Преобразователь угла поворота вала в код

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий генератор , подключенный к, делителю частоты , первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход - к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формирования косинусоидальногд тока, четвертый выход - к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пять1м входам блоков формирования синусоидального и косинусОидального TOROB, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управлейия , другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а выход подключен к арифметическому блоку, отличающийся тем, что, с целью повыщения точное ти преобразователя, в него введены дешифратор , первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дещифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первого элемента И-НЕ, другой выход дешифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены к шестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального тоI ков соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусои (Л дального токов подключены к другим входам первого и второго ключей. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в нем каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, 4 датчик тока, триггер и регулирующий элеО5 мент, один вход компаратора фаз является 00 первым входом блока формирования синуо со соидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента . является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одним входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирова

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1146803 ц р Н 03 М 1/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф е

С:

4:ъ

Cb

CO

ОЭ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3665906/24-24 (22) 23.11.83 (46) 23.03.85. Бюл. № 11 (72) О. А. Беляков, И. Я. Прокофьева, В. А. Догадаев и Л. Г. Матвеев (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Ахметжанов А. А. и др. Индукционный редуктосин, М., «Энергия», 1971, с. 48, рис. 30.

2. Авторское свидетельство СССР № 604018, кл. G 08 С 9/04, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР № 858051, кл. G 08 С 9/04, 1980 (прототип). (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь УГЛА

ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий генератор, подключенный к делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход— к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход — к первому и второму входам блока формирования косинусоидального тока, четвертый выход к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и коси нусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управлейия, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а выход под% ключен к арифметическому блоку, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос ти преобразователя, в него введены дешифратор, первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дешифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первого элемента И-НЕ, другой выход дешифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены к шестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к другим входам первого и второго ключей.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в нем каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз является первым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одни ° входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирова1146803 ния синусоидального и косинусоидального токов, четвертый вход блока формирования синусоидального и косинусоидального токов через датчик тока подключен к информационному входу ключа, который является третьим выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, другой вход триггера является пятым входом блока, выход триггера подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а другой вход компаратора фаз явля1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие последовательно включенные генератор опорного напряжения, фазорасщепитель, фазовращатель и . блок преобразования фазы в код (1).

Недостатками таких преобразователей является невысокая точность преобразования, обуслрвленная, в основном, отклонением от квадратуры питающих фазовращатель напряжений.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, двоичный счетчик, фазорасщепитель фазовращатель, блок совпадений, дешифратор, усилители мощности, нуль-органы, триггеры, пиковые детекторы, дифференциальный усилитель и фильтр. Для повышения точности в преобразователь введена автоматическая подстройка фазы фазорасщепителя, уменьшающая погрешность установки 90-градусного фазового сдвига питающих фазовращатель токов (2).

Недостатком этого преобразователя является погрешность от неравенства питающих фазовращатель токов и неточной выставки 90-градусного сдвига, обусловлен, ной временными задержками нуль-органов и нестабильностью их во времени от действия дестабилизирующих факторов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, подключенный к делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход— к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход — к первому и второму входам блока формирования

- косинусоидального тока, четвертый выход—

1О !

40 ется шестым входом блока формирования синусоидального и - косинусоидального токов.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления..2 к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусондального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков. формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управления другой вход которого соединен. с пятым выходом делителя частоты, а выход подключен к арифметическому блоку. В преобразователе каждый из блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ блока, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, к дру гому входу компаратора фаз через формирователь импульсов подключен первый вход ключа и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход компаратора фаз подключен к одному входу элемента задержки, другой вход которого соединен с вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход элемента задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с вторым входом ключа и с третьим входом блока формирования си1146803:

40 и блока ключей являются другим входом блока управления (3).

Однако известный преобразователь имеет недостаточно высокую точность, обусловэтих задержек при действии дестабилизирую45

55 делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 форми3 ( нусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход — с выходом соответствующего ключа. Блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора ленную неточной выставкой 90-градусного сдвига, вызванной наличием неодинаковых задержек формирователей фазовых импульсов блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов и изменением щих факторов.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, подключенный к делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход — к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход — к первому и второму входам блока формирования косинусоидального тока, цетвертый выход — к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управления, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а в выход подключен к арифметическому блоку, введены дешифратор, первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дешифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первого элемента И-НЕ, другой выход дешифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены к шестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к другим входам первого и второго ключей.

Каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз является первым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одним входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирования синусоидального и коси нусоидального токов, четвертый вход блока формирования синусоидального и косинусоидального токов через датчик тока подключен к информационному входу ключа, который является третьим выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, другой вход триггера является пятым входом блока, выход триггера подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а другой вход компаратора фаз является шестым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов.

Блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 — диаграмма его работы.

Г

Преобразователь содержит генератор 1, рования синусоидального и косинусоидального токов, дешифратор 5, первый и второй ключи 6 и 7, формирователь 8 фазовых им1146803 пульсов, первый и второй элементы И-НЕ 9, н 10, блок 11 сравнения амплитуд, формирователь 12 синусоидальных напряжений, усилитель 13 мощности, фазовращатель 14, формирователь 15 импульсов, блок 16 управления и арифметический блок 17.

Идентичные по структуре блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидальиого токов содержат соответственно компараторы 18 и 19 фаз, элементы 20 и 21 задержки, датчики 22 и 23 токов, ключи 24 и 25, триггеры 26 и 27 и регулирующие элементы 28 и 29. Блок 16 управления содержит последовательно соединенные синхронизатор 30 и блок 31 ключей.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а, б и в — меандры на входе дешифратора 5; г — управляющие сигналы на первом выходе дешифратора 5; д — управляющие сигналы на втором выходе дешифратора 5; е и ж — синусоидальный и косинусоидальный токи с выходов датчиков 22 и 23 тока; з — си налы на входе формирователя 8 фазовых импульсов; и — фазовые импульсы на выходе формирователя 8 фазовых импульсов.

Дешифратор 5 может быть выполнен, например, на логической интегральной микросхеме сдвигового регистра и микросхеме

И-НЕ; ключи 6 7, 24 и 25 — в виде компенсированных интегральных прерывателей; формирователь 8 фазовых импульсов — в виде интегрального компаратора с дифференцирующей схемой на выходе; в качестве датчиков 22 и 23 токов используют резисторы высокого класса точности, имеющие отклонение от номинала + 0,005 /ц. Клмпараторы 18 и 19 фаз могут быть выполнены в виде синхронизируемого С-триггера; элементы 20 и 21 задержки. — в виде управляемых одновибраторов; триггеры 26 и 27 — в виде

RS-триггеров с интегрирующими цепями на выходе; регулирующие элементы 28 и 29— в виде каскадного усилителя; блок 11 сравнения амплитуд — в виде операционного усилителя; формирователь 12 синусоидальных напряжений — в виде активных RSфильтров на операционных усилителях. Синхронизатор 30 может быть выполнен на

1К-триггерах; блок 31 ключей — на элементах И-НЕ; арифметический блок 17 — в виде h-разрядного регистра.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое де.— литель 2 частоты делит в 2" раз, где ив число его разрядов, вырабатывая и импульсных сигналов типа меандр, образующих кодовую маску, две последовательности опорных меандров частоты f,= — „, сдвинуi тые друг относительно друга на% /2, и две последовательности управляющих импульсов той же частоты сдвинутые друг относительно друга на% /2.

С выхода делителя 2 частоты управляющие импульсы и опорные меандры поступают на входы блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, которые совместно с блоком 11 сравне ния амплитуд обеспечивают точку установку и- стабилизацию равенства амплитуд токов, питающих фазовращатель 14. При этом напряжения с датчиков 22 и 23, пропорциональные по амплитуде входным токам фазовра10 щателя 14, поступают на информационные входы ключей 24 и 25, на управляющие входы которых подаются импульсы с выходов делителя 2 частоты. Под действием этих импульсов в момент достижения синусоидальными напряжениями датчиков 22 и 23 отрицательных амплитудных значений ключи 24 и 25 открываются и пропускают на блок 11 сравнения амплитуд сигналы в виде отрицательных импульсов. Блок 11 сравнения амплитуд, общий для обоих блоков 3

2р и 4, производит сравнение амплитуд отрицательных импульсов с опорным напряжением и выдает управляющие сигналы на входы триггеров 26 и 27. Управляющие напряжения на выходах триггеров 26 и 27, пропорциональные разности между опорным на 5 пряжением и напряжениями датчиков 22 и 23, управляют регулирующими элементами 28 и 29, которые под действием этих управляющих напряжений изменяют амплитуду меандров, поступающих с выходов блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов на вход формирователя 12 синусоидальных напряжений, обеспечивая равенство амплитуд токов, питающих фазовращатель 14. Одновременно блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов совместно с дешифратором 5, ключами 6 и 7, формирователем 8 фазовых импульсов и элементами

И-НЕ 9 и 10 производят привязку нулей фаз питающих токов к опорным меандрам делителя 2 частоты, сто осуществляется сле4О дующим образом.

