Преобразователь угол-код

 

1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛКОД , содержащий синусно-косинусный датчик, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выходы подключены к селектору квадрантов косинусный и синусные выходы которого подключены к аналоговьм входам первого и второго функционал ных цифроаналоговых преобразователе цифровые входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсив ного счетчика, кроме выходов первых двух старших разрядов, которые подк лючены к цифровым входам, селектора квадрантов, выходы первого и второг функциональных цифроаналоговых преп faipjOoKft) fft pafffMfti) образователей подключены соответственно к первому и второму входам первого дифференциального усилителя, демодулятор, первый выход которого соединен с источником опорного напряжения , а выход - с входом преобразователя напряжение-частота, выходы которого подключены к входг1М реверсивного счетчика, второй дифференциальный усилитель и третий функциональный цифроаналоговый преобразователь , цифровые входы которого подкйючены к выходам младших разрядов реверсивного счетчика, выходы ревер-. сивного счетчика являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, прямой вход второго дифференциального усилителя соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а инверсный вход - с выходом третьего функционального цифроаналогового преобразователя , аналоговый вход которого соединен с источником опорного напряжения , выход nejJBoro дифференциального усилителя соединен с вторым входом демодулятора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 89603 А з(5)) 6 08 С 9 04

) I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«ф

«4

В pesp t (tq f Ю фюУ ЮЮ ®

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1(21 ) 3534912/18-24 (22 ) 03. 01. 83. (46) 30.04.84. Бюл. 9 16 (72) В.Г.Домрачев и В.A.Ïoäîëÿí (71) Московский лесотехнический институт (53) 681.325(088.8) (56) 1. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. М., Энергоиздат, 1981, с.152.

2. Там же, с.159 (прототип). (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ у1"ОЛКОД, содержащий синусно-косинусный датчик, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выходы подключены к селектору квадрантов, косинусный и синусные выходы которого подключены к аналоговым входам первого и второго функциональных цифроаналоговых преобразователей, цифровые входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчика, кроме выходов первых двух старших разрядов, которые подк" лючены к цифровым входам селектора квадрантов, выходы первого и второго функциональных цифроаналоговых ïðåобраэователей подключены соответственно к первому и второму входам первого дифференциального усилителя, демодулятор, первый выход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход — с входом преобразователя напряжение-частота, выходы, которого подключены к входам pesepсивного счетчика, второй дифференциальный усилитель и третий функциональный цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подк)почены к выходам младших разрядов реверсивного счетчика, выходы ревер-. сивного счетчика являются выходами преобразователя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упроще" I ния преобразователя, прямой вход второго дифференциального усилителя соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а инверсный вход — с выходом третьего функционального цифроаналогового преобразо» = вателя, аналоговый вход которого соединен с источником опорного напря- жения, выход первого дифференциально-i го усилителя соединен с вторым входом (;,) демодулятора.

1089603

5)п Вс0$V и c0s 65)п,, где

2. Преобразователь по п.1„ о т л и ч а ю шийся тем, что функциональный цифроаналоговый преобразова.тель содержит (и +1) инверторов, где п — число цифровых входов функционального цифроаналогового преобразователя, два постоянных запоминающих устройства, и элементов ИЛИ и цифроаналоговый преобразователь, а.нало говый вход которого является аналоговым входом функционального цифроаналогового преобразователя, а выход выходом функционального цифроаналого вого преобразователя, цифровые входы которого через и интервалов подключе1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при реализации устройств ввода угловой информации в вычислительную машину.

Известны преобразователи сигналов сельсина или синусно-косинусного вращающегося трансформатора (CKBT) в двоичный цифровой код, для которых в качестве характеристики сигнала датчика, несущей информацию о измеряемом угле, используется амплитуда переменного напряжения, а выходной код формируется как результат отслеживания входных сигналов аналого-цифровой системой автоматического регулирования.

Такие преобразователи содержат се-. лектор квадранта;, на аналоговый вход которого подаются сигналы от датчика угла (сельсина или CKBT ), 29 выходы селектора квадранта поцключены к аналоговым входам синусного и косинусного умножающих функциональных цифроаналоговых преобразователей (ФЦАП}, выходы ФЦЛП подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого через демодулятор с интегрирующим фильтром и генератор, управляемый напряжением, связан с входом реверсивного счетчика, выходы щ реверсивного счетчика подключены к цифровым входам селектора квадранта, ФЦАП, а также к выходам преобразова- теля Г1 3.

В таких преобразователях ФЦАП поз- З, воляет получать на своих выходах произведения входных сигналов на тригонометрическую функцию цифрового эквивалента компенсирующего угла

8 — определяемый угол) компенсирующий угол, цифровой эквивалент которого ны к и входам первого постоянного запоминающего устройства, выходы кот.орого подключены к первым входам элементов ИЛИ, выходы которых соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, выход первого инвертора через (n +1)-й инвертор подключен к первому входу второго постоянного запоминающего устройства, а выходы остальных инверторов подключены к остальным входам второго постоянного запоминающего устройства, выходы которого подключены к вторым входам элементов

1 содержится в реверсивном счетчике.

