Преобразователь кода в угловое положение вала

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств с исполнительными устройствами. Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих погрешности. Для этого в преобразователь кода в угол поворота вала, содержащий генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октантов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, блок 5 сравнения, дифференциальный усилитель 7, формирователь 9 зоны равенства, формирователь 11 сигналов рассогласования, шаговый привод 13, первый 14 и второй 15 регистры, введены фильтр 6 верхних частот, блок 8 компенсации, формирователь 10 импульсов и делитель 12 частоты. Импульсы с первого выхода генератора 1 поступают на вход СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла поворота. Старшие разряды входного кода управляют коммутацией в селекторе 3, а младшие разряды входного тригонометрического кода перемножаются в ЦАП 4 с большими по модулю выходными сигналами селектора 3. В блоке 5 сравнения вырабатывается сигнал рассогласования между входным кодом и углом поворота СКВТ 2. В усилителе 7 формируется сигнал о наличии и знаке рассогласования между входным кодом и углом. В зависимости от выходного сигнала усилителя 7 формирователь 10 вырабатывает импульсы с дискретно изменяющейся частотой. Формирователь 11 вместе с делителем 12 частоты выполняют функции цифрового фильтра, уменьшая случайную составляющую погрешности преобразователя. Компенсация изменения напряжения смещения дифференциального усилителя 7 осуществляется блоком 8 путем измерения напряжения смещения в паузе между импульсами питания СКВТ 2 и суммирования измеренного напряжения смещения с входным сигналом во время действия импульса питания. 2 з.п. ф-лы, 2ил.

СОО3 СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOINY СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЭОБРЕТЕНИИ4 И ОТКРЫТИЯМ

APH ГКНТ СССР (21) 4310404/24-24 (22) 29.09.87 (46) 07.08.89. Бюл. ¹ 29 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производст-. вом Института металлофизики АН УССР (72) А.M. Кац, А.Е. Демкин, В.В. Петьков и Г.В. Агафонов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1086448„ кл. Н 03 И 1/66, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1305864, кл. H 03 M 1/66, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА В УГЛОВОЕ

ПОЛОЖЕНИЕ ВАЛА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи циф„.Я0„„1499500 А1 р 4 Н 03 М 1/66

2 ровых вычислительных устройств с исполнительными устройствами. Цель изобретения — повышение точности путем уменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих погрешности.

Для этого в преобразователь кода в угол поворота вала, содержащий генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октантов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, блок 5 сравнения, дифференциальный усилитель 7, формирователь 9 зоны равенства, формирователь 11 сигналов рассогласования, шаговый привод 13, первый 14 и второй 15 регистры, введены фильтр

6 верхних частот, блок 8 компенсации, формирователь 10 импульсов и делитель

Ю

3 149

12 частоты, Импульсы с первого выхода генератора 1 поступают на вход

СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла поворота. Старшие разряды входного кода управляют коммутацией в селекторе 3, а младшие разряды входного тригонометрического кода перемножаются в ЦАП 4 с большими по модулю выходными сигналами селектора 3.

В блоке 5 сравнения вырабатывается сигнал рассогласования между входным кодом и углом поворота СКВТ 2, В усилителе 7 формируется сигнал о наличии и знаке рассогласования меж« ду входным кодом и углом. В зависимости от выходного сигнала усилите.

9500 4

15 ля 7 формирователь 10 вырабатывает импульсы с дискретно изменяющейся частотой. Формирователь 11 вместе с делителем 12 частоты выполняют функции цифрового фильтра, уменьшая случайную составляющую погрешности преобразователя. Компенсация изменения напряжения смещения дифференциального усилителя 7 осуществляется блоком 8 путем измерения напряжения смещения в паузе между импульсами питания СКВТ 2 и суммирования измеренного напряжения смещения с входным сигналом во время действия импульса питания. 2 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автомати- 25 ке и вычислительной технике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств с исполнительными устройствами.

Целью изобретения является повыше- 30 ние точности преобразователя путем уменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих. погрешности.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг . 2 - 5 временная диаграмма его работы, Преобразователь кода в угловое положение вала содержит генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октан-40 тов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, блок 5 сравнения, фильтр 6 верхних частот, дифференциальный усилитель 7, блок 8 компенсации, формирователь 9 зоны равенства, формирова-45 тель 10 импульсов, формирователь 11 сигналов рассогласования, делитель

12 частоты, шаговый привод 13, первый 14 и второй 15 регистры. Блок 8 компенсации содержит делитель 16 напряжения, ключи 17 и 18, запоминающий элемент 19 и токоограничивающий элемент 20., Формирователь 11 сигналов рассогласования содержит регистр 21 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

22, формирователи 23 и 24 временных интервалов.

