Преобразователь угла поворота вала в код

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД,содержащий генератор , выход которого соединен с входом счетчика и первьм входом первого формирователя импульсов, выход счетчика соединен с первьи входом первого блока ключей и через блок формирования синусоидальных напряжений - с входами фазовращателя, первый выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока ключей, регистр, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя , в него введены К формирователей импульсов, К блоков сложения , К блоЛов клочей, элемент ИЛИ, блок элементов .ИЛИ, блок формирования импульсов, реверсивный счетчик, выход счетчика соединен с входами К блоков сложения, выходы которых соединены с первьми входами соответствующих блоков ключей , выходы которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входами К формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя , а выходы соединены с вторыми входами соответствующих К блоков ключей и с остальными входами элемента ШШ, выход которого соединен с входами записи регистра, выход которого через блок формирования имS пульсов соединен с входом реверсив- . :;& э :о э ногр счетчика импульсов.

OO (И) СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

М

РЕСПУБЛИН з ц> С 08 С 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЖАТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCNOMl(СЕИДатввствм

G (21) 3539688/24-24 (22) 10.01.83 (46) 15.12.84. Бюл. У 46 (72) В.И. Кочергин, С.В. Кульбицкий, А.М. Кривенцов и Е.А. Новоселов (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 840996, кл. G 08 С 9/04, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

М 746177, кл. G 01 В 7/30;

H 03 К 13/24, 1977 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий генератор, выход которого соединен с входом счетчика и первым входом первого формирователя импульсов, выход счетчика соединен с первьи входом первого блока ключей и через блок формирования синусоидальнык напряжений — с входами фаэовращателя, первый выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока ключей, регистр, отличающийся тем., что, с целью повыщения быстродействия преобразователя, в него введены K формирователей импульсов, К блоков сложения, К блоков ключей, элемент ИЛИ, блок элементов .ИЛИ, блок формирования импульсов, реверсивный счетчик, выход счетчика соединен с входами К блоков сложения, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков ключей, выходы которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входами о

К формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя, а выходы соединены с вторыни входами соответствующих К блоков ключей и с остальными входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входамн записи регистра, выход которого через блок формирования импульсов соединен с входом реверсив-, ного счетчика импульсов.

1 11296

Изобретение относится к импульсной и цифровой технике и предназначается для использования в приборах автоматики и электропривода различных объектов народного хозяйства 5 (промывленные роботы, станки с ЧПУ, автоматизированные линии и т.д.).

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с 10 входом первого счетчика импульсов, формирователь многофаэных напряжений, фаэовращатель, число фаз которого для первичных и выходных обмоток одинаково, второй счетчик им- 15 пульсов, дифференцирующий и вычитающий блоки и многофазный формирователь импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам дифференцирующего блока, выход которо- 20 го соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выходы первого и второго счетчиков и многофазного формирователя импульсов сое- 25 динены с входами вычитающего блока, выход которого является выходом преобразователя (1) .

Недостаток известного преобразователя — низкое быстродействие.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с входом счетчика и первым входом первого формирователя импульсов, выход счетчика соединен с первым входом первого блока. ключей и через блок формирования синусоидальных напряжений с входами фазовращателя, первый выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока ключей, регистр 45

Недостаток известного преобразо-. вателя — низкое быстродействие, поскольку измерение угла производится один раз за период напряжения питания фазовращателя. 50

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генера- 55 тор, выход которого соединен с входом счетчика и первьм входом первого формирователя импульсов, выход счет36 чика соединен с первым входом первого блока ключей и через блок формирования синусоидальных напряжения — с входами фаэовращателя, первый. выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока ключей, регистр, введены К формирователей импульсов, Х блоков сложения, К блоков ключей, элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, блок формирования сигналов, реверсивный счетчик, выход счетчика соединен с входами К блоков сложения, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков ключей, выходы которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входами К формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих К блоков ключей и с остальными входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами записи регистра, выход которого через блок формирования импульсов соединен с входом реверсивного .счетчика

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 — двухфазные выходные напряжения фазовращателя и соответствующие им сигналы с выходов формирователей импульсов опроса для идеального фаэовращателя и для фазоврацателя, у .которого сдвиг фаз между выходными напряжениями неодинаков; на фиг. 3 — принципиальные схемы формирователей сигналов переноса от сложения в первых разрядах блоков сложения; на фиг. 4 — диаграмма формирования множества для сигнала переноса при сложении двух одноразрядных чисел; на фиг. 5 — принципиальная схема второго разряда блоков сложения; на фиг ° 6 — принципиальная схема одного разряда блока вентилей связи, соединенная с принципиальной схемой одного разряда блока элементов ИЛИ; на фиг. 7 — принципиальйая схема бло .а формирования импульсов сигналов oL, P, g p на фиг, 8—

1129636 принципиальная схема реверсивного счетчика.

