Многоканальный преобразователь угла поворота вала в код

 

к (!, к1) 615518 (61) Дополнительное к авт, свил-вуЯ (51} М. Кл.

С1 08 С 9/04 (22} Заявлено22.03.76 (21)2336569/18-24 с присоединением заявки №(23) Приоритет— (43) Опубликовано15.07.78.Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования спи ания 15.06.78

Государственнмй номнтет

Совете Мнннстроо СССР оо делам нэобретеннй н открытнй (53) УДК 681.325 (088.8 ) (72) Автор изобретения

Я. М. Великсон (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

ПОВОРОТА ВАЛА В KOQ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств, с объектами, информация с которых представлена в виде угла пово5 рота вала.

Известны многоканальные преобразователи угла поворота синусно-косинусных вра щающихся трансформаторов в двоичный код, пропорциональный углу, построенные с применением приближенных зависимостей, ксьторые позволяют выполнять кодирование угла с методической ошибкой or 0,5 до

0,02 % (1)„Наиболее близким к изобретению техническим решением является функ- 15 циональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, первичные обмотки которых соеднйены с источником напряжения питания, а вторичные обмотки через последовательно соединенные коммутатор каналов, блоки усилителей, коммутатор напряжения и первый операционный усилитель подключены и . одному из входов блока сравнения, выход которого подключен к первому входу пер- 2р вого преобразователя код-напряжение и к одному из входов блока управления, другой вход котррого соединен с источником напряжения питания, а один из выходов блока управления подключен ко второму входу первого преобразователя код-напряжение, одному из входов второго преобразователя код-напряжение и одному из входов определителя октантов, один выход которого подключен к коммутатору напряжения, à другoN - к одному из входов регистра кода угла, другой вход которого соединен с од" ним из выходов первого преобразователя код-напряжение, другой выход первого преобразователя код напряжение соединен с другим входом блока сравнения, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с третьим входом первого преобНнноннкннн кок-нннрюкнннн (2), Окннкн наличие двух приближенных зависимостей функционального преобразователи препнт ствует унификации преобразующих устройств на основе типовых элемютов, а также дальнейэпему повишению точности и линейности преобразователя.

).{елью изобретения является повышение

Г очи остие В описываемом преобраэоват8 ле это достягается тем, что s него введены дополнительные операционные усилители, масштабные резисторы и переключатели, выходы первого блока усилителей coe- динены соответственно через первый и второй переключатели с одним иэ входов второго преобразователя код-напряжение, а выходы второго блока усилителей соединены соответственно через третий и чет вергый переключатели с масштабными резисторами, один иэ которых непосредственно, а другой — через пятый переключатель соединены со входом первого дополнительного операционного усилителя и прямым выхо дом второго преобразователя код-напряжение, обратный выход которого через последовательно включенные второй дополнительный операционный усилитель и шестой переклю, чатель соединен с входом первого дополнительного операционного усилителя и входом второго операционного усилителя, а управляющий выход блока. управления подкгцочен к дополнительным переключателям.

На чертеже представлена. схема описываемого преобразователя.

Он содержит синусно-косинусные датчики 1, вторичные обмотки которых соединены через коммутатор 2 каналов с блоками 3 и 4 усилителей, выходные сигналы

30 которых через переключатели 51-5 подключены к масштабным резисторам 6 и входу преобразователя 7 код-напряженйе., Один из масштабных резисторов непосред35 ственно, а второй через переключатель 5 соединены со входом дополнительно "o операционного усилителя 8 и прямым входом преобразователя 7. Обратный выход преобразователя 7 через последовательно соеди о ненные дополнительный операционный уси.литель 9 и переключатель 5, соединен со входом дополнительного операционного усилителя 10. На вход усилителя 10 подаются также и выходные сигналы опера45 ционного усилителя 8. Выход усилителя о

10 подключен ко входу, первого преобразователя 11 код-напряжение, выходное напряжение которого подается на вход блока 12 сравнения. Кроме того, выходы блоков 3 и 4 усилителей через коммутатор

13 напряжения соединены со входом операционного усилителя 14, выход которого

"подключен ко входу блока 12 сравнения.

Выходной сигнал блока 12 поступает на блок 15 управления, преобразователь ll, определитель 16 октантов, управляющий работой коммутатора 13 напряжения.

7 и 11. Код угла с учетом кода старших разрядов определителя 16 формируется в регистре 17. Ключи 18-21 составляют коммутатор 13 напряжения.

Работа преобразователя происходит и последовательности„разделяющей преобразование на два цикла. Первый цикл является подготовительным и служит для преобразования синусно косинусных напряжений в код функции гангенса половинного угла. При этом кодирование выполняетcg в соответствии с зависимостью

21 —

tgs Я 4С

С учетом построения преобразователя как устройства с обратной связью, где сравниваются раэнополярные сигналы, зависимость {1) преобразуется к виду

@ п К+Я » — (ыйаб 4я — +2соь ж) О

0(z a или, эаменяя1ф гего кодовым эквивален- О гои ЯЩф) понукаем

-siva:wQ (tg<)(sitra Q(tg ) каноник)=О.

