Преобразователь перемещения в код

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий реверсивный счетчик , перемножающий цифроаналоговый . преобразователь, источник синусоидального напряжения, выход которого соединен со входом питания датчика, выходами соединенного со входами блока усилителей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразователя , в него введены два амплитудных детектора, аналоговый сумматор , цифровой сумматор, компаратор, формирователь импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два регистра, тактовый генератор, десятичный счетчик, блок постоянной памяти и блок ввода и хранения начальных условий, выходы блока усилителей соединены с первым , и вторым входами формирователя импульсов и со входами амплитудных детекторов, выходы которых соединены с входами аналогового сумматора, выход которого соединен с аналоговым входом перемножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом одного из амплитудных детекторов, а выход - с одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом управления первого регистра, выход тактового генератора соединен с входом десятичного счетчика, выход которого соединен через блок постоянной памяти с цифровыми входами I перемножающего цифроаналогового преобразователя и первого регистра, выход которого соединен с первым входом цифрового сумматора и цифровым входом второго регистра, выход которого соединен с вторым входом цифрового сумматора, выход генератора синусоидального напряжения соединен jnarai с третьим входом формирователя пульсов, первый выход которого соеЦшс : динен с вторым входом элемента tend ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первым входом реверсивного счетчика, а второй вы-, ход - с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом цифрового сумматора, четвертый вход которого соединен с первым выходом блока ввода и хранения начальных условий, второй выход которого соединен с входом управления второго регистра и третьим входом реверсивного счетчика.

Союз СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,ЯО„„11 и 189

3(51) С 08 С 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕПЬСТВУ с щ

QG

ГОсудАРстБенный нОмитет сссР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3535857/18-24 (22) 06.01.83 (46) 84. Бюл. № 32 (72) Л.И. Карпенко, А.К. Лысов, К.И. Папк, Я.И. Томсинский и P.Н ° Дорофеев (71) Особое конструкторское бюро станкостроения (53) 681.325(088.8) (56) i. Авторское свидетельство СССР № 620999, кл. С 08 С 9/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 742999, кл. 6 08 С 9/04, 1.978 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД, содержащий реверсивный счетчик, перемножающий цифроаналоговый преобразователь, источник синусоидального напряжения, выход которого соединен со входом питания датчика, выходами соединенного со входами блока усилителей, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразователя, в него введены два амплитудных детектора, аналоговый сумматор, цифровой сумматор, компаратор, формирователь импульсов, элемент

ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ, два регистра, тактовый генератор, десятичный счетчик, блок постоянной памяти и блок ввода и хранения начальных условий, выходы блока усилителей соединены с первым и вторым входами формирователя импупьсов и со входами амплитудных детекторов, выходы которых соединены с входами аналогового сумматора, выход которого соединен с аналоговым входом перемножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом одного пз амплитудных детекторов, а выход — с одним из входов элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выход которого соединен с входом управления первого регистра, выход тактового генератора соединен с входом десятичного счетчика, выход которого соединен через блок постоянной памяти с цифровыми входами перемножающего цифроаналогового преобразователя и первого регистра, выход которого соединен с первым входом цифрового сумматора и цифровым входом второго регистра, выход которого соединен с вторым входом циф. рового сумматора, выход генератора синусоидального напряжения соединен с третьим входом формирователя им1 пульсов, первый выход которого соединен с вторым входом элемента

HCKJH0×Al0ÙEE ИЛИ и первым входом реверсивного счетчика, а второй вы-. ход — с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом цифрового сумматора, четвертый вход которого соединен с первым выходом блока ввода и хранения начальных условий, второй выход которого соединен с входом управлео ния второго регистра и третьим входом реверсивного счетчика.

1 1111

Изобретение относится к преобразователям электрических величин в дискретный электрический сигнал и может найти применение в устройствах цифровой индикации положения элемен"

5 тов управляемого объекта.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий датчик, выход которого соединен через усилитель с первым входом анализатора рассогла- 1О сования, выход которого соединен с первым входом блока выбора знака, первый выход которого соединен с первым входом первого и второго счетчиков и блока преобразования частоты в код скорости, распределитель, пер вый выход которого соединен с вторым входом анализатора рассогласования, второй выход соединен через фильтр с первым входом цифроаналогового преобразователя, а третий выход — с формирователем динамических программ, первый выход которого соединен с вторым входом блока выбора знака, а второй соединен через блок выбора дискретности с вторыми входами первого и второго реверсивных счетчиков и блока преобразования частоты в код скорости 1l.

Недостатком этого преобразователя

30 является значительное время переходного процесса при измерении ускоренНого движения, значительное время установления процесса преобразования при скачке измеряемой величины и снижение точности измерения при пере-З5 ходе на большую дискретность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь перемещения в код, содержащий реверсивный счетчик, пер вый перемножающий цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные датчик и блок усилителей, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго перемножающих цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соединены с блоком выбора знака, выход которого соединен через анализатор с блоком выбора дискретности, распределитель сигналов, соединенный через фильтр с датчиком 5Х2.

