Цифровой преобразователь угла



Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла
Цифровой преобразователь угла

 

H03M1/48 - 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 2541856:

Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" (RU)

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.

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для управления угловым положением подвижных частей объекта регулирования.

Известен преобразователь угла поворота в код, содержащий синусно-косинусный трансформаторный датчик, источник напряжения, первый и второй переключатели, первый и второй интеграторы, преобразователь код-напряжение, реверсивный счетчик, функциональный преобразователь отношения напряжений в код, блок управления, компаратор, генератор импульсов, первый и второй элементы И (см. патент №2282938, 15.02.2005). Недостатком преобразователя является невысокое быстродействие и большое время установления, характерное для следящих систем, а также большая погрешность измерения при переходных процессах (скачкообразном изменении угла поворота).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является цифровой преобразователь угла (ЦПУ), принятый за прототип и содержащий (см. патент №2435296, 25.10.2010) датчик угла, генератор напряжения возбуждения ДУ, формирователь опорного напряжения, первый и второй аналоговые сумматоры, первый и второй функциональный цифроаналоговые преобразователи, электронный аналог СКВТ-приемника, реверсивный двоичный счетчик, демодулятор с интегрирующим звеном и преобразователь напряжения в частоту. Недостатком преобразователя также является невысокое быстродействие, большое время установления, характерное для следящих систем, и большая погрешность измерения при переходных процессах.

Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия и точности преобразования угла поворота вала в код.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается за счет применения многоразрядных АЦП, ЦАП и полностью цифровой обработки сигналов. При этом интервал времени измерения угла составляет один период синусоидального напряжения возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора, а частота выдачи данных угла равняется частоте сигнала возбуждения.

В предлагаемом варианте цифрового преобразователя угла, содержащем синусно-косинусный вращающийся трансформатор и один цифроаналоговый преобразователь, в отличие от известного прототипа отсутствует второй цифроаналоговый преобразователь, при этом дополнительно введены усилитель, первый, второй и третий фильтр нижних частот, первый и второй аналого-цифровой преобразователь, первый, второй, третий и четвертый цифровые умножители, первое и второе постоянные запоминающие устройства, первый, второй, третий и четвертый накапливающие сумматоры, вычислитель арктангенса отношения, счетчик, первый, второй, третий и четвертый регистр, синхронизатор, генератор меандра, первый и второй вычислители квадратного корня из суммы квадратов, вычислитель коррекции угла, причем первый и второй выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора соединены соответственно с входами первого и второго фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтра нижних частот соединены соответственно с входом первого и второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого умножителя и с первым входом второго умножителя, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом третьего умножителя и с первым входом четвертого умножителя, выход первого постоянного запоминающего устройства соединен с объединенным входом цифроаналогового преобразователя вторым входом первого умножителя и вторым входом третьего умножителя, выход второго постоянного запоминающего устройства соединен с объединенным вторым входом второго умножителя и вторым входом четвертого умножителя, выход первого умножителя соединен с входом первого накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра, выход второго умножителя соединен с входом второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра, выход третьего умножителя соединен с входом третьего накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом третьего регистра, выход четвертого умножителя соединен с входом четвертого накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом четвертого регистра, выход первого регистра соединен с объединенным первым входом первого вычислителя квадратного корня из суммы квадратов и вторым входом вычислителя коррекции угла, выход второго регистра соединен со вторым входом первого вычислителя квадратного корня из суммы квадратов, выход третьего регистра соединен с объединенным первым входом второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов и первым входом вычислителя коррекции угла, выход четвертого регистра соединен со вторым входом второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов, выход первого и выход второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов соединены соответственно с первым и вторым входом вычислителя арктангенса отношения, выход которого соединен с третьим входом вычислителя коррекции угла, выход которого является выходом цифрового преобразователя угла, выход генератора меандра соединен со счетным входом счетчика, с входом синхронизатора, а также с входами запуска первого и второго аналого-цифрового преобразователя, первый выход синхронизатора соединен с объединенными входами сброса счетчика, а также с входами сброса первого, второго, третьего и четвертого накапливающего сумматора, второй выход синхронизатора соединен с объединенными тактовыми входами первого, второго, третьего и четвертого регистра, выход счетчика соединен с объединенными адресными входами первого и второго постоянного запоминающего устройства, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого соединен с усилителем, выход усилителя соединен с входом возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора.

Функциональная схема предлагаемого решения ЦПУ представлена на фигуре 1.

