Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом

 

Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом отно-- сится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в преобразователях угла поворота вала в код и кода в угол поворота вала. С целью повышения точности устройства путем последовательной обработки выходных сигналов синусно-косинусного трансформатора на одних и тех же аналоговых элементах в устройство введены третий, четвертый, пятый и шестой ключи, первый и второй наполнительные элементы (конденсаторы), блок выборки-хранения, повторитель, дифференциальный усилитель и блок управления . Угол поворота преобразуется в Сигналы переменного тока с помощью СКВТ. Блок управления формирует две последовательности временных интервалов, длительность одного из которых пропорциональна дополнению кода N до половины периода Т питающего напряжения, а другая - входному коду N..Сначала интегрируется Напряжение синусной обмотки в течение од-« нс5го временного интервала, определяется погрешность интервала и диффе Г ; ренциального усилителя, которая запоминается на одном конденсаторе, а величина проинтегрированного напряжения запоминается на другом конденсаторе . Потом интегрируется напряжение . косинусной обмотки в течение другого временного интервала и полученное напряжение суммируется с погрешностью я перйым проинтегрированным напряжением. Суммарное напряжение пропорционально синусу разности между углом и кодом. При этом погрешность интегратор от неточности установки начального положения и напряжения смещения его усилителя исключается; кроме того, за счет введения . дифференциального усилителя с коэффициентом передачи К увеличивается в К раз разрешающая способность устройства . 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК аю (и) А1

OD4 НОЗМ 1 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3884690/24-24 (22) 12.04.85 (46) 15.12.86. Бюл. е 46 (72) Н. Ф. Борисов, Г. И. Курахтанов, И. И. Румянцев, В. М. Синюгин и В. Ф. Тараев (53) 681 ° 325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1l 903929, кл. G 08 С 9/04, 1982 °

Авторское свидетельство СССР

9 525998, кл. G 08 С 25/00, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССОГ-

ЛАСОВАНИЯ МЕЖДУ УГЛОМ И КОДОМ (57) Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом отно-сится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в преобразователях угла поворота вала в код и кода в угол поворота вала. С целью повышения точности устройства путем последовательной обработки выходных сигналов синусно-косинусного трансформатора на одних и тех же аналоговых элементах в устройство введены третий, четвертый, пятый и шестой ключи, первый и второй наполнительные элементы (конденсаторы), блок выборки-хранения, повторитель, дифференциальный усилитель и блок управления. Угол поворота преобразуется в сигналы переменного тока с помощью СКВТ. Блок управления формирует две последовательности временных интервалов, длительность одного из которых пропорциональна дополнению кода N до половины периода Т питающего напряжения, а другая — входному коду N.,Ñíà÷àëà интегрируется напряжение синусной обмотки в течение од нбго временного интервала, определяется погрешность интервала и диффе;", ренциального усилителя, которая saпоминается на одном конденсаторе, а величина проинтегрированного напряжения запоминается на другом конденсаторе. Потом интегрируется напряжение.косинусной обмотки в течение другого временного интервала и полученное напряжение суммируется с погреш- ностью и первым проинтегрированным напряжением. Суммарное напряжение пропорционально синусу разности между углом и кодом. При этом погрешность интегратора от неточности установки начального положения и напряжения смещения его усилителя исключается; кроме того, за счет введения, дифференциального усилителя с коэффициентом передачи К увеличивается в К раз разрешающая способность устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

277397 2 напряжение питания (фиг. 4»g с периодом Т для СКВТ U(t) Usin

При повороте вала СКВТ »»а уголь на его выходах вырабатываются напряжения (фиг, 4д,, д,,)

Uù =U(t)si ; Uг =U(t)cosy, >которые поступают на аналоговые входы ключей 3 и 4. Перед началом кажpoãî цикла измерений выходным сигнаБлок 7 преобразования кода во временные интервалы (фиг. 2) содержит первый 18 и второй 19 счетчики, первый 20 и второй 21 элементы И-ИЛИ, инвертор 22, Блок 17 управления (фпг. 3) содержит генератор 23 импульсов, счетчик 24, первый 25, второй 26, третий 27, четвертый 28, пятый 29, шестой 30 и седьмо" 3) элементы И-НЕ, первый 32 и второй 33 элементы И, первый 34, второй 35 и третий 36 триггеры, ипвертор 37 и компаратор 38.