Синусоидальное и косинусоидальное напряжения с выходов датчиков 22 и 23, совпадающие по фазе с токами входных обмоток фазовращателя 14, поступают на инфор45 мационные входы ключей 6 и 7, на управляющие входы которых приходят сигналы с выходов дешифратора 5. Дешифратор 5 из выходных сигналов (фиг. 2а, б и в), поступающих с пятого выхода делителя 2 частоты, формируют на первом и втором выхо50 дах управляющие сигналы (фиг. 2г и д), в момент действия которых через ключи 6 и 7 на вход формирователя 8 фазовых импульсов проходят части напряжений с выходов датчиков 22 и 23 (фиг. 2з). Формиро55 ватель 8 фазовых импульсов вырабатывает фазовые импульсы (фиг. 2и) в момент перехода напряжений с выхода ключей 6 и 7 через нуль от отрицательных значений к положительным, определяя нули фаз токов, 1146803 питающих фазовращатель 14. Фазовый импульс синусоидального напряжения с выхода формирователя 8 фазовых импульсов проходит через элемент 9 на вход компаратора 18 фаз блока 3 формирования синусоидального тока, а через элемент 10 — на вход компаратора 19 фаз блока 4 формирования косинусоидального тока. Одновременно на другие входы компараторов 18 и 19 фаз с первого и третьего выходов делителя 2 частоты поступают опорные меандры частоты f,. При этом компараторы 18 и 19 фаз по результату сравнения временных положений фронтов опорных меандров и нулей фаз токов, питающих фазовращатель 14, вырабатывают управляющие сигналы. Под действием этих сигналов элементы 20 и 21 задержки задерживают опорные меандры делителя 2 частоты, поступающие на входы регулирующих элементов 28 и 29, обеспечивая совпадение нулей фаз питающих токов с фронтами опорных меандров во времени 20 и тем самым осуществляя точную установку

90-градусного сдвига фаз токов, питающих фазовращатель 14. При этом точность установки 90-градусного сдвига фаз определяется только точностью формирования времен- ного сдвига между опорными меандрами в

25 четверть периода, который определяется стабильностью частоты генератора 1 и не зависит от временной задержки общего для обоих блоков 3 и 4 формирователя 8 фазовых импульсов и нестабильности ее во времени от действия дестабилизирующих факторов.

С выходов регулирующих элементов 28 и 29 меандры, модулированные по амплитуде и сдвинутые во времени относительно опорных меандров, поступают на входы 3S формирователя 12 синусоидальных напряжений и далее через усилитель 13 — на входные обмотки фазовращателя 14. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 14 поступает на вход формирователя 15 импульсов, вырабатывающего фазовые импульсы, временное положение которых относительно начала преобразования, определяемого опорным меандром, пропорционально углу поворота ротора фазовращателя 14.

Фазовые импульсы с выхода формирователя 15 импульсов поступают на первый вход синхронизатора 30 блока 16 управления, где производится синхронизация Вх с импульсными напряжениями делителя 2 час тоты, поступающими на второй вход синхронизатора 30, с выхода которого синхронизированный фазовый импульс поступает на второй вход блока 31 ключей, на первый вход которого поступают и-импульсных напряжений типа меандр с выхода делителя 2 частоты.

На выходе блока 31 формируется п импульсов записи, которые поступают на вход арифметического блока 17, осуществляюще1 го запись и хранение текущего значения делителя 2 частоты, эквивалентного углу поворота фазовращателя 14.

Таким образом, предлагаемое построение преобразователя угол — фаза — код позволяет точнее определить нули фаз токов, питающих фазовращатель, и тем самым исключить влияние различия задержек, вносимых используемыми в известном устройстве отдельными формирователями импульсов блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, что обеспечивает более точную установку 90-градусного сдвига фаз питающих токов и тем самым повышение суммарной точности преобразователя угол — фаза — код I — 2 угл. с.

Кроме того, исключение влияния задержки формирователя фазовых импульсов на установку 90-градусного сдвига фаз питающих токов позволяет применить в его цепи фильтр и тем самым повысить его помехозащищенность, что обеспечивает повышение надежности преобразователя в целом.

Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом.

1146803

1146803

Составитель А. Смирнов

Редактор Н. Яцола Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 1379 43 Тираж 872 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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