ЦПУ содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 1, усилитель 2, первый 3, второй 4 и третий 5 фильтры нижних частот (ФНЧ), первый 6 и второй 7 АЦП, цифроаналоговый преобразователь 8 (ЦАП), первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 цифровые умножители, первое 13 ПЗУ и второе 14 ПЗУ, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 накапливающие сумматоры, вычислитель арктангенса отношения 19, счетчик 20, первый 21, второй 22, третий 23 и четвертый 24 регистры, синхронизатор 25, генератор меандра 26, первый 27 и второй 28 вычислитель квадратного корня из суммы квадратов, вычислитель коррекции угла 29.

На чертеже приняты следующие обозначения:

α - угол поворота СКВТ;

- Uв - напряжение возбуждения СКВТ;

- Us - напряжение синусной обмотки СКВТ;

- Uc - напряжение косинусной обмотки СКВТ;

- Usn - отсчеты АЦП 6;

- Ucn - отсчеты АЦП 7;

- Fs - частота дискретизации;

- x1 - выходной код регистра 22;

- y1 - выходной код регистра 21;

- x2 - выходной код регистра 24;

- y2 - выходной код регистра 23;

- U1 - выходной код вычислителя 27;

- U2 - выходной код вычислителя 28;

- β - выходной код угла вычислителя 19;

- - измеренное значение кода угла ЦПУ.

Принцип действия ЦПУ заключается в следующем.

Тактовой частотой устройства является частота дискретизации Fs, которую формирует генератор меандра 26. Частота Fs подается на счетчик 20, синхронизатор 25 и входы запуска АЦП 6 и 7. Счетчик 20 формирует линейно возрастающий код от 0 до (N-1), который поступает на адресный вход ПЗУ 13 и 14. В ПЗУ 13 запрограммирована таблица синуса, а в ПЗУ 14 - таблица косинуса. Выходной код синуса ПЗУ 13 поступает в ЦАП 8 и преобразуется в аналоговый синусоидальный сигнал. Выходной сигнал ЦАП подается на ФНЧ 5. Этот фильтр пропускает синусоидальный сигнал и подавляет частоту дискретизации Fs и ее гармоники. Выходной сигнал ФНЧ подается на усилитель 2, усиливающий сигнал до требуемого напряжения возбуждения Uв для СКВТ.

При повороте вала СКВТ на угол α напряжения с его выходных обмоток, пропорциональные Sin α, Cos α, подаются на ФНЧ 3 и ФНЧ 4, которые имеют частоту среза выше частоты полезного сигнала, но ниже чем Fs/2. С выходов ФНЧ 3, 4 сигналы поступают на АЦП 6 и 7. Частота преобразования АЦП равна частоте Fs. Выходной код АЦП 6 подается на первый вход умножителя 9 и первый вход умножителя 10. На второй вход умножителя 9 поступает код синуса с ПЗУ 13, а на второй вход умножителя 10 поступает код косинуса с ПЗУ 14. Выходной код АЦП 7 подается на первый вход умножителя 11 и первый вход умножителя 12. На второй вход умножителя 11 поступает код синуса с ПЗУ 13, а на второй вход умножителя 12 поступает код косинуса с ПЗУ 14. Выходной код умножителя 9 подается на вход накапливающего сумматора 15, код умножителя 10 на вход накапливающего сумматора 16, код умножителя 11 на вход накапливающего сумматора 17, код умножителя 12 на вход накапливающего сумматора 18.

Работой ЦПУ управляет синхронизатор 25. Процесс измерения осуществляется циклически. В начале периода измерения выдается короткий импульс сброса с выхода синхронизатора 25 на вход сброса счетчика 20, а также на входы сброса накапливающих сумматоров 15, 16, 17 и 18. Далее в течение N периодов Fs осуществляется накопление кодов накапливающих сумматоров. Число N является емкостью счетчика и кратно степени 2. Период накопления должен быть кратен емкости счетчика 20, иными словами кратен количеству отсчетов в периоде синусоидального сигнала возбуждения Uв. Минимальная длительность времени накопления равна одному периоду сигнала возбуждения, этим достигается высокое быстродействие ЦПУ. После окончания накопления синхронизатор 25 выдает тактовый сигнал записи в регистры 21, 22, 23 и 24, выходной код накапливающих сумматоров 15, 16, 17 и 18 запоминается в регистрах.

Математически процесс обработки сигналов с накоплением выглядит следующим образом.