Устройство работает следующим образом. °

Счетчик 24 непрерывно производит подсчет выходных импульсов генератора 23 (фиг. 4а). Выходные сигналы старших разрядов счетчика 24 представлены на временной диаграмме (фчг. 4б,, б, б, б, б ). Элементы И-HE 27-31 и триггеры 35 и 36 вы рабатывают последовательности управляющих импульсов с периодом, равным циклу счетчика 24. С прямого выхода (n-1)- го разряда счетчика 24 импульсы поступают в источник 1 (фиг. 46<), где вырабатывается гармоническое

1 1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях угла поворота вала в код и кода и угол поворота вала., Цель изобретения — повышение точности устройства путем последователь ной обработки выходных сигналов синусно-косинусного трансформатора на одних и тех же аналоговых элементах.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2— структурная схема блока преобразования кода во временные интервалы; на фчг. 3 — структурная схема блока уп— равления, на фиг. 4 — временная диаг рамма работы преобразователя.

Устройство (фиг. 1) содержит источ»п»к 1 питания, синусно-косипусный вращающийся трансформатор (СКВТ, 2, первый 3 и второй 4 ключи, интегратор 5, регистр 6., блок 7 преобразования кода во временные интервалы, блок 8 выборки-хранения, третий 9, четвертый 10, пятый 11 и шестой 12 ключи, повторитель 13, первый 14 и второй 15 наполнительные элемен гы (конденсаторы), дифференциальный уси литель 16, блок 17 управления.

ЗО

JIQM элемента И-НЕ 28 (фиг. 4в ) интегратор 5 устанавливается в нулевое состояние, а в счетчики 18 и 19 (емкостью 2 1>! „,. ) записывается входной код К из регистра 6. Кроме того, старший разряц кода !! с весом Г/4 поступает из регистра 6 »а вход инвертора 22. Компаратор 38 вырабатывает непрерывную последовательность импульсов типа меандр (ф»»»". 4в ) из выходных сигналов источника 1 питания СКВТ. Измерения рассогласования между углом и кодом производятся в о диапазоне»> =0-90 при положительных выходных импульсах компа)GTopG 38, в течение которых элемент И 32 вырабатывает пачки импульсов (фиг. 4в ), поступающие на счетные вхоцы счетчиков 18 и 19. Триггер 34 производит деление на два выхоцных импульсов компаратора Я (;у»»г, -»вю).

Устройство сфазировано таким QG разом, что перед началом положчтельного импульса компаратора 38 в каждом цикле измерения с периодом 2Т срабатывает элемент И-HE 31 (фиг. 4в -) и по его выходному сигналу триггеры

35 и 36 устанавливают ключи 11 и 12 в замкнутое состояние (фиг. 4в1, в ), При этом ключи 3, 4 и 10 разомкнуты а. ключ 9 замкнут. По пр»лходу поло-жительного им» ульса компаратора 38 в момент t< замыкается ключ 10 (фиг. 4в,>) и на вход интегратора 5 гоступает напряжение смегце»»ия 0,,».

Счетчик 18 суммируе г с записанным на него кодом К, а счегчик 19 вычитает из кода М вь»ходнь»е "мпульсы генератора. 23. Временная диаграмма на фиг. 4 представлена для случая когда входной код 1>> созтветствует углу к(ll/4. При посту»ше»»ии: на входы счетчиков 18 и 19 импульсов Н в момент

t»=td +ИТ„ (где Т,„ — период импульсов генератора 23) старший разряд счетчика 19 устанавпивается в "1" (фиг. 4е ) и на выходе элемента ИИЛИ 20 формируется единичный сигнал (фиг. 4e>), который через элемент

77397

3 12

И-НЕ 25 открывает ключ 3 (фиг. 4в„) и закрывает ключ 9 на время, =

=.T/2-2Б Т<„, в течение которого интегратор 5 помимо напряжения U, интегрирует напряжение U . При этом нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 34 не пропускает через элемент 26 выходной сигнал элемента ИИЛИ 21 на управляющий вход ключа 4, который остается закрытым. К концу полупериода на выходе интегратора 5 вырабатывается напряжение (фиг. 4ж)

T . N

=U +U--з пысоз2 ---+U - (1 )

i< о 2<<- с< < 2-, 1 где U — на альное напряжение на выходе интегратора 5; г ь — постоянная времени интегрирования интегратора 5., По окончании положительного импульса компаратора 38 в момент t размыкается ключ 10 и на интеграторе 5 фиксируется напряжение Uö «, ко— торое до момента 1 через замкнутый ключ 11 заряжает конденсатор 14. В момент t< по сигналу элемента И-НЕ