{2)

В укаэанном соотношении знаки перед составляющими сохраняются постоянными во всем диапазоне изменения угла от 0 до 360, вследствие инверсии сигналов. о

Перед вторым циклом полученное энанение9(Щ)кона функпии гаигенса половинного угла устанавливается на преобразователе 7. Использование этого функционального кода дает возможность формирования опорного напряжения, функционально представляющего константу, так как

Sftf6C Й(kg )ft- þ(=1, {3)

Применение функции, выражающей константу, для формирования в конечном итоге линейной зависимости обусловлено соо ношением

СО&СС - BIlf 06 ((к.1 {4)

1+ Ksirta у(t-Q(tg<)) где K =. 0,2695. Эта зависимость поз воляет получать линейную функциюв в диапазоне 0-45 с погрешн ос тью, не прео вышающей 30 . Расширение .диапазона до и полного оборота достигается его ржделением на восемь октантов, что увеличивает результирующий код на три разряда. Как видно из соотношения {4), функция в знаменателе содержит константу, заменяемую соотношением {3), и дополнительно

615518 линейном преобразователе код-напряжение.

Во втором цикле, учитывая также, что в преобразователе сравниваются разноподяр) ные сигналы, зависимость (4) преобразуя тся к виду

- (оав й- si!!!!!) > Q <(singe Q(/pe) аооииаКв!ив(-щ ооц О.

М

Последовательность преобразования в соот-

: гсгвии со схемой, приведенной на чертеже, происходит следующим образом. Синуоно-косинусные напряжения CKBT-датчиков

1 через коммутатор 2 поступают на блУки 3 и 4. В каждом блоке имеется по два > последоватедьно соединенных инвертирующих усилителя. В результате этого к аналоговой цепи собственно преобразователя одновременно подводятся прямые и инверо.ные напряжения. В первом подготовитель- ном цикле определяется значение функции ганганоа ооиовннного угпа()!вот) . При этом напряжения включаются и соотвегст вии с зависимостью (2). В первом такте цикла синусное напряжение через ключ

20 коммутатора 13 подключается к блоку

12, где определяется фаза (знак) синуоной зависимости. Во втором такте косинуоное напряжение через ключ 18 коммутатора 13 подключается к блоку 12, где опре-щ деляется фаза (знак) косинусной зависимости. В третьем и последующих тактах, число которых зависит or числа выбранных разрядов, выполняется поразрядное уравновешивание с помощью регистров З пре Образ ова гелей 7 и 1 1. При этом дли сохранения знаков, соответствующих соотношению (2), в зависимости or номера квадранта, определенного знаками синуоной и косинусной функций, переключатели 46 подключаются в определенном порядке..

Преобразователь 7 код-напряжение включен rio току. В этом включении он содержит два выхода. На первом из них ток пропорционален 8, на втором — (1 - Я ), где@- код управления, поступающий на вход преобразователя. Выход по току, прсьпорциональному Ц, подключен ко входу усилителя 8, к да также подключается на-, пряжение косинусной составляюшей с масш- О табом, регулируемым переключателем 5 .

Синусное напряжение поступает через коммутатор 2 и инвертирующие усилители первого блока 3 усилителей к коммутатору

13 входных напряжений, далее через третий иди четвертый переключатели (в зави:имости or эдака) коммутатора 13 "посту»а пает к усилителю 14, а с его выхода - на гель 51 иди 5 (в зависимости от знак. на второй преобразователь 7 код-напряжвННе, первый выход которого соединен с усилителем 8, а второй выход - с усилителем 9. Косинусное напряжение поступает через переключатель 5 или 51 (и зависимости or знака) к масштабным резисторам 6, где при включенном переключателе

5 масштаб передачи равен двум. Выход усилителя 8 подкдкяен к усилителю 10р который, в свою очередь, соединен с пре

Образователем 11 код-напряжение, эамыка» ющим цепь Обратной связи на блок 12 сравнения. Включение цепей в изложенной последовательности позволяет решать уравнение (2) и определять при уравновешивйнии код функции тангенса половинного уГла а

Второй цикл отводится на определение непосредственно линейной функции углаЯ .

Перед началом цикла кодЦ()устанавлива.ется в регистре преобразователя 7. Регистр преобразователя 7 Обнулчегся, что приводит его в исходное положение. Первый такт второго цикла отводится на сравнение синусного и косинусного напряжений между с060Й, Зго Обеспечивает п 01 следующее включение этих напряжений со знаками, удовлетворяющими соотношению (5). Полученное значение составляет третий разряд числа, а вместе с, разрядами, долученными в первом и втором тактах первого цикла, Образ ег трехраэрядный кодоктанта,(0 45 ), г.е. одного из восьмй участков оборота.

