Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение может быть использовано в цифровых системах автоматического управления и робототехнике для высокочастотного преобразования угла поворота двухотсчетного синусно-косинусного вращающегося трансформатора в код и скорость изменения угла . С целью повышения точности и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угла в преобразователь, содержащий синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы грубого и точного отсчетов , селекторы октанта грубого и точного отсчетов, два дифференциальных усилителя, два демодулятора, реверсивный счетчик, блок выбора каналов, интегратор и преобразователь напряжение - частота, введены два цифроаналоговые преобразователя, два посто ,янных запоминающих устройства, два блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фильтра И, блок определения октанта, а реверснвньм счетчик выполнен с входами предустановки и управления предустановкой. Преобразователь имеет два канала преобразования - точ-. ньй и грубый, состоящий каждый из селектора октантов, цифроаналогового преобразователя, постоянного запоминающего устройства, блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, дифференциального усилителя, демодулятора, фильтра. Сигналы рассогласования каждого канала поступают на блок выбора каналов, который подключает соответствующий с ю сигнал к отсчетной части, состоящей из интегратора, преобразователя на (Л пряжение - частота и реверсивного счетчика. Блок определения октанта определяет код октантов и производит перезапись этого кода в реверсивньш счетчик, ограничивая максимальное рассогласование на уровне 45 . В режиме согласования отсчетов преобразователь отрабатьшает напряжение рассогласования грубого отсчета, в реto жиме отработки угла поворота синусно0 СП косинусного вращающегося трансформатора - напряжение рассогласования точного отсчета. Напряжение:на выходе интегратора характеризует скорость изменения угла поворота. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 Н 03 M 1/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3882500/24-24 (22) 10.04.85 (46) 07.11.86. Бюл. Ф 41 (72) В.Д. Вогданов и Ю.С. Смирнов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1088045, кл. G 08 С 9/00, 1984.

Вуливет Дж. Датчики в цифровых системах. Пер, с англ. M.: Энергоиздат, 1981, с. 157, 158, рис. 6.15. (54) ДВУХОТСЧЕТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД (57) Изобретение может быть использовано в цифровых системах автоматического управления и робототехнике для высокочастотного преобразования угла поворота двухотсчетного синусно-косинусного вращающегося трансформатора в код и скорость изменения угла. С целью повышения точности и бы— стродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угла в преобразователь, содержащий синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы грубого и точного отсче тов, селекторы октанта грубого и точного отсчетов, два дифференциальных усилителя, два демодулятора, реверсивный счетчик, блок выбора каналов, интегратор и преобразователь напряжение — частота, введены два цифроаналоговые преобразователя, два посто,янных запоминающих устройства, два блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фильтра И, блок определения октанта, а реверсивный счетчик выполнен с входами предустановки и управления предустановкой. Преобразователь имеет два канала преобразования — точный и грубый, состоящий каждый из селектора октантов, цифроаналогового преобразователя, постоянного запоми— нающего устройства, блока элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, дифференциального усилителя, демодулятора, фильтра.

Сигналы рассогласования каждого канала поступают на блок выбора каналов, который подключает соответствующий сигнал к отсчетной части, состоящей из интегратора, преобразователя напряжение — частота и реверсивного счетчика. Блок определения октанта определяет код октантов и производит перезапись этого кода в реверсивный счетчик, ограничивая максимальное о рассогласование на уровне 45 . В режиме согласования отсчетов преобразователь отрабатывает напряжение рассогласования грубого отсчета, в режиме отработки угла поворота синуснокосинусного вращающегося трансформатора — напряжение рассогласования точного отсчета. Напряжение.на выходе интегратора характеризует скорость изменения угла поворота. 2 s.n. ф-лы, 4 ил.

1269265

11 3 об (? « 1 ение относится к ав томатике и вычислительной технике и может быть испо. ьз ?нано н цифровых системах автома гического управления, измерительной технике и робототехнике для 5 высокочастотного преобразования угла в цифровой код при работе с. датчиками уггла точного и грубого отсчетов, выходные сигналы которых пропорциональны синусу и косинусу измеряемого уг- 10 ла

Преобразователь работает следующим образом.

При включении преобразователя выходные напряжения синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) 1 точного отсчета (ТО) U U, и СКВТ 2 грубого отсчета (ГО) U и ГГ ., пропорциональные синусу и косинусу угла поворота соответствующего СКВТ (Ui =

2 г

=Usinut sin1?8, Ъ =Usinut cos р U2=

=Usinat sine ГГ =Г1з1пМ cose) постуЦель изобретения — повышение точности и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угл.".. 15

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — бпок определения октанта; на фиг. 3 — блок выбора каналов; на фиг. 4 — временные диаграммы работы селекторов ок- 20 танта точного и грубого отсчетов.

