Фазовый преобразователькомпенсационного типа для датчиковположения

 

(ii> 428426

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпик (61) Зависимое от авт. свидстельства— (22) Заявлено 07.06.71 (21) 1671152/18-24 (51) Ч. Кл, 6 08с 9/00 с прпсоединеlIIt(. tvl 33HBKH ¹

Государственный камнтет

Саввта Мнннстрав СССР пе делам нзебретеннй и втнрытнй (82) Приоритет—

Опубликовано 15.05.74. Бюллетень Л" 18

Дата опубликования описания 16.04.75 (53) УДК 621.314.24 (088.8) (72) Автор изобретения

С. Л. Петров (71) Заявитель (54) ФАЗОВЪ||| ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КОМПЕНСАЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ДАТЧИКОВ

ПОЛОЖЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматизации производственных процессов и может быть использовано для повышения точности измеревия положения устройств различных механизмов и машин.

Известен фазовый преобразователь компенсационного типа для датчиков положения, содержащий опорный генератор, два функциональных делителя для каналов нечетной и четной функций пути, выходы которых связаны со входами схемы вычитания, выходы схемы вычитания соединены со входами схем совпадения, выходы которых подключены ко входам реверсивного счетчика фазы.

С целью повышения точности преобразования фазовый преобразователь содержит две цепочки из последовательно соединенных модулятора, усилителя и фиисатора уровня, включенные между выходами датчика положения и аналоговыми входами функциональных делителей, схемы сравнения и подстройки четверти фазы, одни из входов которой связаны с выходами фиксаторов уровня, а выходы — со входами реверсивного счетчика фазы и входами схем совпадения, дешифратор подключения функциональных делителей, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика фазы, а выходы — с цифровыми входами функциональных делителей схему выделения HMIII) ëüñîB модуляции и QIlpoся, реверсивный счетчик четвертей фазы, входы которого подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика фазы, а выходы — к дешифратору подключения функциональных делителей, схеме сравнения и подстройки четверти фазы и схеме выделения импульсов модуляции и опроса, соединенной с модуляторами, схемами совпадения, опорным генератором. схемой сравнения и под10 стройки четверти фазы.

При «треугольном» виде функций пути

cos Йи sin 8 увеличение точности преооразования достигается еще и тем, что функциональные делители выполнены по схеме линейного преобразователя «код †напряжен», в которую дополнительно между аналоговым входом и выходом установлен резистор, проводимость которого пропорциональна /„веса

20 младшего разряда реверсивного счетчика фазы, а цифровые входы функционального делителя с коэффициентом деления, изменяющимся по нечетной функции (в|п ср "), соединяются с выходами «I» триггеров реверсивного счетчика фазы а делителя с коэффициентом, изменяющимся по четной функции (со ср *), — с выходами «О».

Эти отличительные особенности позволяют производить деление сигналов пути в пределах лишь одной чегверти шага шкалы и

42Я26 получать напряже!!ия одного знака, что приводит к увеличению точности.

При «треугольном» виде функций пути число подключае>мых резисторов в функциональном делителе еще больше сокращается, так как его становится возможным выполнить по схеме линейного преобразователя

«код — н апряжепие».

Ня фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — схема !

О функционального делителя преобразователя для случая «треугольных» функций пошути; на фиг. 3 — временные диаграммы работы фазового преобразователя при одной фазе модуляции до и после фиксаторов уровня; на (5 фиг. 4 — таблица, поясняющая работу схемы сравнения и подстройки фазы.

Датчик положения 1 генерирует напряжение, изменяющееся по закону нечетной функ20 ции пути (обоощенной sin О), по каналу 2, и напряжение, изменяющееся по закону четной функции пути (обобщенной cos О), по каналу

3, Модуляторы, напряжения 4 и 5 преобразуют непрерывно изменяющиеся напряжения 25 в амплитудно-модулированные в каналах б,и

7 соответственно. Усилители 8 и 9 дают в каналах 10 и 11 соответственно усиленные амплитудно-модулированные на1п1р5!жения. Фиксаторы уровня 12 и 13 служат для получения н каналах 14,и 15 соответственно импульсов одной,полярности. Схема сравнения и подстройки четверти фазы 16 предназначена для выделения, в случае несовпадения четвертой механической 0 и электрической <р " фаз, им35 пульсов подстройки по каналу 17 («+») для увеличения электрической! фазы и по каналу

18 (« — ») для уменьшения электрической фазы. Канал 19 служит для передачи разрешающего.сигнала в другие части преобразователя 40 в случае совпадения фаз. Функциональные делители 0 и 1 служат для деления амплитуд оп импульсов, поступающих по каналам 14 и 15, с коэффциентами деления, изменяющимися по закону обобщенных cos q> " и sin q соответст.венно. Каналы 22 и 28 служат для .подачи амплитуд импульсов, пропорциональных соответственно sin ! cos <р" и cos 0. sin <р", в схему вычитания 24, предназначенную,для выдачи разрешающего уровня по каналу 25, если 50 з!и <<.!,cos q, " — cos 0 sin q> ": > 0,5, и по каналу 26, если

cos 0 sin q, "— sin 0 cos Ч> * 0,5. а

Схемы совпадения 27 и 28 служат для выделения импульсов по каналам 29 и 80 соответственно нри наличии разреша!ощего сигналя 110 кяня lу 19 II с!!Гнялов по кя 50 йалам 25 нлн 26 соответственно. РеверcIIBHbIfl c÷cTч!f1< фазь! 31 с."I 1H! числа импульсов, поступающих в него по каналам 17.11 29, и вычитания числа импульсов, поступающих в него по каналам

