Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. В преобразователь , содержаний первый генератор, синусно-косинусный датчик угла, первый и второй цифроаналоговые перемножители , первый и второй преобразователи кодов, сумматор, блок определения знака, преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик введены второй генератор, ключ, интегратор , устройство выборки и хранения , двоичный сумматор и блок управления . Последовательно соединенные сумматор, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, выпрймитель, преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик и два цифроаналоговых перемножителя образуют измерительный канал, отрабатывающий рассогласование измеренного угла с реальным в одном цикле преобразования. Блок управления вырабатывает напряжения , определяклцие последовательное преобразование сигналов на частотах первого и второго генератора, одна из которьк больше другой в два раза, одним измерительным каналом. При этом за счет формирования определенных интервалов времени замыкания ключа преобразователя на соответствующем этапе цикла преобразования выделяется одна частота выходного сигнала синусно-косинусного датчика угла и полиостью подавляется другая, за счет чего исключается погрешность, обусловленная температурной нестабильностью характеристик узлов преобразователя , 1 з.п. ф-лы, 3 ил. i (Л N9 СО 00 ОО iif IsD

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU„„1293842

А1 (11 4 Н 03 М 1/48, 1/64

OllHCAHHE ИЗОБРЕтЕНия

К ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛ СТВУ

" со

I !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTXPblTHA (21) 3961444/24-24 (22) 09,10.85 (46) 28.02.87.Бюл. И 8 (72) А.С.Баталии, М.Ю.Виноградов, Ю.Д.Иванов, Ал.В.Логинов, Анд.В.Логинов и С.В.Терещенко (53) 681.325 (088. 8) (56) Зверев А.Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код, Л.: Энергия, 1974, с.141-146, рис.67.

Авторское свидетельство СССР

В 980112, кл. Н 03 M 1/48, 1981 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Пелью изобретения является повышение точности преобразователя. В преобразователь, содержащий первый генератОр, синусно-косинусный датчик угла, первый и второй цифроаналоговые перемножители, первый и второй преобразователи кодов, сумматор, блок опреде" ления знака, преобразователь напряжение — частота, реверсивный счетчик введены второй генератор, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, двоичный сумматор и блок управления. Последовательно соединенные сумматор, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, выпрямитель, преобразователь напряжение — частота, реверсивный счетчик и два цифроаналоговых перемножителя образуют измерительный канал, отрабатывающий рассогласование измеренного угла с реальным в одном цикле преобразования.

Блок управления вырабатывает напряжения, определяющие последовательное преобразование сигналов на частотах первого и второго генератора, одна из которых больше другой в два раза, Q одним измерительным каналом. При этом эа счет формирования ооранвлвн- (/) ных интервалов времени замыкания ключа преобразователя на соответствующем этапе цикла преобразования вы- а деляется одна частота выходного сигнала синусно-косинусного датчика yr

IeeeL ла и полностью подавляется другая, за счет чего исключается погрешйость, CO обусловленная температурной неста- ф© бильностью характеристик узлов преобразователя. 1 s.ï. ф-лы, 3 ил. 4ь 1293842

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к преобразователям угла поворота вала в код, Цель изобретения — повышение точности преобразования.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2 структурная схема варианта реализации блока управления; на фиг. 3— диаграммы работы преобразователя.

Цифровой преобразователь угла содержит первый 1 и второй 2 генераторы, синусно-косинусный датчик 3 угла, первый 4 и второй 5 цифроаналоговые перемножители, блоки 6 и 7 преобразования угла в код, сумматор

8, ключ 9, интегратор 10 блок 11 управления, устройство 12 выборки и хранения, двоичный сумматор 13, выпрямитель 14 блок 15 определения знака, преобразователь 16 напряжение — частота (ПНЧ), реверсивный счетчик 17. Блок 11 управления (фиг.2) содержит первый 18 и второй

19 ключи, нуль-компаратор 20; первый 2ll и второй 22 элементы И, первый 23, второй 24 и третий 25 одно вибраторы, D-триггер 26, первый 27 и второй 28 Т-триггеры. На диаграммах фиг. 3 позициями 29 и 30 обозначены выходные сигналы первого 1 и второго 2 генераторов, позицией

