Способ измерения угла поворота вала

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным комплексом. С целью упрощения способа и расширения диапазона допустимого рассогласования отсчетов в способе измерения угла поворота вала, основанном на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним i младшего отсчета, коррекции по результатам сравнения старший части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения I отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего I младшего отсчета, перед формированием текущих значений угла определяют в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значения угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов, определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью каждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете , запоминают значения поправки для соседних отсчетов, при формировании единого текущего значения i отсчетов вычитают запомненную поправку для I и 1-1 отсчетов из единого значения 1-1 отсчетов. 3 ил. (Л С ч vj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{!9) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4897593/24 (22) 29.12.90 . (46) 23.10.92. Бюл. Ьй 39 (75) B.И.Белов, Е.B.Çàìoëoä÷èêoâ, А.К,Смирнов и В.С.Туревский (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 734775, m. Н 03 M 1/64, 1977.

Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией, под ред.

А.А.Ахметжановв, М,. Энергия, 1978, с. 202 — 205 — прототип. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть ис-. пользовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным комплексом. С целью упрощения способа и расширения диапазона допустимого рассогласования отсчетов в способе измерения угла поворота вала, основанном на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи источников аналоговой информации с цифровым вычислительным комплексом (ЦВК).

Известен способ измерения угла поворота вала, в котором устанавливают ввл в нулевое положение и определяют нулевые значения грубого и точного отсчетов, вычисляют поправку грубого отсчета в виде дополнения нулевого дискретного значения (sos Н 03 M 1/64, 1/00, 1/50, 1/22 значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих I-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним I младшего отсчета, коррекции по результатам сравнения старший части единого значения предыдущйх I-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения f отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего I младшего отсчета, перед формированием текущих значеиий угла оп ределяют в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значения угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов, определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью «аждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете. запоминают значения поправки для соседник отсчетов, при формировании единого текущего значения 1 отсчетов вычитают запомненную поправку для I и 1-1 отсчетов из единого значения И отсчетов. 3 ил. грубого отсчета до максимального дискретного значения грубого отсчета, которую запоминают, вычисляют поправку точного отсчета в виде дискретного значения смещенной на четверть шкалы точного отсчета суммы нулевого значения точного отсчета и дополнения нулевого дискретного значения грубого отсчета до нулевого значения грубого отсчета, которую запоминают, вычислют поправку согласованного отсчета в виде дискретного значения разности между четвер1771069

10

30

55 тью шкалы точного отсчета и дополнением нулевого дискретного значения грубого отсчета до нулевого значения грубого отсчета, которую запоминают, текущие дискретные значения грубого и точного отсчетов суммируют с запомненными поправками грубого и точного отсчетов соответственно, при нулевых значениях старшего разряда точного отсчета и согласующего разряда грубого отсчета, суммарное значение грубого отсчета увеличивают на единицу, а выходной код формируют путем суммирования скорректированного кода грубого отсчета, суммарного кода точного отсчета с запомненной поправкой согласующего отсчета. Недостатком известного способа является его сложность, вызванная необходимостью устанавливать вал в нулевое положение для определения поправок, необходимостью измерения нулевого значения грубого отсчета с меньшей дискретностью, чем при измерении текущих значений, большим количеством поправок и сложностью их вычисления, сложностью формирования текущих значений выходного кода, а также малым диапазоном допустимого рассогласования отсчетов, что вызвано использованием одного согласующего разряда, Известный способ сложен вреализации,,поскольку требует дополнительные средства для определения нулевого значения грубого отсчета с малой дискретностью, дополнительные средства для вычисления поправок и дополнительные блоки для их хранения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения угла поворота вала, основанный на независимом формировании значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих i — 1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним 1 младшего отсчета, коррекции по результатам сравнений старшей части единого значения предыдущих i-1 старших отсчетов, формировании единого текущего значения i отсчетов иэ скорректированной части и полного значения соседнего iмладшего отсчета,,при этом производится механическая юстировка отсчетов, в процессе которой каждый последующий грубый отсчет сдвигается относительно соседнего точного отсчета на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов (2). Недостатком такого способа является сложность, вызванная необходимостью предварительной взаимной юстировки отсчетов, а также малый диапазон допустимого рассогласования отсчетов из-за погрешностей юстировки, Цель изобретения — упрощение и расширение диапазона допустимого рассогласования отсчетов путем исключения предварительной взаимной юстировки отсчетов, Структурные схемы двух возможных устройств для осуществления способа представлены на фиг,1,2; на фиг.3 представлена структурная схема управляемого сумматора.

