Преобразователь «угол — код»

 

О П И С А Ж И Е 397953

Союз Советских

Социалистических

Республик

И30БРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 25.Х.1970 (№ 1708261/18-24) М. Кл. б 08с 9/О4 с присоединением заявки №вЂ”

Гооударотвекнмй комнтет

Совета 1йнннстроо СССР по делам неооретеккй н открмтнй

Приоритет—

Опубликовано 17.1Х.1973, Бюллетень № 37

Дата опубликования списания 21.1.1974

УДК 621.314.2 (088.8) Авторы изобретения

В. Г. Мавродий и А. В. Курников

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «УГОЛ вЂ” КОД»

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.

Известны преобразователи угла в цифровой код, основанные на использовании электростатических генераторов переменного тока двух близких частот.

Недостатком таких преобразователей является наличие двух механических вращений кодирующего элемента; вращение ротора вспомогательным двигателем и вращение считывающего устройства кодового ротора, соединенного с осью, угол поворота которой подлежит преобразованию.

Это усложняет конструкцию кодирующего элемента и исключает возможность дистанционного расположения кодирующего элемента и генератора шкалы.

Целью изобретения является исключение вращения считывающего устройства кодирующего элемента, упрощение конструкции колирующего элемента и возможность дистанци онного расположения кодирующего элемента и генер атор а шкалы.

Предлагаемый преобразователь угла поворота в цифровой код основан на считывании импульсов с двух роторов генератора шкалы и с двух |роторов кодирующего элемента неподвижными считывающими устройствами.

Непрерывно вращаются только роторы генератора шкалы, число пар полюсов которых равно P и 1 (генератор с Р парами полюсов— датчик шкалы, генератор с одной парой полюсов — датчик питания кодирующего элемента), а непрерывное вращение кодового ротора, имеющего число пар полюсов Р и 1, заменено вращением вектора магнитного поля в статарах кодирующего элемента за счет питания ега выходными напряжениями генерато ра шкалы, ротор которого имеет одну пару полюсов, поэтому скорость вращения вектора магнитного поля кодирующего элемента равна и синхронна скорости непрерывного вращения роторов генератора шкалы.

Скорость изменения выходных напряжений, снимаемых с кодирующего элемента (c обоих каналов: канал, имеющий P пар полюсов — канал точного отсчета, канал, имеющий одну пару полюсов — канал грубого отсчета), равна и синхронна скорости изменения напряжений, которыми запитывается кодирующий элемент, синхронна и .в Р раз меньше скорости изменения выходных напряжений, снимаемых с генератора шкалы, ротор которого имеет Р пар полюсов.

За один оборот вала вспомогательного двигателя выдается Р импульсов с формирующего устройства датчика шкалы и по одному импульсу с формирующих устройств датчика питания и двух датчиков кодирующего элемента. - Временное положение импульса, 397953

Роторы обоих датчиков генератора шкалы

2 вращаются непрерывно со .скоростью - дви.гателем, а роторы кодирующего элемента б 45 жестко соединены с входной осью, угловое положение котооой необходимо определить.

За один оборот ротора генератора шкалы вектор магнитного поля датчика питания поворачивается на 2 эл. град.

С синусной и косинусной обмоток статора атчика снимаются два напряжения

= К11т з1п t sin t H V> = К1 т sin i cos "11

55 где о — скорость вращения вала вспомогательного двигателя; — круговая частота напряжения питачия;

К вЂ” Кз — коэффициенты передач, аргумент которых по огибающей за один оборот вала (2 угл. град.) вспомогательного двигателя изменяется от

О до 2> эл. град (один период на оборот вала), 65 снимаемого с формирующего устройства датчика точного отсчета, относительно импульса, снимаемого с формирующего устройства датчика питания, определяется углом,разворота ротора кодирующего элемента в преде- 5 лах любого полюсного деления. При этом число импульсов, снимаемых с формирующего устройства датчика шкалы, которое укладывается между двумя указанными импульсами, определяет код точного отсчета, шаг 10

2.т квантования которого равен — — а временР P ное расположение импульса, снимаемого с формирующего устройства датчика грубого отсчета, относительно импульса, снимаемого с формирующего устройства датчика питания, определяется полным углом .разворота ротора кодирующего элемента относительно нулевого положения измеряемого вала, и число,импульсов, снимаемых с датчика шкалы, эквивалентное число пройденных пар,полюсов датчика точного отсчета от его исходного положения, определяет код грубого отсчета, шаг

2 квантования .которого равен —.

На чертеже приведена блок-схема преоб разователя.

