Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к двухотсчетным преобразователям угол - фаза временной интервал - код, и может быть использовано для связи аналоговых источников информации систем управления с управляющей

СОЮЗ СОЕЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК

А1 (19) (Ш 511 4 H 03 И 1/64, 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ госудм стжнный комитет ссср

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

J (21) 4102010/24-24 (22) 31.07.86 (46) 23-.07.88. Бюл. У 27 (72) Л. А. Нивин, В. Е. Геништа и Б. К. Шевелев (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 409260, кл. С 08 С 9/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

1282330, кл. Н 03 M l/50, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к двухотсчетным преобразователям угол - фаза временной интервал— код, и может быть использовано для связи аналоговых источников информации систем управления с управляющей

141 цифровой вычислительной машиной. Целью изобретения является повышение точности в динамическом режиме. Преобразователь угла поворота вала в код содержит многополюсный фазовра, щатель 7, формирователи 5, б старти стоп-импульсов, генератор 8 такто выхх импульсов, распределители 13, 14 импульсов, триггеры 24-3д, элементы

Э И 31-44 элементы ИЛИ 45-48 элемент НЕ 49, реверсивный счетчик 50 грубо, го отсчета, реверсивный счетчик 51 ( точного отсчета, регистр 52, схему 53 сравнения, триггеры, элементы И, элемент ИЛИ, шину 2 сброса, шину 3 опроса. Поставленная цель достигает(1977 ся тем, что в преобразователе использующем классический метод последовательного счета, при котором преобразуемый временной интервал, ограниченный старт- и стоп-импульсами

Э заполняется импульсами от генератора кварцованной частоты (точный отсчет), аппаратно организуется грубый отсчет путем постоянного измерения и анализа двух соседних значений точного то то отсчета (N< и N < ), что позволиТ.

1t °

Ь, ло в pas (где Т вЂ” цикл управ«зм

И, ления, T„ — цикл измерения) увеличить скорость движения измеряемого вала. б ил.

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике, а именно к двухотсчетным преобразователям угол - фаза - временной интервал—

5 код, и может быть использовано для !

|связи аналоговых источников информа" ,ции систем управления с управляющеи

| цифровой вычислительной машиной.

Целью изобретения является повыше- 10 ние точности преобразования времен ной интервал — код путем организации

I в преобразователе измерения каждого ( временного интервала в течение цикла . управления и запоминания в регистре 15 текущего значения кода в конце каждого цикла измерения.

На фиг. 1 представлена..структурная схема преобразователя; на фиг. 2функциональная схема распределителя 20 импульсов; на фиг. 3 — 6 — временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь 1 угла поворота вала в код (фиг. 1) с входами 2 — 4 содержит первый 5 и второй 6 формирователи импульсов, многополюсный фазовращатель 7, четырехфазный генератор 8 импульсов с первым 9, вторым

10 третьим 11 и четвертым 12 выходами, первый 13 и второй 14 распреде- 30 лители импульсов с первым 15, вторым

16, третьим 17 и четвертым 18 управляющими входами, с информационным входом 19, входом 20 сброса, а также с первым 21, вторым 22 и третьим 23 выходами: с первого по седьмой триг.геры 24-30; с первого по четырнадцатый элементы И 31-44; с первого по четвертый элементы ИЛИ 45-48; элемент

НЕ 49, реверсивные счетчики грубого

50 и точного 51 отсчетов, регистр 52, элемент 53 сравнения. Распределитель импульсов (фиг. 2) содержит элемент

ИЛИ 54, триггеры 55 и 56, элементы

И 57-59.

Вход 2 устройства 1 предназначен для подсоединения сигнала "Начальный сброс" к распределителям импульсов, триггерам 24 и 25, элементу 46 и sxoду сброса счетчика 50, вход 3 - для подключения сигнала "Опрос" к второму управляющему входу регистра 52 и элементу 49, а вход 4 — 1 для подключения эталонного кода, равного поло-. вине максимального значения периода

1 л дования старт-сигналов (Т „„ ), к элементу 53.

Устройство работает следующим образом.