Устройство (фиг,1) содержит преобразователи 1, 2 и 3 угла поворота вала в код, частично перекрывающихся соответственно первого, второго и третьего отсчетов, сумматоры 4...7, блоки 8, 9 памяти. сумматоры 10...15, кодовые шины 16 и 17 смещения.

Устройство (фиг.2) содержит датчики 1, 2 и 3 перемещений, управляемые сумматоры 47, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 8-10, усилители 11, 12, сумматоры 13 и 14, компараторы 15 и 16, блоки 17 и 18 памяти, ключи 19 и 20, цифровые сумматоры

21 и 22, шины 23 и 24 смещения, шину 25 управления, выходные шины 26, 27 и 28.

Управляемый сумматор (фиг,3) содержит многовходовой аналоговый сумматор 29. компаратор 30, ключ 31, Устройство (фиг,1) работает следующим образом, Преобразователи 1, 2 и 3 преобразуют угол поворота вала а трехотсчетный код N1, N2, Йз, При этом п1 младших согласующих разрядов кода N1 с некоторым смещением по углу повторяют п1 старших разрядов кода

N2, а пг младших согласующих разрядов кода Йг с другим смещением по углу повторяют п2 старших разрядов кода Йз. В произвольном угловом положении вала в сумматоре 4 суммируют значения N20 угла с

КОДОМ Й,м1, СООтВЕтСтВУЮЩИМ ПОЛОВИНЕ ЗОны перекрытия отсчетов преобразователей

1 и 2, а в сумматоре 5 суммируют значение

Йз0 Угла с коДом Йсмг, соответствУюЩим половине зоны перекрытия отсчетов преобразователей 2 и 3, Коды NcM1 и NcM2 определяются по формулам:

21 « 1 2 г 1

Йсм1 = Йсм2 =

2 „2

В результате в сумматорах 4 и 5 формиРУЮт СМЕЩЕННЫЕ КОДЫ N2«И Йэсм СООтВЕтСтввнно: Й2см N20 Йсм1 Йзсм 430 N3cM2

ЗНаКИ КОДОВ N2cM И Йзсм МаСКИруЮт (НЕ уЧИтывают).

В сумматоре 6 определяют поправку

ЛЧ12 в виде рассогласования между кодом

1771069

N)MQ соответствующим младшей части (и! младших согласующих разрядов) кода Й!о, и кодом Nzc, соответствующим старшей части (nl старших согласующих разрядов) значения угла Nzc a соседнем младшем отсчете, полученном в результате суммирования в сумматоре 4, В сумматоре 7 определяют поправку

ЛЙгз в виде рассогласования между кодом

Йгмо, соответствующим младшей части (пг младших согласующих разрядов) кода Йго, и кодом Na, соответствующим старшей части (пг старших согласующих разрядов) значения угла Йзсм, Поправки для соседних отсчетов

Л Й1г = Й асмо — Йгсо, ЛЙгэ = Йгмо — Йзсо, полученные в сумматорах 6 и 7, запоминают в блоках 8 и 9 соответственно. Знаки кодов

Л Й1г и Л Й!з маскируют, В качестве блоков 8 и 9 используют энергонезависимые блоки памяти, например, перемычки с шинами нулевого и единичного потенциалов.