Преобразователь содержит синуснокосинусный вращающийся трансформатор 1 точного отсчета, синусно-коси— нусный вращающийся трансформатор 2 грубого отсчета, селектор 3 октанта точного отсчета, селектор 4 октанта грубого отсчета, цифроаналоговые преобразователи 5 и 6, постоянные запоминающие устройства 7 и 8, дифферен- 30 циальные усилители 9 и 10, демодуляторы 11 и 12, фильтры 13 и 14, блок

15 выбора каналов, интегратор 16, преобразователь 17 напряжение — частота, ренерсивный счетчик 18, блоки

19 и 20 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, шину 21 опорного сигнала, блок 22 определения октанта, содержащий резис— торы 23-27, дифференциальные усилите— ли 28 и 29, компараторы 30-33, ключи 40

34 и 35, регистр 36, элементы ИСКЛЮЧАЮЩИЕЕ ИЛИ 37 и 38, одновибра.торы

39-41, резистор 42, шину 43 нулевого потенциала. Блок 15 выбора каналов содержит ключи 44 и 45, компараторы 45

46 и 47, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48, инвертор 49, источник 50 питания. пают на селекторы 3 и 4 октанта ТО и

ГО, осуществляющих приведение выходных напряжений СКВТ в верный октант / в соотнетствии с кодом октан г» каждо( го отсчета. Выходные напряжения П

U2 СКВТ 2 ГО поступают также на блок

22 определения октантов, формиру.ощий три разряда кода октант» Е,, 1 0 и импульсы записи этого кода в ревер— г сивный счетчик 18. Напряжения Uq,U4 с выхода селектора 4 октантов ГО поступают: на прямой вход дифферен( циального усилителя 10 — U, на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 6 — U, . .На цифровые

2 входы ЦАП 6 поступают код Г с выв хода постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 8, равный коду тангенса угла Д<, зафиксированному н реверсивном счетчике 18 в момент включения преобразователя, На выходе усилителя

10 напряжение U равно

Это напряжение является напряжением рассогласования грубого отсчета и равно для нечетных октантон ГО

zo

sin(6.„-3 ? )

=Usinut

<о созФ для четных октантов ГО:

s1I1(8 pg -9r )

=Usinut ю siqq ô у i,/4) Напряжение рассогласования ГО Ц,? обрабатывается демодулятором 12 и фильтром 14. Демодулятор 12 осуществляет выпрямление напряжения Г?„, с учетом фазы опорного напряжения ГГ

При совпадении фаз напряжений ГГ,О и

U o на выходе демодулятора 12 положительное напряжение, при несовпадении фаз — отрицательное. Полярность напряжения U определяет отстает или опережает значение кода угла Ф1 угол

2О

8 „р . Напряжение Ui2 поступает на фильтр 14, который выделяет постоян- ную состанляющую напряжения рассогласования U и подавляет гармоники опорного напряжения Г1,?. С выхода фильтра )4 постоянное напряжение U 4 характеризующее ошибку преобразователя в канале ГО, поступает на блок

15 выбора канала. Напряжение рассогласования н канале ГО не может быть о больше чем «+45, за счет того, что код октантон ГО F перезаписывается в старшие три разряда реверсивного счетчика 18 импульсом записи U2i сформированным из первой полуволны опорного напряжения U4. В блоке 15

1269265 4 выбора канала напряжение U« срав— нивается по уровню с опорным напряжением соответствующего знака, результат сравнения определяется выражением

Если напряжение !!(превышает по абсолютной величине пороговое напряже( ние (Ч ((i то оно проходит на выход 10 блока !5 выбора канала и через интегратор 16 и преобразователь 17 напряжения частоты (ПНЧ ) управляет реверсивным счетчиком 18. С выход преобразователя 17 импульсы поступают на 15 вход суммирования или вычитания реверсивного счетчика 18 в зависимости от полярности IJ6 . Уменьшение напряжений рассогласования !.,„„ и 1!(в канале ГО продолжается до тех пор, по- 20 ка напряжение рассогласования V1<

ГО пе станет меньше по абсолютной величине порогового напряжения (11 ) в блоке 15 выбора канала, соответствующего эквивалентному рассогласова- 25 о нию 45 для канала ТО. В этот момент блок 15 выбора канала замыкает отсчетную часть преобразователя через канал ТО, подключая к входу интегратора !6 напряжение рассогласования

U > ТО. Время согласования отсчетов определяется числом разрядов М, N канала ГО, ТО и частотой преобразователя 17 и равно для начального рассогласования 180

80 2

1 где с = — — — период изменения (И младшего разряда реверсивного счетчика 40

18 при максимальной частоте преобразователя 17.