В начале работы (включение источника питания) на вход 2 устройства 1 поступает аппаратный сигнал "Начальный сброс", по которому триггеры устройства 1 и все разряды счетчиков грубого и точного отсчетов устанавливаются в нулевое состояние. В момент

3 141 l9 действия сигнала "Начальный сброс" на выходе генератора 8 имеется частота Р,...Г . На обмотку возбуждения фазовращателя подается синусоидальное напряжение ° С фазовращателя снима— -" 5 ются опорное напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, и напряжение фазовращателя, изменяющееся по косинусоидальному закону. Синусоидальное напряжение подается на формирователь 5 импульсов, а косинусоидальное — на формирователь 6 импульсов.

Формирователи импульсов вырабатывают старт- и стоп-сигналы при прохождении фазы подаваемого на них синусно-косинусного напряжения через нуль. Временной интервал, ограничен- .

> ный старт- и стоп-сигналами, пропорционален сдвигу фаз между опорным напряжением и напряжением фазовращателя. Устройство 1 решает задачи преобразования последовательности времен- 25 нык интервалов в дВоичный код (точный отсчет) и подсчета пройденных полюсных делений (грубый отсчет). 0 прохождении полюса свидетельствует изменение максимального значения временного З0 интервала на минимальное значение или изменение максимального значения временного интервала на максимальное значение. Максимальному значению временного интервала соответствует временной интервал между соседними старт-сигналами. Для преобразования временных интервалов в код устройство 1 использует классический метод пОследовательнОГО счета IIpH KQTopoM 40 преобразуемый временной интервал, ограниченный старт- и стоп-сигналами, заполняется импульсами от генератора.

По старт-сигналу элемент 13 формирует три управляющих импульса. Им- 45 пульс на выкоде 21 элемента 13 устанавливает триггер 24 в единичное состояние, разрешая прохождение через элемент 31 последовательности однотактных импульсов с выхода 9 на суммирующий вход счетчика 51 точного

50 отсчета (фиг. 3). Импульс на выходе

22 элемента 13 устанавливает триггер

25 в нулевое состояние. Импульс на выходе 23 элемента 13 используется для анализа состояния триггера 24.

По любому пришедшему стоп-сигналу элемент 14 формирует три управляющих импульса. Импульс на выходе 21 эле77 4. мента 14 устанавливает триггер 25 в единичное состояние (фиг. 3). Импульс на выходе 22 элемента 14 устанавливает триггер 24 в нулевое состояние.

Импульс на выходе 23 элемента 14 используется для анализа состояния триггера 25. Появление подряд двух старт-сигналов на выходе элемента 5 (фиг. 5) соответствует изменению максимального значения .временного интервала на минимальное (прохождение полюса в сторону увеличения угла).

Устройство 1 улавливает эти парные сигналы и формирует на их основе импульс на выходе элемента 34, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика грубого отсчета. Появление подряд двух стоп-сигналов на выходе элемента 6 (фиг. 6) соответствует изменению минимального значения временного интервала на максимальное значение (прохождение полюса в сторону уменьшения угла). Устройство l улавливает эти парные сигналы и формирует их на основе импульс на выходе элемента 33, поступающий на вычитающий вход реверсивного счетчика грубого отсчета.

В зависимости от взаимного расположения старт- и стоп-сигналов устройство 1 работает в четырех режимах по организации точного отсчета угловой величины.

В первом режиме стоп-сигнал расположен в первой половине максимального периода следования старт-сигнала, т.е. измеряемый временной интер1 вал лежит в пРеделах 0 — 2 Тмеир, где Тмаир = Т.рм + ь t В дальнейшем середину максимального периода следо,вания стар-сигналов будем называть "Метка середины" или "Метка". Работа преобразователя в первом режиме отра кена на временной диаграмме фиг. 4.

Но старт-сигналу триггеры 24, 28 и

30 устанавливаются в единичное состояние. Триггеры 25 и 27 по сигналу

"Начальный сброс" устанавливаются в нулевое состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 27 присутствует ло« гическая единица. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы F . По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение счетных импульсов FI на сум5 14119 мирующий вход счетчика точного отсчета; триггер 25 устанавливается в единичное состояние; импульс на выходе 2l элемента 14 пройдя через элеменУ

5 ты 44, 42 и 48, устанавливает триггер

29 в единичное состояние под такт Г и в случае отсутствия сигнала "Опрос" на входе 3 организует зались содержи1 ! мого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт Fg, подтверждающего нулевое состояние риггера 27 и устанавливающего тригер 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом Р, триггер

29 устанавливается в нулевое состояие и схема замирает до прихода слеующего старт- или стоп-сигнала.