В приведенных формулах

- y1, x1, y2, x2 - выходные коды регистров 21, 22, 23, 24;

- Usn (Us0, Us1, …, UsN-1) коды отсчетов АЦП 6;

- Ucn (Uc0, Uc1, …, UcN-1) - коды отсчетов АЦП 7;

- K·Sin(2π·n/N) - коды синуса ПЗУ 13;

- K·Cos(2π·n/N) - коды синуса ПЗУ 13;

- K - коэффициент, учитывающий разрядность данных ПЗУ.

Выход регистра 21 подключен к первому входу, а выход регистра 22 ко второму входу вычислителя квадратного корня из суммы квадратов 27. Выход регистра 23 подключен к первому входу, а выход регистра 24 ко второму входу вычислителя квадратного корня из суммы квадратов 28.

Выраженные математически выходные коды вычислителей 27 и 28 имеют следующий вид:

Выходные коды вычислителей 27 и 28 подаются на вычислитель арктангенса отношения 19. Выходной код угла вычислителя 19 равен:

β=arctg(U1/U2)

Выходной код вычислителя 19 поступает на первый вход вычислителя коррекции угла 20. На второй вход вычислителя 20 подается выходной код регистра 21, а на третий вход поступает выходной код регистра 23.

Коррекция угла производится по следующему алгоритму.

Если y1≥0 и y2≥0, то это первый квадрант угла и угол корректируется по формуле:

Если y1≥0 и y2<0, то это второй квадрант угла, и угол корректируется по формуле:

Если y1<0 и y2<0, то это 3-й квадрант угла, и угол корректируется по формуле:

Если y1<0 и y2≥0, то это 4-й квадрант угла, и угол корректируется по формуле:

Из приведенного описания видно, что ЦПУ измеряет, угол в диапазоне от 0 до 2π.

Цифровая часть ЦПУ может быть реализована на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) либо на микроконтроллере.

Эффективность использования предлагаемого ЦПУ проверена испытаниями математических моделей и опытных образцов ЦПУ.

Цифровой преобразователь угла, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор и один цифроаналоговый преобразователь, отличающийся отсутствием второго цифроаналогового преобразователя, а также дополнительным введением усилителя, первого, второго и третьего фильтров нижних частот, первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первого, второго, третьего и четвертого цифровых умножителей, первого и второго постоянных запоминающих устройств, первого, второго, третьего и четвертого накапливающих сумматоров, вычислителя арктангенса отношения, счетчика, первого, второго, третьего и четвертого регистров, синхронизатора, генератора меандра, первого и второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов, вычислителя коррекции угла, при этом первый и второй выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора соединены соответственно с входами первого и второго фильтра нижних частот, выходы первого и второго фильтра нижних частот соединены соответственно с входом первого и второго аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого умножителя и с первым входом второго умножителя, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом третьего умножителя и с первым входом четвертого умножителя, выход первого постоянного запоминающего устройства соединен с объединенным входом цифроаналогового преобразователя вторым входом первого умножителя и вторым входом третьего умножителя, выход второго постоянного запоминающего устройства соединен с объединенным вторым входом второго умножителя и вторым входом четвертого умножителя, выход первого умножителя соединен с входом первого накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра, выход второго умножителя соединен с входом второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра, выход третьего умножителя соединен с входом третьего накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом третьего регистра, выход четвертого умножителя соединен с входом четвертого накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом четвертого регистра, выход первого регистра соединен с объединенным первым входом первого вычислителя квадратного корня из суммы квадратов и вторым входом вычислителя коррекции угла, выход второго регистра соединен со вторым входом первого вычислителя квадратного корня из суммы квадратов, выход третьего регистра соединен с объединенным первым входом второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов и первым входом вычислителя коррекции угла, выход четвертого регистра соединен со вторым входом второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов, выход первого и выход второго вычислителя квадратного корня из суммы квадратов соединены соответственно с первым и вторым входом вычислителя арктангенса отношения, выход которого соединен с третьим входом вычислителя коррекции угла, выход которого является выходом цифрового преобразователя угла, выход генератора меандра соединен со счетным входом счетчика, с входом синхронизатора, а также с входами запуска первого и второго аналого-цифрового преобразователя, первый выход синхронизатора соединен с объединенными входами сброса счетчика, а также с входами сброса первого, второго, третьего и четвертого накапливающего сумматора, второй выход синхронизатора соединен с объединенными тактовыми входами первого, второго, третьего и четвертого регистра, выход счетчика соединен с объединенными адресными входами первого и второго постоянного запоминающего устройства, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого соединен с усилителем, выход усилителя соединен с входом возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора.