31 — напряжение на прямом выходе второго Т-триггера 28, позицией 32— выходной сигнал-нуль-компаратора 20, позицией 33 — выходное напряжение

D-триггера 26, позицией 34 — выходной сигнал первого элемента И 21, позицией 35 — выходное напряжение гервого Т-триггера 23, позициями

36 - 38 — выходные сигналы соответственно первого 23, второго 24 и третьего 25 одновибраторов.Последовательно соединенные сумматор, ключ, интегратор и два цифроаналоговых перемножителя, выходы которых подключены к входам сумматора, составляют единственный измерительный канал, т.е. в предлагаемом устройстве исключена погрешность, вызванная неравенством коэффициентов передачи двух измерительных каналов, Блок управления вырабатывает напряжения, определяющие последовательное преобразование сигналов на частотах первого и второго генераторов одним измерительным каналом. При эхом эа счет формирования определенных интервалов времени замыкания ключа преобразователя на соответствующем этапе преобразования выделяется одна частота выходногG сигнала синусно-косинусного датчика угла и полностью подавляется другая, таким образом исключается погрешность, обусловленная температурной и вре менной нестабильностью характеристик полосовых фильтров, выделяющих сигналы рабочих частот измерительных каналов устройства-прототипа.

Преобразователь работает следую щим образом.

На входы синусно-косинусного датчика 3 (СКДУ) от первого 1 и второго 2 генераторов подаются напряжения одинаковой амплитуды, отличающиеся по частоте в два раза (фиг.3, поз.29, 30):

U„= U sine t

U, = U sin (2DС+Ч)1 где Ф вЂ” произвольный фазовый сдвиг, Сигналы на выходах СКДУ 3 можно представить в виде

U21 U1 cosd + U12 э пы

= П cos N + П sinN.

Е1

После

U и

"Е подстановки соотношений для

Ь преобразования получим:

= U» sin (24t + v) sin (d.-N) +

+ U э п) t соэ (д-- N).

B начале цикла преобразования единичным потенциалом с инверсного выхода второго Т-триггера 28 открыв1 где с — угол поворота ротора СКДУ 3.

Перед очередным циклом преобразования все триггеры блока 11 управления находятся в нулевом цикле (состоянии), и на второй вход второго разряда.2-разрядного двоичного счетчика 13 поступает сигнал логическо40 го "011 с выхода второго Т-триггера

28 (фиг.2). Выходной код 2-разрядного двоичного сумматора при этом равен его входному коду, и на входы блоков 6 и 7 преобразования кодов

45 подается код, равный выходному коду

N преобразователя, а напряжение на выходе сумматора 8 описывается выражением

1293842

Ucajt К sin (4- 1 1) °

3 (2) В момент времени t = t по отрицательному перепаду сигнала на выходе первого элемента И 21 первый

Т-триггер 27 устанавливается в единичное состояние (фиг,3, поз.35), а в момент времени t = t по второму отрицательному перепаду на Т-входе первый Т-триггер 27 устанавливается в нулевое состояние и пб отрицательному перепаду сигнала на его выходе второй Т-триггер 28 устанавливается в единичное состояние (фиг.31). При этом первый ключ 18 блока 11 управления закрывается, а второй ключ 19 блока 11 управления открывается и на вход нуль-компаратора 20 поступает сигнал U первого генератора11

1. По отрицательному перепаду выходного сигнала первого Т-триггера 27 (поз.44 при t = t ) также запускается первый одновибратор 23, Bhlxo gH сигнал которого(поз.36) устанавлива45

55 ется первый ключ 18 блока 11 управления, и сигнал U, второго генератора 2 поступает на вход компаратора 20.

При положительной полуволне сигнала U (фиг.3 поз.30) на выходе нуль-компаратора 20 будет устанавливаться единичный потенциал (поз.32).

