Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналотовых источников информации с ЦВМ С целью повышения быстродействия и упрощения в преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик (СКД) 2, блок 9 определения квадранта,первый 12 и второй 13 регистры последовательных приближений, первый 16 и второй 17 преобразователи кода в напряжение (ПКН), блоки 18, 19 сравнения, блок 1 опорного напряжения, блок 3 эталонного напряжения, регистр 4,введены блок 8 определения максимума напряжения, два пиковых детектора 5,6, блок 10 управления регистрами, г г ko КЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!91 (И) А1 (5D 4 Н 03 М 1/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4025854/24-24 (22) 24.02.86 (46) 30.10,87. Бюл. У 40 (72) М,З.Ннзгурецкий и О.Я.Рудерман (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1144190, кл. Н 03 М 1/48, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Np 947895, кл. С 08 С 9/04, 1980 ° (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике н может быть испольэовано для свяэи аналоговых источников информации с цВИ

С целью повьппения быстродействия и упрощения в преобразователь, содержащий синусно-косннусный датчик (СКД) 2, блок 9 определения квадранта, первый

12 и второй 13 регистры последовательных приближений, первый 16 и второй 17 преобраэователи кода в напряжение (ПКН), блоки 18, !9 сравнения, блок 1 опорного напряжения, блок 3 эталонного напряжения, регистр 4,sseдены блок 8 определения максимума напряжения, два пиковых детектора

5,6, блок 10 управления регистрами, 1349005

5in ч

"сОз р

25 где

30 И

5 > n P °

Ucosg два кодовых преобразователя 16,17, третий регистр 7 последовательных приближений, третий преОбразователь

11 кода в напряжение ° В пиковых детекторах,определяются sin и cos, выходные напряжения СКД2 сравниваются с полученными на выходах ПКН 16,17 напряжениями. Сигнал рассогласования формируется блоками 18, 19 сравнеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с ЦВМ, Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение преобразователя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг,2 структурная схема пикового детектора; на фиг, 3 — структурная схема блока определения максимума; на фиг. 4 — структурная схема блока определения квадранта; на фиг. 5 структурная схема блока управления регистрами; на фиг. 6 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Преобразователь содержит: блок 1 опорного напряжения, синусно-косинусный датчик 2, блок 3 эталонного напряжения, регистр 4, пиковые детекторы 5,6, регистр 7 последовательных приближений, блок 8 определения максимума напряжения, блок 9 определения квадранта, блок 10 управления регистрами, кодовый преобразователь 11, регистры 12, 13 последовательных приближений, кодовые преобразователи

14,15, кодовые преобразователи 16,17 блоки 18,19 сравнения. Каждый пиковый детектор содержит регистр 20 последовательных приближений, преобразователь 21 кода в напряжение, блок

22 сравнения, коммутатор 23, элемент

ИПИ 24.

Блок 8 определения максимума напряжения содержит триггер 25, элемент

И 26, генератор 27 импульсов, счетчики 28,29, дешифраторы 30,31, элемент ния, управляет процессом поразрядного уравновешивания выходных кодов в регистрах 12, 13 в зависимости от кода квадранта через блок 10 управления регистрами. Корректировка изменения опорного напряжения осуществляется с помощью блока 3 эталонного напряжения, преобразователя 11 и регистра

7. 4 з и. ф лы, 6 ил .

ИПИ 32. Блок 9 определения квадранта содержит три нуль-компаратора 33,два ° элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34,35.Блок

10 управления регистрами содержит инвертор 36, три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 37-39, элемент ИЛИ 40.

Преобразователь работает следующим образом, С одного выхода генератора 1 си1О нусоидальное напряжение определенной неизменной амплитуды (фиг. ба) поступает на статорную обмотку синусно-косинусного датчика 2. С синусной и косинусной обмоток датчика 2

" на входы пиковых детекторов 5 и 6 подаются переменные напряжения, амплитуда которых соответственно пропорциональна синусу и косинусу угла поворота датчика 2 (фиг.б Ь,с) и описывается в виде следующих выражений:

U,„„° sinu t ° sin cg (1)

Uî sin u t cosy — амплитуда опорного напряжения, снимаемого с генератора 1 и поступающего на статорную обмотку датчика 2; — частота этого напряжения; — угол поворота оси датчика; — мгновенные значения сигналов, снимаемых соответст35 венно с синусной и косинусной обмоток датчика 2.