 

Похожие патенты:

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.

Фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использован в оптико-электронных приборах.

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям. Технический результат заключается в расширении предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов.

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).

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники. Технический результат - расширение частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

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.

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.

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

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

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.

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.

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.

Изобретение относится к области телекоммуникаций и может быть использовано для преобразования цифровых сигналов в аналоговые сигналы. Техническим результатом является повышение технологичности конструкции преобразователя. Устройство содержит первую резистивную лестницу, образованную резисторами, соединенными с ключами, управляющимися входным сигналом в двоичной кодировке, вторую резистивную лестницу, образованную резисторами, соединенными с ключами, управляющимися инвертированным входным сигналом в двоичной кодировке, причем обе лестницы соединены между собой таким образом, что резисторы в перемычках включены параллельно; отношение сопротивлений первой и второй лестницы выбрано в соответствии с выражением: (m+1)/(m-1), где m - отношение напряжения питания к двойной амплитуде выходного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для быстрого преобразования аналоговых электрических сигналов в цифровой код в системах, функционирующих в системе остаточных классов (СОК). Технический результат - упрощение конструкции. Аналого-цифровой преобразователь в код СОК содержит вход, первый и второй блоки слежения-хранения, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, блок вычитания, источник напряжения смещения, регистры-защелки, выходные шины кодов остатков в СОК. Сущность изобретения заключается в объединении функций идентичных блоков в одном АЦП, одном ЦДЛ и одном блоке вычитания. 7 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления электроприводами для преобразования аналогового напряжения в код. Техническим результатом является совмещение в одном устройстве преобразования входного напряжения в цифровой код с выполнением определенной математической операции, ускорение и упрощение обработки информации с различных датчиков, выходной сигнал которых имеет нелинейную зависимость от входной величины. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, компаратор, два набора резисторов, ключи. 2 ил.

Изобретение относится к технике первичного измерительного преобразования физических величин в электрические сигналы и касается способа формирования функционально-интегрированных/дифференцированных (ФИД) квадратурных опорных сигналов (КОС). Технический результат заключается в повышении быстродействия за счет простоты сопряжения как с цифровыми системами, так и с аналоговыми, с одновременным формированием КОС в аналоговой форме. Предлагается усовершенствовать известный способ путем одновременного формирования функциональных, интегрированных и дифференцированных производных КОС. Предлагается синхронно по частоте и фазе вращения объекта формировать сначала последовательности "меандров" переменного периода следования, формировать короткие счетные импульсы детектированием их фронтов и производить алгебраический счет импульсов одновременно по трем каналам функций, первообразных и производных, таким образом формируя высокоинформативные ФИД КОС. 6 ил.

Изобретение относится к области вывода линейно изменяющихся сигналов, аналого-цифрового преобразования этого сигнала и формирования изображений. Достигаемый технический результат - возможность выводить линейно изменяющиеся сигналы, имеющие потенциал, варьирующийся в зависимости от времени. Устройство содержит модуль подачи напряжения, выполненный с возможностью подавать множество напряжений, имеющих разные амплитуды, модуль подачи тока, интегральную схему, выполненную с возможностью выводить линейно изменяющиеся сигналы, и емкостной элемент, при этом модуль подачи напряжения подключен к одному контактному выводу емкостного элемента, а интегральная схема и модуль подачи тока подключены к другому контактному выводу емкостного элемента. 12 н. и 8 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов. Техническим результатом является повышение точности преобразования. Устройство содержит излучатель, передающий световод, оптический демультиплексор, две группы световодов, две группы граданов, излучающий световод, приемный световод, вал, кодовый диск, считывающий диск, две группы оптических аттенюаторов, два оптических мультиплексора, общий оптический кабель, фотоприемники, усилители, пороговое устройство, ключ, генератор тактового сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), промежуточные регистры, элемент НЕ, регистр. 3 ил.
Устройство относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах управления технологическими процессами, в частности в автоматизированном электроприводе. Техническим результатом является повышение надежности АЦП путем диагностики его работоспособности. Устройство содержит источник входного сигнала, первый и второй сумматоры, интегратор, релейный элемент, источник сигнала синхронизации, генератор пилообразного напряжения, программируемый контроллер, первый и второй преобразователи интервала времени в цифровой код, арифметико-логическое устройство, преобразователь «частота-аналоговый сигнал», пороговый элемент. 4 ил.
Наверх