Цифровой преобразователь угла

Авторы патента:

Краснов Константин Владимирович (RU)

H03M1/64 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2533305:

Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение как в цифровых системах наведения и управления огнем, так и в системах определения углового положения. Достигаемый технический результат - повышение точности преобразования углового положения ротора двухфазного индукционного датчика угла в цифровой код при значительном расширении рабочего температурного диапазона. Цифровой преобразователь угла содержит генератор напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного датчика угла типа СКВТ; СКВТ-приемник, преобразователь напряжение-частота, реверсивный счетчик, первый выпрямитель, второй выпрямитель, сумматор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и контроллер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом реверсивного счетчика и выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с шиной выходного кода. 1 ил.

Известен цифровой преобразователь угла (ЦПУ) по патенту РФ №2259631, МПК H03M 1/48, опубликованному 27.08.2005 г. Устройство содержит двухфазный индукционный датчик угла, первый и второй функциональные цифроаналоговые преобразователи, первый, второй, третий, четвертый и пятый суммирующие усилители, первый и второй вычитающие усилители, первый, второй и третий коммутаторы, первый и второй блоки цифровых инверторов, первый, второй и третий цифровые инверторы, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, формирователь управляющих сигналов реверсивного счетчика, корректирующее звено, первый, второй, третий и четвертый демодуляторы, первое, второе и третье интегрирующие звенья, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой управляемые аналоговые инверторы, первый и второй усилители-формирователи, перепрограммируемое запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, амплитудно-частотный нормализатор. Однако коррекция сигнала углового положения в данном устройстве выполняется в аналоговом виде, что ведет к необходимости введения в схему аналого-цифрового преобразователя, перепрограммируемого запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя и, соответственно, росту аппаратных затрат и энергопотребления.

Наиболее близким по техническим характеристикам является цифровой преобразователь угла, предложенный в патенте РФ №2365032, МПК H03M 1/00 опубликованном 20.08.2009 г. Преобразователь обеспечивает следящее преобразование углового положения ротора двухфазного индукционного датчика угла в выходной двоичный код для широкого диапазона частот напряжения возбуждения и содержит двухфазный датчик угла типа синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) с угловым положением ротора α и с выходными напряжениями U_s и U_c переменного тока; генератор напряжения возбуждения двухфазного индукционного датчика угла; электронный аналог СКВТ-приемника, фазовый детектор с выходным фильтром низких частот; цепи коррекции, содержащие два аналоговых инвертора, аналоговый сумматор, детектор с фильтром низких частот, три компаратора и два D-триггера; преобразователь напряжения в частоту; двоичный реверсивный счетчик с текущим значением кода N-выходным кодом цифрового преобразователя угла; шину выходного кода N. Но данное устройство в процессе следящего преобразования не учитывает изменение коэффициента трансформации двухфазного индукционного датчика угла при изменении температуры окружающей среды, а также эффекты саморазогрева обмоток датчика в процессе работы.

Задачей изобретения является создание цифрового преобразователя угла (ЦПУ) с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение точности преобразования углового положения ротора двухфазного индукционного датчика угла в цифровой код при значительном расширении рабочего температурного диапазона: от минус 60 до плюс 80°C.

Это достигается тем, что в цифровой преобразователь угла, содержащий генератор напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного индукционного датчика угла типа синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ); СКВТ-приемник, опорный вход которого соединен с выходом генератора напряжения возбуждения, синусный и косинусный входы соединены соответственно с синусным и косинусным выходами двухфазного индукционного датчика угла, а выход соединен с преобразователем напряжение-частота; реверсивный счетчик, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход с цифровым входом СКВТ-приемника, дополнительно введены первый выпрямитель, вход которого соединен с выходом генератора напряжения возбуждения; второй выпрямитель, вход которого соединен с косинусным выходом двухфазного индукционного датчика угла; сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго выпрямителей, а выход соединен с усилителем; аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого соединен с выходом усилителя, а опорный вход соединен с выходом первого выпрямителя; контроллер, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика и выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с шиной выходного кода N.

