Способ преобразования перемещения в код
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышения точности путем компенсации погрешностей высших гармонических составляющих и упрощения путем уменьшения . вычислительных операций, в способе преобразования перемещения в код, основанном на преобразовании перемещения в синусно-косинусные электрические сигналы , измерений амплитуды и фазы этих сигналов , определении коэффициентов дискретного преобразования Фурье корректирующего сигнала в функции фазовых значений на каждом периоде синусно-косинусных сигналов, формировании корректирующих кодов в виде тригонометрического ряда и их суммировании с соответствующими фазовыми значениями, выбирают в качестве корректирующего нормированный синусный сигнал, а коэффициенты тригонометрического ряда корректирующих кодов определяют по соответствующим формулам . 1 ил. СЛ
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1686698 А1
t ai 50 ..
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4726323/24 (22) 27.07.89 (46) 23. l0,91, Бюл. ¹ 39 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) M.À.Ãàáèäóëèí и И,Д,Лейбович (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № l 159162, кл, Н 03 M 1/46, 1983.
Высокоточные преобразователи угловых перемещений/Под ред. А,A.Àõìåòжанова,— M.: Энергоатомиздат, 1986, стр. 96-97, (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью поИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.
Целью изобретения является повышение точности путем компенсации погрешностей высших гармонических составляющих и упрощение способа путем уменьшения вычислительных операций.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации способа.
Устройство содержит синусно-косинусный датчик (СКД) 1, блок 2 преобразования синусно-косинусных сигналов в код фазы, вышения точности путем компенсации погрешностей высших гармонических составляющих и упрощения путем уменьшения вычислительных операций, в способе преобразования перемещения в код, основанном на преобразовании перемещения в синусно-косинусные электрические сигналы, измерений амплитуды и фазы этих сигналов, опреДелении коэффициентов дискретного преобразования Фурье корректирующего сигнала в функции фазовых значений нэ каждом периоде синусно-косинусных сигналов, формировании корректирующих кодов в виде тригонометрического ряда и их суммировании с соответствующими фазовыми значениями, выбирают в качестве корректирующего нормированный синусный сигнал, а коэффициенты тригонометрического ряда корректирующих кодов V3 определяют по соответствующим формулам, 1 ил. вычислительный блок 3 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, Способ преобразования перемещения в код осуществляется следующим образом, СКД 1 преобразует перемещение в синусно-косинусные сигналы Us и О, нормированные значения которых Г4 и U< могут быть представлены следующим образом:
Us= — = э!и р+ Л,; (1) и, и, О.= — =соsp+ Ас, (г)
Uo где
Лs = bso + аз1 sin p + b» cosp +
+ аг з!лгу+ bz cos 2p+ эз sin Зр+
1686698
+ Ьз cos Зр+ а4 sin 4 p+ b4 cos 4гр; (3)
Л c = bcp + ac1 sin p+ Ьс1 cos p+
+az sin 2 (p+ ) + bz cos 2 (p+ 2 ) + тг Л
2Г Л
+ аз sin 3 (rp+ ту) + Ьз со$3 (p+ -р) +
+ 34 sin 4(rp+ ) + Ь4 cos 4 (ф+ .р ): (4) л Л.
p — реальное значение пространственной фазы сигналов СКД, пропорциональное перемещению;
Uo — номинальное значение амплитуды первой гармоники сигналов СКД;
Л, h c — относительная величина искажения сигнала Us, Uc соответственно;
bsp,3в1, bsi,3с1, Ьс);32„.,34, Ьг.... Ь4 ам п ли туды гармонических составляющих искажений.
Здесь учтены наиболее значительные высшие пространственные гармоники (до четвертой включительно) сигналов СКД, Кроме того, принято, что искажения формы сигналов СКД этими гармониками одинаковы.
Затем определяют измеренное значение ф пространственной фазы р по измеренным амплитудным значениям сигналов
СКД ф =p+ Ap=arctg —, 1 9 (5)
Uc где Л rp — погрешность преобразования, обусловленная наличием искажений сигналов СКД.
При этом величина погрешности с учетом выражений (1) — (5) после соответствующих преобразований может быть в первом приближении представлена следующим образом;
= (bs1 ас1 + (32 Ь2 2Ьсо) х
2 х sin 9z+ (bz + аг + 2bso) со$ p+
+(as1 — b«) sin 2P+(bs1+ а,1) х х cos 2@+ (32 + а4+ bz + Ь4) sin Зр+
+ (Ь2+ Ь4 — а2 — 34) со$3ф+ 233 sin 4p+
+ 2Ьз cos 4 р(34 — b4) sin 5р+(а4+
+ Ь4) cos 5р), (6)
Затем подвергают Фурье-анализу в функции ф корректирующий сигнал Us(g) с выхода АЦП 4, который в функции ф согласно выражениям (1),(3),(5),(6), можно представить следующим образом;
0в(Я = — (2Ьво — Ь2 — 32 + (4 + Ças1 +
+ Ь 1) sin ф+(bs1+ àc1) cosф+
+ (2bco + 232 — а4 — Ь4) sin 2ф+
+ (2Ь2 2bso+ а4 — Ь4) coS 2ф+
+(Ь 1+2аз — а 1) s1п Зф+(2Ьз— — Ьм — а«) cos 31 . + (2а4 — 32— — Ьг) sin 4ф+ (2b4 — а2 — bz) cos 4ф—
В результате решения данной системы линейных уравнений определяются выражения неизвестных bsp,bco,bshe + ась bclам,аг,„.а4,Ьг„„Ь4 через известные значения коэффициентов ДПФ. Полученные выражения подставляются в формулу для внутришаговой погрешности Л ре с учетом выражения (6) — 2аз sin 5ф- 2Ьз cos 5ф+ (Ь4— — а4) sin 6ф- (34+ Ь4) со$6ф). (7)
В результате выполнения дискретного преобразования Фурье (ДПФ) последова5 тельности иэ и равномерно распределенных по периоду отсчетов функции .Г4(ф вычисляются коэффициенты ДПФ
П вЂ” 1
Al = — g Us(g к) $1П 1 ф(, (8)
=о
r1 — 1
В = — g 08(ф к) cos i >, (9) к=0 гдЕ 1jh< =2 ztk (10)
1= 2„,,6; п > 12.