Разность этих произведений на вы од:-: †: дифференциального усилителя дает сигнал рассогласования между определяемым и компенсирующим углом

З пдсозV-соэО з г =s

B результате процесса сложения, осуществляемого такой структурой и проявляющегсся как сведение K нулю сигнала рассогласования з п(О-V), выполняется равенство =Я

Точность таких преобразователей определяется главным образом погрешностью воспроизведения тригонометрических функций ФЦАП.

Иаиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь, содержащий селектор квадранта, на аналоговый вход которого подаются сигналы от датчика угла (сельсина или СКВТ ), косинусный и синусный выходы которого подключены к аналоговым входам первого и второго функциональных цифроаналоговых преобразователей, цифровые входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчика, кроме выходов первых двух разрядов, которые подключены к цифровым входам селектора квадрантов, опии выходы первого и второ" î функциональных цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам первого дифференциального усилителя, демодулятор, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход с преобразователем напряжения„ выходы которого подключены к входам реверсивного счетчика, второй дифференциальный усилитель и третий цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены

1089б03 к выходам младших разрядов реверсивного счетчика, другие выходы первого и второго функциональных цифроаналоговых преобразователей подключены к входам второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с аналоговым входом третьего функционального преобразователя, выход которого подключен к третьему нходу первого дифференциального усилителя, выход которого подключен к второму 10 входу демодулятора, выходы реверсивного счетчика являются выходами преобразователя.

В таком преобразователе использу ется фактически не два, а четыре 15

ФЦАП для получения произведений

Япдсоз ; cos8sin9 ; cos8cos ;81п8з1пЧ где 8 — определяемый угол, 20

М., — компенсирующий угол, соответствующий первой группе иэ п старших разрядов выходного кода.

Разность двух первых произнеде- 25 ний, получаемая на выходе дифференциального усилителя, дает сигнал рассогласования элп(8-V) с точHocTbio o U)/2", где 0„ — наибольшее значение напряжения на аналогоном входе ФЦАП, соответстнукнщее значению функции ипд или cos 8 .

Сумма двух других произведений дает значение cos(8 — „), умножаемое с помощью еще одного ФЦАП на .где V> -компенсирующий угол, соот- Зэ ветствующий вл остальным младшим разрядам выходного кода.. В результате алгебраического сложения получается суммарный сигнал рассогласования, сводимый в системе к нулю 40

sin (8-Ч„)-cos(9-V„)4qV =О.

Выходной сигнал для сравнения с

sin(8 - Ч„) должен быть пропорционально уменьшен в 2" раэ. Этим значительно снижается влияние на сигнал, эквивалентный и младшим разрядам, аддитивных составляющих погрешности тангенсного ФЦАП, таких как наводки и шумы в слабосигнальных цепях преобразования младших разрядов. Разрешающая способность таких преобразователей может достигать

16-18 разрядов выходного кода при общей погрешности +1,3 f23.

Недостатком преобразователя явля- ется использование четырех ФЦАП для синусно-косинусного преобразования и одного ФЦАП для тангенсного преоб. разования. Это существенно повышает сложность преобразователя.

Цель изобретения — упрощение преобразователя беэ уменьшения функцио". нальных возможностей и ухудшения технических характеристик преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе угол-код, содержащем синусно-косинусный датчик, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выходы подключены к селектору квадрантов, косинусный и синусные выходы которого подключдны к аналоговым входам первого и второго функциональных цифроаналогоных преобразователей, цифровые входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчика, кроме выходов первых двух старших разрядон, которые подключены к цифровым входам селектора кнадрантов, выходы первого и второго функциональных цифроаналогоных преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам первого дифференциального усилителя, демодулятор, перный выход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с входом преобразователя напряжениечастота, выходы которого подключены к входам реверсинного счетчика, второй дифференциальный усилитель и третий функциональный цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам младших разрядов реверсивного счетчика, выходы реверсивного счетчика являются выходами преобразователя, прямой вход второго дифференциального усилителя соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а инверсный вход — с выходом третьего функционального цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с источником опорного напряжения, ныход первого дифференциального усилителя соединен с вторым входом демодулятора.

Кроме того, функциональный цифроаналоговый преобразователь содержит (n +1) инверторов, где и — число цифровых входов функционального цифроаналогового преобразователя, дна постоянных запоминающих устройства, П элементов ИЛИ и цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого является аналоговым входом функционального цифроаналогоного rIpeобразователя, а выход — выходом функционального цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого через и инверторон подключены к и входам первого постоянного запоминающего устройства, выходы которого подключены к первым входам элементов

ИЛИ ВыхОДы котОрых ЯвлЯютсЯ ЦифрОвы ми входами цифроаналогового преобразователя, выход первого инвертора через (n+1) -й иннертор подключен к первому входу второго постоянного запоминающего устройства, а выходы остальных иннерторов подключены к остальным входам второго постоянно запоминающего устройства, выходы ко1089603 торого подключены к вторым входам элементов ИЛИ.

