Преобразователь координат трехмерного пространства

 

ВС5АОЮу«: л с ААЧ%5ТМ4 бмбямо тем«О Й «« С "«Ъ П «««й

И ЗОБ РЕ7 = И )3

Союз Сооетских

Социалистических

Республик (») 524 l94

К АВТОРСКОМУ Ст МдБТЕЛЬСТЗ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявленоО9. 11.72 (21) 1845867/24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет— (43) ОпубликованоО5 О8-76.Бюллетень №29 (45) Дата опубликования описания15.09.76

2 (51) у1 Кл.GOGG7/22

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изааретений и открытий (53) УДК 681.335 (088.8 ) (72) Авторы изобретения

Л. Д. Будрин и Д. П. Панов (71) Заявитель

Ф (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТ ТРЕХМЕРНОГО

ПРОСТРАНСТВА

Устройство относится к области средств автоматики, приборов управления и вычислительнойтехники и предназначено для вычислеI 1 I ния координат Х, У,$ точки по заданным начальным координатам точки Х, У, Х и углам поворота системы координат в пространстве.

Известно устройство для преобразования координат, которое содержит интегро-сум- 1О мирующие усилители по числу преобразуемых координат, сумматоры, инверторы и включенный в цепь отрицательной обратной связи преобразователя блок преобразования прямоугольных координат в полярные. 15

Бель изобретения — расширение класса решаемых задач, возникаюших в системах управления, в частности преобразование сферических координат в прямоугольные. 20

С этой целью предлагаемый преобразователь содержит второй блок преооразова.— ния прямоугольных координат в сферические, входы которого подключены к входам устройства, Выходы блоков преобразования прямо- 2б (угольных координат в сферические подклю ены попарно к первым и вторым входам состветствуюших трех сумматоров. Третьи вхо ды сумматоров угловых координат соединены с входами задания углов поворота координат. Выход первого сумматора подключен ко входу первого интегро-суммируюшего усилителя через инвертор и к входу третьего — непосредств нно, выход второго — ко в..;одам первого и третьего интегро-сум1лируюших усилитечей через инвертор и к входу второго непосредственно, а выход трет",его — ко входам трех интегро-суммируюших усилителей непосредственно.

Блок преобразования прямоугольных координат в сферические выполнен трехканальньтм и содержит пять модуляторов, трц сумматора, амплитудный и два фазовых детектора. Длч подачи модулпруюцп-х напряжений входы первого и второго модулято«оов соединены между собой и подключены к первому входу блока, входы третьего и четвертого модуляторов соединены и подключены к Втором входу, вход пито| о модулято а — к третьему входу. Вы; одь1 первого и третьего модуляторов подсоединент:r ко входам первого сумматора, выходной сигнал которого подан на вход опорного напряжения: пят с; о модулятора. выходы второго и четвертого — к входам второго 5 сумм:-тора, выходной сигнал которого подан на вхо,-. первого фазового детектора, на вход oro;:-:ox о напряжения второго фазового детектора и на один из входов третьего сумматора, ко второму вход :,-,- „ ого И подключен выход пятог о модулятора, Выход третьего сумматора подключен Ко входам амплитудного и второго фазового детекторов. Входные клеммы опорных напряжений, о сдвинутых одно относителыто другого на 90, и соединены с входами опорных на.ряжений модуляторов и фазового детектора; причем первая из них соедштена с входами первого и четвертого модуляторов, вторая — со входами третьего модулятора, а третья - co 20 входами второго модулятора и первого фазового детектора. Сигналы с выходов амплитудного и фазового детекторов поданы на выходы блока.

В преобразователе происходят .,ромежуточные вычисления сферических координат

R, Р, 6 по задаьп ым прямоугольным, изменение углов, Е на заданную величину Ь Р и b. 6 и переход к прямоуголь30 ным координатам.

Все входные и выходные величины пре-! образователя (Х, У,, hV, ь1, Х, g, У. ) представлены в виде напряжений постоянного тока.

На фиг. 1 показана блок-схема преобразователя координат трехмерного пространства; на фиг. 2 — схема блока преобразования прямоугольных координат в сферические.