Пиковые детекторы 5,6 выполнены в виде преобразователя кода в напряжение последовательного приближения

40 (фиг.2). Работа регистра 20 последо1349005 вательных приближений, а соответственно, и всего пик-детектора, тактируется блоком 8 определения максимума.До момента времени t (фиг,б Ь,с) все выходы регистра 20 установлены в "1", кроме выхода старшего разряда. Такое исходное положение регистра 26 определяется импульсом предустановки (фиг.áh), по окончании которого при тактировании синхроимпульсами (фиг.ám) начинается уравновешивание напряжения преобразователя 21 и напряжения обмоток датчика 2, которые сравниваются блоком 18. В результате уравновешивания на выходе преобразователя 21 к моменту времени С ц„ формируется напряжение, равное по амплитуде величине напряжения обмоток датчика 2, и остается неизменным до прихода следующего импульса предустановки (фиг. 6b,с). Для обеспечения уравновешивания разнополярных сигналов коммутатор 23 осуществляет подачу опорного напряжения положи- 25 тельной либо отрицательной полярности на преобразователе 21 для чего на управляющий вход коммутатора 23 через элемент ИЛИ 24 подается сигнал (фиг бе или f) с блока 9, определяе- 30 мый полярностью сигнала с обмоток датчика 2. Причем по окончании стробимпульса (фиг. ák), поступающего на второй вход элемента 24 с выхода блоKB 8 ° полярнОсть Опорного напряжения 35 становится отрицательной, а выходной сигнал преобразователя 21 положительным (фиг. бс) .

После прохождения пик-детекторов

5,6 переменные сигналы, снимаемые с 40 обмоток датчика 2, преобразуются в сигналы, постоянные в течение цикла преобразования, величины которых соответствуют амплитудам переменных сигналов (фиг, 6b,с):

= Uoï в1пЧ (2)

У Б „ сов с

Сигналы с выходов пик-детекторов

5 6 сравниваются на блоках 18, 19 с выходными напряжениями преобразователей 16,17, соответственно описываемыми следующим образом: вы (6 (3) (:o5(p» 11о((» К сОз(» » амплитуда сигналов на выходе преобразователей 16,17; амплитуда эталонного опорного напряжения, снимаемого с выхода блока 3 опорного напряжения; коэффициент, характериэук(щий нестабильности где

UÎ(I т опорного напряжения генератора I, изменение коэффициента трансформации датчика 2,нестабильности входных каскадов и т.д.;

С, — искомое значение угла в двоичном коде.

Таким образом, при Сов - Цоп ъ К получаем (= д, т.е. угол поворо та вала датчика преобразуется в искомый код.

Для формирования напряжений (3) регистры 14,15 по окончании импульса предустановки с выхода блока 8 (фиг.ák) формируют код угла (,, для чего через блок 10 замыкается обратная связь с выходов блоков 18,19.на информационные входы регистров 14,15.

После преобразования кода угла с, в код san(f,, cos ц», в кодовых преобразователях 18,19 они поступают- на цифровой вход преобразователей 16,17 соответственно. В качестве опорного на вход преобразователей 16,17 подается напряжение, равное К 0в„, с выхода преобразователя 11, на опорный вход которого поступает 1)о„, с вы- хода источника 15 постоянного тока, выбираемое из соотношения 0 „ а на цифровой вход преобразователя

ll поступает код К с выхода регистра

13 поиска. Код угла q, полученный в регистрах 12,13 и равный углу поворота оси датчика ц», по фронту строб-импульса из блока 8 (фиг.бЬ) записывается в регистр 4 совместно с разрядами 90 и 180, формирующими1349005 ся в блоке 9 определения квадранта (фиг.4), Значение разрядов 90 и 180 зависит от соотношения фаз гармоничес5 ких сигналов, следующих с выхода генератора 1, синусной и косинусной обмоток датчика 2 на входы нуль-органов 33 блока 9, причем при совпадении фаз сигналов с выхода генератора 1 и синусной обмотки датчика 2 (фиг. 6е) разряд 180 принимает нулевое значение, а при несовпадении"1" что реализуется на элементе

У о

ИСКЛЮЧАМЩЕЕ ИЛИ 34. Разряд 90 прини- 15

"мает нулевое значение при совпадении фаэ сигналов синусной и косинусной обмоток датчика 2 и равен "1" при несовпадении фаэ, что реализовано на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35. Лля слу- 2р чая, представленного на фиг, 6, разряд 180 = 0

2-й квадрант, разряд 90 = 1

Уравновешивание сигналов с выходов пик-детекторов 5,6 и преобразователей

16,17 происходит следующим образом.