30 (фиг. 4в,<) перебрасывается триггер 36 (фиг, 4вь) и размыкает ключ 11, Из-за наличия паразитной емкости между выходом ключа 11 и его управляющим входом в момент размыкания произойдет скачок напряжения на конденсаторе 14. Величина скачка зависит от соотношения паразитной емкости и емкости конденсатора 14 {например, для ключей 590КЯ2 нпри емкостиконден— сатора 14 скачок напряжения около

5мВ). Дпя того, чтобы дифференциальный усилитель 16 смог, отслеживая этот скачок, зарядить через замкнутый ключ 12 конденсатора l5, вьделен отрезок времени от t до t . Момент

> определяет выходной сигнал элемента И-HE 29 (фиг..4вз), который устанавливает триггер 35 в ксходное состояние (фиг. 4в ) и размыкает ключ 12.

При идеальном дифференциальном усилителе 16 и точных резисторах, установленных в нем, и при идеальном . ключе 11 на выходе дифференциального усилителя 16 цо момента t должно быть нулевое напряжение. Однако в реальных условиях эти узлы имеют технологические разбросы, что приводит к систематическим ошибкам при обработке сигналов, что соответствует появлению напряжения на выходе дифференцкального усилителя 16, которое

55 до момента t зарядит конденсатор 15 через замкнутый ключ 12. В момент времени t< выходнь<м сигналом триггера 35 размыкается ключ 12 и на кон денсаторе 15 зафиксируется напряжение поправки

UÄ=U,, (К,-К,), (2) где К< и К вЂ” коэффициенты передачи усилителя 16 по инвертирующему и неинвертирующему входам.

Затем выходным сигналом элемента

И-НЕ 28 и интервал времени ь -Ст производится установка интегратора 5 в нулевое состояние, а на установочные входы счетчиков 18 и 19 заносится код N из регистра 6. По приходу положительного импульса компаратора

38 в момент tel перебрасывается триггер 34, открывается элемент И-НЕ 26 для прохождения выходного импульса элемента И-HE 21 (фиг. 4е ). Временной интервал от переднего фронта компаратора 38 до начала формирования в момент tq выходного импульса элемента И-ИЛИ .21 составляет Т/4-NTщ .

В момент С9 старший разряд счетчика

18 устанавливается в единичное состояние (фкг, 4е, ) и выходной сигнал элемента И-ИЛИ 21 через элемент И-НЕ

26 открывает ключ 4 (фиг. 4a

Т . N T

П =U«+U-„-coзssin2ii <-+U. < 2 « 2Г которое подается на инверснь<й вход дифференциального усилителя 16. С учетом напряжения U« Kz на конденсаторе 14, сформированного к моменту t окончания предьдущего импульса.компаратора 38, выходное напряжение дифференциального усилителя составит

О =П1< К <-г< К<. С Учетом напряжения поправки 1 „ на конденсаторе 15 входное напряжение блока 8, поступающее по выходному сигналу элемента И-НЕ

27 (фиг. 4в<) на выход устройства (фкг. 4и), составит U«<<„=K< (U« -Uz< ) или с учетом выражений для U«H U <

T N

=К, U — з п (2 << -„-, - а ) . л <.

1277397

Таким образом, напряжение рассогласования Ц „< между углом c(и кодом N измерено и усилено в К, раз.

При этом погрешности интегратора 5 от неточности установки нулевого (начального) положения и напряжения смещения его усилителя исключается„ Кроме того, в К, раз увеличивается разрешающая способность устройства., Это позволяет в К< раз уменьшить влияние паразитных емкостей ключей блока 8 выборки-хранения, что обеспечивает повышение точности устройства не только в одноканальном, но и в многоканальном исполнении. формула изобретения

1 ° Устройство, для измерения рассогласования между углом и кодом, содержащее источник питания, выход которого подключен к входу синуснокосинусного вращающегося трансформатора, первый и второй выходы которого подключены к аналоговым входам первого и второго ключей соответственно, выходы первого и второго ключей объединены, интегратор, регистр, выходы разрядов которого подключены к группе входов блока преобразования кода во временные интервалы, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены третий, четвертый, пятый и шестой ключи, первый и второй накопительные элементы, блок выборки-хранения, повторитель, дифференциальный усилитель и блок управления, первый вход .которого соединен с выходом источника питания, а второй и третий входы — соответственно с первым и вторым выходами блока преобразования кода во временные интервалы, первый выход блока управления подключен к входу источника питания, второй выход — к управляющему входу интегратора и к одному входу блока преобразования кода во временные ин тервалы, третий выход — к другому входу блока преобразования кода во временные интервалы, четвертый> пятый, шестой, седьмой, восьмой и деBsITblH выходы, — к управляющим входам соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, а десятый выход — к управляющему входу блока выборки-хранения, выход первого ключа подключен к аналоговому входу третьего ключа и че5