Преобразователь работает следу» ющнм образом.

Импульсы с периодом Т с первого выхода генератора 1 (фиг. 2а) поступают на обмотку возбуждения СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла 3 поворота вала СКВТ 2.

Старшие разряды входного кода с выхода регистра 14 поступают на цифровые входы селектора 3 октантов, в котором производится коммутация выходных обмоток СКВТ 2. С выхода селектора 3 на входы ЦАП 4 и блока 5 сравнения поступают разнополярные импульсы в соответствии с таблицей.

При этом на аналоговый вход ЦАП 4 поступают большие по модулю импульсы.

На цифровые входы ЦАП 4 с выхода регистра 15 поступает входной тригонометрический код младших разрядов

tgq или ctgq, из которых выбирается тот, абсолютная величина которого меньше 1. Просуммированные на блоке

5 сравнения выходные сигналы селектора.3 и ЦАП 4 дают выходной сигнал

U< пропорциональный значению

sin(о - q).

Выходной сигнал блока 5 через фильтр 6 верхних частот (фиг. 2д) подается на первый вход усилителя 7.

Фильтр 6 имеет такие параметры, чтобы без искажения пропускать по лезный сигнал, соответствующий длительности импульса питания

Через него не проходят низкочастот99500 6 (фиг, 2в) устанавливается ъ исходное состояние. В конечной части импульса 0 . питания, соответствующей

И9м

5 14 ные и дрейфовые сигналы помех, возникающие на тракте измерения и преобразования от СКВТ 2 до блока 5 сравнения. В частности, при соответствующем значении временных параметров импульсов питания эффективно могут ослабляться сетевые помехи.

На второй вход усилителя 7 с выхода блока 8 компенсации подается напряжение U, определяющее величину .зоны равенства д<р, в которой система регулирования блокирует перемещение привода, фиксируя достижение заданного угла. Зона определяется двумя разнополярными напряжениями, симметричными нулю. Эти напряжения поступают на второй вход усилителя 7 от формирователя 9 зоны равенства (фиг. 2е) через замкнутый во время такта Сд ключ 18, делитель 16 напря. жения, выполненный на резисторах, и запоминающий элемент (конденсатор)

19. Формирователь 9 управляется им- " пульсами с второго выхода генератора 1 (фиг, 2б). Постоянная времени цепи, состоящей иэ конденсатора 19 и входного сопротивления усилителя 7, намного превышает длительность периода Т, что позволяет считать, что напряжение на конденсаторе 19 остается неизменным в течение такта „,„.

Следовательно, напряжение на втором входе усилителя равно сумме напряжений U на выходе делителя 16 и напряжения У на конденсаторе 19.

Диапазон ннпряжений зоны равенства (фиг. 2д) обозначен штрихпунктирными линиями, а напряжения зоны равенства, с которыми на усилителе

7 сравнивается напряжение U< фильтра 6 в определенном периоде Т в такте С„ „, представлены сплошной линией, Когда напряжение, подаваемое на первый вход усилителя 7 с фильтра 6, находится за пределами зоны равенства, выходные сигналы усилителя 7 в конце такта, С„ „(когда считывается этот сигнал) остаются одинаковыми по знаку в смежных периодах питания: положительными при

o(> (q + а у) и отрицательными при о(((q дскб) (фиг. 2ж), Выходной сигнал усилителя 7 поступает на информационный вход формирователя 10.импульсов. Этот формирователь перед началом каждого импульса питания (в конце паузы) импульсами с третьего выхода генератора 1

10 !

55 зоне экстремальных значений выходных сигналов СКВТ, передним фронтом импульса с четвертого выхода генератора 1 (фиг. 2г) в формирователь

10 заносится единица при положительном выходном напряжении усилителя 7 и нуль при отрицательном. Такой режим работы формирователя 10 ведет к формированию импульса в том периоде

Т, в котором в момент считывания на усилителе 7 положительное напряжение, и к отсутствию импульса при отрицательном напряжении на выходе усилителя 7. Следовательно, по частоте (числу импульсов на фиксированном интервале времени) на выходе формирователя 10 (фиг. 2и) можно судить о величине (по отношению к зоне равенства) и знаке сигнала сравнения У, сформированного в блоке 5

Э и прошедшего через фильтр 6: частота равна нулю при отрицательном значении напряжения U, если это напряжение находится за пределами зоны равенства (c(<(tg - é p) сигнал сравнения

"Иеньше"), частота равна Г „„ = 1/Т, если напряжение U положительное и находится вне зоны равенства (8 > (tp+ а cp) сигнал "Больше" ), и частота равна Е Р = 1/2Т = Г „„ /2 (чередуются периоды с импульсом и без него), если напряжение на выходе филвтра 6 находится в зоне равенства ((g -D ц ) (Ы ((ц+ д ), сигнал "Равно" ).