Бо втором режиме стоп-сигнал расоложен за "Меткой", т.е. временной „ " тервал лежит в пределах

1

2 р д}(с t — T9 rpe T Тнщд

Работа преобразователя во втором

30 ежиме отражена на временной диаграме фиг. 5. По старт-сигналу триггеры

4, 28 и 30 устанавливаются в единичое состояние. Триггеры 25 и 27 по игналу "Начальный сброс" устанавли. ается в нулевое состояние, т.е. на нверсном выходе триггера 27 появлятся логическая единица. Следователь о, на суммирующий вход счетчика очного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы Pi. Выход

40 четчика точного отсчета заведен на. фход А элемента 53 сравнения. К входу

II1 элемента 53 сравнения подключена ина 4, на которую программным способом или жесткой запайкой подается

: талонный код числа, соответствующего йоловине максимального периода слеДования старт-сигналов. В момент ра 1енства содержимого счетчика точного с1тсчета и эталонного кода на выходе (А = В) элемента 53 появляется им1 г ульс, при совпадении которого с с четным импульсом на элементе 35 вы )абатывается импульс "Метка", устаь авливающий триггер 26 в единичное 55 с остояние. Триггер 26, установленный ц единичное состояние, разрешает прох ождение через элемент 37 одного им77 пульса под такт F Импульс на выходе

Z элемента 37 устанавливает триггер 27 в единичное состояние и, пройдя через элемент 45, устанавливает все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом F триггер 26 устанавливается в нулевое состояние. По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, триггер 25 — в единичное, импульс на выходе 23 элемента 14, пройдя через элемент 39, поступает на вычитающий вход счетчика 51 точного отсчета. После того, как триггер

25 установится в единичное состояние, тактовые импульсы F с выхода 11 генератора 8 через элементы 41 40 и

47 поступают на вычитающий вход счетчика 51. По старт-сигналу, пришедшему после стоп-сигнала, организуются установка триггера 24 в единичное состояние и подтверждение единичного состояния триггеров 28 и 30; установка в нулевое состояние триггера 43 и

48 переводит триггер 29 в единичное состояние и в случае отсутствия саг"нала "Опрос" на шине 3 организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элемент 36 и 46 одного импульса под такт F<, устанавливающего триггера 27 и 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние, после чего тактовым импульсом

F< триггер 29 устанавливается в нулевое состояние и схема замирает до прихода следующего старт-сигнала.

В третьем режиме появляются подряд два старт-сигнала.

Работа преобразователя в третьем режиме отражена на временной диаграмме фиг. 6. По старт-сигналу триггеры

24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состояние, а триггер 25 - в нулевое. Триггер 27 в конце предыдущего измерения устанавливается в нулевое состояние. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы F . В момент равенства содержимого счетчика точного отсчета и эталонного кода вырабатывается импульс "Метка", устанавливающий триггер 26 в единичное состояние. Импульс на выходе элемента 37 устанавливает

14119

7 триггер 27 в единичное состояние и, пройдя через элемент 45, устанавливает все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После

5 этого тактовым импульсом F4 триггер

26 возвращается в нулевое состояние.

По следующему старт-сигналу организуется подтверждение единичного состояния триггеров 24, 28 и 30 и нулевого состояния триггера 25. Импульс на выходе 23 элемента 13, пройдя через элемент 34, поступает на суммирующий вход счетчика 50 грубого отсчета и . пройдя через элементы 43 и 48, устанавливает триггер 29 в единичное состояние и организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, раз- 20 решает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт F, устанавливающего триггеры 27 и 28 в нулевое состояние, после чего тактовым импульсом F, триггер 29 уста- 25 навливается в нулевое состояние и схема находится в ожидании прихода следующего старт-сигнала.