Сравнение этих сигналов осуществляется блоками 18,19, сигнал с вы- 30 хода которых поступает на входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 39,38 блока 10 управления регистрами (фиг.5), а сигнал с выхода блока 19 через инвертор

36 поступает на вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 39. На вторые входы элементов 38,39 поступает разряд 90 с выходаОблока 9. Таким образом, при о нулевом значении разряда 90 на информационные входы регистров 12,7, 4D определяющих направление поиска,поступает сигнал, соответствующий сигналу с выхода блока 18, а на информационный вход регистра 13 — инверсное значение сигнала с выхода блока 19. 45

При единичном значении разряда 90 закон прохождения сигналов на информационные входы регистров 7,12,13 меняется на обратный. Коррекция опорного напряжения, поступающего с пре- 5р образователя 14, производится лишь при необходимости, когда U Ф Uo„

on on er

Коэффициент К, определяющий величину опорного напряжения, формируемого преобразователя 11, поступает в виде двоичного кода с выхода регистра 7 последовательных приближений на цифровые входы преобразователя 11, Регистр 7 устанавливается в состояние, соответствующее К 1 при поступленин на его вход установки импульса предустановки (фиг.61 ) . Если Uon то напряжения с выходов блоков 18, 19 сравнения не равны, следовательно, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37 блока 10 будет формироваться "1", что определит наличие

"1" на выходе элемента ИЛИ 40 блока

10, т.е. синхроимпульсы (фиг.ák) с выхода блока 8 не будут проходить на тактовый вход регистра 7, его состояние останется неизменным, т.е. коррекция опорного напряжения не производится, Если U „ U „,, то напряжения с выходов блоков 18,19 сравнения на определенном такте работы регистров 12,13 станут равны, и, следовательно, на выходе элемента 37 блока 10 будет формироваться "0",что разрешит прохождение тактирующих импульсов на выход элемента ИЛИ 41 и на тактовый вход регистра 7, который изменит свое состояние в соответствии с сигналом на информационном входе таким образом, что сигналы с выходов блока 18,19 станут неравными, т,е, опорное напряжение будет откорректировано. Регистры последовательных приближений последовательно меняют состояние разрядов до младшего при поступлении импульсов на тактовый вход> а затем фиксируют это состояние до прихода импульса на вход установки, т.е. до следующего цикла преобразования.

В результате уравновешивания получаем:

Uon sing U, К sing,;

cos(g U,„ К cosCp

На тактирующий вход регистров

7,12 поступают синхроимпульсы (фиг.6ш) с выхода блока 8 определения максимума, формирование которых происходит следующим образом, Триггер 25 .блока 8 (фнг.3) формирует строб, в течение которого тактирующие импульсы с генератора 27 через элемент И 26 поступают на вход счетчика 28, Передний фронт строба (фиг,68) определяется временем to прихода импульсов с блока 9 определения квадранта (фиг.бе,f} на вход элемента ИЛИ 32, задний фронт строба формируется по окончании строб-импульса (фиг.б,Ь) с выхода дешифрато1349005 ра 30.Момент времени соответmax ствует 1/4 периода несущей частоть«, а весь цикл преобразования не превышает 1/2 периода несущей частоты.Эт«« временные соотношения определяют выбор частоты генератора 27 и разрядность счетчика 28, который формирует на выходах дешифратора все необходимые устройству синхронизации сигналы (фиг.б h, k, 1, m).