Преобразователь угла поворота ва.ла в код содержит генератор 1, счетчик 2, формирователь 3 синусно-коси нусных напряжений, фазовращатель 4, регистр 5, блок 6 формирования импульсов, реверсивный счетчик 7, формирователи 8 импульсов, элемент ИЛИ 9, блоки 10 ключей, блок 11 элементов 1р

ИЛИ, блоки 12 сложения ° Входные шины первых младших разрядов блоков 12 сложения соединены непосредственно с выходными шинами первого разряда счетчика 2. Сигнал переноса, который появляется в результате сложения цифр первого разряда счетчика 2 с какой-либо цифрой второго числа первого разряда, формируется на выходе двухвходового элемента И 13 (фиг. За) либо элемента ИЛИ 14 (фиг. Зб) . Элемент ИЛИ 14 имеет прямую и инверсную выходные шины, которые соединены с входами второго разряда блока 12 сложения. Вторые разряды всех блоков 12 сложения содержат элементы И 15-30 и элементы

ИЛИ 31-38. Выходы элементов И 15-30 попарно соединены соответственно с входами элементов ИЛИ 31-38. Первые входы нечетных элементов И 15-30 соединены с входной шиной инверсного сигнала переноса Р, а четные— с входной шиной прямого сигнала переноса Р. Вторые входы элементов И 15-30

35 соединены с девятью выходными шинами второго разряда счетчика 2. Конкретное соединение вторых входов элементов И 15-30 различно для каждого блока 12 и зависит от углового соот40 ношения выходных напряжений фаз фазовращателя 4.

Блок 10 (фиг ° 6) представляет собой простой набор из шестнадцати двухвходовых элементов И 10-1 — 10-8 45 (по восемь на каждый разряд), первые входы которых соединены с соответствующими выходными шинами сигналов фаэ счетчика 2 либо блоков 12 сложения, а вторые входы являются управ- 50 ляющими и объединены между собой.

На фиг. 6 показано соединение одного. разряда первого блока 10 с разрядом блока 11 элементов ИЛИ 11-1

11-8, который содержит в каждом раэ- S5

-ряде восемь четырехвходовых элементов ИЛИ 11-1 — 11-8. Входы элементов И l0-1 — 10-8 блока 10.ñîåäèíåíû с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ 11-1 — 11-8 блока 11.

Остальные три входа элементов ИЛИ

11-1 — 11-8 блока 11 предназначены для соединения аналогичным образом с другими тремя блоками 10, информационные входы которых соединены с выходными шинами соответствующих блоков 12.

Выходные шины прямых и инверсных сигналов четвертой и восьмой фаэ второго разряда регистра 5 соединены с группой из четырех элементов И 39 (двухвходовых, см. фиг. 7). Выходы элементов И 39 соединены с входом реверсивного делителя на двух триггерах 40, которые соединены между собой при помощи двух блоков 41 и 46 ключей. Блок 4 1 ключей состоит из элементов И-НЕ 42-45 (двухвходовых), первые входы которых соединены с входами триггеров 40.

Аналогично выполняется блок 46 вентилей с той лишь разницей, что соединение триггеров, аналогичных триггерам 40, между собой при помощи ключей производится в обратном порядке по сравнению с блоком 41.

Выходные шины прямых и инверсных сигналов триггеров 40 соединены с группой из четырех элементов И 47 (двухвходовых), выходы которых являются выходами блока 6.

Реверсивный счетчик 7 выполнен аналогично реверсивному делителю ,на два с той лишь разницей, что в нем установлена не два, а восемь триггеров 48, которые соединены между собой при помощи двух блоков 49 и 50 ключей. Входные шины блока 49 соединены с выходными шинами сигналов ef,-Ì, а блока 50 — с шинами сигналов /), /3 .

В преобразователе угла поворота вала в код может быть использована любая система счисления и любой код.

При описании работы устройства примем систему счисления с основанием п=16 и многофазный (восьмифазный) код.

Выбор миогофазного кода объясняется его высокой контролеспособностью, которая заключается в возможности не только обнарукения ошибок, но и их исправления. Выбор основания системы счисления и 16 объясняется двумя причинами: необходимостью получения высокого быстродействия, что в двоич" ной системе счисления весьма затруднительно, а также тем, что кратность основания двум дает возможность прос1129636 той стыковки преобразователя с цифровыми устройствами, где основной является двоичная система счисления. Фазность напряжений на входных обмотках фазовращателя также может быть любой, в нашем примере она равна двум.