В четвертом режиме появляются под-, ряд два стоп-сигнала. 30

По старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состояние. Триггеры 25 и 27 установлены в нулевое состояние (фиг. 6). Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы Р .

По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение счетных импуль- 40 сов F, на суммирующий вход счетчика точного отсчета; триггер 25 устанавливается в единичное состояние и организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса, подтверждающего нулевое состояние триггера 27 и устанавливающего триггер 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом F, триггер 29 возвращается в нулевое состояние. По следующему стоп-сигналу импульс на выходе 23 . элемента 14, пройдя через элемент 33, поступает на вычитающий вход счетчика 50 грубого отсчета. Импульс на

77 8 выходе 21 элемента 14 подтверждает единичное состояние триггера 25 и, пройдя через элементы 44, 42 и 48 устанавливает триггер 29 в единичное состояние под такт F и организует

2 запись содержимого счетчика грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт F<, подтверждающего нулевое состояние триггеров 2? и 28, после чего тактовым импульсом F триггер

29 возвращается в нулевое состояние и схема замирает до прихода следующего старт-сигнала.

При возникновении у пользователя необходимости в информации о величине угла, в устройство 1 по входу 3 поступает сигнал "Опрос", по которому код последней измеренной угловойвеличины вводится в управляющую ЦВМ.

Во время опроса запись содержимого счетчиков 50 и 51 в регистр 52 запрещается.

Распределитель импульсов (фиг. 2) работает следующим образом.

В начале работы на вход 20 посту-. пает аппаратный сигнал "Начальный сброс", по котррому триггер 55 устанавливается в нулевое состояние. По переднему фронту старт- или стоп-сигнала триггер 55 устанавливается в единичное состояние. Триггер 56 отслеживает состояние триггера 55 с помощью последовательности тактовых импульсов, подключенных к входу 15 и заведенных на вход С триггера 56.

При установке триггера 56 в единичное состояние организуется следующая последовательность импульсов на выходах распределителя импульсов: импульс на выходе 23 появляется при совпадении на элементе 58 последовательности импульсов, подключенных к входу 16, и единицы на прямом выходе триггера 56; импульс на выходе 2) появляется при совпадении на элементе

59 последовательности импульсов, подключенных к входу 18, и единицы на .прямом выходе триггера 56; выход

22 является прямым выходом триггера 56.

Таким образом, введение реверсивного счетчика точного отсчета и признака "Метка", соответствующего середине полюсного деления, позволяет аппаратно получать значения полного

1411977 угла при преобразовании угловой величины во время вращения ротора фазовращателя.

Обычно максимальное значение вели5 чины точного отсчета, соответствующее одному полюсному делению грубого от-! счета, равно числу с основанием два, к т.е. Т„,ц, =- 2 . Поэтому значение временного интервала точного отсчета, ! 1 меньшее 2 Т,акс э измеРЯетсЯ от стаРтсигнала до стоп-сигнала и равно

Значение временного интервала точного отсчет", большего — Т, онредеяется как разность между уменьшаемым и вычитаемым, соответствующим ременному интервалу от стоп-сигнала о старт-сигнала, и равно Т„ 20 ((Тном + ь t) — С), rpe t — значение ременного интервала, измеренное от старт-сигнала до стоп-сигнала.

Следовательно, изобретение позвоит повысить точность преобразования, 25 начительно упростить программу обработки точных и грубых значений угловой величины и уменьшит время ее исолнения ЦВИ.

ЗО формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала код, содержащий многополюсный фазо ращатель, первый выход которого

1 одключен к входу первого формирователя импульсов, а вшпрой выход - к ходу второго формирователя импульсов, первый триггер, выход которого подключен к первому. входу первого, лемента И, второй элемент И, выход которого подключен к первому управля ющему входу регистра, шину опроса, ко:Моторая подключена к второму управля—

Мщему входу регистра и через элемент

ИЕ к.первому. входу второго элемента

Й, первый, второй, третий и четвертый

:выходы генератора импульсов подключе:ны соответственно к первому, второму, третьему и четвертому управляощим