В процессе эксплуатации преобразователи 1, 2 и 3 вырабатывают текущие значения кодов N>, Йг и Йз, В сумматоре 10 вычитают из текущего кода Й! поправку

Л Й!г. Знак результирующего кода маскируют. Код Й1л младших согласующих разрядов сумматора 10 сравнивают в сумматоре

11 с кодам N2c равнозначных старших разрядов преобразователя 2. Если Й!! > !

Йгс!, то на выходе сумматора 11 формируют единичный сигнал, который в сумматоре 12 суммируют с некорректированным кодом

Й» старших значащих разрядов сумматора

10. В результате на выходе сумматора 12 образуется корректированный код Йь старших разрядов. Если Й1М ! Йгс1, то на выходе сумматора 11 формируют нулевой сигнал и код Й к будет равен коду N». Коды

N>< и Йг поступают соответственно на входы старших и младших разрядов одной группы входов сумматора 13, На другую группу входов сумматора 13 поступает код поправки Л Йгз с выхода блока 9 памяти, В сумматоре 13 иэ объединенного кода (Й1к+Йг) вычитают код Л Йгэ поправки, Знак полученной разности отбрасывают, Кад Йг л младшщих согласующих разрядов сумматора 13 сравнивают в сумматоре 14 с кодом

N3c равнозначных старших разрядов преобразователя 3, Если Йг л! > !Йэсl . то на выходе сумматора 14 формируется единичный сигнал. который суммируют в сумматоре 15 с некорректированным кодом N2H старших значащих разрядов сумматора 13. В результате на выходе сумматора .15 образуется корректированный код Йгк старших разрядов, Если Йг1 I N3cl, то на выходе смуматора

14 формируется нулевой сигнал и код Йгк

5 будет равен коду Йгн. Код Йгк и код Йз поступают соответственно нэ старшие и младшие разряды выходной кодовой шины устройства. В результате формируется единый код (Йгк+Йэ) всех трех отсчетов устрой10 ства.

Аналогичным образом формируется единый код и для большего количества отсчетов.

Устройство на фиг.2 работает следую15 щим образом. Датчики 1, 2 и 3, установленные на одном валу, преобразуют перемещение в пилообразные напряжения с одинаковой максимальной амплитудой

U<. Выходные напряжения датчиков 1, 2 и 3

20 отличаются друг от друга диапазоном линейно изменяющегося напряжения в функции перемещения, Например, период изменения напряжения датчика 1 соответствует всему диапазону углового перемеще25 ния (360О), период изменения напряжения датчика 2 соответствует 360О/Р2 (где Р2— коэффициент редукции датчика 2), период изменения напряжения датчика 3 соответствует 360/РЗ (где Р3 — коэффициент редук30 ции датчика 3). В качестве датчиков 1, 2 и 3 использованы линейные потенциометры или фазовращатели, последовательно соединенные с блоками преобразования сдвига фазы в напряжение. Нулевые значения

35 выходных напряжений датчиков 1, 2 и 3 не совпадают.

Устройство работает в двух режимах; формирование поправки и в штатном режиме измерения. В режиме формирования по40 правки определяется величина рассогласования нулевых значений выходных напряжений датчиков 1, 2, 3. По шине

25 подается сигнал, закрывающий ключи 19 и 20. Выходное напряжение датчика 1 пре45 образуется в АЦП 8 в код старших К1 значащих разрядов, который поступает на первую группу входов цифрового сумматора

21, С аналогового выхода АЦП 8 снимается согласующее пилообразное напряжение

50 амплитудой Um/2", смещенное по фазе относительно напряжения Ог датчика 2. Напряжение на аналоговом выходе АЦП 8 равно остатку от преобразования напряжения U1. Аналогичным образом выходные на55 пряжения 0г и 0з датчиков 2 и 3 преобразуются в АЦП 9 и 10 в коды средних

К2 и младших КЗ разрядов. На аналоговом выходе АЦП 9 формируется согласующее пилообразное напряжение амплитудой