18 и 80. Выходы «1» и «0» триггеров счетчика

N+--1

sin <р"" = а

Nì8êc +

1 мааг

Л,.„„,, -- 1 (2) где N — текущее значение числа в реверсивном счетчике фазы;

N,„„,, — ма кснмальное значение числа в реверсивном счетчике фазы;

a=const — коэффициент пропорциональности.

Функциональная схема делителя, реализующего соотношения (1) или (2), приведена на фиг. 2. По каналу 49 поступает входное напряжение, которое требуется поделить. Преобразо1ватель «код-напряжение» 50 предназначен для преобразования входного напряжвния

U» в соответствии с кодом числа N, поступающим по каналу 51, по формуле

Уаы: =- /1 - — (аа

Uìàêc

Высокий уровень на входах канала 51 вызывает подключение разрядных резисторов ко входу 49, а !низкий уровень — к цепи земли

52. Йыходной канал 58 соединен с нагрузкой

54. Между входным каналом 49 и выходным

58 включен дополнительно резистор 55, проводив!ость которого пропорциональна / веса младшего цифрового входа (1/2 Уо, где Уо проводимость резистора, переключаемого ключом младшего разряда преобразователя 50).

Раоотает фазовый преобразователь следующим ооразом. С датчика положения 1 по каналам 2 и 8 на аналоговые, входы модуляторов 4 и 5 поступают напряжения, пропорцио81 через канал 32 управляют дешифратором

33, который предназначен для подключения цифровых входов 34 и 85 функциональных делителей 20 и 21. Выходы «+» и « — » реверсивного счетчика фазы соединены каналами

36 6 и 87 со входами «+» и « — » реверсивного счетчика четвертой фазы 38, который по каналу 89 управляет схемой 83 Канал 40 предназначен для передачи кода четверти фазы q!". в схему 16. По каналу 41 происходит управление от счетчика 88 к схеме выделения импульсов модуляции .и опроса 42. Канал 48 предназначен для подачи импульсов опроса .нечетной последовательности, а канал 44 — для четной.

По каналам 45 и 46 поступают импульсы модуляции соответственно на модуляторы 4 н

5. Опорный генератор импульсов 47 по каналу

48 запитывает схему 42.

При «треугольном» виде функций пути в качестве функциональных делителей возможНо использовать линейные преобразователи

«код-на1п ряжение». В этом случае коэффициенты деления sin q!" и cos q>"" должны иметь вид:

428426 к(альные соответственно .(ечетной и четной функциям пути 0 (в частности, s)n 0 н cos0).

На импульсные входы модуляторов 4 и 5 поступают по каналам 45 и 46 импульсы модуляции, фаза которы.; по каждому нз каналов

45 и 46 зависит от состояния счетчика 88.

Амплитудно-модулированные сигналы по ка:(a aì 6 и 7 подаются на усилители 8 и 9, а затем после усиления — на входы фиксаторов уровня 12 и 18 по каналам 10 и 11. В силу того, что фиксаторы уровня выделяют амплитуды импульсов одного знака (например, поло>кительные), то изменение знаков напряжений в каналах 2 и 8 приводит к изменению фазы импульсов в каналах 14 и 15. На фиг. 3 показаны временные диаграммы работы фиксаторов уровня при неизменной фазе модуляции в каналах 45 и 46 и «треутолыном» виде нечетной и четной функций пути.

В схеме сравнения и подстройки четверти фазы 16 производится сравнение кодов реверсивного счетчика четвертой фазы 88 и фаз импульсов в каналах 14 и 15. Опознавания фаз производятся в момент прихода нечетных импульсов опроса по каналу 43 н четных импульсов опроса по каналу 44, причем результат последнего запоми((ается и в моменты прихода, нечетных импульсов опроса выдаются импульсы подстройки четверти фазы по кана зу 17 (<+») и (((кана (у 18 (« — ») 30

Логика работы схемы сравнения и подстройки четв(зртой фазы 16 поясняется для первой четверти (р" таблицей на фиг. 4 (ана.логично of-а организуется и для остальны.. четвертей).

Причем, в соответствии с фиг. 2, логика и работы схемы 16 в «0» (где ((>аза (..> =

1 2

n = О; -+1; +2... ) и внутри четверти отличаются с тем, чтооы создать гистерез((с B сраба- 4О тывании схемы 16 при переходе «0» справа и слева. При этом зона однозначности фаз 0 и

q(" в «0» будет, равна - -1/4 Оо, в то время как для внутренней точки четверти она будет равна

+ (— H((+AO(() и — (— О((+ЛО((), 1 где ЛО(((— Оо и Oо — длина механичеО ской фазы.

