Преобразователь угол-код

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий датчик угла, первый функциональный цифроаналоговый перемножитель , выход которого п одключен к первому входу первого операционного усилителя , выход которого через последовательно соединенные демодулятор и преобразователь цапряжение-частота подключен к одному входу реверсивного счетчика, второй операционный усилитель, второй функциональный цифроаналоговьй перемножитель, источник опорного напряжения подключен квходу датчика угла и второму входу демодулятора , отличающийся тем, что, с целью повьппения точности преобразователя, в него введен компаратор, операционный усилитель, два умножающих цифроаналоговых перемножителя , два масштабирующих резистора , первый выход датчика утла подключен к аналоговому входу первого умножающего и 1фроанало.гового перемножителя , выход которого через первый масштабирующий резистор подключен к первому входу второго операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого функционального цифроаналогового перёмножителя, первый выход датчика угла подключен к первому входу тре .тьего операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу второго функционального цифроаналогового перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого операционного усилителя, второй сл выход датчика угла подключен к второму входу второго операционного усилителя и к аналоговому входу второго умножающего цифроаналогового преобразователя , выход которого через второй масштабирующий резистор подключен к второму входу третьего операционного усилителя, выходы старших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и со второго функциональных ци1)роаналого- 00 00 вьк перемножителей, выходы мпадших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей , выход демодулятора через ком паратор подключен к второму входу реверсивного счетчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

„„SU„„126988

3СЮ G 08 С 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к вторСнОИМ свид тепьСтаУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изобРетений и QTHpblTpM (21) 3640179/24-24 (22) 29.06.83 (46) 30. 11.84. Бюл . ¹ 44 (72) В.Г.Домрачев и В.А.Подолян (71) Московский лесотехнический институт (53) 681.325(088.8) (56) 1.Вульвет Дж.Датчики в цифровых системах, N. Энергоиздат, 1981, с. 159.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3534912/18-24 (прототип) . (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ вЂ” КОД, содержащий датчик угла, первый функциональный цифроаналоговый перемножитель, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого через последовательно соединенные демодулятор и преобразователь напряжение-частота подключен к оцному входу реверсивного счетчика, второй операционный усилитель, второй функциональный цифроаналоговый перемножитель, источник опорного напряжения подключен к входу датчика угла и второму входу демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введенй

KoMIIBpBTop> операционный усилитель, два умножающих цифроаналоговых перемножителя, два масштабирующих резистора, первый выход датчика угла подключен к аналоговому входу первого умножающего цифроаналогового перемножителя, выход которого через первый масштабирующий резистор подключен к первому входу второго операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого функционального цифроаналогового перемножителя, первый выход датчика угла подключен к первому входу третьего операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу второго функционального цифроаналогового перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого операционного усилителя, второй ® выход датчика угла подключен к второ" му входу второго операционного усилителя и к аналоговому входу второго умножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого через Я второй масштабирующий резистор подключен к второму входу третьего операционного усилителя, выходы старших ра з рядо в ре в ерси в ног о счетчика подключены к цифровым входам первого и второго функциональных цифроаналого — вых пер емножителей, выходы младших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход демодулятора через компаратор подключен к второму входу реверсивного счетчика.

1 1126

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и может быть использовано для ввода угловой информации в вычислительную машину.

Известен преобразователь угла поворота вала в цифровой код следящег o типа, содержащий датчик угла, селектор квадранта, три функциональных цифроаналоговых перемножителя, два операционных усилителя, реверсив- 1О ный счетчик, демодулятор и преобразователь напряжение-частота, сигнал рассогласования в котором сформирован в соответствии с алгоритмом

5,о{В- Р ) СО5(В- Р ) О

В известном преобразователе выходной код разбит на две группы разрядов: старших, соответствующих углу

V„, и младших, соответствующих углу

М2. Для получения сигналов Sin (6- 9,) и cos (8- „) при конструктивной реализации преобразователя требуется четыре цифроаналоговых тригонометрических перемножителя для получения произведений Sirr0cos V, и co58sinri Ä, разность которых дает sin (8- „), а также произведений cosgcos Ч „и sin8 51 Ч „, сумма которых соответствует

СО5(6 )

