пятогоусилителя , входы другого синхронизирующего блока соединены с выхода:ми первого и второго усилителей, выход подключен к управляющему входу, делителя тактовых {сигналов, а другой. одного синхронизирующего блока подключен к управляющему входу коммутатора каналов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) G 08 С 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К QBTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

". ст„ (21) 3455560/18-24 (22) 21.06.82 . (46) 23.09.83. Бюл. Р 35 (72) Я.М.Великсон (53) 681 ° 325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство

СССР Р 385304, кл. G 08 С 9/04, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 355640, кл. 6 08 С 9/04, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 559257, кл. G 08 С 9/04, 1974 (прототи). .(54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА BMIA В КОД, содержащий синусно-косинусные датчики, подключенные через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к одним входам третьего и четвертого усилителей соответственно, первый блок цифро-аналогового преобразования, пятый усилитель, выход которого подключен к первому входу перво. го блока аналого-цифрового преобразования, один выход которого подключен к одному входу первого регистра, один синхрониэирующий блок, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналого-. цифрового преобразования, первый и второй коммутаторы, о т л и ч авЂ” ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены второй блок ана- лого-цифрового преобразования, вто.рой блок цифроаналогового преобразования, второй регистр, другой. синхронйзирующий блок, первый и второй компараторы,. входы которых соединены с выходами первого и второ„.Я0„„1043704 го усилителей соответственно, выход первого компаратора подключен к управляющим входам первого коммутатора и первого регистра, выход второго компаратора подключен к управляющим входам второго коммутатора и второго регистра, одни входы пер; вого и второго коммутаторов соединены с выходами первого и второго усилителей соответственно, другие входы соединены с общей шиной, а выходы подключены к другим входам третьего и четвертого усилителей соответственно, выходы третьего и четвертого усилителей подключены к одним входам первого и второго блоков цифроаналогового преобразования со ответственно и к третьим входам пер- Е вого и второго блоков аналого-цифро- д . вого преобразования соответственно, Ц ф первый вход второго блока аналого- ю цифрового преобразования соединен с % выходом пятого усилителя, второй вход соединен с выходом распредели- Я тельного блока, а один выход подключен к одному входу второго регистра, другие выходы первого и второго блоков аналого-цифрового преобразо- ф„ вания подключены к другим входам первого и второго блоков цифроаналогового преобразования соответ ственно, а выходы первого и второго блоков цифроаналогового преобра- (®) зования подключенй к входу пятого. усилителя, входы другого синхронизирующего блока соединены с выхода,ми первого и второго усилителей, выход подключен к управляющему входу, делителя тактовых !сигналов, а другой р» выход одного синхронизирующего блока подключен к управляющему входу коммутатора каналов.

1043704

Изобретение относится к автомати-. ке и вычислительной технике и может быть и спользовано для свяэ и аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Известны преобразователи у:ла в код, выполняющие кодирование информации, поступающей от синусно-косинусных датчиков (1 j.

Такие устройства на основе приближенных зависимостей обеспечивает 10 непосредственное кодирование угла поворота или его синусной (косинусной ) функции с методической погрешностью, ограничивающей точность преобразования, 15

Известен также функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, соединенные через коммутатор каналов с входами первых двух усилителей, соединенные между собой коммутаторы, выходы которых соответственно через третий и четвертый усилители соединены с входами блока цифроаналогового преобразования, выход четвертого усилителя через блок сравнения подключен к первому входу первого регистра управления, второй вход которого соединен с одним выходом распределительного блока, один выход первого регистра 30 управления подключен к первому входу регистра хранения кода, другие выходы соединены с входами блока цифроаналогового преобразования, последовательно соединенные синхрони- 35 зирующий блок и делитель тактовых сигналов подключены к входу распределительного блока (2 ).

Недостатком преобразователя является ограниченная точность.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, подключенные 45 через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к входам третьего и четвертого усилителей соответственно, первый блок цифроаналого-50 вого преобразования, пятый усилитель, выход которого подключен к первому входу первого блока аналого-цифрового преобразования, один выход которого подключен к одному входу первого. регистра, один синхронизирующий блок, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналого-цифрового пре- 60 образования, первый и второй коммутаторы, выход первого усилителя подключен к одному входу первого блока: цифроаналогового преобразования, выходы первого блока цифроаналогового 65

В преобразования через шестой и седьмой усилители подключены .к первому и второму входам первого коммутатора, третий и четвертый входы которого соединены с выходами второго и четвертого усилителей, а выход перного. коммутатора подключен к входу пятого усилителя, выходы первого, .второго, третьего и четвертого усилителей подключены к входам второго коммутатора, выход которого через восьмой усилитель подключен к. третьему входу первого блока аналогоцифрового преобразования, другой выход которого через первый регистр управления подключен к другим входам первого блока цифроаналогового преобразования., выход распределительного блока через второй регистр управления подключен к управляющему входу первого регистра, а другой выход второго регистра управления подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов ГЗ 3. !