Такие фиксированные значения частот могут быть получены только при полном отсутствии помех в сравниваемых сигналах и в узлах нх преобразования. В реальных условиях из-за наличия помех различным зонам сигнала сравнения соответствуют определенные диапазоны частот. Блок усреднения является цифровым фильт" ром, служащим для выделения этих диапазонов частот. Работа синхронизируется импульсами с выхода делителя 12 частоты.

Делитель 12 частоты формирует тактирующие импульсышагового привода 13 путем деления на коэффициент N частоты импульсов, поступающих с второго выхода генератара 1, т ° е. на одном периоде тактирующих импульсов

Т„„ размещается целое число пар пе7 1499500 риодов Т (обычно 10-50). Тактирующий импульс привода вызывает поворот двигателя .на один шаг и соответствующее изменение угла поворота вала, который остается неизменным до следующего импульса. Между периодом Т „ и периодом Т питающего напряжения выдерживается соотношение Т „= 2NT.

Цикл усреднения блока 11 совпадает с периодом тактирующих импульсов привода 13, т.е. усреднение производится в том промежутке времени, когда положение вала и связанного с ним ротора СКВТ 2 неизяенно. Выходной импульс делителя 12 частоты поступает на запускающие входы формирователей 23 и 24 временных интервалов, устанавливая их в единицу. На выходе формирователей 23 и 24 появляется нуль тогда, когда число импульсов на счетном входе, появившихся после запускающего импульса, достигло saданного значения. Если в промежутке между запускающими импульсами число счетных импульсов меньше заданного, выход формирователя 23 (24) останется в единице, Соотношения коэффициентов передачи формирователей 23 и

24 в преобразователе выбраны таким образом, что если в период между импульсами делителя 12 с формирователя 10 на счетные входы формирователей 23 и 24 поступит более 1,5N импульсов, то оба формирователя 23 и 24 перейдут в состояние "0" к концу цикла усреднения, а на выходе элемента 22 ИСКЛК)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ установится нуль.

Очередной импульс с делителя 12 частоты передним фронтом на стробирующем входе регистра 21 занесет в . него. нуль с выхода формирователя 23 (выход знака), что соответствует сигналу сравнения "Больше", и нуль с выхода элемента 22 (выход равенства), что соответствует сигналу

"Неравенство". 1ри этом на выходе регистра 2 формируется управляющий код, задающий шаговому приводу 13 движение назад (направление уменьшения угловых показаний).

Если за время цикла усреднения на счетные входы формирователей 23 и 24 поступит число импульсов более

0,5N но менее 1,5N, то к концу цикла формирователь 23 установится в

Ъуль, формирователь 24 останется в состоянии "1", а на выходе элемента

25 установится единица (сигнал "Равно"), Сигнал: "Равно", зафиксированный по окончании цикла усреднения в регистре 21, вызовет останов привода.

В том случае, когда за время цикла усреднения на блок 11 поступит счетных импульсов меньше 0,5N, оба формирователя 23 и 24 останутся в единичном состоянии. В результате в конце цикла усреднения по входу знака реверса в регистр 21 занесется сигнал "1" (" Меньше), а по другому входу. сигнал "0" (" Неравенство" ), формируемый на выходе элемента 22.

Это приведет к передаче на привод

13 управляющего кода, задающего вращение вала вперед (направление увеличения угловых показаний).