Преобразователь содержит два идентичных блока преобразования прямоугольных координат в сферические 1 и 2, в которых входные и выходные прямоугольнь-е координаты (X, У, Е и Х, У, Z. ) подвергают- 45 ся одинаковым преобразованиям, сумматоры 3, 4, 5 интегро-суммирующие усилители 6 — 8 и инверторы 9 и 10.

Блок преобразования прямоугольных координат в сферические содержит модуля- И торы 11 -15, сумматоры 16- 18, фазовые детекторы 19 и 20 и амплитудный детектор 21.

Выходные сигналы, пропорциональные координатам Х и У, поступают на модуля- 55 торы 12, 11 н 14, 13 соответственно.

Выходные напряжения модуляторов 12 и 14, 11 и 13 суммируются. При указанных . опорных напряжениях суммарчое напряжение. модуляторов 12 и 14 равно 1 .sea(ut +9), 60 т-„а р. ров 1 1 h суммарное напряжение модул... -1 ° С 0 З (Ш + F ) ч где 1 = П 3 ч =агctg

Напряжение I -cas(cek+ Впоступает на модулятор 15 в качестве опорного. Величина Г измечяегся с изменением Х и У, а на выходе мог..— .ора 15 необходимо получить напряже п е, не зависящее от амплитуды ! опооного. Эта задача может быть решена

: сколькими путями: например, включением ь цепь опорного напряжения усилителя— ограничителя и фильтра, включением в цепь опорного напряжения усилителя с глубокой

1 регулировкой усиления и выполнением схемы модулятора 15 таким образом, чтобы он был некритичен к изменению опорного напряжения.

Таким образом, существует ряд способов стабилизации амплитуды опорного напряжения (для модулятора 15) и выбор одного из них опрело-:":::-::.- конкретной конструктивной проработкой преобразователя и не существенен для его принципа действия. Связь между модуляторами 11, 13 и 15, пока- .занная на фиг. 2, отражает только принципиальную сторону взаимодействия между этими элементами, т.е. что модуляция, вели пни Е происходит в фазе с сигналом

1 co6(mk + 9) .. При этом на выходе модулягора 15 чолучен сигнал. Z Co5 (4+9).

Этот сигнал суммируется с напряжением

1 Sin (+ ), и в результате получается напряжение R (+ + )

2.

Б = Х - +Ь Е =cLrc tg

А.+

Таким образом, в результате описанных .преобразований получаем два напряжения

1.. 1т) (ю Ь +9) и R sin(mt +9- б).

Первое из этих напряжений, поступает на фазовый детектор 19, опорным для которого является напряжение 51 и . Ha выходе детектора 19 получаем напряжекие, пропорциональное углу ("азимут ).

Напряжение -Si (йФ +%+О поступает на амплитудный детектор 21 и фазовый детектор 20, у которого. опорным напряжением: является ы и (u t + Ч ) ° На выходе амплитудного детектора напряжение пропорциальио R а на выходе фазового детектора — углу Е ("угол места ).

Посче преобразования выходных величин Х, У и K. получаем соответственно

t ( значения R Y E - Полученные величины сферических координат (R P, E,,R,9, ) поступают на входы усилителей 6 - 8, где они суммируются с определенными знаками.

На те же входы усилителей поданы входные

5 241 94

;н ыд и д < пронэ рциональные углам по р ворота системы коордйнат в горизонтальной (д < ) и вертикальйэй(д ) плоскостях.

Выбранное на фиг. 1 правило знаков обеспечивает устойчивость всей многоконтурной системы и осуществление заданных преобразований координат.