Порядок включения синусного и косинусного напряжений для определения больmevo иэ них связан со значениями разрядов, подученными в первом и втором так° » а» тах первого цикла (а,в,с и а,в,с - един. ичные и нулевые значения трех старших разрядов кода): при ав включены ключи

18 и 21, . при ав - ключи 19 и 21, при ав - ключи 19 и 20, цри ав - ключи

18 и 20.

Подученный и коде Грея трехраэрядный код октанта определяет в свою очередь порядок включения переключателей во время второго и последующих тактов второго цикла, при авс включены переключатели

5g 5, 5@ и ключи 19,20, при авс - пере ключатели 52, 5, 5 и ключи 18, 21, при sac - переключатели 5, 54, 5 р и клхочи 19, 21, при Ъвс - переключатели Gg, 5, GgH ключи 18, 20, при авс — переключатели 51, 54, 5@ и ключи 21, 18, цри авс - переключатели 5, 5(, 5 и ключи

19, 20, при авс - переключатели 51, 5к> ! а ан Э Cl нагана юааг . ГГИаиаИа!!рИЪМФФВ

615518

Йыбор порядка включения дает возможность всегда сокращать знаки перед составляющими зависимостями (3, Отличие в результате связано с увеличивающейся линейной функцией в первой, третьей, пятой и седьмой октантах и уменьшающейся - во второй, четвертой, шестой и восьмой октантах. B зависимости от октанта происходит чередование функцийСо рси н так, чтобы их разность создавала на выходе усилителя 14 перепад напряжения от.рицательной полярности. Для этого в первой, четвертой, пятой и восьмой октантах разность представлена значением (Cosa—

-ЙИЩЕ@ ), а во второй, третьей, шестой и седьмой октантах. - значением (& l k k—

-Сас сб). Подключение преобразователя коднапряжение к усилителям 8 и 9 выполнено по току, как и в первом цикле. На усилителе 8 суммируются две составляющие(сО к

Ю Ий.(файф,)1, а на усилителе 9, имеющем масштаб передачи, равный К, форл яруеася сссааяяяюшая К aipee)l-Q(%gal)).

Общая сумма этих значений составляет функцию напряжения, поступающего на преобразователь 11. Логические схемы

25 управления, входящие в блок управления, определяют порядок работы всего преобразователя. В регистре 17 хранения кода происходит формирование полного кода уг30 ла, состоящего иэ кода октанта и кода в пределах октанта.

Описываемый преобразователь угла поворота СКВТ в двоичный код обеспечивает формирование линейной зависимости кода

35 от угла поворота вала при одном масштабном сопротивления с погрешностью .менее

ЗО . Преобразователь целиком построен

И на типовых интегральных схемах, чем достигается унификация элементной базы, 40 а также ускорение монтажа и настройки преобразователя.

Ф ормула иэ обретения

45 Иногокапьный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, первичные обмотки которых соединены с источником нап50 ряжения питания, à вторичные обмотки через последовательно соединенные коммутатор каналов, блоки усилителей, коммутатор напряжения н первый операционный усилитель подключены к одному нэ входов блока сравнения,. выход которог D подключен к первому входу первого преобразователя код-напряжение и к одному из входов блока управления, другой вход которого соединен с источником напряжения питания, а один из выходов блока управления подключен ко второму входу перBoro преобразователя код-напряжение, одному иэ входов второго преобразователя код-напряжение и одному иэ входов определителя октантов, один выход которого подключен к коммутатору напряжения, а другой - к одному иэ входов регистра кода угла, другой вход которого соединен с одним из выходов первого преобразователя код-напряжение, другой выход перв or o пре образ ователя код-напряжение соединен с другим входом блоки сравнения, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с третьим входом первого преобразователя код-напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены допОлнительные операционные усилители, масштабные резисторы и переключатели, выходы первого блока усилителей соединены соответственно через первый и второй переключатели с одним иэ входов второго преобразователя код-напряжение, а выходы второго блока усилителей соединены соответственно через третий и четвертый переключатели с масштабными резисторами, один иэ которых непосредственно, а другой резистор через пятый переключатель соединены со входом первого дополнитель н ого операционного усилители и прямым выходом второго преобразователя код-напряжение, обратный выход которого через носледовательио соединенные второй дополнительныйый операционный усилитель и mecтой переклк1чатель подключен ко входу первого дополнительного операционного усилителя и входу второго операционного усилителя, а управляющий выход блока управления подключен к дополнительным переключателям.

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 355640, кл. Q 08 С 9/04, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 367442, кл. Cj 08 С 9/04, 1970.