Недостатком известного преобразователя является то, что увеличение быстродействия достигается за счет снижения точности измерения из-за увеличения дискретности, поэтому не189 2 обходимость измерения с высокой точностью накладывает существенные огра ничения на допустимые скорости и ускорения измеряемых перемещений.

Кроме этого, для этого преобразователя, имеющего в канале отработки рассогласования реверсивный счетчик или регистр сдвига, характерна относительно невысокая надежность, особенно применительно к устройствам цифровой индикации в цеховых условиях, Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий реверсивный счетчик, перемножающий цифроаналоговый преобразователь, последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, датчик и блок усилителей, введены два амплитудных детектора, аналоговый сумматор, цифровой сумматор, компаратор, формирователь импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, два регистра, тактовый генератор, десятичный счетчик, блок постоянной памяти, блок ввода и хранения начальных условий, выходы блока усилителей соединены с первым и вторым входами формирователя импульсов и с входами амплитудных детекторов, выходы которых соединены с входами аналогового сумматора, выход которого соединен с аналоговым входом перемножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с одним из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом одного из амплитудных детекто— ров, а выход — с одним из входов элемента ИСКЛЮЧА!ОЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом управления

t первого регистра, выход тактового генератора соединен с входом десятичного счетчика, выход которого соединен через блок постоянной памяти с цифровыми входами перемножающего цифроаналогового преобразователя и первого регистра, выход которого соединен с первым входом цифрового сумматора и цифровым входом второго регистра, выход которого соединен с вторым входом цифрового сумматора, выход генератора синусоидального напряжения соединен с датчиком и третьим входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен

3 1111 с вторым входом элемента ИСКЛ1ОЧЛ1ОЩЕК.

ИЛИ и первым входом реверсивного счетчика, а второй выход — с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом

5 цифрового сумматора, четвертый вход которого соединен с первым выходом блока ввода и хранения начальных условий, второй выход которого соеди,нен с входом управления второго регистра и третьим входом реверсивного счетчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя перемещения в код, на

15 фиг. 2 — временные диаграммы изменения сигнала огибающих IJ и Д на его выходе, на фиг. 3 — временные диаграммы сиг.20 нала записи в регистр при угле поворота вала, равном 1 =9- при нулевой скорости перемещения.

Преобразователь перемещения в

Кор, содержит датчик 1, выходы кото- 25 рого соединены со входами блока 2 усилителей, выходы которого соединены со входами амплитудных детекторов 3,4, выходы которых подключены к входам аналогового сумматора 5, 30 выход которого соединен с аналоговым входом перемножающего цифроаналогового преобразователя 6, компаратор 7

I выход генератора 8 синусоидального напряжения подключен ко входу датчика, а также ко входу формировате9, подключены выходы блока 2 усилителей, Первый выход формирователя 9 соединен с входом направления счета реверсивного счетчика 10, а также с первым входом элемента ИСКЛ1ОЧЛ1ОЩЕЕ

ИЛИ 11, второй вход которого соединен с выходом блока 7, второй выход формирователя 9 соединен с тактовым входом реверсивного счетчика 10.

Выход блока 11 соединен с тактовым входом первого регистра 12. Выход тактового генератора 13 соединен с входом десятичного счетчика 14, выход которого подключен к адресным входам блока 15 постоянной памяти, а также к информационным входам блока 12. Выходы блока 12 подключены к информационным входам второго регистра 16, а также к первым входам цифрового сумматора 17. Выход блока 16 соединен со вторыми входами блока 17. Выход блока 10 подключен к входам блока 17, 189 Ь информационные выходы блока 18 ввода и хранения начальных условий соединены с четвертыми входами блока

17, а тактовый выход этого блока 18 соединен с тактовым входом блока 16 и входом установки "нуля" блока 10.

Выход блока 17 является выходом преобразователя. 1

Рассмотрим работу преобразователя на примере с использрванием кругового индуктосина в качестве датчика.

Синусоидальный сигнал с генератора. 8

1 . 0,=- U, s ил ы является напряжением питания датчика 1, с выходов которого снимаются информационные сигналы, промодулированные по амплитуде по законам синуса и косинуса при перемещении на угол 6. подвижной и неподвижной частей датчика 1 относительно друг друга

ОдЗ =02п, Саэ <О .ЯИ6, 1-12с = U@ сОВ o>3t cos 6

Эти сигналы передаются на входы блока 2 усилителей, с выходов которых снимаются усиленные сигналы

"ю = 1 1Ъ = 1-4в СОз Ю 1 и 8 40 =«0 с=1-1уь-СОВИЙ С056 где (— коэффициент усиления по напряжению блока 2. Выходные сигналы блока 2 подаются на входы амплитудных детекторов 3,4, с выходов которых снимаются напряжения

"4з=fu,„в1и О-|, " с =!О,„.cc +

Выходные напряжения блоков 3,4 поступают на входы аналогового сумматора 5, на выходе которого образуется суммарный сигнал

Up=Upó (Жи% icosЕ!)

