Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышения точности преобразователя в него введены блок управления и дешифратор, а АЦП вьтолнен с промежуточным преобразованием входных напряжений в частоту. Выходные сигналы СКВТ, модулированные по ам:плитуде в функции синуса и косинуса угла oi поворота, поступают в АЦП. В блоках преобразования напряжения в частоту (ПНЧ ) производится модуляция частоты выходными сигналами СКВТ. Первый и второй реверсивные счетчики суммируют выходные импульсы соответственно первого и второго ПНЧ в первый полупериод несущей выходных сигналов СКВТ с положительным знаком, а во второй полупериод - с отрицательным знаком. В результате за период несущей в реверсивных счетчиках формируются коды, пропорциональные . синусу и косинусу угла oi поворота. В блоке деления формируется код тангенса угла поворота. В блоке функци (Л онального кода тангенс угла преобразуется в линейный код угла fti . Для компенсации погрешностей усилителей и ПНЧ предусмотрен второй коммутатор, установленный между выходами ПНЧ и входами реверсивньрс счетчиков, а время измерения в этом режиме составляет два периода несущей. Сигналы переключения в зависимости от режима работы преобразователя формирует блок управления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 2 табл..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Ai (51) 4 Н 03 М 1 60

Olla CAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21f 3877955/24-24 (221 01.04.85 (461 07.10.86. Бюл. У 37 (721 В.С. Альтшулер, А.А. Васюхно, Л.Н. Волков, В.Н. Волнянский, A.Â. Орлов и В.М. Филатов (531 681.325 (088.81 (56} Авторское свидетельство СССР

У- 732956, кл. 5 08 С 9/04, 1977.

Шмид Г. Устройство и принцип действия преобразователей аналог-код:

Перев. ГОНТИ 1(- 4211(71), 1971, с. 241, рис. 1У.25. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (571 Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

С целью повышения точности преобразователя в него введены блок управления и дешифратор, а АЦП выполнен с промежуточным преобразованием входных напряжений в частоту. Выходные сигналы СКВТ, модулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса угла (поворота, поступают в АЦП.

В блоках преобразования напряжения в частоту (ПНЧ ) производится модуляция частоты выходными сигналами СКВТ.

Первый и второй реверсивные счетчики суммируют выходные импульсы соответственно первого и второго ПНЧ в первый полупериод несущей выходных сигналов СКВТ с положительным знаком, а во второй полупериод — с отрицательным знаком. В результате за период несущей в реверсивных счетчиках формируются коды, пропорциональные . синусу и косинусу угла поворота.

В блоке деления формируется код тан- с генса угла поворота. В блоке функционального кода тангенс угла преобразуется в линейный код угла М . Для компенсации погрешностей усилителей и ПНЧ предусмотрен второй коммутатор, установленный между выходами ПНЧ и 2 входами реверсивных счетчиков, а время измерения в этом режиме составляет два периода несущей. Сигналы переключения в зависимости от режима работы преобразователя формирует блок управления. 2 з.п. ф-лы, I ил, 2 табл.

1262730

В случае использования преобразо вателя в системе, где измеряемый угол не может превышать 45, в блок о

5 заносится только функция арктангенс, а дешифратор 6 выполняется в. виде элемента гальванической развязки„ так что его выходной сигнал не влияет на функции, реалиуемые дешифратоИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналого-. вых источников информации с цифровым вычислительным устройством. 5

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя.

Преобразователь содержит источник

1 переменного напряжения, синуснокосинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)2, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 4, блок 5 функционального преобразования кода в код, дешифратор 6, блок 7 управления.

АЦП 4 содержит первый 8 и второй

9 усилители, первый 10 и второй 1.1 блоки преобразования напряжения в частоту, коммутатор 12, первый 13 и второй 14 реверсивные счетчики, первый 15 и второй 16 регистры, блок 17 деления и элемент 18 задержки.

Блок 7 управления содержит первый формирователь 19 импульсов, счетчик

20, дешифратор 21, второй формирователь 22 импульсов и шину 23 управления.