Ф о р м у л а и з î 6 р е т е н и я

1. Преобразователь угла поворота 15 вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик, блок определения квадранта, первый и второй регистры последовательных приближений, первый и второй преобразователи кода в напря- 20 жение, выходы которых подключены к одним входам первого и второго блоков сравнения соответственно, блек опорного напряжения один выход ко7 торого подключен к входу синусно-ко- 25 синусного датчика, блок эталонного напряжения, регистр, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения преобразователя, в него введены блок опре- 30 деления максимума напряжения, цва пиковых детектора, блок управления регистрами, два кодовь«х преобразователя, третий регистр последовательных приближений, третий преобразователь кода в напряжение, аналоговый вход которого подключен к выходу блока эталонного напряжения, а выход соединен с аналоговыми входами первого и второго преобразователей кода в напряже- «0 ние, один выход блока опорного напряжения подключен к первому входу блока определения квадранта, второй и третий входы которого подключены к первому и второму выходами синусно-коси- 45 нусного датчика соответственно, которые подключены к первым входам первого и второго пиковых детекторов соответственно, первый и второй выходы блоКа определения квадрантов подклю- 50 чены к соответствующим входам блока определения максимума напряжения,третий и четвертый выходы блока определения квадранта подключены к входам двух старших разрядов регистра, первый выход блока определения максимума напряжения подключен к первому входу блока управления регистрами, к вторым входам первого и второго пико««ых детекторов и к тактовым входам перногo и нторогo регистров последовательных приближений, первый и второй выходы блока определения квадрантон подключены к третьим входам пер««огi) и второго пиковых детекторов сос тветственно, выходы которых подключены к другим входам первого и второго блоков сравнения соответственно, выходы которых подключены к второму и третьему входам блока управ;«ения регистрами, четвертый вход которого подкпючен к четвертому выходу блока определения квадранта, первый и второй выходь« блока управления рег««страми подключены к тактовому и информационному входам третьего регистра последовательных приближений, второй выход блока определения максимума ««апряжений подключен к установоч««ь«м входам регистров последовательных напряжений и четвертым входам пиконь«х детекторов, выходы первого и второго регистров последовательных приближений через первый и второй кодовые преобразователи соответственно подключены к цифровым входам первого и ««торого преобразователей кода в напряжение, выходы блока опорного напряжения соединены с пятым и шестым входами пиковых детекторов, второй и третий вь«ходь« блока управления регистрам«« подключены к информационным входам второго и первого регистров последовательных приближений, третий выход блока определения максимума по;«ключен к управляющему входу регистр», выходы второго регистра последовательных приближений подключен к входам младших разрядов регистра.

2. Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что пиковый детектор содержит элемент ИЛИ, коммутатор, регистр последовательных приближений, преобразователь кода в напряжение, блок сравнения, тактовый и установочный входы регистра после довательных приближений являются вторым и третьим входами пикового детектора, а выход подключен к цифровым входам преобразователя кода в напряжение, выход которого является выходом пикового детектора и подключен к одному входу блока сравнения, другой вход которого является первым входом пикового детектора, а выход соединен с информационным входом регистра последовательных приближений, 1349005

10 первый вход элемента ИЛИ соединен с установочным входом регистра последовательных приближений, второй является четвертым входом пикового де5 тектора, выход подключен к управляющему входу коммутатора, выход которого подключен к аналоговому входу преобразователя кода в напряжение, а информационные входы являются пятым и шестым входами пикового детектора.

3. Преобразователь по п,1, о т— и ч а ю шийся тем, что блок определения квадранта содержит три нуль-компаратора и два элемента ИСК- 1ч

ЛОЧАК61ЕЕ ИЛИ, входы первого, второго и третьего нуль-компараторов являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока, выходы первого и нторого нуль-компараторов под- р0 ключены к нходам первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ> выходы второго и третьего нуль-компараторов подключены к входам второго элемента ИСКДОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы второго и третьего нуль-компараторов являются первым и вторым выходами блока соответственно, выходы перного и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются третьим и четвертым выходами блока. З0

4,Преобразователь по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что блок определения максимума напряжений содержит генератор импульсов, триггер, элемент И, два счетчика, два дешифратора, элемент ИЛИ, входы которого являются входами блока, а выход подключен к одному входу триггера, выход которого подключен к одному входу элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен к входу первого счетчика, выходы которого подключены к входам первого дешифратора, один выход которого является первым ныходом блока, а другой подключен к входу второго счетчика, выходы которого соединены с входами второго дешифратора, первый выход которого янляется вторым выходом блока, второй подключен к другому входу триггера, а третий является третьим выходом блока.

5. Преобразователь по п.l, о т л и ч а þ ù è и с я тем, что блок управления регистрами содержит три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инвертор, элемент ИЛИ, входы первого элемента

ИСКЛ)ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются вторым и третьим входами блока, а выход подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого является первым входом блока, а выход — первым выходом блока, первый вход нторого элемента HCKJII0×Ë!ÎÙI .I: ИЛИ является четвертым входом блока, а выход третьим выход м блока, второй вход второго элемента 11СКЛ)ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ через инвертор подключен к первому нходу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ HJIH соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а второй вход — с вторым входом первого элемента ИСКЛ0ЧА)ОЩЕЕ ИЛИ, выход . третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является вторым выходом блока.

r9(zo) 1349005

Фиг. 9! 349005 б е

У

К

L т

Дие. Ю

Составитель М .Сидорова

Редактор М.Циткина Техред A Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 5200/57 Тираж S99 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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