Преобразователь угла поворота

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА , содержащий потенциометр, генератор тактовых импульсов, блок счета , первым входом подключенный к генератору тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразований , он снабжен вторым блоком счета первым входом подключенным к выходу генератора тактовых импульсов, цепью из последовательно соединенных сумматора , блока сравнения,цифро-аналогового преобразователя и управляемого генератора, блоком памяти, подключенным к -второму входу блока сравнения , выход управляемого генератора подключен к вторым входам первого и второго блоков счета, первый и второй входы сумматора соединены с выходами соответственно первого и второго блоков счета, выход генератора тактовых импульсов - с вторым входом цифро-аналогового преобразователя и щеткой потенциометра, третьи входы первого и второго блоков счета связаны с соответствующими крайними выводами потенциометра, каждый из блоков счета выполнен в виде цепи из последовательно соединенных , i конденсатора, компаратора, триггера, элемента И,- счетчика пластина конденсатора- , подключенная к компаратору в каждом ИЗ блоков счета, являет- , ся третьим входом блока, вторые пластины конденсаторов заземлены, вторые входы триггера и счетчика в каясдом из блоков счета являются первым входом блока, второй вход элемента И в каждом из блоков счета являсо ется вторым входом блока, а выход 00 00 00 00 счетчика в каждом из блоков счета является выходом блока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЯИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЯИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552593/18-28 (22) 08.02.83 (46) 23.05.84. Бюл. ¹ 19 (72) А.P.Ðåøåòèëoí, Ю.С.Горяев и Н.Н.Немогай (71) Минский радиотехнический институт (53) 531.717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 642605, кл. G 01 В 7/30, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 3997 19, кл. G 0 1 В ?/30, 1970 (прототип). (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА, содержащий потенциометр, генератор тактовых импульсов, блок счета, первым входом подключенный к генератору тактовых импульсов, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразований, он снабжен вторым блоком счета первым входом подключенным к выходу генератора тактовых импульсов, цепью из последовательно соединенных сумматора, блока сравнения, цифро-аналогового преобразователя и управляемого генератора, блоком памяти, под„„SU<»> 1093888 A

Зов G 01 В 7/30 ключенным к .второму входу блока сравнения, выход управляемого генератора подключен к вторым входам первого и второго блоков счета, первый и второй входы сумматора соединены с выходами соответственно первого и второго блоков счета, выход генера-. тора тактовых импульсов — с вторым входом цифро-аналогового преобразователя и щеткой потенциометра, третьи входы первого и второго блоков счета связаны с соответствующими крайними выводами потенциометра, каждый из блоков счета выполнен в виде цепи из последовательно соединенных конденсатора, компаратора, триггера, элемента И,. счетчика, пластина конденсатора-, подключенная к компарато" ру в каждом из блоков счета, является третьим входом блока, вторые плас- С тины конденсаторов заземлены, вторые входы триггера и счетчика в каждом из блоков счета являются первым входом блока, второй вход элемента И в каждом из блоков счета является вторым входом блока, а выход счетчика в каждом из блоков счета

С9 является выходом блока. 9О

ОО

1093888 ляется третьим входом бпока, вторые пластины конденсаторов заземлены, вторые входы триггера и счетчика в каждом из блоков счета являются пер5 вым входом блока, второй вход эле мента И в каждом иэ блоков счета является вторым входом блока, а выход счетчика в каждом из блоков счета является выходом блока °

На чертеже представлена блоксхема преобразователя.

Преобразователь содержит потенциометр 1, первый блок 2 счета, сос5 тоящий из конденсатора 3 последоваt тельно соединенных компаратора 4, триггера 5, логического элемента Й 6 счетчика 7, генератора 8 тактовых импульсов, блок 9 памяти, последовате0 льно соединенные управляемый генератор 10; цифро-аналоговый преобразо— ватель 11, блок t2 сравнения, сумматор 13 „ второй блок 14 счета, состоящий из конденсатора 15, последовательно соединенных компаратора 16, триггера 17, логического элемента И

18, счетчика 19.