Блок 5 функционального преобразо- ЗО вания кода в код может быть выполнен в виде блока постоянной памяти, в .одну половину которой занесена функция арктангенса, а в другую — арккотангенса. 35

При величине измеренного угла о определяемого выходным кодом блока 5, о менее или равным 45, и соответственно величине тангенса этого угла менее единицы, блок 5 реалирует функ" 411 о цию арктангенс, а при М > 45 — арккотангенс. Выбор реализуемой функции осуществляется по сигналу на управляющем входе блока 5 с выхода дешифратора 6. 45

Дешифратор 6 предназначен для опо ределения реализации условия ы 45 или о 45 и может быть выполнен в виде блока сравнения входного кода о с константой, пропорциональной 45 ром 21 и блоком 5, соответствующие управляющие входы которых могут быть соединены с шиной логической единицы °

В случае использования преобразователя в системе, где измеряемый о угол может превышать 90, необходимо ввести блоки определения номера квадранта по выходным сигналам СКВТ

2, осуществляющие подсчет числа переходов через о/2, и соответственно дешифрацию выходного кода с учетом квадранта. Возможно также использование известных схем определения квадранта с выдачей этой информации на выход преобразователя.

Дешифратор 21 выполняется по стандартной методике синтеза цифровых автоматов в соответствии с алгоритмом работы преобразователя,по которому задается таблица истинности,например,в следующем виде (см. табл. 1 и 2) .

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения с источника 1 на выходах СКВТ 2 формируются синусоидальные напряжения, амплитуды которых пропорциональны соответственно синусу и косинусу измеряемого угла Ы . Эти сигналы через усилители 7 и 8 и коммутатор 3 поступают на входы соответствующих блоков 10 и 11. Выходные высокочастотные сигналы блоков 10 и 11 модулируются по частоте пропорционально выходным сигналам усилителей 8 и 9 по синусоидальному закону и поступают через коммутатор 12 на счетные входы соответствующих счетчиков 13 и !

4, в которых накапливается значение интеграла соответствующего выходного сигнала СКВТ 2.

Импульсы на выходе формирователя

19 формируются в каждый из моментов прохождения входного напряжения

СКВТ 2 через нулевое значение.

В соответствии с табл. l рассмотрим работу преобразователя в первом режиме, характеризующемся максимальным быстродействием. В исходном состоянии (фаза несущей выходного напряжения СКВТ 2 равна нулю счетчик

20 обнулен, коммутаторы 3 и !2 пропускают входные сигналы на одноименные выходы, реверсивные счетчики 13 и 14 осуществляют суммирование входных импульсов. Через 1/2 периода напряжения источника 1 формирователь

3 1262

19 сформирует импульс, по переднему фронту которого состояние счетчика

20, дешифратора 21 и управляемых ими блоков изменится в соответствии с табл.1. Теперь счетчики 13 и 14 осуществляют вычитание из накопленного за первый полупериод значения кода импульсов с частотой, пропорциональной напряжению отрицательной полуволны выходных сигналов СКВТ 2. 10

В момент появления третьего импульса на выходе формирователя 19 через период напряжения источника 1 в счетчиках 13 и 14 окажутся зафик сированными величины N, и М, про- 15 порциональные синусу и косинусу угла с поворота.

При этом на входе формирователя

22 появляется перепад напряжения, по которому формирователь 22 формирует импульс, осуществляющий перезапись выходного кода счетчиков 13 и 14 в регистры 15 и 16 соответственно. Через элемент 18 выходной импульс формирователя 22 осуществляет перевод преобразователя в исходное состояние, Результат деления выходных кодов регистров 15 и 16 на выходе блока 17 пропорционален, таким образом, тангенсу измеряемого угла, а выходной 30 код блока 5 пропорционален измеряемому углу. Если значение угла превысит

О

45 (момент перехода через 45 фиксируется дешифратором 6 ), коммутатор

3 переключается так, что в регистр 15З5 заносится значение косинуса измеряемого угла, а в регистр 16 — значение синуса. В блоке 5 по управляющему сигналу дешифратора 6 реализуется при этом функция арккотангенс, так что 40 выходной код блока 6 вновь пропорционален измеряемому углу.