Недостатком известного преобразо.вЂ” вателя является невысокое быстродействие, поскольку процесс одного пре- . образования состоит из трех циклов.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, подключенные через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к одним входам третьего и четвертого усилителей соответственно, первый блок цифроаналогового преобразования, пятый. усилитель, выход которого подключен к первому входу первого блока аналого-цифрового преобразования,,один выход которого подключен к одному входу первого регистра, один синхронизирующий блок, вы- ход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналого-цифрового преобразования, первый .и второй коьв утаторы, введены второй блок аналого-цифрового преобразования, второй блок цифроаналогового преобразования, второй ре гистр, другой синхрониэирующий блок, первый и второй компараторы, входы которых соединены с выходами первого и второго усилителей соответствен но, выход первого компаратора подключен к управляющим входам первого коммутатора и первого регистра, выход второго компаратора подключен к управляющим входам второго коммутатора и второго регистра, одни входы первого и второго коммутаторов

1043704 соединены с выходами первого и вто-,. рого усилителей соответственна, другие входы соединены с общей ши-. ной, а выходы ттодключены к другим тзходам третьего и четвертого усилителей соответственно,.выходы треть. его и четвертого усилителей подключены к одним входам первого и второго блоков цифроаналогового преобра- зования соответственно и к третьим входам первого и второго блоков аналого-цифрового преобраэоования соответственно, первый вход второго блока аналого- цифрового преобразования соединенс в выходом пятого уси-. лителя, второй вход соединен с выходом распределительного блока, а один выход подключен к одному входу второго регистра, другие выходы первого и второго блоков .аналогоцифрового преобразования подключены к другим входам первого и второго блоков цифроаналогового преобра ..зования соответственно, а выходы перврго и второго блоков цифроана,логового преобразования подключены к входу пятого усилителя, входы другого синхронизирующего блока соеди- . нены с выходами первого и второго усилителей, выход подключен к управляющему входу делителя тактовых сигналов, а другой выход одного

° синхрониэирующего блока подключен к управляющему входу коммутатора каналов.

На чертеже показана структурная схема преобразователя.

Преобразователь содержит синус-. но-косинусные датчики 1, которые соединены с многоканальным коммутатором 2 каналов, (синусного и косинусного напряжения ), подключенным к двум усилителям 3 и 4. Эти усили-. тели соединены соответственно с двумя компараторами 5 и 6, с двумя усилителями 7 и 8 и двумя коммута-. торами 9 и 10. Управляющие входы коммутаторов 9 и 10 соединены с компараторами 5 и б, а их .выходы подключены к другим входам усилителей 7 и 8. В зависимости от положения коммутаторов 9 и 10 определяется прямая или инверсная передача напряжения. Для коэффициента передачи "1" в обоих положениях переключателя резисторы, входящие в состав усилителей 7, 8 и коммутаторов 9,10, равны R. Йа компараторах

5 и б вырабатывается логический сигнал, указывающий фазу синусного (косинусного) напряжения, определяемую по знаку полупериодного значения. Усилитель 7 подключен к первому блоку 11 цифроанапогового преобразования и к прямому входу первого блока 12 аналого-цифрового преобразования (отношения напряжений, в код). Усилитель 8 подключен к второму блоку 13 цифроаналогового преобраэования и к прямому входу второго блока 14 аналого-цифрового преобразования (отношения напряже45 работки поразрядных сигналов на

65 распределительном блоке 18. Усилители 3 и 4 подключены к другому бло-. ку 24 синхронизации, выход которого подключен к управляющему входу делителя 17 тактовых сигналов, состоя- щего из формирователя 25 запуска, делителя 26 частоты и генератора 27 импульсов.. Коммутатор 2 каналов содержит последовательно соединенные счетчик 28, дешифратор 29 и ключи

30. Блок 24 формирует импульс перехода через "0" суммы по модулю синусного и косинусного напряжений, ния в кол . Коттттенсационные входы .

5 блоков 12 и 14 аналого-цифрового преобразования соединены с выходом усилителя 15, входы которого связаны с выходами по таку блоков 11 и 13. Выход синхронизирующего блоЯ ка 16 через последовательно соединенные делитель 17 тактовых сигналов и распределительный блок 18 подключен к управляющим входам блоков 12 и 14 аналого-цифрового преобразования. Выходы блоков 12 и 14 и выходы компараторов 5 и 6 подключены к регистрам 19 и 20. Блоки 12 и 14 идентичны по построению и состоят.иэ цифроаналогового преобразователя 21, регистра 22 и сравнивающего усилителя 23. Выходи регистра 22 блока 12 подключены к цифро,вым входам цифроаналогового преобразователя 21 этого блока и цифровым входом блока 11,. а восходы ре гистра 22 блока 14 подключены к цифровым входам цифроаналогового пре образователя 21 этого блока и цифровым входам блока 13.

Блоки 11, 13 и 21 одинаковы по

ЗО построению и состоят иэ делителей

R-2R и разрядных переключателей, выходы которых подключаются к входу операционного усилителя. Значение тока через.разрядные двухпоэицион35 ные переключатели пропорционально произведению входного напряжения на управлякщий код от регистров 22 блоков 12 и 14 соответственно. По мере переключения разрядов регист4() ров 22 происходит уравновешивание токов на входе сравнивающих уислителей 23, в результате чего обеспечивается формирование кода, пропорционального отношению входного напряжения к компенсационному.