Причем в цифровом преобразователе угла СКВТ-приемник состоит из электронного аналога, первого, второго и третьего компараторов, первого и второго D-триггеров, детектора с выходным фильтром низких частот, первого и второго аналоговых инверторов и аналогового сумматора. При этом выход генератора напряжения возбуждения подключен к первому входу третьего компаратора, а также второму входу третьего компаратора через детектор с выходным фильтром низких частот; синусный выход двухфазного индукционного датчика угла соединен с первым входом электронного аналога, аналоговым входом первого аналогового инвертора и первым входом первого компаратора, второй вход которого подключен к шине нулевого потенциала; косинусный выход двухфазного индукционного датчика угла соединен со вторым входом электронного аналога, аналоговым входом второго аналогового инвертора и вторым входом второго компаратора, первый вход которого подключен к шине нулевого потенциала; выход первого компаратора соединен с информационным входом первого D-триггера, тактовый вход которого подключен к выходу третьего компаратора, а выход к управляющему входу первого аналогового инвертора; выход второго компаратора соединен с информационным входом второго D-триггера, тактовый вход которого подключен к выходу третьего компаратора, а выход к управляющему входу второго аналогового инвертора; выходы первого и второго аналогового инвертора через аналоговый сумматор подключены ко второму входу фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом электронного аналога, а выход через преобразователь напряжение-частота соединен с управляющим входом двоичного реверсивного счетчика, поразрядные выходы которого подключены к соответствующим цифровым входам электронного аналога.

На чертеже представлена блок-схема цифрового преобразователя угла, содержащего генератор напряжения возбуждения 1, напряжение с выхода которого поступает на обмотку возбуждения двухфазного индукционного датчика угла 2 с угловым положением ротора α и выходными напряжениями переменного тока, с амплитудами, пропорциональными синусу и косинусу углового положения ротора; СКВТ-приемник 3, на опорный вход которого поступает напряжение возбуждения с генератора напряжения возбуждения 1, а на синусный и косинусный входы напряжения с соответственно синусного и косинусного выходов двухфазного индукционного датчика угла 2, формирующий выходное напряжение, пропорциональное разности между угловым положением ротора двухфазного индукционного датчика угла 2 α и текущим кодом углового положения, поступающим с реверсивного счетчика 4 на цифровой вход СКВТ-приемника 3; преобразователь напряжение-частота 5, выполняющий преобразование напряжения с выхода СКВТ-приемника 3 в сигнал управления реверсивным счетчиком 4; первый выпрямитель 6, выполняющий вычисление амплитуды напряжения на выходе генератора напряжения возбуждения 1; второй выпрямитель 7, выполняющий вычисление амплитуды напряжения, на косинусном выходе двухфазного индукционного датчика угла 2; усилитель 8, выполняющий усиление разности амплитуд напряжений на выходах первого 6 и второго 7 выпрямителей, связанных соответственно с первым и вторым входами сумматора 9; аналого-цифровой преобразователь 10, преобразующий поступающий на информационный вход выходной сигнал с усилителя 8 в цифровой код с использованием сигнала с выхода первого выпрямителя 6 в качестве опорного; контроллер 11, выполняющий коррекцию кода углового положения, поступающего на первый вход с реверсивного счетчика 4 на основе значения, поступаемого с аналого-цифрового преобразователя 10 на второй вход, и формирующий выходной код ЦПУ N.

При работе данной схемы в следящем режиме на выходе реверсивного счетчика 4 будет устанавливаться значение кода N, при котором выполняется условие тождественного равенства значений α и N, однако для этого необходимо обеспечивать постоянность амплитуд напряжений на выходах двухфазного индукционного датчика угла 2 при неизменном угловом положении ротора α. При изменении температуры окружающей среды изменяется сопротивление обмоток двухфазного индукционного датчика угла 2, при этом изменяется коэффициент трансформации и изменяются амплитуды напряжений на его выходах, что ведет к ошибке определения углового положения ротора. Указанная проблема решается путем определения текущего коэффициента трансформации двухфазного индукционного датчика угла 2 и последующей компенсации двоичного кода, получаемого с реверсивного счетчика 4.

Коэффициент трансформации Кт двухфазного индукционного датчика угла определяется как отношение амплитуд напряжений на обмотке возбуждения Uв и косинусной обмотке Uc при нулевом положении ротора α:

Кт=Uс/Uв

Определение амплитуд напряжений на обмотках двухфазного индукционного датчика угла происходит с использованием выпрямителей, коэффициенты усиления которых подбираются таким образом, что в нормальных климатических условиях Кт=1.