Время согласования отсчетов при

О начальном рассогласовании 45 ГО рав-45 но

М-3 (2

t45

Напряжение рассогласования в точном отсчете формируется аналогично 50 грубому отсчету. Приведенные в первый октант селектором 3 ТО и кодом

I 7

Фг напряжения U и U поступают: на ( прямой вход усилителя 9 — U на г аналоговый вход — U . На цифровые 55 входы ЦАП 5 поступает код F с выхода ПЗУ 7, равный коду тангенса угла

Ф . Выходное напряжение ЦАП 5 U>, равное произведению кода 1 и напряг жения Б, поступает на инвертирующий вход усилителя 9. Напряжение,! равно р "т 5 3 3 7

Напряжение U является напряжением рассогласования точного отсчета и равно для нечетных октантов ТО то

sin(8,p -РФ )

U =Usinut

cos РФ.3

Для четных октантов ТО U равно

sin((9,р -РФ ) з п(РФ + /4)

Напряжение Uð поступает на демодулятор 11, где выпрямляется с учетом фазы опорного напряжения U . Полярность напряжения U определяет отН стает или опережает значение кода то рФ < угол 9„. Напряжение 11„поступает на филь:р 3, который выделяет постоянную составляющую напряжения и подавляет гармоники опорного напряжения . С выхода преобразователя 17 импульсы поступают на входсуммирования или вычитания реверсивного счетчика 18 в зависимости от полярности U соответствующей по(6 лярности напряжения рассогласования

U ТО. Младшие разряды реверсивного счетчика 18 изменяются, уменьшая напряжение рассогласования U> ТО.

Напряжение рассогласования V умень ( шается до тех пор пока не станет то равным нулю, в этом случае угол 8, равен углу РФ и, с учетом того, что то

g „равен Ф,, на выходе реверсивного счетчика 18 зафиксирован код угла Ф, равный углу 8 поворота входного вала.

При изменении угла 0 напряжение рассогласования U, U TO остается близким к нулю, так как отсчетная часть преобразователя, замкнутая через канал ТО, непрерывно отслеживает изменения входного угла 8 . В реверсивном счетчике 18 при этом изменяются как младшие Ф и Фг разряды кода угла, так и старшие Ф(и Ф разряды кода угла. Напряжение рассогласования V, U1 канала ГО остается при этом меньшим порогового напряжения

lUnl за счет непрерывного изменения старших разрядов кода угла Ф, и Ф

ГО. С блока 22 определения октанта в реверсивный счетчик 18 происходит перезапись с частотой опорного напря жения Uо кода октантов F ГО, которая гарантирует что при случайных сбоях, резком изменении угла 8 напряжение рассогласования U< в канале

1769265! О HP п1зевысит Величины, эккикаленто ной 45 ГО, и при переключении отсчетной части на канал ГО преобразователь сможет быстро отследить входной угол 8 . При.нормальной работе пре- 5 образователя код октантов Е„ ГО, перезаписываемый в три старших разряда реверсивного счетчика 18, не изменяет его состояния и не приводит к изменению напряжения рассогласова- 10 ния П,4 ГО. Напряжение U;6 с выхода корректирующего устройства 16 характеризует скорость изменения угла и его величина определяется как скоростью изменения угла, так и числом 15 разрядов преобразователя и крутизной передаточной характеристики преобразователя 17. Полярность этого напряжения определяет направление изменения угла 8, что дает дополни†20 тельную информацию об изменении входного угла преобразователя.