Um/2, смещенное по фазе относительно

К2

1771069

55 напряжения Оз. В сумматорах 6 и 7 напряжения Uz и 0з смещаются по фазе на половину максимального значения соответствующего напряжения, Для этого в сумматоре 29 из напряжений Ug, и Оз вычитаются напряжения U< < и Осмг соответственно, Если выходное напряжение сумматора 29 меньше нуля, срабатывает компаратор 30 и ключ 31 подключает напряжение Um к суммирующему входу сумматора 29. В результате выходные напряжения сумматоров 6 и 7 всегда положительные и смещены на половину периода относительно напряжений 02 и Оз, Выходные напряжения АЦП 8 и 9 передаются через усилители

11 и 12 с коэффициентами 2" и 2" соответственно, В сумматоре 13 определяют поправку в виде рассогласования между выходным напряжением усилителя 11, соответствующим младшей части напряжения

U>, и напряжением сумматора 6, соответствующим перемещению в соседнем младшем отсчете. В сумматоре 14 определяют аналогично поправку между младшей частью напряжения 02 и напряжением сумматора 7, соответствующим перемещению в соседнем младшем отсчете. Поправки для соседних отсчетов, полученные в виде напряжений в сумматорах 13 и 14, запоминают в блоках 17 и 18 памяти. В качестве блоков памяти могут быть использованы. например, потенциометры, напряжения на выходах которых устанавливаются равными выходным напряжениям сумматоров 13 и t4 с соответствующим знаком.

В процессе эксплуатации в штатном режиме измерения по шине 25 подается сигнал, открывающий ключи 19 и 20, В датчиках

1, 2 и 3 вырабатываются напряжения, пропорциональные текущим значениям перемещения. В сумматоре 5 вычитают из текущего напряжения Uz поправку, запомненную в блоке 20. При суммировании напряжение поправки уменьшают в 2" с помощью входных сопротивлений сумматора 5. В сумматоре 4 вычитают иэ текущего напряжения 01 поправки, запомненные в блоках 17 и 18. При этом напряжения поправок уменьшают в 2 и 2" "2 соответственно.

K 1

Сумматоры 4 и 5 выполнены аналогично сумматорам 6 и 7 (см.фиг,3). Выходные напряжения усилителя 11 и сумматора 5 сравниваются в компараторе 15. Если Я11 l >

lUsl, то компаратор 15 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младmего разряда второй группы входов сумматора 21, остальные старшие разряды которой подключены к общей шине. Выходные напряжении усилители 12 и еумматора

7 сравниваются в компараторе 16, Если! U1$1> lU7 l, то компаратор 16 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разряда второй группы входов сумматора 22. остальные старшие разряды этой группы подключены к общей шине. Выход переноса сумматора 22 подключен к входу переноса сумматора 21. В результате на выходах сумматора 21, сумматора 22 и АЦП 10 формируются старшие, средние и младшие разряды выходного кода

Аналогичным образом формируют единый код и для большего количества отсчетов, В предложенном способе исключена механическая юстировка отсчетов, что значительно упрощает реализацию способа.

Кроме того, измерение фактической величины рассогласования между соседними отсчетами и учет измеренных рассогласований в процессе формирования единого кода исключает погрешность юстировки отсчетов, что приводит к расширению диапазона допустимого рассогласования отсчетов при эксплуатации.

Формула изобретения

Способ измерения угла поворота вала, основанный на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих i-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним i младшего отсчета, коррекции по результатам сравнения старшей части единого значения предыдущих

1-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения I отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего 1 младшего отсчета, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения способа и расширения диапазона допустимого рассогласования отсчетов, перед формированием текущих значений угла определяют в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значение угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младmего и соседнего с ним старшего отсчетов, определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью каждого старmего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете, запоминают значение поправки для соседних отсчетов, при

1771069

10 формировании единого текущего значения I для I u I — 1 отсчетов из единого значения I-1 отсчетов вычитают запомненную поправку отсчетов.. 1771069 г

Составитель А.Смирнов

Техред М.Моргентал Корректор М.Петрова

Редактор проиаввдстввнно.иадатальскнв комбинат "патент", г. Ужгород, ул.Гвгарина, 101

Заказ 374& Тираж - Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ори ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б