Конденсатор 3 соединен с одним иэ выводов потенциометра 1 и входом компаратора 4. Конденсатор 15 соеди- нен с другим выводом потенциометра и входом компаратора 16. Вторые электроды каждого из конденсаторов 3 и 15 заземлены. Генератор тактовых импульсов соединен с щеткой потенциометра i„ одним из входов триггеров

5 и 17., одними из входов счетчиков

7 и 19 и одним из входов цифро-аналогового преоб азователя 11. Выводы У. блоков и 1- .;.:.".та -:оцключены к входам сумматора 1"., : 9 памяти связан с од.",-"." з .:.хо,,ов блока 12 сравнения. У .разляемый генератор 10 подключен к : торы ;. входам логических элементов " . 6 н )8.

Известен преобразователь угла поворота в электрический сигнал, содержащий тороидальный каркас с расположенным на его поверхности токопроводящим элементом,и токосъемный элемент, выполненный в виде гибкого проводящего стержня 1 .

Недостатком устройства является низкая точность преобразования.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь угла поворота, содержащий потенциометр, генератор тактовых импульсов, блок счета, первым входом подключенный к генера" тору тактовых импульсов (2 g.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная влиянием мешающих параметров, в частности нестабильности питающего напряжения. 25

Цель изобретения — повышение точности преобразований.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь угла поворота, содержащий потенциометр, генератор тактовых импульсов, блок счета первым входом подключенный к генератору тактовых импульсов, снабжен вторым блоком счета, первым входом

У подключенным к выходу генератора тактовых импульсов, цепью из после35 довательно соединенных сумматора, блока сравнения, цифро-аналогового преобразователя и управляемого генератора, блоком памяти, подключенным к второму входу блока сравнения, вы40 ход управляемого генератора подключен к вторым входам первого и второго блоков счета, первый и второй входы сумматора соединены с выходами соответственно первого и второго

45 блоков счета, выход генератора тактовых импульсов — с вторым входом цифро-аналогового преобразователя и щеткой потенциометра, третьи входы первого и второго блоков счета связаны с соответствующими крайними выводами потенциометра, каждый из блоков счета выполнен в виде цепи из последовательно соединенных конденсатора, компаратора, триггера, элемента И, счетчика, пластина конденсатора, подключенная к компаратору в каждом из блоков счета, яв

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, в частности в устройствах управления манипуляторами роботов.

Щетка пот:-::нц, ометра 1 соединена . с валом привода манипулятора. При повороте вала в каждом плече -потенциометра образуются пропорциональные величинг сопрот:iaëåèêé. Конденсаторы

3 и 15 составляю ; с сопротивлениями плеч потенциометров цени, постоянные времени которых изменяются в зависимости от угла поворота вала.

Г сн;.„„:-:,rop 8 тактовых импульсов - ..кернрует ...я..:..овые импульсы. Эти им1.у"::", ы -..",ковре..бренно в=ступают на обе

М.,-::-ч, ха один чз входов триггера на оппн з входов счетчиков

1093888

7 и 19 и на один из входов цифро-аналогового преобразователя 11. Компараторы 4 и 16 вырабатывают перепады в моменты достижения напряжением на . конденсаторах 3 и 15 определенных уровней.

Триггеры 5 и 17 изменяют свое состояние под воздействием импульсов генератора тактовых импульсов а такЭ !О же перепадов с выходов компараторов.

Логические элементы И 6 и 18 пропус-. кают импульсы, поступающие с выхода управляемого генератора 10, только при наличии разрешающих уровней на выходах триггеров 5 и 17. Счетчики

7 и 19 подсчитывают числа импульсов, поступающие через логические элементы И 6 и 18. Сумматор 13 суммирует числа импульсов, записанные в счетчиках 7 н 19. Блок 9 памяти хранит .

20 эталонное число импульсов, эквивалентное полному углу поворота щетки потенциометра 1.

Блок 12 сравнения производит вычи- 25 тание числа импульсов сумматора 13 и из числа импульсов, х анящегося в блоке 9 памяти.

Цифро-аналоговый преобразователь

11 преобразует остаток операции вычиа0 тания в аналоговый сигчал.

Управляемый генератор 10 генерирует импульсы, частота которых пропорциональна амплитуде выхода цифроаналогового преобразователя 11.

Устройство работает следующим образом.

Импульс генератора 8 тактовых импульсов, устанавливает триггеры 5 и

17 в такое положение, при котором с их выходов поступают сигналы, откры40 вающие логические элементы И 6 и 18.