Преобразователь содержит двигатель 1, который вращает сдвоенный ротор генератора шкалы; генератор шкалы 2, датчик шкалы

8, датчик питания 4 кодирующего элемента, кодирующий элемент 5, датчик точного отсчета б, датчик грубого отсчета 7, формирователи импульсов 8 — 11 и блок формирова- 35 ния кода 12.

Основными узлами преобразователя являются два генератора: генератор шкалы и кодирующий элемент. В генераторах используются индукционные машины типа синусно- 40 косинусных поворотных трансформаторов.

3а один оборот ротора генератора шкалы вектор магнитного поля датчика шкалы поворачивается Hà 2> эл. град.

С обмотки статора датчика шкалы снимается напряжение (V3 = К317т sin >t sin P t), аргумент которого по огибающей за полный оборот вала вспомогательного двигателя изменяется от О до 2 эл. град. Р раз (P периодов на один оборот вала).

Напряжение питания генератора шкалы подается на его роторные обмотки.

Выходные напряжения V, .и V3 вспомогательного генератора подаются на синусные,и косинусные обмотки датчиков кодирующего элемента. Напряжение U> подается на синусные обмотки обоих статоров кодирующего элемента, а напряжение Ь 3 — на косинусные обмотки.

За один оборот ротора генератора шкалы вектор магнитного поля статоров кодирующего элемента поворачивается íà 2> эл. град.

Напряжения, снимаемые с роторных обмоток кодирующего элемента, описываются следующими выражениями:

1 4 КЗ(т sin 1 sin (--1 + ч);

4 — K3 V„„sin t cos (t + Ч1) 1

3 K4V„„sin t sin ("-t + Ч3)

1 ; = К417и sin >t cos (t + 9 3), где V4 и V3 — выходные напряжения каналов точного и грубого отсчетов кодирующе го элемента соответственно, снимаемые с синусных роторных обмоток; 4 и Гз — выходные напряжения каналов точного и грубого отсчетов кодирующего элемента соответственно, снимаемые с косинусных роторных обмоток;

Кз, К з, К4 К 4 — коэффициенты передач.

При построении преобразователя «угол— код» используются, например, выходные напряжения 1 4 и V;.

В исходном состоянии (при угле поворота ротора кодирующего элемента n = 0),ротор кодирующего элемента должен быть установлен таким образом, чтобы на синусных обмотках его были нулевые значения выходных напряжений (в точках, где доза равна О, а не

180 ) при;нулевом значении напряжения питания V> (где доза также равна О) и максимальное значение напряжения питания

При этом одно из нулевых значений выходпого напряжения V3 датчика шкалы совмещено с нулевым значением напряжения питания V . Это положение совмещается с нулевым значением угла измеряемого вала, и в этом случае выходные напряжения, снимаемые с роторных обмоток кодирующего элемента, запишутся как:

1 4 К21 т sin

V: К4V sin t . sint!t.

397953

При повороте ротора копирующего элемента на угол я проис.".одит сдвиг по фазе между напряжением питания и выходными напряжениями каналов.

В общем виде выражения выходных напряжений каналов точного и грубого отсчетов кодирующего элемента будут: 4 — Кз ж$1п t sIII (t + 1) °

V5 = К4Кщ $1п +f $1п (+I 1 г9) .

При,повороте ротора кодирующего элемента на угол, равный одному полюсному делению сдвиг фаз между напряжением питания и выходным напряжением канала точного отсчета составит д1 — — 2 эл. град., а сдвиг фаз между напряжением питания и выходным на пряжением канала грубого отсчета составит

2 эл. град. (так .как масштаб между каP налами кодирующего элемента равен Р, то >: — р.

3а один период напряжения питания фаза выходного напряжения датчика шкалы изменяется на 2-i. P

Примем за единицу .измерения сдвиг по фазе между напряжением питания и выходными напряжениями каналов кодирующего элемента 2 эл. град. шкалы.

При повороте ротора кодирующего эле мента на угол, соответствующий одному 70люсному делению, сдвиг по фазе между нанапряжением V4 составит P единиц шкалы, а сдвиг по фазе между напряжением питания и выходным напряжением Vq — одну единицу шкалы.

Таким образом, число единиц (число периодов шкалы) между нулевыми значениями напряжения питания .и выходного напряже ния канала точного отсчета при угле поворота ротора кодирующего элемента на одно полюсное деление равно Р, а между нулевыми значениями напряжения питания,и выходного напряжения канала грубого отсчета равно 1.

При угле поворота ротора кодирующего элемента, равном 2 угл. град., число периодов шкалы между нулевым значением напряжения питания и нулевым значением выходного напряжения канала грубого отсчета составляет Р. Следовательно,,разрешающая способность преобразователя, построенного по .предлагаемому способу, составляет Р ед.иниц.