Примем следующие обозначения: заглавные буквы обозначают число в восьмифаэном коде; индекс вверху у заглавной буквы обозначает разряд 10 числа, например А" — это к-й разряд числа А; строчные буквы с индексом внизу обозначают сигнал определенной фазы этого числа, например, а1, 2 а обозначает сигнал 1 — 8 фаз чис- 15

8 ла А второго разряда.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Сигналы высокой частоты поступают с выхода генератора t на вход счетчика 2 и вызывают его йереключение. На выходных шинах счетчика 2 происходит циклическое изменение сиг- налов многофазного кода, эквивалентное изменению цифр обычного десятичного кода от "0" до "255". За полный цикл изменений этих сигналов формируются на выходе блока 3 два синусо30 идальных сигнала напряжений со сдвигом фаэ 90 эл.град. Эти напряжения, поступая на вход фазовращателя 4, создают вращающееся магнитное поле статора, которое при нулевой частоте вращения вала индуцирует на выходных обмотках синусоидальные сигналы напряжений с частотой напряжения питания. Сигналы напряжений фаз с выхода фаэовращателя 4 (фиг.2) поступают на первый вход четырех формирователей 8, на второй вход icoторых подаются синхронизирующие импульсы с генератора 1, и формируют на их выходах импульсы опроса,, 1г /, 4 (фиг. 2). Для идеального фазовращателя при нулевом положении вала эти импульсы располагаются относительно кода счетчика 2 в следующем порядке: импульс 1 совпадает с сигналом десятичного кода "000", что соответствует сигналу "00.00" цифрового кода с основанием 16; импульс

) < совпадает с сигналом десятичного кода "64", что соответствует сигналу

"04.00" цифрового кода с основанием

16; импульс,1 совпадает с сигналом десятичного кода "128", что соответствует сигналу "08.00" цифрового кода с основанием 16; импульс 1(сов,1 4 падает с сигналом кода 192, что соответствует сигналу "12.00" цифрового кода с основанием 16. В дальнейшем будем называть только сигналы, соответствующие кодам с основанием 16.

Примем, что фазовращатель 4 не идеальный и импульсы опроса, кроме первого, не совпадают с перечисленными цифровыми положениями счетчи1 ка 2. Пусть импульс 2 совпадает с сигналом цифрового кода с основанием 16 "03. 15", импульс — "08.01", импульс /, — "11.14".

При нулевом угловом положении

1 вала импульс /,, „ открывает первый блок 10 ключей и устанавливает режим приема информации для регистра 5.

Тогда цифровые сигналы А двухразрядного счетчика 2 восьмиразрядного кода, эквивалентные сигналу 00.00", через блок 11 записываются в ре1 гистр 5. После окончания импульса /, регистр 5 сохраняет эти цифровые сигналы. Следующий импульс открывает второй блок 10 ключей, устанавливает режим приема информации для регистра 5, и цифровые сигналы Х с выходных шин первого блока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитания из значения А = "03.15" счетчика 2 цифрового сигнала "03.15", что соответствует передаче в регистр

5 сигнала Х = "00.00". После окончаI ния импульса регистр 5 сохраняет эти цифровые сигналы. Следующий

I импульс ) > открывает третий блок 10 ключей, устанавливает режим приема информации для регистра 5, и цифровые сигналы Z с выходных шин второго блока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитания из значений

А = "08.01" счетчика 2 цифрового сигнала "08.01", что соответствует передаче в регистр 5 сигнала Z="00.00".

После окончания импульс» g регистр 5 сохраняет эти цифровые сигналы, СлеI дующий импульс ) 4 открывает четвертый блок 10, устанавливает режим приема информации для регистра 5 и цифровые сигналы У с выходных шин третьего блока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитания из значения (! tt

А= 11.14 счетчика 2 цифрового сиг129636 8

В третьем блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитания из числа А числа "11.14", что равноценно операции сложения числа А с числом, дополнительным к "11 ° 14", т,е. числом "04 ° 02". Следовательно, в первом разряде необходимо к значению А первого разряда счетчика 2

1 добавить число "02". Поэтому сигна-!

О лы фаз первого разряда счетчика 2 соединены непосредственно с входными шинами блока 10 вентилей. В результате сложения числа А первого разряда счетчика 2 с числом "02"

f5 формируется также сигнал переноса во второй разряд блока 12 сложения.