Обозначим (-+ д Ч ) - Ч = о,„;

Е (а+д )-z = -р

V В-%=8 и силителей, сигналы . интегро-суммирующих у

° с которых пэ даны на выходы устройства, с я тем, чтэ, с целью отличаюшиис

Если считать операционные усилители в с идеальными (⻠— - - сс», дрейф равен др йф вен нулю) то пока все усилители находятся в лине йной зоне, должны нып

20 няться следующие соотношения . на входе усилителя 6: — д — 8 «.3 =О; на входе усилителя 7: . о -Д на входе усилителя 8: б «-д„=О

Эти соотношения могут одйовремео 25 выполняться при единственном условии г;=г,=a„=o

Следовательйо, йолучаем

М =Ч+АМ E. =Е+дЕ; 3 =R, I

Г (I т.е. величины R, 9 и Е соответствуют, О с одной стороны, прямоугольным координатам Х, У и Е, полученным на выходе ! I I преобразователя, и, с другой стороны, равны .соответствующим сферическим координатам, полученным иэ входных величин Х, У и Ь, с учетом поворота системы координат на угол д в горизонтальной плоскости, и на угол а в вертикальной плоскости.

Следует отметить, что добавление к ! углам Ч и 6 углов А и дЕ физически соответствует повороту вектора К в неподвижной системе координат. Поэтому для того, чтобы имитировать поворот системы координат относительно неподвижного векто(р ра %, углыдЧ и д должны быть взяты 45 с обратными знаками по отношению к углам поворота системы координат. .Л. .:Таким образом, новые координаты Х, У, соответствуют исходным координатам Х, У и Ь после поворота системы: 5О координат на уг)ты

Формула изобретения :

l. Преобразователь координат трехмерного пространства, содержащий по числу преобразуемых координат три интегро-суммирующих усилителя и три сумматора, инверторы

I, .и включенный в цепь отрицательной обрат- 60 ной связи преобразователя блок преобразования тйямо"тольных кээрд"!нат B. с!Ьерическые, входы которого соеднпеш,! с выхэдамп расширения класса решаемых задач, îí содержит второй блок преобразования прямоугольных координат в сферические, входы которого подключены к входам устрэйства, выходы блоков преобразования прямоугольных координат в сферические подкл.счены попарно к первым и вторым входам соответ;ствуюших трех сумматоров, третьи входы сумматоров угловых координат соединены с входами задания углов поворота коордийат; выход первого сумматора подключен ко входу первого интегро-суммирующего . усилителя, через инвертэр и к входу третьего непосредственно, выход второго сумматора = ко входам первого и третьего интегрэсуммирующих усилителей через инвертэр и кэ входу второго непосредственно, а выход третьего сумматора — кэ входам трех нн 1 тегрэ-суммирующих усилителей непосредственно. (t

2. Преобразователь по п. 1, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что блок преобразования прямоугольных координат в сферические выполнен трехканальным и содержит пять модуляторов, три сумматора, амплитуц— ный и два фазовых детектора, причем для подачи модулируюших напряжений входы первого и второго модуляторов соединены междусобой и подключены к первому входу блока, вхэды третьего и четвертого модуляторов также соединены и подключены к второму входу а вход пятого модулятора — к третьему входу блока; выходы первого и третьего модуляторов подсоединены ко входам первого сумматора, выходной сигнал которого подан на вход опорного напряжения пятого модулятора, выходы второго и четвертого модуляторов подсоединены к входам второго сумматора, выходной сигнал которого подан на вход первого фазового детектора, на вход опорного напряжения второго фазового детектора и на один из входов третьего сумматора, ко второму входу которого подключен выход пятого модулятора; выход третьего сумматора подключен ко входам амплитудного и втэрэгэ фазового детекторов; вхэдные клеммы опорных напряжений, сдвинутых одно относительно другого на ВОо, соединены с входами опорных напряжений модуляторов и фазового детектора: причем первая из них соединена со входами первого и четвертого модуляторов, вторая — co вхо м третьегэ мэдулятэра, а третья — сэ входами втэрэгэ модулятора и первого фаээвэгэ детектора; сигналы с выхэдэв амплитуднэгэ и фазового детекторов поданы на вь ходы блэка

Sin vt и ю vt

Фиг. 2

-5in IJt

Составитель И. Горелова

Редактор -Л, Утехина Техред М. Левицкая Корректор А, Гриценко

Заказ 4915/4G9 Тираж 864 Подписное

?ХНИИ11И Государственного коьастета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва )К- 5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4