Затем формируют корректирующий код в виде тригонометрического ряда и суммируют его с соответствующими фазовыми значениями ф
P = ф+ 2{(A2 + А4 — 2B4+ ЗА6— — 2Be) sin ф+ (Вг+ 2А4+ В4+
+ 2А6 + 3В6) cos ф+ (Аз + А5) sin 2 +
+ (ВЗ+ В5) COS 2ф+ (А4+ А6+2ВВ) х
x sin Зф+ (В4 — 2А6+ Be) cos Зф
+ А5 sin 4ф+ В5 cos 4ф+ Ав sin 5ф+
+ Be cos 5ф), (11)
Справедливость полученного выражения можно обосновать следующим образом.
Найденные коэффициенты ДПФ выражаются согласно выражению (7)
A2 = — (2Ьсо + 232 — 34 — Ь4);
4
35 4
Аз =- — (Ьс1+ 2аз — а,1);
А4 = — (2а4 — аг — Ьг);
4 аз, А5 =
40 1
А6 = — (Ь4 — 34);
В2 = +42bz 2bso+ 34 Ь4);
Вз = (2Ьз — Ьв1 — 3«);
=1
В4 =(2Ь4+ az — bz);
4
b3
В5=
50 1
Be = — — (34+ Ь4).
1686б98
Ь,i -a, (12)
Переход от полной погрешности к внутришаговой необходим, чтобы исключить из рассмотрения не устраняемую этим способом крупнопериодную погрешность.
Подстановка выражения (12) в формулу для расчета значения фазы со скомпенсированной внутришаговой погрешностью, имеющую вид р =ф — hpe, позволяет получить искомое выражение (11), Вычисление коэффициентов ДПФ повторяют для каждого периода сигналов
СКД, тем самым осуществляют процесс адаптивной коррекции погрешности при изменяющихся от периода к периоду составляющих искажений сигналов СКД.
Представленное на чертеже устройство для реализации способа работает следующим обоазом.
СКД формирует на своих выходах сигналы вида (1),(2), которые при помощи блока
2 (выполненного, например, в виде последовательно соединенных фазорасщепителя, блока стробируемых компараторов и дешифратора) преобразуются в код ф согласно (5), который поступает в вычислительный блок 3 по сигналу опроса, формируемому им циклически на первом управляющем выходе, При достижении выходного кода блока 2 значений, определяемых согласно (10), вычислительный блок 3 сигналом на своем втором управляющем выходе запускает АЦП 4 (построенный, например, на микросхеме
К572ПВ1), который формирует очередной отсчет сигнала V>(tP) передаваемый в вычислительный блок 3. По окончании прохождения очередного полного периода (при перемещении вперед или назад) вычислительный блок 3 вычисляет новые значения коэффициентов ДПФ согласно выражениям (8) и (9). Эти новые значения используются при прохождении следующего периода для вычисления искомого скорректированного значения р согласно выражению (11), выполняемого по запросу или циклически.
Окончание прохождения очередного полного периода сигналов СКД определяется по скачкообразному изменению кода ф от максимальной его величины до минимальной (или наоборот), В качестве вычислительного блока 3 используется однокристальная микро-Э В М типа КМ1816ВЕ48.
Предлагаемое техническое решение
5 эффективно при использовании в канале точного отсчета многоотсчетного преобразователя перемещения в код с многопериодны м СКД (например, растрового фотоэлетктрического типа), поскольку в нем
10 искажения сигналов мало изменяются о периода к периоду, следовательно, значения коэффициентов ДПФ, полученные на предыдущем периоде, справедливы и для последующего периода, где они используются для
15 коррекции.
Формула изобретения
Способ преобразования перемещения в код, основанный на преобразовании пере20 мещения объекта в синусно-косинусные электрические сигналы, измерении амплитуды синусно-косинусных сигналов в дискретных пространственных положениях объекта, определении фазовых значений си25 нусно-косинусных сигналов в тех же дискретных пространственных положениях, определении синусных А и косинусных В коэффициентов дискретного преобразования Фурье корректирующего нормирован30 ного сигнала в функции фазовых значений на каждом периоде синусно-косинусных сигналов, формировании корректирующих кодов в виде тригонометрического ряда и их суммировании с соответствующими фазо35 выми значениями синусно-косинусных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения способа, выбирают в качестве корректирующего нормированный синусный сигнал, а синусный
f I
40 А и косинусный В коэффициенты тригoHoметрического ряда корректирующих кодов определяют по формулам
А1=2(А2+A4 284+ ÇÀ6 2 В6): А2
=2 (Аз + А s); Аз = 2(А4 + А6 + 2В6); А = 2А6;
45 A6 = 2A6;
В =2(В2+2 А4- В4+2А6+ ЗВ6); Вг
=2(Вз+ В6); Вз = 2 (В4 — 2А6 - S6); Вд = 2В6;
В6 = 2B6, 50 где! = 2„...6 — номера гармоник корректирующего сигнала;
j = 1,...,5 — номера гармоник тригонометрического ряда корректирующих кодов.
1686698
Составитель А, Смирнов
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Максимишинец
Редактор М. Янкович
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 3611 . Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