Рассмотренные преобразования сигналов СКВТ использовали ту часть периода Т, в которой существовал импульс питания (такт д „). .Пауза между этими импульсами используется для компенсации напряжения смещения

U „ дифференциального усилителя 7, выполняющего функции компаратора для зоны равенства, что позволяет существенно уменьшить соответствующую составляющую погрешности преобразователя. Компенсация осуществляется путем запоминания на конденсаторе 19 напряжения U,, которое формируется при 1007 отрицательной обратной связи на выходе усилителя 7 при нулевых входных сигналах. Запоминание

U производится в конечной части паузы между импульсами питания в такте коррекции P.„ под управлением импульсов с третьего выхода генератора 1 (фиг. 2в). Эти импульсы, поступая на ключ 18, размыкают его и устанавливают на его выходе нулевой сигнал, поступающий на второй вход усилителя 7 через делитель 16 напряжения, При этом в конце паузы между нмпульсаии питания, когда производится запоминание U, сигнал на первом входе усилителя 7 имеет нулевой уровень. Одновременно импульсы с третьего выхода генератора 1, воздействуя на ключ 17, приводят к замыканию выхода усилителя 7 с его BTopbM (инвертирующим) входом через резистор 20; который выбирается из условий устойчивости усилителя в таком режиме.

При этом на выходе усилителя 7, охваченного 1003 обратной связью, уста9 14995 навливается напряжение U, которое . через ключ 1 7 и резистор 20 поступа-. ет на один из выводов замыкающего конденсатора 19, другой вывод которого занулен через низкоомный резистор делителя 16, Параметры резисторов делителя 16 и конденсатора 19 выбраны такими, чтобы за время Р„ заряд конден. сатора 19 выходным напряжением усили- 10 теля 7 завершился. В результате на конденсаторе 19 установится текущее значение напряжения Б . Это напряжение, присутствуя на входе усилителя 7 в остальной части периода Т, компенсирует дрейфовую составляющую

его погрешности. В паузе следующего периода Т такт коррекции повторяется, обновляя напряжение компенсации дрейфа. 20

Таким образом, в преобразователе осуществляется уменьшение аддитивной и случайной составляющей погрешности, что определяет повышение точности преобразователя в целом. 25

00 J0 выход блока сравнения через фильтр верхних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход формирователя зоны равенства, третий выход генератора и выход дифференциального усилителя соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока компенсации, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя, третий и четвертый выходы генератора соединены.с соответствующими вхос дами формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов рассогласования, второй выход генератора через делитель частоты соединен с вторым входом формирователя сигналов рассогласования и входом шагового привода.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и и е я тем, что блок компенсации содержит делитель напря> 30

Формула изобретения.1. Преобразователь кода в угловое положение вала, содержащий генератор первый выход которого соединен с входом синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходы которого соединены с аналоговыми входами селектора октантов, цифровые входы селектора октантов подключены к выходам первого регистра, первый и второй выходы селектора октантов соединены с обшей шиной, а третий и четвертый выходы — соответственно с первым входом блока сравнения и с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого подключены к выходам второго регистра, а выход соединен с вторым входам блока сравнения, второй выход генератора соединен с входом формирователя зоны равенства, дифференциальный усилитель, формирователь сигна;. лов рассогласования, выходы которого соединены с группой входов шагового привода, кинематически соединенного с валом синусно-косинусного вращающегося трансформатора, о Ф л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок компенсации, фильтр верхних частот, формирова тель импульсов и делитель частоты, жения, запоминающий элемент, токоограничивающий элемент, первый и второй ключи, информационный и управляющий входы первого ключа, информационный вход второго ключа являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока компенсации, выход первого ключа соединен с входом делителя напряжения, выход кото35 рого соединен с входом запоминающего элемента, выход запоминающего элемента является выходом блока компенсации и соединен с одним выводом токоограничивающего элемента, другой вы40 вод которого соединен с выходом второго ключа, а управляющий вход второго ключа соединен с управляющим входом первого ключа.

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что формирователь сигналов рассогласования содержит первый и второй формирователи временных интервалов, элемент ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ и регистр, первын и второй входы первого формирователя временных интервалов являются соответственно первым и вторым входами формирователя сигналов рассогласования и соединены с соответствующими входами второго формирователя временных интервалов, выходы первого и второго формирователей временных интервалов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выход которого и выход первого

1499500 !2

ro формирователя временных интервалов, а выходы регистра являются выходами формирователя сигналов рассогласования. формирователя временных интервалов соединены с информационными входами регистра, синхронизирующий вход которого соединен с вторым входом первоНапряжения, подключаемые к входу

Октант угла блока 5 ЦАП 4

Составитель А.Смирнов.

Техред М,Дидык Корректор Т.Колб, Редактор И. Шулла

Тираж 884

Заказ 4707/55

Подписное

РчИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

III

VI

VII

VIII

"з1.

UCOS Sin

П Я1

U C.OS

СОВ

US, Псоа

SiÏ gin

UCOS COS

Пя, «U si>

П coS