Выход блока 5 подключен к анало говому (опорному) входу блока 6, на цифровые входы которого поступают последовательно перебираемые 11 значений функции, () ими)1

Юи11-1Соз к1

/ в интервале изменения д от 0 до,у с шагом с „й

41

1 где — электрический эквивалент рассогласования, 1 положений подвижной части датчика относительно неподвижной И-"Д числа уровней

1111189 дискретизации на один шаг неподвижной части датчика 1

1((.,)=

1Фи 1+ 1ссКы! х=

Ъо где 1о — шаг неподвижной части датчика 1.

Перемножающий цифроаналоговый преобразователь 6 производит вычисле- 10 ние

04= 1 (!«,) 0„Значение этого напряжения при 6L--B

1 будет !5

06 03! 1Я!1 61 lcos61) Озр!1%ив

Жим1

Сигнал с выхода цифроаналогового преобоазователя 6 поступает на вход 20 компаратора 7, на второй вход которого поступает сигнал ) з с выхода амплитудного детектора 3. Выходной сигнал компаратора 7 будет

0 при. 0ь-Цз(Q, пр и,--u„>О.

Изменение этого сигнала в интервале с! от 0 до.! происходит дважды, при !! =О. и oL=Ý â€ .& . Выходы

30 генератора 8 и блока 2 усилителей подаются на входы формирователя 9, который формирует два сигнала Yg (g црр б=(0 )"" Г!

9 1 При б C=ð -2t) + V-Л, 35 где k = 0,1,2....... а также сигнал Ц9, задний фронт которого приходится на U9 =0, если перемещение осуществляется слева направо и на U< — — 1, если перемеще40 ние осуществляется в противоположном направлении. Таким образом, сигнал U> можно использовать для определения направления перемещения во время заднего фронта сигнала Ug (фиг. 2).

Генератор 13 вырабатывает прямо.угольные импульсы, поступающне на вход счетчика 14, на выходе которого последовательно перебираются значения младших разрядов величины преобразования. Выход счетчика 14 поступает на адресный вход блока 15 постоянной памяти, выход которого подключен к цифровым входам перемножающего

55 цифроаналогового преобразователя 6.

В блоке 15 записываются значения функции

Логический элемент ИСКЛ!ОЧАВЩЕЕ ИЛИ

I 1 в зависимости от нахождения угла ф в интервале P- или - т 2выдает сигнал 1)«записи в регистр 12 в момент совпадения младших разрядов величины перемещения, записанной в счетчике 14, с действительной величиной перемещения подвижной части датчика 1 относительно неподвижной (фиг. 3). Старший разряды числа, соответствующего величине перемещения, вычисляются счетчиком 10. Управляющими сигналами для него являются сигналы направления счета и тактовый от формирователя 9, а также сигнал установки "0" с блока 18. Блок 18 осуществляет запись и хранение величины преднабора значения перемещения ) !,р и выдает тактовый импульс начала преднабора для установки в !!

0 счетчика 10 и записи в регистр

16 начального рассогласования Х!, (на момент начала преднабора). Сумматор 17 осуществляет вычисление значения, Х=Хчр+Хо-Хст — Хщ! где ) с т — показание счетчика 10;

)(ц, — величина, записанная к данному моменту в регистр

12.

При оценке точности преобразования предлагаемого устройства по сравнению с прототипом рассматривается работа преобразователей в одинаковых условиях, т.е. применительно к использованию в устройстве цифровой индикации положения, например рабочего органа металлорежущего станка.

При этом первостепенное значение имеет максимальная скорость перемещения, при которой не происходит потери информации о величине перемещения в преобразователе, а точность определения нового положения остается высокой. В предлагаемом преобразователе оцифровка величин перемещения от 0 до 0,999 мм и от 0,999 мм до

10 м и больше осуществляется раздельно. Оцифровка младших разрядов происходит внутри шага циклического датчика, а старших разрядов — по переходу !! I! через 0 огибающей сигнала этого датчика. Максимальная скорость перемещения, при которой согласно изобре1111189 тению осуществляется преобразование без потери информации, равна ма с = махе Топр.60, где Ь . — максимально допустимое рассогласование без потери информации (1 мм в предлагаемом преобразователе), Уота — частота опроса рассогласования (10 кГц в предлагаемом решении).

1 одставляя численные значения в зависимость для максимальной скорости перемещения, при которой предлагаемый преобразователь работает без потери информаций, получим

8мд с = 1 "0 10000-60=600 /мин .

5 .Процесс оцифровки младших разрядов в предлагаемом преобразователе осуществляется при переходе рабочего органа к заданной позиции, который осуществляется на небольшой скорости.

Годовой экономический эффект от внедрения цифровой индикации, основой которой является предлагаемый преобразователь перемещения в код, на станке 2А622Ф1-1 составляет 686 руб, на станок.

1111189

Фиг. 2

ui.

ВНИИПИ Закав ЬЗ 1.4/4Q Тираж 568 Подписное

Фцднап ШШ "Патвит", ю.Узцород, уа.Проектная, 4