50 рез повторитель — к аналоговому входу четвертого ключа, выход которого

Подключен к информационному входу интегратора, выход интегратора подключен к инверсному входу дифференциального усилителя, а через пятый ключ — к входу первого накопительного элемента и к прямому входу дифференциального усилителя, выход которого через второй накопительный элемент подключен к аналоговому входу шестого ключа и к информ ционному входу блока выборки-хранения, выходы третьего и шестого ключей подключены к общей шине.

2, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е » тем, что блок преобразования кода во временные интервалы содержит первый и второй счетчики, первый и второй элементы И-ИЛИ и инвертор, установочные входы первого и второго счетчиков попарно объединены и являют< я группой входов блока преобразования кода во временные интервалы, управляющие входы и счетные входы счетчиков попарно объединены и являются соответственно одним и,цругим входами блока преобразования кода во временные интервалы, один вход из группы входов блока преобразования кода во временные интервалы подключен к входу инвертора, первая группа входов первого элемента И-ИЛИ соединена с выходом первого счетчика и выходом инвертора, вторая группа — с выходом второго счетчика и выходом инвертора, третья группа— с выходом первого счетчика, выходом второго счетчика и входом инвертора, первая группа входов второго элемента И-ИЛИ соединена с выходом первого счетчика и входом инвертора, вторая группа — с выходом второго счетчика и входом инвертора, третья группа— с выходом первого счетчика, выходом второго счетчика и выходом инвертора, выходы первого и второго элементов

И-ИЛИ являются соответственно первым и вторым выходами блока преобразования кода во временные интервалы, 3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управленил содержит генератор импульсов, счетчик, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И-НЕ, первый и второй элементы

И, первый, второй и третий триггеры, инвертор и компаратор, вход которого дом п-ro разрядов счетчика, входы шестого элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами (n-1 )-го, (n-3)-ro и инверсными выходами и-го и (n-2)го разрядов счетчика, входы седьмого элемента И-НЕ соединены с инверсными выходами п-го и (n-1)-ro разрядов счетчика, выход третьего элемента

И-НЕ подключен к нулевому входу пер вого триггера, выходы пятого и шестого элементов И-НЕ подключены к одним входам соответственно второго и третьего триггеров, другие входы которых соединены с выходом седьмого элемента И-НЕ, -прямой выход (n-1)-го разряда счетчика, выход четвертого элемента И-НЕ, выход первого элемента И, выход первого элемента И-НЕ, выход второго элемента И-НЕ, выход второго элемента И, выход инвертора, выход третьего триггера, выход второго триггера, выход третьего элемента И-HE являются соответственно первым, вторым, третьим; четвертым, пятым, шестым, седьмым, восьмым, девятым идесятым выходами блока управления.

7 127739 является первым входом блока управления, а выход подключен к входу инвертора, к первым входам первого элемента И, первого и второго элементов ИНЕ и к счетному входу первого тригге- ра, прямой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ соответственно, третьи входы которых являются соответственно вторым и тре- 10 тьим входами блока управления, а выходы первого и второго элементов И-HE подключены к входам второго элемента И, выход генератора импульсов подключен к второму входу первого эле- 15 мента И и к входу счетчика, входы третьего элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами и-го> (и-1)-го и инверсными выходами (и-2)-го и (n-3)-го разрядов счетчика, входы четвертого 20 элемента И-HE соединены с прямыми выходами (n-1)-го, (n-2 )-ro, (n-4)-ro и инверсным выходом (n-3)-го разрядов счетчика, входы пятого элемента

И-НЕ соединены с прямыми выходами (n-1)-ro, (n-2)-го и инверсным выхо1277397

l277397

Рю,к. РT

Ююх gg

Ямд. gg

Ююх M

Юм . Р)

Жмг. 35

Жм. M

Юмг. 1

Рюх М

Ююх.М.Юж . 1Е

Ююх. 1У нюх. ЯР

Рож РР

Ямг. 37

Ююх 5

Рж . 8

Фиг 4.

ВИИИПИ Заказ 6760/57 Тираж 816 Подписное

Произв.-пояигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4