Одновременно передний фронт этого импульса производит сброс в нуль содержания счетчиков 7 и 19. Импульсы управляемого генератора 10 проходят

45 через открывающиеся логические элементы И 6 и 18, записываются в счетчиках 7 и 19 до тех пор, пока с выходов триггеров 5 и 17 не поступают разрешающие сигналы.

Цикловой импульс проходит также через плечи потенциометра 1 на конденсаторы 3 и 15. Начинается их заряд по экспоненте. В моменты достижения напряжениями конденсаторов определенных пороговых уровней срабатывают компараторы 4 и 16, переключающие триггеры 5 и 17. Теперь с их выходов поступают запрещающие сигналы, закрывающие логические элементы И 6 и 18, счет импульсов счетчиками 7 и

19 прекращается.

Так как постоянные времени RCцепей, образованные плечами потенциометра 1 и конденсаторами 3 и 15, пропорциональны величинам сопротивлений плеч, т.е. углу поворота вала, то в счетчиках 7 и 19 оказываются записанными числа импульсов, соответствующие углам поворота щетки от начального состояния. Сумма двух.углов является неизменной величиной, равной 360, поэтому и сумма импульсов в сумматоре также должна быть неизменна.

Накапливание импульсов в счетчиках 7 и 19 не происходит, так как фронты каждого импульса генератора тактовых импульсов производят сброс в нуль их содержания. Спад каждого импульса генератора тактовых импульсов разрешает запись информации из блока 12 сравнения в цифро-аналого«вый преобразователь 1, при этом структура в целом работает с постоянной тактовой частотой.

В реальных условиях вследствие

+ .вли:::.ния возмущающих факторов сумма импульсов в сумматоре 13 непостоянна, образуется погрешность измерений. Наибольшая часть погрешности обуславливает. ся нестабильностью напряжения питания, например изменяется порог срабатывания в компараторах, т.е. длительности временных интервалов увеличиваются или уменьшаются пропорционально.

Образуется погрешность преобразования углов поворота по каждому блоку 2 и

14. Компенсирует погрешность совокупность блоков 9 — 12. Число импульсов в блоке 9 памяти является задающим для замкнутой статической системы с отрицательной обратной связью, образованной блокоМ !2 сравнения, цифра-аналоговым преобразователем 11, управляемым генератором 10, логическими элементами И 6 и 18, счетчиками 7 и 19, сумматором 13. Поэтому число импульсов в сумматоре 13 всегда меньше по отношению к числу импульсов в блоке 9 памяти, разность между ними образует сигнал рассогласования в цифровой форме на выходе блока 12 сравнения. Этот сигнал через . цифро-аналоговый преобразователь 11 управляет частотой генератора 10.

1093888

ВНИИПИ Заказ 3409/32 Тираж 587 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4

Так например, если по какой-либо причине число импульсов в сумматоре

13 уменьшается,> то частота управляемого генератора 10 возрастает, компенсируя убывание содержания сумматора 13. Таким образом, сумма чисел импульсов в счетчиках 7 и 19 поддержи вается относительно неизменной и не зависит от угла поворота щетки потенциометра 1. !

Пусть форма импульсов изменяется под влиянием возникающих факторов например нестабильности напряжения питания, повышения температуры окружающей среды и т.д. Так как возмущение .15 действует одновременно на оба блока счета, то возникающие в них погрешности имеют один и тот же знак.

Пусть движок потенциометра 1 находится в среднем положении, тогда результаты каждого блока счета одинаковы. Возникающие погрешности выражаются в виде дополнительных чисел импульсов в счетчиках 7 и 19, при этом сумма в сумматоре 13 возрастает, что приводит к уменьшению разностного сигнала на выходе блока 12 сравнения, убыванию частоты управляемого генератора 10 импульсов и, как следствие, компенсации избыточных чисел импульсов в счетчиках 7 и 19, т.е, снижению ошибок измерения. Такой же эффект проявляется и при любом другом положении движка потенциометра 1.

Таким образом, предлагаемый преобразователь угла поворота в несколько раз повышает точность преобразования угла по сравнению с известными преобразователями, так как преобразуемые величины на выходах блоков преобразователя охватываются действием отрицательной обратной связи. Кроме того, преобразователь дает точные отсчеты угла поворота в тактовые моменты независимо от начала угла поворота, т.е. потери информации в нем нет как это имеет место при утрате импульсов в преобразователях, основанных, например, на фотосчитывании меток, нанесенных вдоль края прозрачного диска.