; ходам первого распределителя импуль- 5О

Сов, первый, второй. третий и четвертый входы второго распределителя имПульсов подключены к третьему, четвертому, первому и второму вьжодам ,генератора соответственно первый и 55 второй формирователи импульсов, вы,", : оды которых подключены к информационным входам соответственно, первого и второго распределителей импульсов, первый выход второго распределителя импульсов подключен к S-входу второго триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй выход второго распределителя импульсов подключен к первому

R-входу первого триггера, третий выход второго распределителя импульсов подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика грубого отсчета, выход которого подключен к первому информационному входу регистра, первый выход первого распределителя импульсов подключен к S-входу первого, триггера, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика грубого отсчета, второи выход первого распределителя импульсов подключен к первому К-входу второго триггера, третий выход первого распределителя импуль*сов подключен к второму входу четвертого элемента И, шина сброса подключена к входам сброса первого и второго распределителей импульсов, реверсивного счетчика грубого отсчета, вторым R-входам первого и второго триггеров, выход первого элемента

ИЛИ подключен к входу сброса счетчика точного отсчета, выход которого подключен к вторым информационным входам регистра, первый выход генератора импульсов подключен к второму входу первого элемента И, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования yrловой величины, в него введены с пятого по четырнадцатый элементы И, второй, третий и четвертый элементы

ИЛИ, с третьего по седьмой триггеры, элемент сравнения,,шина эталонного кода, выход счетчика точного отсчета соединен с первой группой входов элемента сравнения, вторая группа входов которого подключена к шине эталонного кода, выход элемента сравнения подключен к первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к S-входу третьего триггера, R-вход которого подключен к четвертому выходу генератора импульсов и первому входу шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход кото1411977

12 рого подключен к шине сброса, выход втаррго элемента ИЛИ подключен к

К-входам четвертого и пятого триггеров и первому входу первого элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с S-входом четвертого триггера и подключен к выходу седьмого элемента И, первый вход которого подключен к выходу третьего триггера, а второй вход — к второму выходу генератора импульсов, выход пятого триггера подключен к третьему входу первого элемента И и первому входу восьмого элемента. И, выход которого подключен к первым входам девятого и десятого элементов И, второй вход десятого элемента И подключен к выходу одиннадцатого элемента И, выходы девятого и десятого элементов И подключены с соответственно к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика точного отсчета, суммирующий вход которого подключен к выходу первого элемента

И и второму входу пятого элемента И, четвертый вход первого элемента И подключен к инверсному выходу четвертого триггера и первому входу двенадцатого элемента И, прямой выход четвертого триггера подключен к второму входу восьмого элемента И и первому входу тринадцатого элемента. И, выходы двенадцатого и тринадцатого элементов

И подключены соответственно к перво" му и второму входам четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к S-входу шестого триггера и второму входу второго элемента И, R-вход шестого триггера .подключен к первому выходу генератора импульсов, выход шестого триггера подключен к второму входу шестого элемента И, S-вход пятого триггера подключен к второму входу тринадцатого элемента И и третьему выходу первого распределителя импульсов, второй вход девятого элемента И подключен к третьему выходу второго распределителя импульсов, первый вход одиннадцатого элемента

2О И подключен к третьему выходу генератора импульсов, второй вход одиннадцатого элемента И подключен к выходу второго триггера, второй вход двенадцатого элемента И подключен к выходу четырнадцатого элемента И, первый вход которого подключен к первому выходу второго распределителя импульсов, второй вход четырнадцатого элемента И подключен к прямому вы- .ходу седьмого триггера, К-вход которого подключен к шине сброса, а

S-вход - к первому выходу первого распределителя импульсов.

Ft -- Fy, Mph

СторФ

2®4

21 (73)

ZS(81

21 79)

Б

$2 и

g$ дарю

1411977

A=8

Немка брас

1411977 1- и

Npec

CNggN еееп

2З(6)

И/13)

29

Ю

82

Л б

4=8

lttmN

Опрос

27

М

26

«рк

ЩФ

s(e

Ий» а0»

Составитель М. Сидорова

Редактор Н.Лазаренко Техред М.Дидык Корректор Г. Реяетник

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ ЗЬ73/56

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