При первом переключении компаратора 20 из нулевого состояния в единич- ное D-триггер 26 устанавливается в ,единичное состояние, и на выходе первого элемента И 21 установится единичный потенциал (поз.32,34 при

t, ) ° Этим потенциалом отпирается ключ 9, и на вход интегратора 10 в .течение двух положительных полупериодов сигнала и второго генератора

12

2 будет поступать выходное напряжение U сумматора 8. Такое управление ключом 9 обеспечивает полное подавление гармонической составляющей частоты м) = iJ первого генератора 1. Так как на данном этапе преобразования интегрирование выходно25 го сигнала сумматора 8 происходит в течение двух равных промежутков времени, сдвинутых один относительно другого на величину 4l /u) поэтому

1 к моменту времени t t выходное з напряжение интегратора 10 будет пропорционально амплитуде сигнала частоты и1; — 2 и второго генератора 2 (cM (1): ет в нулевое состояние D-триггер 26 (поз,42 при t = t ) и удерживает его в этом состоянии.

Единичный потенциал с выхода второго Т-триггера 28 поступает на второй вход второго разряда 2-разрядного двоичного сумматора 13.При этом код, поступающий на входы блоков 6 и 7 преобразования кода угла в коды синуса и косинуса угла, увеличивается на Л /2 по сравнению с выходным кодом преобразователя.Напряжейие на выходе сумматора 8 в этом случае описывается формулой

=U cos (N+ — — ) +

Il

Е2 2

Э

+U sin (N+- — )

22 2 которая после преобразования примет следующий вид:

sin > t sin (d- N) — U sin (2dt + y ) соз (d. — N) . (3) При переходе напряжения U„, первого генератора 1 через нулевое значение из области отрицательных в область положительных значений (фиг.3, поз.29 при t = t ) на выходе нуль1 компаратора 20 устанавливается единичный потенциал, При этом единичный потенциал устанавливается также на выходе D-триггера 26 и на выходе первого элемента И 21, открывается ключ 9, и на вход интегратора 10 поступает выходное напряжение У сумматора 8. По окончании положительного полупериода сигнала U ïåðâîãî генератора (фиг.3, поз.29 при t сз) на выходе компаратора 20 и, следовательно, выходе первого элемента И 21 устанавливаются нулевые потенциалы.

Ключ 9 запирается, отключая интегратор 10 от выхода сумматора 8, На рассматриваемом этапе интегрирования выходного сигнала сумматора 8 полностью подавляется гармоническая составляющая частоты м) = 2 второго генератора 2, так как время интегрирования (интервал Ы = t — на

5 фиг.3) здесь равно периоду изменения этого сигнала. В,соответствии с выражениями (2) и (3) выходное напряжение интегратора 10 к моменту времени

Б 1293842

20

i + . сТ с,ll !4(„) .

= К sin (d — N) К sin (d.—

1

N). (4) Гармонические колебания частоты

М 2и3 в выражении (1). и частоты

u3, = u3 в выражении (2) помимо полезной составляющей, амплитуда которой пропорциональна значению sin (сК- N) как и у устройства- прототипа, имеют составляющие, обусловленные неравенством коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток

СКДУ 3. Амплитуды этих составляющих примерно равны, а фазы (относительно полезных составляющих) противоположны, поэтому при суммировании на интеграторе 10 (4) они, также как у устройства-прототипа, будут взаимно компенсироваться и практически не будут влиять на выходной сигнал интегратора 10.

Отрицательным перепадом сигнала на выходе первого элемента И 21 первый Т-триггер 27 устанавливается в единичное состояние (фиг.3, поз.35 при t = t. ), его выходным сигналом через второй элемент И 22 запускается второй одновибратор 24. Выходной сигнал второго одновибратора 24 устанавливает в нулевое состояние первый и второй Т-триггеры 27 и 28 и запускает третий одновибратор 24, Отрицательным перепадом напряжения на выходе первого Т-триггера 27 запускается первый одновибратор 23, устанавливающий в нулевое состояние

D-триггер 2б. Выходной сигнал второго одновибратора 20 поступает на управляющий вход устройства 12 выборки и хранения, и на выходе устройства 12 выборки и хранения устанавливается напряжение, равное выходному напряжению интегратора 1О. Выходной сигнал третьего одновибратора

2S поступает на вход сброса интегратора 10, и на выходе интегратора 10 устанавливается в нулевое напряжение.