При вращении вала фазовращателя в одну сторону в регистре 5 изменяют ся цифровые показания от "00.00 до

"15.15", а при вращении в другую сторону — в обратном порядке. При этом на выходных шинах элементов

И 39 формируются сигналы цифровых множеств М0 ="00.00" V ° ..V "03.15";

25 М = 04.00" Ч ... Ч "07.15";

М, « = "08.00 Ч ... Ч "11 !5 следовании этих сигналов s порядке Мо 4 M e f первый импульс сигнала M поступает на вход двухфазного делителя и устанавливает его

° второй триггер 40 в одинаковое положение с первым триггером 40. Следующий импульс М,17, который поступает

35 на входные шины делителя для установки первого триггера 40 в одинаковое положение с вторым, переключение в схеме этого делителя не происходит, поскольку триггеры 40 уже находятся в одинаковом положении. Следующий по порядку импульс М8, поступает на входную шину делителя и устанавливает триггер 40 в противоположное положение с вторыч триггером 40. При

5 поступлении следующего импульса

М ц7 1 который поступает для уста новки второго триггера 40 в противоположное положение с первым, переключения в схеме нет, поскольку они

О уже находятся в этом положении, и т.д. При обратном следовании импульсов множеств первыми в схему делителя поступают импульсы множеств М11 <5 M 4- 7 KotopblP при»

5 водят к обратному следованию фаэ делителя, а импульсы множеств М!

Р=а а

Следовательно, первый разряд первого блока 12 сложения содержит только один элемент И 13 (фиг. За). Второй разряд блока 12 осуществляет операцию сложения числа А" и числа "12". 4

Принципиальная схема формирования результата сложения второго разряда первого блока 12 сложения приведена на фиг. 5.

Во втором блоке 12 сложения долж- 5 на осуществляться операция вычитания из числа А числа "08.01", что равноценно операции сложений числа

А с числом, дополнительным к "08.О!", т.е. с числом "07.15". Следовательно, в первом разряде необходимо к значению числа А первого разряда счетчика 2 добавить число "15".

7 1 нала "11.14", что приводит к передаче в регистр 5 сигнала У="00.00".

После окончания импульса регистр 5 сохраняет эти цифровые значения. Таким образом, в регистр 5 все импульсы опроса передают нулевое зйачение цифрового сигнала.

При угле поворота вала фазовращателя 4, отличном от нулевого положения, импульс опроса ., в полной аналогии с прототипом передает в регистр 5 сигналы с выходных шин счетчика 2, пропорциональные этому значе нию угла, и все остальные импульсы передают в регистр 5 эти же значения сигналов с соответствующих блоков 12 сложения.

Работа блоков 12 сложения основана на принципах функционирования сумматоров многофазного кода.

В первом блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитания из числа А числа "03.15", что равноценно операции сложения числа с числом, дополнительным к "03.15", т.е. с числом "12.01". Следовательно,в первом разряде необходимо к значению числа А первого разряда счетчика добавить число "01", поэтому сигналы фаз первого разряда счетчика 2 соединены непосредственно с входными шинами блока 10 ключей. В результате скольжения числа А первого разряда счетчика 2 с числом "01" формируется также сигнал переноса во второй разряд блока 12 сложения. Он формируется в соответствии с выражением

М8 . < переключения в схеме не производят. Поэтому при одном направле9 11296 нии вращения фаэовращателя 4 чередование фаз сигналов q, q прямое, а при вращении в другую сторону — обратное.

Так же при этом меняется чередоваI /

5 ние импульсов М, P eL P на выходных шинах элементов И 47. Прямой порядок следования этих имнульсов вызывает переключения в реверсивном счетчике 7 для режима сумми- 1О рования, а обратный порядок — для режима вычитания. Принципиально работа реверсивного счетчика 7 не отличается от работы рассмотренного двухфазного делителя. При одном сле- 15 довании фаз сигналов q, q 2 реверсивный счетчик 7 суммирует импульсы

В а при другом — вычитает им36 10 пульсы, p . Следовательно, реверсивный счетчик 7 является логическим продолжением регистра 5: при каждом обороте вала фазовращателя 4 в прямом направлении суммирует эти обороты, а при вращении в обратном направпении — вычитает.

Таким образом, наиболее целесообразным является использование системы счисления с большим основанием и многофазных кодов, поскольку в момент передачи информации в регистр 5 необходимо, чтобы все переключения в счетчике 2 и блоках 12 сложения были завершены, Следовательно, эти узлы должны быть сверхбыстродействующими. В предлагаемом преобразователе это требование полностью выполняется.

1129636 оо.оо(аию. пааа) вы(сто.euouJ у us.nu(mon. muon)

Ю ОО(17Ж. ЖОР) 1129636

Фиг. N

1129636

2 Д

1 r 1

zi.y

2 г у

Я еУ

Л у

7 7

1129636! 129636

1129636

Составитель А. Сидоренко

Редактор М. Циткииа Техред А.Кикемезей Корректор В. Гирняк

Заказ 9456/40 Тираж 568 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент™, r. Ужгород, ул. Проектная, 4