Сущность изобретения заключается в выборе более экономной с точки зрения количества и сложности используемых элементов структуры блока формирования сигнала рассогласования за счет реализации отличающегося от известного алгоритма формирования сигнала рассогласования „ -з вЧ О

1Î

При полном согласо4инни угол по. ворота соответствует 9=9 + f2

На фиг. 1 изображена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - вариант реализации функционального цифро-15 аналогового преобразователя.

Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1, функциональный цифроаналоговый преобразователь 2 (ФЦАП t, дифференциальные усилители

3 и 4, ФЦйП 5 и 6, селектор 7 квадрантов, демодулятор 8, преобразователь 9 напряжение-частота, ревераив-. ный счетчик 10, инверторы 11, постоянные запоминающие устройства 12 и

13, элементы ИЛИ 14, инвертор 15, цифроаналоговый преобразователь 16.

Преобразователь работает следующим образом.

Сигналы с выхода синусно-косинусного датчика 1, пропорциональные синусу и косинусу измеряемого угла, поступают на селектор 7 квадранта, который по коду двух старших разрядов выходного кода реверсивного счетчика 10 вырабатывает на своих аналоговых выходах сигналы, соответствующие тригонометрическим функциям первого квадранта измеряемого угла 8: S> n 6 и cog 8 . Сигнал 8 подается на аналоговый вход ФЦАП 6„ 40 а 9 - на аналоговый вход ФЦЛП 2, где умножается на цифровой код, эквивалентный соответственно косинусу и синусу угла, Разность полученных произведений 45

sin 8 c039/ и co595fn на выходе диф1 .1 ференциального усилйтеля 3(зМ 8-g<); подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 4, на инвертирующий вход которого подается сигнал с выхода ФЦАП 5, представлщющий .собой произведение единичного (нормирующего) опорного сигнала на цифровой. код синуса угла Ч . На выходе дифференциального усилителя 4 образуется сигнал рассогласования

55 sin(B"Ч„1-sin 2,детектируемый и ин,тегрируемый демодулятором 8, сигнал с выхода которого управляет работой преобразователя 9 напряжение-частота, величина выходных импульсов которо- го пропорциональна величине сигйала рассогласования.

Последовательность импульсов в зависимости от знака сигнала рассогласования поступает на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика, код которого при полном согласовании соответствует углу 8= У„+У

Функции демодулятора 8 заключаются в детектировании и фильтрации сигнала рассогласования, который представляет собой колебания с частотой

ы1 опорного сигнала и амплитудой сигнала рассогласования

sin(6-9,)-Мп 2

Такой демодулятор 8 может быть выполнен, например, в виде аналогового умножителя сигналов рассогласования и опорного, выход которого подключен к входу фильтра низких частот, при этом на выходе фильтра низких частот образуется постоянный сигнал, сохраняющий знак сигнала рассогласования.

Преобразователь проще по сравнению с известным за счет использования формирования старшей части сигнала рассогласования только двух ФЦАП вместо четырех и отсутствия третьего дифференциального усилителя.

Функциональный цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом.

Блоки 11-15 преобразуют входной и-разрядный цифровой код угла в п=разрядный код соответствующей тригонометрической .функции, а цифроаналоговый преобразователь 16 осуществ-. ляет перемножение этого кода на входной аналоговый сигнал, поступающий на его аналоговый вход., В качестве ФЦАП 5 можно испольэовать линейный умножающий ЦАП в случае, когда число старших разрядов значительно больше числа младших разрядов реверсивного счетчика.

Поскольку iw

2 2 2f

g - О Е-ъб

9 можно выбрать достаточно малым за счет увеличения разрядности кода угла . При этом ошибка аппроксимации функции ty9, в прототипе равная tyV - Ч,,вдвое больше ошибки аппроксимации функции sin, равной

Y< - Sin 9 что подтверждается следующим расчетом: г г

1 -, cas Ч

Sm =Ищ—

2 R

y a -C» Z

2 2 2

2cosV

atm — — -г.

Z -юО 3соз 9 -2с»

Технико-экономическая эффективность преобразователя заключается в принципиальной возможности реализации современного уровня технических характеристик при помощи блок-схемы, по отношению к прототипу, более простой и в большей степени ориентированной на применение современных отечественных интегральных схем.

1089603

Составитель М.Сидорова

Редактор С.Пекарь Техред С.Мигунова Корректор Г. Решетник

Заказ 2938/47 Тирам 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.уагород, ул.Проектная, 4