Такой преобразователь позволяет получить высокую точность, но отличается повьш енной сложностью, поскольку цифроаналоговые тригонометрические перемножители — наиболее слож-З5 ные блоки структуры.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик, на вход которого подается опорный сигнал, 4О а выходы подключены к селектору квадрантов, синусный и косинусный выходы которого подключены соответственно к аналоговым входам косинусного и синусного функциональных цифро- 45 аналоговых преобразователей, цифровые входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчика, а выходы — к входам второго операционного усилителя, выход которого 50 соединен с прямым входом первого операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу демодулятора, на второй вход которого подан опорный сигнал, а выход через преоб- 5 разователь напряжение-частота подключен к входам реверсивного счетчика, инверсный вход первого операционного

988 2 усилителя подключен к выходу линейного умножающего цифроаналогового лреобразователя (ЦАП) на аналоговый вход которого подается опорный сигнал, а цифровые входы подключены к выходам младших разрядов реверсивного счетчика.

В таком преобразователе выходной код также разбит на две группы разрядов, а сигнал рассогласования формируется в соответствии с алгоритмом

si h (8- „) — sin М = О, для реализации которого требуется только два цифроаналоговых тригонометрических перемножителя, что обеспечивает преобразователю относительно простую реализацию L2 1.

Недостатком такого Преобразователя является необходимость использования для получения слагаемого—

sin 4> опорйога сигнала, величина которого оказывает влияние на величину сиг нала расс оглас ования, чт о, в конечном итоге, снижает точность.

Цель изобретения — повьппение точности преобразователя угол-код без существенного усложнения преобразователя.

Сущность изобретения заключается в выборе структуры преобразователя, реализующей алгоритм формирования сигнала рассогласования с05 4 {sin8 Q cos8)-sin 4 {cos 8+/ sitr8)=0.

1 2 1 2 (1)

Покажем, что условие (1) эквивалентно выполнению равенства

V2. (2 ) (2)

Раскроем скоокй и сгруппируем сомножителя при siпв и cos8 со59 sin8- 7 созе c058-sinV сО581 г

-1 si ч" 51пв=sine(cosV- г 51л 4 )СО5 6 (Sin f + g oo S 7 ) = О . (3)

Воспользуемся условием V ((W u произведем замену

5 1 соз г (Ф тогда (3 ) примет вид

sin 8 {cosg соЯ Ч - Мп 4 sin У 1-cos 8 "

1 2 2 (51т1 g cos 4/ -Ф Cosp s\n ri 1= iin 8005 Ч 4 )1 2

Со595 н(/ + Ч 5 в О Ц О

Из (5) следует, что- в предположении (4) равенства (1) и (5) тождест3 11269 венны и обращаются в тождества при выл олне нии (2) .

Таким образом, алгоритм формирования сигнала рассогласования допускает применение только линейных ум5 ножающих дополнительных ЦАП и не использует опорный сигнал при формировании корректирующих сигналов, связанных с изменением угла Ч что по2 вышает точность преобразования. 1О

Поставленная цель достигается тем, что. в преобразователь угол-код, содержащий датчик угла, первый функциональный цифроаналоговый перемножитель, выход которого подключен к пер15 вому входу первого one рационног о усилителя, выход которого через последовательно соединенные демодулятор и преобразователь напряжение-частота подключен к одному входу реверсивного счетчика, второй операционный усилитель, второй функциональный цифроаналоговый перемножитель, источник опорного напряжения подключен к входу датчика угла и второму входу демодулятора, введены компаратор, операционный усилитель, два умножающих цифроаналоговых перемножителя, два масштабирующих резистора, первый выход датчика угла подключен к ана- 30 логовому входу первого умножающе- . го цифроаналогового перемножителя, выход которого через первый масштабирующий резистор подключен к первому входу второго операционного 35 усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого функционального цифроаналогового перемножителя, первый выход датчика угла подключен к первому входу третьего опе- 40 рационного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу второго функционального цифроаналогового перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого опе- 45 рационного усилителя, второй выход датчика угла подключен к второму входу второго операционного усилителя и к аналоговому входу второго умножающего цифроаналогового преобра- 50 зователя, выход которого через второй масштабирующий резистор подключен к второму входу третьего опера- ционного усилителя, выходы старших разрядов реверсивного счетчика под- 55 ключены к цифровым входам первого и второго функциональных цифроаналоговых перемножителей, выходы млад4 ших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первоrо и вторorо цифрoaналоговых преобразователей, выход демодулятора через компаратор подключен к второму входу реверсивного счетчика.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразователя уголкод.

Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1 угла, функциональный цифроаналоговый перемножитель 2, функциональный цифроаналоговый перемножитель 3, операционный усилитель 4, демодулятор 5, реверсивный счетчик 6, умножающие цифроаналоговые преобразователи 7 и 8, масштабирующие резисторы 9 и 10, операционные усилители 11 и 12, компаратор

13 и преобразователь 14 напряжениечастота.

Функциональные цифроаналоговые перемножители 2 и 3 представляют собой устройства с аналоговым и цифровым входами и аналоговым выходом, сигнал на котором соответствует произведению аналогового входа сигнала на синус или косинус кода на цифровом входе. Такое устройство может быть реализовано, например, с использованием постоянного запоминающего уст-, ройства, переводящего код угла в код его тригонометрической функции, и линейного умножающего цифроаналогового преобразователя.

Демодулятор 5 и преобразователь

14 напряжение-частота вырабатывают на своем выходе последовательность счетных импульсов, частота которых пропорциональна величине сигнала рассогласования, а направление счета опре. деляется фазой сигнала рассогласования на выходе компаратора по отношению к опорному сигналу.

Старшие разряды выходного кода реверсивного счетчика 6 соответствуют углу 4, младшие — углу 9 .

1%

Умножающие ЦАП 7 и 8 представляют собой линейные двухквадратные ЦАП, сигнал на выходе которых пропорциона- лен произведению двухполярного аналогового входного сигнала на однополярный входной код.

Преобразователь работает следующим образом.

Предположим, что угол - зафиксирован и равен нулю. В этом случае аналоговые выходные сигналы ЦАП 7 и 8

11269 также равны нулю, операционные усилители 11 и 12 работают как повторители выходных сигналов датчика 1. На выходе усилителя 11 сигнал соответствует cos8 а на выходе усилителя 5

12 — 61п8 . Перемножители 2 и 3 умножают эти сигналы на соответствующую тригонометрическую функцию угла образуя на своих выходах произведения соответственно tos8s1иЧ nsin8cosg .

1 1.

Усилитель 4 на своем выходе из этих произведений формирует сигнал рассогласования

QA 8 Соs 9„— C0S 851 h, = Sill (8 )

15 который блоками 5, 13 и 14 преобразуется в последовательность счетных импульсов, управляющих кодом на выходе счетчика 6 до сведения разности к минимуму. В этом случае преобразова- 2О ,тель работает как преобразователь .следящего типа без разделения определяемого угла на две группы по разрядам выходного кода-. Разрешающая способность, а следовательно, и 25 точность преобразователя определяются дискретностью формирования счетчиком 6 угла Ц„, т.е. числом разрядов п

Сведение к минимуму сигнала 30

siо(Е- Ч ) означае,что сигнал рассогласования принял значение в пределах

П величины Ц, /2 +, где ΄— наибольшее значение сигнала р асс оглас ования, соответствующее единичному значению

88 6

sin(- Р„) . В пределах этой аналоговой величины Lt„/2 разряды кода нч угла Ц корректируют сигнал рассогла2 сования.

Пусть угол Ч изменяется в соот2 ветствии с кодом младших разрядов

1 счетчика 6. На выходах ЦАП 7 и 8 образуются соответственно произведения 9 з г с и Ч cose, которые масштабйруются резйсторами 9 и 10 таким образом, чтобы, наибольшая их величина, соответствующая единич- . ному коду угла 2, равнялась минимальному рассогласованию сигнала и

si (8 — Ч ), т.е. величине U /2

Другими словами, резисторами 9 и 10 устанавливается масштаб аналоговых сигналов рассогласования, корректируемых изменением угла Ч2, в соответствии с отношением 4, /Ч„.

На выходах усилителей 11 и 12 формируются сигналы V si n 8 + cos 6 и 9 t:os62 2

-sine умножаемые соответственно блоками 2 и 3 на sin М„и cosЦ„. В результате на выходе усилителя 4:

COS С „/sjtl8(siteÎ-C050) — 515

+V„sitt8) = О.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя заклю- чается в возможности получить относительно простыми средствами высокую точность независимо от уровня опорного сигнала, который в этом случае может изменяться в широких пределах

ЩЩЦПЦ Заказ 8744/39 Тираж 568 . Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул.Проектная,4