Преобразователь «угол — код» является циклическим преобразователем.

Цикл преобразования равен одному периоду напряжения, питания кодирующего элемента, т. е. времени одного оборота вала вспомогательного двигателя. При этом старшие разряды цифрового эквивалента угла разворота ротора кодирующего элемента (целое число пар полюсов канала точного отсчета кодирующего элемента) фиксируются по грубому отсчету.

Фиксация производится подсчетом числа периодов шкалы между нулевым значением напряжения питания кодирующего элемента и нулевым значением выходного напряжения

5 канала грубого отсчета. Младшие разряды кода (дробная часть полюсного деления, т. е. квантование угла в;пределах полюсного деления) фиксируются по точному отсчету подсчетом числа периодов шкалы между ну10 левым значением напряжения питания .и нулевым значением выходного напряжения канала точного отсчета.

Шаг квантования канала точного отсчета

2-. 2 равен, а канала грубого отсчета

Диапазон измерения канала точного отсчета — угол, равный полюсному делению шкалы точного отсчета кодирующего элемента, т. е.

2л

P 0 угол равный — —.

Коэффициент электрической, редукции преобразователя равен Р, т. е. увеличивается в

Р раз по сравнению с коэффициентом электрической редукции кодирующего элемента.

Напряжения, снимаемые с выходных обмоток генератора шкалы 2 и кодирующего элемента 5, подаются на формирователи, которые в моменты перехода огибающих выходных сигналов через нулевое положение от отрицательных значений к положительным формир у ют и м пульс ы.

3а один оборот ротора генератора шкалы выдается Р импульсов, шкалы с формирователя 8 и один импульс с формирователя 9, момент формирования которого является началом цикла преобразования угла в код.

С формирователей выходных напряжений кодирующего элемента за один оборот ротора

40 генератора шкалы, выдается по одному импульсу как по каналу точного отсчета, так и по каналу грубого отсчета.

Временное расположение импульса с формирователя 10 точного канала кодирующего

45 элемента или сдвиг по фазе его относительно начала цикла преобразования определяегся углом разворота ротора кодирующего элемента в пределах любого его полюсного деления.

Временное расположение импульса с формирователя 11 груоого канала и,чи сдвиг по фазе его относительно начала цикла преобразования определяется полным углом разворота ротора кодирующего элемента относительно исходного положения измеряемого вала.

Таким образом, число измеряемых перио5о дов шкалы, которое укладывается от начала цикла преобразования до появления импульса с формирователя 10 канала точного отсчета, определяет код в пределах полюсного деле60 ния, а число измеряемых периодов шкалы, которое укладывается от начала цикла преоора зования до появления импульса с формирователя 11 канала грубого отсчета, определяет старшие разряды кода, эквивалентного числу пройденных пар полюсов кодирующего элемента, от его исходного положения.

397953

Г1 р е д м е т,и з о б р е т е н и я

Составитель И. Загорбиннна

Техред Л, Богданова Корректор В. Брыксина

Редактор Л. Утехина

Заказ 739/2450 Изд. № 991 Тираж 602 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР о делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тнп. Харьк. фил. пред. «Патент»

Импульсы каналов точного и грубого отсчетов кодирующего элемента могут совпадать с любым импульсом шкалы. Совпадающий,во времени импульс шкалы считается в блоке формирования кода 12 как единица дискрета. Исключение составляет первый (нулевой) импульс шкалы, момент появления которого совпадает с началом цикла преобразования.

Генератор шкалы (датчики генератора шкалы), индукционные кодирующие элементы, формирователи импульсов, блок,формирования кода построены но.известным схемам.

Преобразователь «угол — код», содержащий двигатель, кодирующий элемент, состоящий из датчика точного отсчета и датчика грубого отсчета, формирователи импульсов, соединенные с блоком формирования кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введен генератор .шкалы, состоящий из датчика шкалы и датчика питания кодирующего элемента; причем ipoToipbl датчика шкалы и датчика питания кодирующего элемента установлены на валу двигателя; статорная обмотка датчика шкалы соединена со входом первого фор ирователя импульсов; статорные обмотки датчика питаНня СОЕДИНЕНЫ СООтВЕтСтВЕННО CO СтатарНЫУьИ обмотками датчика точного отсчета и датчика грубого отсчета кодирующего элемента; синусная,обмотка статора датчика питания под включена Ко входу второго формирователя импульсов; синусная обмотка ротора датчика точного отсчета соединена со входом третьего формирователя импульсов, а синусная,обмотка ротора датчика грубого отсчета — со входом четвертого формирователя импульсов.