На этом очередной-цикл преобразования завершается. Если И Фсс, то выходное напряжение интегратора 10 и, следовательно, устройства 12 выборки и хранения к концу очередного цикла преобразования отлично от нуля.

Это напряжение через выпрямитель 14 поступает на преобразователь 16 напряжения в частоту, и на его выходе возникает последовательноСть импульсов, изменяющих состояние реверсивного счетчика 17, выходной код которого поступает на выход преобразователя, Направление изменения выходного кода реверсивного счетчика 17 определяется полярностью сигнала на выходе устройства 12 выборки и хранения, Изменение выходного кода преобразователя происходит до достижения равенства N = w, В установившемся режиме при любом сочетании фаз сигналов первого 1 и второго 2 генераторов один цикл преобразования длится не более двух периодов изменения выходного сигнала первого генератора 1. При этом длительность импульсов первого,, второго и

9. третьего 7 одновибраторов 13 — 25 должны удовлетворять следующему неравенству:

Таким образом, в преобразователе наряду с компенсацией погрешностей, обусловленных неравенством коэффициентов передачи и неортогональностью обмоток СКДУ 3, исключены погрешности, вызванные разными коэффыциентами передачи измерительных каналов, а также температурной и временной нестабильностью частотных характеристик полосовых фильтров, предназначенных для выделения сигналов рабочих частот измерительных каналов устройства-прототипа.

Это позволяет повысить точность преобразования угла поворота вала в цифровой код и, следовательно, снизить, например, погрешности цифровых авто- матических систем передачи угла, Формула изобретений

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-коси" нусный датчик, один вход которого соединен с выходом первого генератора, выходы синусно-косинусного дат- чика соединены с аналоговыми входами соответственно первого и второго цифроаналоговых перемножителей, выходы которых подключены к входам сумматора, преобразователь напряжение— частота, и блок определения знака, выходы которых подключены соответственно к счетному и управляющему входам реверсивного счетчика, выходы младших разряцов которого подключе1293842 ны к группам входов первого и второго преобразователей кодов, выходы которых подключены к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых перемножителей, выходы реверсивного счетчика являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок управления, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, выпрямитель, двоичный сумматор и второй генератор, выход которого соединен с другим входом синусно-косинусного датчика и одним входом блока управления, другой вход которого соединен с выходом первого генератора, а первый выход подключен к управляющему входу ключа, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к информационному входу интегратора, установочный вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а выход подключен к входу блока определения знака и через выпрямитель — к входу преобразователя напряжение — частота, выходы двух старших разрядов реверсивного счетчика подключены к одним входам соответствующих разрядов двоичного сумматора, другой вход первого разряда двоичного сумматора подключен к шине нулевого потенциала, а другой вход второго разряда двоичного счетчика соединен с четвертым выходом блока управления.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит два ключа, нулькомпаратор, два элемента И, три одновибратора, два Т-триггера и D-триггер, информационные входы первого и второго ключей являются соответственно одним и другим входами блока управления соответственно, выходы ключей соединены с входом нуль-компаратора, выход которого подключен к С-входу D-триггера и одному входу первого элемента И, другой вход которого соединен с прямым выходом

D-триггера, а выход подключен к Твходу первого Т-триггера, прямой выход которого через первый одновибратор подключен к R-входу D-триггера, первому входу второго элемента

И и к Т-входу второго Т-триггера, прямой выход которого является чет25 вертым выходом блока управления и подключен к управляющему входу второго ключа и к второму входу второго элемента И, выход которого чере второй одновибратор подключен к

R-входам первого и второго Т-триггеров и входу третьего одновибратора, выход которого является вторым выходом блока, выход второго одновибратора является третьим выходом блока, З5 инверсный выход второго Т-триггера подключен к управляющему входу первого ключа, выход первого элемента ,И является первым выходом блока.

1293842

Составитель М.Сидорова

Техред В.Кадар

Корректор М.Самборская

Редактор Э.Слиган

Заказ 396/59 Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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