Предлагаемый преобразователь поз в оляе т п олучить высокое быстродей?5 ствие и точность преобразования угла в код без увеличения основной точности каналов ГО и ТО. ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий шину опорного сигнала, подключенную к первым входам первого и второго демодуляторов и входам синусно-коси- З5 нусных вращающихся трансформаторов точного и грубого отсчетов, выходы которых попарно подключены к информационным входам соответственно селектора точного и селектора грубого отсчетов, первый и второй дифференциальные усилители, выходы которых подключены к вторым входам, соответ— ственно первого и второго демодуляторов, блок выбора каналов, выход которого через интегратор соединен с входом преобразователя напряжение — частота, выходы которого подключены к информационным входам реверсивного счетчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угла, в него введены два цифроаналоговых преобразователя, ,два постоянных запоминающих устройства, два фильтра, два блока элементов

ИСКЛ10ЧАБЩЕЕ ИЛИ и блок определения октанта, селекторы грубого и точного отсчетов выполнены в киде селекторов октантов, а рекерсикный счетчик выполнен с входом предустановки и входом управления предустановкой, первый и второй выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора грубого отсчета подключены соответственно к первому и второму входам блока определения октанта, к третьему входу которого подключена шипа опорного сигнала, информационный и управляющий выходы блока определения октан-— та подключены соответственно к входу предустановки и входу управления предустано|зкой реверсивного счетчика, первая группа выходов которого подключена к входам первого блока элементов ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через первое постоянное запоминающее устройство подключены к цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, выход которо—

1 о подключен к ин;зерсному входу первого дифференциального усилителя, к прямому входу которого подключен первый выход селектора октантов точ— ного отсчета, второй выход которого подключен к аналоговому входу первого цифроаналогового преобразователя, вторая группа выходов реверсивного счетчика подключена к входам второго блока элементов ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через второе постоян-. ное запоминающее устройство подключены к цифровым входам второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключеь к инверсному входу второго дифференциального усилителя, к прямому входу которого подключен первый выход селектора октантов грубого отсчета, второй выход которого подключен к аналоговому входу второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго демодуляторов соответственно через пер— вый и второй фильтры подключены к первому и второму входам блока выбора каналов, выходы трех старших разрядов первой и второй группы выходов реверсивного счетчика подключены к управляющим входам соответственно селектора октантов точного отсчета и селектора октантов грубого отсчета.

2. Преобразователь по п. 1, о.т л и ч а ю шийся тем, что блок определения октанта содержит шесть резисторов, два дифференциальных уси1269265 лителя, четыре компаратора,два ключа, три одновибратора, регистр, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и шину нулевого потенциала, инверсный вход первого компаратора является первым входом блока определения октанта и через первый и второй резисторы соответственно подключен к инверсному и прямому входам первого дифференциального усилителя, выход которого через третий резистор подключен к своему инверсному входу, а прямой вход — к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к шине нулевого потенциала и информационному входу второго ключа, выход которого подключен к прямому входу второго дифференциального усилителя и через четвертый резистор — к инверсному входу второго компаратора, который является вторым входом блока определения октанта, который через пятый резистор подключен к инверсному входу второго дифференциального усилителя, в ход которого подключен к инверсному входу третьего компаратора и через шестой резистор — к своему инверсному входу, выход первого дифференциального усилителя подключен к прямому входу третьего компаратора, выход которого подключен к первому информационному входу регистра, к второму и третьему информационным входам которого подключены выходы соответственно второго и первого компараторов, прямые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, прямой вход четвертого компаратора является третьим входом блока определения октанта, инверсный вход четвертого компаратора подключен к шине нулевого потенциала, а выход через последовательно соединенные первый и второй одновибраторы подключен к входу третьего одновибратора, выход которого явпяется управляющим выходом блока определения октанта, вьгход первого

5 одновибратора подключен к синхровходу регистра, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов ИСКЛЮЧА1ОЦЕЕ ИЛИ, третий выход регистра подключен к второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ, второй и третий выходы

IS регистра подключены к управляющим входам соответственно второго и первого ключей, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и третий выход регистра являются информа2О ционными выходами блока определения октанта.

3. Преобразователь по п, 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок выбора каналов содержит два ключа, два компаратора, элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ .ИЛИ, инвертор и источник питания, информационные входы первого и второго ключей являются первым и вторым входами блока выбора каналов, выходы

30 ключей объединены и являются выходом блока выбора каналов, информационный вход второго ключа подключен к прямому входу первого и инверсному входу второго компараторов, выходы которых подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подклю— чен к управляющему входу второго ключа и через инвертор — к управляющему входу первого ключа, инверсный вход первого компаратора и прямой вход второго компаратора подключены соответственно к положительному и отрицательному выходам источника питания.

)269265

Рие. f

Риг. Р!

1 и е и (Ри .Ф

Составитель В. Подолян

Редактор А. Сабо Техред N.Õîäàíè÷ Корректор А. Тяско

Заказ 6046/58 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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