Если четверти 0 .и (р": совпадают, то по каналу 19 на схемы совпадения 27 и 28 выдается разрешающий уровень. Амплитудно-модулированные сипналы по каналам 14 и 15 поступают на функциональные делители 20 и

21, а после деления — по каналам 22 и 28 в схему вычитания 24. Эта схема в соответстBKH с выполнением одного из выражений

cosH - s(nq(— sinO cos(p" 0,5 и sinO cosq:" —

— cosO sin(p" : 0,5 ьыдает раз решающий(потенц((ал,соответственно,на схемы совпадения 27 или 28 и нечетный импульс опроса проходит либо на вход «+-», либо на вход « — » реверсивного 55 счетчика фазы 31. С нзмене:(ием кода счетчика (нзменением (p ) изменя(отся через дешифратор 88 коэффициенты деления схем 20 и 21. Процесс выдачи импульсов продолжается до тех пор, пока не будут выполняться оба указанных выше неравенства, когда в ооопх канала 25 и 26 будет запреща(ощий сигнал.

Коэффициент пересчета счетчика 31 равен

Ко/ч, где К, — коэффициент деления длинь( механической фазы Ор. Импульсы переполнения счетчика 81 по каналам 86 («+») н 87 (« — ») поступают на соответствующие входы реверсивного счетчика четвертой фазы 38.

Выход счетчика 88 по каналу 39 управляет дешифратором 88 таким ооразом, что коэффициент деления схемы 20 изменяется в

1-ой четверти ср" по закону соз(р":, во 2-ой по з(п(р",,в 3-ей — по cos(p", в 4-ой по з(п(р", а схемы 21 — в 1-ой,по sin(p", во 2-ой по cosq"", в 3-ей по sin(p : в 4-ой по cos(p" (в соответствии с временными диаграммами фнг. 3).

Выход счетчика 38 по каналу 41 управляет схемой выделения импульсов модуляции н опроса ra(((» образом, что на модулятор 4 по каналу 45 поступают в 1-ой четверти — нечетные импульсы, во 2-ой — нечетные, в 3-й— четные, в 4-ой — четные, а,на модулятор 5 по каналу 46 — в 1-ой четверти — нечетные, во 2-ой — четные, в 3-ей — четные, в 4-ой— нечетные. При этом в любой четверти импульсы на выходе фиксаторов уровня 12 и 13 будут приходить одновременно с нечетным импульсом модуляции. Им пульсы опроса имеют меньшую длительность, чем импульсы модуляции, и «вписаны» соответственно в нечетный и четный импульсы модуляцин. Все этн четыре последовательности образованы нз импульсов генератора 47, поступающих в схему 42 по каналу 48.

В случае «треугольных» функций пути функциональный делитель фазового преобразователя работает следующим образом. Поступающее по каналу 49 на пряжение делится в преобразователе 50, так что на выходе 53 получается выходное напряжение,,меньшее, чем входное. Наличие резистора 55 приводит к тому, что вместо обычной связи между входным и выходным напряжениями

Ь"„,„,, = Ь U,g,. коэффициенты деления входного напряжения реализуются по формулам (1) нли (2), если цифровые входы 51 преобразователя 50 подсоединяются соответственно к выходам «I» или «0» триггеров реверсивного счетчика фазы 81.

Предмет изобретения

1. фазовый преобразователь компенсационного типа для датчиков положения, содержащий опорный генератор, два функциональных делителя для каналов нечетной и

428426 четной функций пути, выходы которых связаны со входами схемы вычитания, выходы схемы вычитания соединены со входами схем совпадения, выходы которых подключены ко входам реверсивного счетчика фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, он содержит две цепочки из последователbно соединенных модулятора, усилителя и фиксатора уровня, включенные между выходами датчика положения и аналоговыми входами функциональных делителей, схему сравнения и подстройки четверти фазы, один из входов которой связаны с выходами фиксаторов уровня, а выходы — со входами реверсивного счетчика фазы и входами схем совпадения, дешифратор подключения функцио нальных делителей, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика фазы, а выходы — с цифровыми входами функциональных делителей, схему, выделения импульсов модуляции и опроса, реверсивный счетчик четвертей фазы, входы которого подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика фазы, а выходы — к дсшифратору подключения функциональных дели5 телей, схеме сравнения и подстройки четверти фазы и схеме выделения импульсов модуляции и опроса, соединенной с модуляторами, схемами совпадения, опорным генератором .и схемой сравнения и,подстройки четверти о фазы.

2. Фазовый преобразователь компенсационного типа для датчиков положения пю п. 1, отличающийся тем, что, с целью расши 5 рения области применения, функциональные делители выполнены в виде линейного преобразователя код-,напряжение, между аналоговым входом и выходом которого установлен дополнительный резистор с проводимостью, 20 пропорциональной / веса младшего разряда. реверсивного счетчика фазы.

428426

Ф q

Составитель И. Фролова

Техред Г. Васильева

Редактор Л. Цветкова

Корректор В. Гутман

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 60/320 Изд. Ro 1571 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5