Для повышения точности определения коэффициента трансформации двухфазного индукционного датчика угла и снижения аппаратных затрат (использование только одного аналого-цифрового преобразователя) выполняется преобразование усиленной разности К*(Uв-Uc) в цифровой код с использованием амплитуды напряжения Uв в качестве опорного.

При выполнении данного преобразования получаемый на выходе аналого-цифрового преобразователя двоичный код вычисляется как

N'=K*(Uв-Uс)/Uв

Полученный двоичный код поступает на вход контроллера, выполняющего вычисление текущего значения коэффициента трансформации двухфазного индукционного датчика угла в соответствии со следующей формулой:

Кт=Uc/Uв=1-N'/K

Поскольку в нормальных климатических условиях коэффициент трансформации двухфазного индукционного датчика угла равен 1, отклонение коэффициента трансформации при изменении температуры окружающей среды определяется как

ΔKт(T)=N'/K

Полученное отклонение коэффициента трансформации от номинального значения в дальнейшем используется контроллером для коррекции получаемого с реверсивного счетчика двоичного кода и формирования выходного кода ЦПУ.

Таким образом, введение первого и второго выпрямителей для получения текущего значения амплитуд напряжений на обмотке возбуждения и косинусной обмотке двухфазного индукционного датчика угла; сумматора, обеспечивающего вычисление разности амплитуд напряжений на обмотке возбуждения и косинусной обмотке двухфазного индукционного датчика угла; аналого-цифрового преобразователя, обеспечивающего вычисление коэффициента трансформации и преобразования его в цифровой код; контроллера, выполняющего коррекцию цифрового кода угла в зависимости от текущего значения коэффициента трансформации, позволило снизить погрешность определения углового положения для двухфазных индукционных датчиков угла на примере СКТ-265П с 10 до 1 угловой минуты при работе в диапазоне температур от минус 60 до плюс 80°C.

Цифровой преобразователь угла, содержащий генератор напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения двухфазного датчика угла типа СКВТ; СКВТ-приемник, опорный вход которого соединен с выходом генератора напряжения возбуждения, а синусный и косинусный входы соединены соответственно с синусным и косинусным выходами двухфазного датчика угла, а выход соединен с преобразователем напряжение-частота; реверсивный счетчик, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход с цифровым входом СКВТ-приемника, отличающийся тем, что цифровой преобразователь угла снабжен первым выпрямителем, вход которого соединен с выходом генератора напряжения возбуждения; вторым выпрямителем, вход которого соединен с косинусным выходом двухфазного датчика угла; сумматором, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго выпрямителя, а выход соединен с усилителем; аналого-цифровым преобразователем, информационный вход которого соединен с выходом усилителя, а опорный вход соединен с выходом первого выпрямителя; контроллером, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами реверсивного счетчика и выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с шиной выходного кода N.

Похожие патенты:

Преобразователь угол-код // 2530336

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к преобразователям угла поворота вала в код. Технический результат - повышение информационной надежности преобразователя угол-код.

Устройство для измерения динамических характеристик навигационных приборов, в состав которых входит вращающийся трансформатор // 2530311

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при метрологических исследованиях навигационных приборов, содержащих вращающийся трансформатор.

Формирователь временных интервалов // 2528141

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат - упрощение конструкции устройства.

Аналого-цифровой преобразователь // 2527187

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в микроэлектронных системах обработки аналоговых сигналов и преобразовании аналоговой информации в цифровую, в частности при разработке аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с малым энергопотреблением, многоканальных системах приема и обработки информации с многоэлементных приемников оптического сигнала.

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом // 2523960

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи. Технический результатом является расширение в несколько раз предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП за счет снижения погрешности передачи входных дифференциальных напряжений ко входам компараторов напряжения.

Цифро-аналоговый преобразователь // 2523950

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных устройств обработки информации, измерительных приборах, системах телекоммуникаций.

Источник стабильного тока // 2523916

Источник стабильного тока относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться в составе систем автоматического управления, работающих в экстремальных условиях и полях ионизирующего излучения.

Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи // 2523208

Изобретение относится к области аналого-цифровых преобразователей. Техническим результатом является повышение точности и скорости преобразования.

Аналого-цифровой преобразователь и способ калибровки смещения нуля // 2520427

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах обработки аналоговых сигналов и, в частности, в быстродействующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП).

Аналого-цифровой преобразователь и способ его калибровки // 2520421

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при разработке быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Технический результат - повышение точности калибровки N-разрядного комбинированного АЦП путем уменьшения погрешности преобразования АЦП за счет снижения влияния рассогласования параметров элементов с помощью калибровки.

Преобразователь угла поворота вала в код // 2534971

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения мгновенных значений угла и работы в режиме усреднения временных интервалов. Устройство содержит генератор импульсов, делитель частоты, блок преобразования угла поворота вала в последовательность временных интервалов, дешифратор, формирователи тактовых импульсов, формирователи грубого отсчета, регистры, вычислительный блок, дополнительные регистры, сумматоры, блоки элементов И, счетчики, триггеры и элементы И. 2 ил.

Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь // 2535458

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники. Технический результат - расширение частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП. Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь, каждая из N секций которого содержит компаратор напряжения, первый вход которого соединен с первым источником входного напряжения через первый эталонный резистор, а второй вход компаратора подключен ко второму источнику входного противофазного напряжения через второй эталонный резистор, причем первый вход компаратора связан с первым источником опорного тока и первым паразитным конденсатором, второй вход компаратора связан со вторым источником опорного тока и вторым паразитным конденсатором, а первый источник опорного тока выполнен в виде первого биполярного транзистора, коллектор которого является выходом первого источника опорного тока, база подключена к источнику вспомогательного напряжения, а эмиттер через первый дополнительный токостабилизирующий двухполюсник связан с шиной источника питания, причем между первым источником входного напряжения и эмиттером первого биполярного транзистора включен первый дополнительный конденсатор. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ синхронизации аналого-цифровых преобразователей с избыточной частотой дискретизации // 2535481

Изобретение относится к области гидроакустики, радиотехники и электротехники и может быть использовано для построения синхронных многоканальных систем аналого-цифрового преобразования при использовании аналого-цифровых преобразователей с избыточной частотой дискретизации (АЦП-ИЧД). Технический результат - автоматизация процесса восстановления синхронизации АЦП-ИЧД. Предложен способ синхронизации АЦП-ИЧД, содержащий подачу на входы начальной установки всех АЦП-ИЧД импульсов начальной установки, подачу на входы тактовой частоты всех АЦП-ИЧД периодического сигнала тактовой частоты, выработку АЦП-ИЧД сигнала готовности данных, в котором каждое АЦП снабжают узлом следящей синхронизации, импульсы готовности данных от каждого АЦП подают на один вход узла следящей синхронизации, соединенного с этим АЦП, а на второй вход всех узлов следящей синхронизации подают периодические импульсы контроля синхронизации, выработанные дополнительным опорным генератором, периодические импульсы контроля синхронизации по времени поступления в каждом узле следящей синхронизации сравнивают с импульсами готовности данных и, в случае превышения установленного предела рассогласования, в узле следящей синхронизации, в котором произошло превышение установленного предела рассогласования, вырабатывают импульс начальной установки, который через схему ИЛИ подают на вход начальной установки соединенного с ним АЦП. 2 ил.

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом // 2536377

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям. Технический результат заключается в расширении предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов. Преобразователь содержит N идентичных по архитектуре секций. Каждая из секций включает компаратор напряжения, первый вход которого соединен с первым источником входного напряжения через первый эталонный резистор, а второй вход компаратора подключен ко второму источнику входного противофазного напряжения через второй эталонный резистор, причем первый вход компаратора связан с первым источником опорного тока и первым паразитным конденсатором, второй вход компаратора связан со вторым источником опорного тока и вторым паразитным конденсатором. Первый источник опорного тока выполнен в виде первого биполярного транзистора, коллектор которого является выходом первого источника опорного тока, база подключена к источнику вспомогательного напряжения, а эмиттер через первый дополнительный двухполюсник связан с первой шиной источника питания, причем первый вход компаратора соединен с базой первого дополнительного транзистора, коллектор которого подключен ко второй шине источника питания, эмиттер соединен с первой шиной источника питания через второй дополнительный двухполюсник и связан с эмиттером первого биполярного транзистора через первый корректирующий конденсатор. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений // 2538293

Фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использован в оптико-электронных приборах. Технический результат заключается в повышении уровня рабочего сигнала за счет установки индикаторного диска между источником излучения и конденсором, в результате чего каждая щель поля считывания стала самостоятельным источником излучения, а рабочий сигнал стал суммой сигналов всех щелей. Содержит источник излучения, индикаторный диск, конденсор, подвижный измерительный диск, установленный на поворотной опоре, фотоприемник, электронный блок управления. На индикаторном диске выполнены поля считывания, каждое из которых имеет пространственный сдвиг относительно предыдущего на 1/4 периода кодовой маски измерительного диска. Конденсор установлен между индикаторным и измерительным дисками с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Измерительный диск выполнен гибким и закреплен на поворотной опоре между двух колец, одно из которых упругое, а другое кольцо жесткое. На индикаторном диске выполнено не менее двух полей считывания с щелями разной ширины, наибольшая ширина щели в поле считывания равна щели кодовой маски измерительного диска, а ширина остальных щелей рассчитывается по формуле. 1 ил.

Нейросетевой преобразователь кода в частоту // 2540823

Изобретение относится к области устройств преобразования кода в частоту. Техническим результатом является реализация различных функциональных зависимостей выходной частоты от входного кода и улучшение способности преобразователя корректировать мультипликативную составляющую погрешности датчиков. Устройство содержит два сумматора, два элемента ИЛИ, два элемента задержки, счетчик, дешифратор, память кодов, четыре элемента И, блок памяти весовых коэффициентов, блок обучения, блок памяти весовых коэффициентов, блок обучения, умножитель, блок выбора функции активации. 2 табл., 1 ил.

Цифровой преобразователь угла // 2541856

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для управления угловым положением подвижных частей объекта регулирования. Техническим результатом является повышение быстродействия и точности преобразования угла поворота вала в код. Устройство содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор, фильтры нижних частот, АЦП, ЦАП, цифровые умножители, ПЗУ, накапливающие сумматоры, вычислитель арктангенса отношения, счетчик, регистры, синхронизатор, генератор меандра, вычислители квадратного корня из суммы квадратов, вычислитель коррекции угла. 1 ил.

Метод увеличения скорости цифро-аналогового преобразования // 2544738

Группа изобретений относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при создании высокоскоростных модуляторов/демодуляторов радиотехнических систем проводной и беспроводной цифровой передачи данных. Техническим результатом является увеличение скорости преобразования цифрового сигнала в аналоговый и более точное представление формы аналогового сигнала на выходе цифроаналогового преобразователя. Устройство содержит многоразрядный параллельный преобразователь входных цифровых данных, преобразователь тактовой частоты, резистивную матрицу, аналоговый фильтр. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство обнаружения источника свч излучения // 2544768

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для обнаружения маломощного излучения в СВЧ диапазоне радиоволн и определения источника излучения. Технический результат - расширение полосы рабочих частот, повышение чувствительности и обеспечение низкой погрешности измерения направления на источник излучения. Для этого устройство представляет собой двухканальный детекторный приемник СВЧ, снабженный двумя вертикальными штыревыми антеннами, однотипными диодными детекторами с удвоением выходного напряжения, однотипными операционными усилителями с цепью отрицательной обратной связи в виде постоянного резистора и цепью стабилизации режима работы усилителей в виде постоянного резистора, а также схемой сравнения выходных напряжений, содержащей измеритель тока, переменные резисторы, переключатель режимов работы измерителя «обнаружение» и «поиск» и визир направления на источник излучения. 5 ил.

Цифровой измерительный преобразователь интервала времени // 2546075

Изобретение относится к технике прецизионного измерения однократных интервалов времени. Технический результат заключается в повышении точности цифрового преобразования интервала времени в цифровой код. Технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее интерполирующий преобразователь время-код, своими первым и вторым входами связанный с зажимами сигналов начала и окончания интервала, введено множество дополнительных аналогичных интерполирующих преобразователей время-код. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.