Синхронизация преобразователя выполняется от сети общей с источни; ком питания датчиков 1 с помощью блока 16. Синхронизирующий сигнал обеспечивает запуск делителя 17 тактовых сигналов, представляющих.последовательность импульсов для вы1043704

30 (2) cos k

5! П который включает функциональный преобразователь на один цикл работы.

Блок 18 формирует поразрядно временную последовательность импульсов для последовательного переключения разрядов на регистрах 22 последовательного приближения блоков 12 и 14.

Построение функционального преобразователя основано на использовании компенсационного напряжения, пропорционального сумме квадратов 10 синусной и косинусной Функций. Относительно этого компенсационного напряжения, выражающего константу, вы- полняется преобразование синусного и косинусного напряжений одновремен- 15 но на двух блоках 12 и 14.аналогоцифрового преобразования отношения на. пряжений в код.,В результате преобразования формируется

S I nO(сОБGC, 20

Поскольку возведение в квадрат выполняется в блоках 11 и 13, в которых код и опорное напряжение пропорциональны синусу или косинусу, то зависимости (I ) могут быть выражены как

S!ПО

3 i и +V + cosKVс S

35 где sinful,cosd. - знаФения функций, пропорциональные входным напряжениям;

V> V< вЂ” значения Функций

sin Ы.и cosd,, выра- 40 женные в пропорциональных кодах.

Устройство работает следующим образом.

Синусно-косинусные напряжения от 45 датчиков 1 поступают через коммутатор 2 каналов на усилители 3 и 4.

На компараторах 5 и 6 фиксируется относительно корпуса полупериодные значения синусного и косинусного напряжений соответственно, что обеспечивает формирование знаков (фаз ) этих напряжений по иере изменения угла поворота вала синусно-косинусных датчиков. От тех же усилителей

3 и 4 напряжения поступают соответственно на усилители 7 и 8 и коммутаторы 9 и 10, которые управляются по знаку ф; нкций, выявленному на компараторцх 5 и 6. Тем самым, s усилителях 7 и 8 обеспечивается пря- 60 мая или инверсная передача. От усилителя 7 синусиое напряжение поступает на вход блока 11 цифроаналогово го преобразования и на вход блока.

112 2аналого-цифрового преобразования.

Поразрядное уравновешивание этого напряжения в блоке 12 выполняется цифроаналоговым преобразователем

21 этого блока на входе сравниваю щего усилителя 23, управляющего ра- ботой регистра 22 последовательного приближения. Точно также функционирует косинусная цепь. От усилителя

8 косинусное напряжение поступает на вход блока 13 цифроаналогового преобразования и на вход блока 14.

Поразрядное уравновешивание выполняется цифроаналоговым преобразователем 21 этого блока на входе сравнивающего усилителя 23, управляющего работой регистра 22 последовательного приближения. Поскольку в блок

11 подано синусное напряжение, а в блок 13 - косинусное, то по мере поразрядного уравновешивания на выходе суммирующегo усилителя 15 формируется напряжение, пропорциональное сумме квадратов сииусной и косинусйой функций.

Это напряжение является общим опорным напряжением блоков 12 и 14 аналого-цифрового преобразования.и поступает на цифроаналоговый преобразователь 21 этих блоков. Так как сумма квадратов синусной и косинусной функций обеспечивает формированне опорного напряжения постоянной амплитуды, то в,результате преобразования на регистрах 22 устанавливаются коды, пропорциональные синусу и косинусу угла.

В блоке .24 формируется импульс для запуска формирователя 25. Импульс запуска формируется только при наличии сигнала от блока 16, чем обеспечивается однократное за период включение преобразователя и, тем саьым, устранение неоднозначности отсчета, которая может возникнуть при прямой и обратной последовательности чередования полупериодов по мере изменения угла поворота. Сигнал синхронизации. поступает на счетчик 28 (адресов ), который через дешифратор 29 обеспечивает последовательность переключения каналов коммутатора 2. Импульс формирователя 25 запуска включает дели тель 26 частоты, который начинает формирование импульсов поразрядного переключения через интервал времени, достаточный для нарастания напряжения после перехода через ноль. Эти импульсы поступают на распределительный блок 18, который обеспечивает их параллельное распределение по разрядам регистров 22 блоков 12 и

14. От регистров 22 результат преобразования перенбсится в регистры

19 и 20, откуда коды V5 и У поступают на вычислительное устройство.

Функциональный преобразователь угла поворота вала в двоичный код

1043704

Составитель А. Смирнов

Редактор T. Кисбпева ТехредИ..Метелева . Корректор:О. сигор

Заказ 7342/54 Гираж 618 Подписное

ЙНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектная,. 4 обеспечивает одновременное преобразование напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла.

По сравнению с известным такой преобразователь обеспечивает втрое большее быстродействие, так как преобразование выполняется за один в цикл одирования, в то время как для того же преобразования в известном используется три llocnåäîâàòåëüных цикла, Экономический эффект от использования преобразователя определяется,его техническим преимуществом.