Устройство может работать также во втором режиме повьппенной точности в соответствии с.табл.2. В этом . случае осуществляется периодическое переключение коммутаторов 3 и 12 так, что в течение одного периода напряжения источника 1 первый выходной сигнал СКВТ 2 проходит через уси-50 литель 8 и блок 10, а в течение следующего периода — через усилитель 9 и блок 11. Выходной код счетчиков

13 и 14 переписывается при этом в регистры 15 и 16 после двух периодов выходного напряжения источника

1, при этом компенсируются погреш.ности усилителей 8 и 9 и блоков 10

731 4 и 11 преобразования напряжения в час тоту.

Существенным преимуществом предлагаемого преобразователя является исключение составляющей погрешности, обусловленной появлением в выходном сигнале СКВТ 2 четных гармоник и случайных наводок. Это объясняется тем, что выходной сигнал СКВТ 2 интегрируется в течение одного или нескольких периодов, интеграл же от знакопеременной периодической функции в течение целого числа периодов равен нулю.

Смещение моментов коммутации выходных сигналов СКВТ 2 в коммутаторе 3 по отношению к нулевым значени ям несущей выходных сигналов СКВТ 2 приводит к погрешности второго порядка малости.

Формула изобретений

l. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник переменного напряжения, подключенный к входу синусно-косинусного вращающего трансформатора, выходы которого подключены к информационным входам коммутатора, выходы коммутатора подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к информационным входам блока функционального преобразователя кода в код, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок управления и дешифратор, первь1й вход блока управления соединен с выходом источника переменного напряжения, а второй вход — с первым выходом дешифратора, первый выход блока управления подключен к управляющему входу коммутатора, второй, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам аналого-цифрового преобразователя, второй выход дешифратора подключен к управляющему входу блока функционального преобразования кода в код, выходы которого подключены к входам дешифратора.

2. Преобразователь по и.1, о т л и ч а ю шийся тем, что аналого-цифровой преобразователь содержит первый и второй усилители, первый и второй блоки преобразования на.1 262 (E

Выход счетчцка 20

Вход коммутатора 12

Выход дешифратора 6

Знаковый

Вход коммутатора 3

Вход формирователя 22 вход счетчиков

13 и 14.0

0000 1000

0—

0100

0000

0. 0000 !

1000

0100

0000 пряжения в частоту, коммутатор, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй регистры, блок деления и элемент задержки, входы первого и второго усилителей являются информационными входами .аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго усилителей через пер,вый и второй блоки преобразования напряжения в частоту соответственно подключены к информационным входам

,коммутатора, первый и второй выходы которого подключены к счетным входам первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, выходы разрядов первого и второго реверсивных счетчиков подключены к информационным входам первого.и второго регистров соответственно, выходы которых подключены к входам блока деления, 2р выход блока деления является выходом аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы первого и второго реверсивных счетчиков объедине-. ны, синхронизирующие входы первого и 25 второго регистров соединены с входом ,элемента задержки, выход которого подключен к установочным входам первого и второго реверсивных счетчиков, управляющий вход коммутатора, управ- р З0 Ь ляющий вход первого реверсивного счетчика и синхронизирующий вход первого регистра являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими входами аналого-цифрового преобразователя.

3. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит первый формирователь импульсов, счетчик, дешифратор, второй формирователь импульсов и шину управления, вход первого формирователя импульсов является первым входом блока управления, выход первого формирователя импульсов подключен к информационному входу счетчика, выходы разрядов которого подключены к группе входов дешифратора, первый выход дешифратора подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого подключен к установочному входу счетчика, второй, третий, четвертый выходы дешифратора и выход второго формирователя импульсов являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, один вход дешифратора является вторым входом блока управления, а другой вход дешифратора соединен с шиной управления.

Таблица1

1262730

ТаблиЦа 2

0000

lOOO

О100

1100

0

0010

0 0

0000

1000

0

0100

1100

0

0010

0 0000

Выход счетчика 20

Выход дешифратора 6

Вход формирователя 22

Вход коммутатора 3

Вход коммутатора 12

Знаковый вход счетчиков

13 и 14

1262730

Составитель А. Смирнов

Техред А.Кравчук

Редактор А. Шандор

Корректор Е. Рошко

Заказ 544&/58

Тираж 816

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4