Преобразователь угла поворота вала в код

 

Союз Советских

Социаттистииеских

Республик 661589

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.11.76 (21) 2423644/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень №1

Дата опубликования описания 15.05.79

) N. Кл.2

G 08 С 9/00

Государственный квинтет

СССР по делам нзобретени» и отнрытнй

) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторьl изобретения

О. Е. Чеботаев и В. В. Рудаков (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной технике, может быть использовано для воспроизведения значения угла вращения инерционного объекта в системах управления с цифровой обработкой информации.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, использующие в качестве датчика сельсин.

Известные устройства имеют значительные недостатки, низкую точность, большую сложность (1) .

Использование трехфазных источников питания вносит дополнительную погрешность из-за нестабильности питающих напряжений, амплитуд, фазовых сдвигов, частоты. Прецизионные трехфазные источники питания сложны, имеют высокую стоимость.

Устройства, использующие информацию напряжений трехфазных обмоток синхронизации для определения углового положения вала, содержит фазовые детекторы-нормализаторы и демодуляторы, являющиеся основными источниками погрешностей из-за

«дрейфа нуля» (2).

Из известных преобразователей наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла поворота, соединенный . с вращающимся валом, блок компараторов и реверсивный счетчик, выходы датчика попарно подключены ко входам демодуляторов, выходы которых соединены со входами компараторов и аналоговыми входамп ..;к1чей, выходы компараторов подключены к дешифратору, выход дешифратора соединен с управляющими входами преобразователя напряжение — код и ключами, выход ключей соединен с аналоговым входом преобразователя напряжение — код, который через вычитающее устройство соединен с реверсивным счетчиком (3).

Сельсин-датчик преобразует механический угол в трехфазное напряжение, фазы которого модулированы по амплитуде по закону синуса угла поворота. Демодулято20 рами выделяются огибающие. пропорциональпыс синусу угла поворота ва л». Рп1 <деление моментов пересечения огибакпцих между собой и с-нуЛевым уровнем осущест661589

15 вала, связанного жестко с ротором сельсин-датчика 1. Компараторами сравниваются не огибающие, а сами напряжения. Фронты ази мутных последовательностей близки

40 к прямоугольным за счет высокого коэффициента усиления компараторов. Ограничивая замкнутые последовательности по амплитуде до напряжений, позволяющих согласовываться с логическими схемами и, отделяя отрицательную часть (с помощью, напри45 мер, стабилитронов блока 2 компараторов), получаем азимутные последовательности. Последовательности (П, и П ), соответствующие по фазе напряжению питания и противоположные, формируются блоком 2 компараторов из напряжения питания. Ограничивающий уровень может быть получен из самого напряжения питания выпрямлением и уменьшением амплитуды без использования дополнительных источников питания. Из азимутных последовательностей

55 (П вЂ” П6) стробированием (П„или Ilo) и выделением первого и последнего импульсов (можно также из сформированных стробов дифференцированием переднего и заднего вляется компараторами через дешифратор, управляющими ключами и преобразователем напряжение — код, преобразующем секторные напряжения в код. Изменение угла реверсивного счетчика производится единичными приращениями с вычитающего устройства. Такой преобразователь имеет низкую точность воспроизведения угла поворота вала. Основными источниками погрешности являются демодуляторы, выделяющие огибающие фазных напряжений. Одним из главных недостатков демодуляторов является «дрейф нуля», уменьшение влияния которого возможно только значительным усложнением устройства. Использование преобразователя напряжение-код значительно усложняет устройство. Большинство вращающихся объектов обладают инерцией вращающихся частей. Использование данного фактора приводит к упрощению устройства и повышению разрешающей способности. Данный преобразователь не использует инерционность процессов. Кроме того, в процессе преобразования происходит накопление ошибки воспроизведения угла вращения, которую необходимо периодически сбрасывать (юстировка) . Подобный преобразователь не имеет эффективной коррекции ошибки интегрирования, что снижает его функциональные возможности.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код введены последовательно соединенные формирователь азимутных отметок, блок элементов ИЛИ, умножитель частоты и компенсатор фазовой ошибки, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя азимутных отметок, выход блока элементов ИЛИ соединен с первым входом компенсатора .фазовой ошибки и умножителя частоты, вторые входы умножителя частоты и компенсатора фазовой ошибки соединены с выходом генератора импульсов, выходы датчика угла поворота соединены с одними входами блока компараторов, к другому входу которого подключен источник питания, выходы компараторов соединены со входами формирователя азимутных отметок.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь состоит из датчика 1 угла поворота, блока 2 компараторов, формирователк 3 азимутных отметок, блока элементов 4 ИЛИ, умножителя 5 частоты, компенсатора 6 фазовой ошибки, ген ратора 7 импульсов, реверсивного счетчика 8, входного вала 9, блока 10 напряжения питания, выхода 11 реверсивного счетчика.

5 о

2О

На фиг. 2 представлена диаграмма формирования азимутных отметок, где U, U®, U< — огибающие напряжений синхронизации сельсин-датчика, Пп, П@ — последовательности импульсов совпадающие по фазе с напряжением питания сельсин-датчика и противоположной, П .....П вЂ” области существования последовательностей импульсов, совпадающих по фазе с Пп и П, АИ вЂ” азимутные импульсы, ИП 4 — импульсы повышенной частоты.

Напряжения, снимаемые с фазных обмоток сельсин — датчика 1, описываются

-следующими уравнениями:

Up =U singlet ВЬЮ, О = У м sin orat з1п(А — 120 )

U© — — Uw, sin t sin(4+120 ), где Up, Ug, U — мгновенные значения напряжений фазных обмоток датчика, 4. — угол поворота вала, U — напряжение, соответствующее моменту совпадения обмоток статора и ротора сельсина Up, U VU UVU> — — U — частота напряжения питания (возбуждения) .

В блоке 2 компараторов напряжения UA, Ug, Uo сравниваются попарно между собой и с нулевым уровнем. В точках сспавнения, соотвествующих углам поворота — — ° 1 (где:

12, К=О, 1,2,...11), огибающие фазных напряжений (см. фиг. 2) имеют наибольшую крутизну, поэтому на углах „— 1 получается наибольшая точность фиксации угловых положений ротора сельсин-датчика 1, т. е. формируется 6 азимутных последовательностей (П + П ), смена фазы которых относительно фазы напряжения питания несет точную информацию об угловом положении

661589

5 фронтов) с помощью формирователя 3 азимутных отметок получают 12 азимутных отметок за оборот вала. Объединяя азимутные отметки элементов ИЛИ 4 и умножая их частоту в m раз (в зависимости от требуемой точности преобразования) с помощью умножителя 5 частоты получают импульсы повышенной частоты (ИПЧ) . Азимутные импульсы с выхода элемента 4 ИЛИ умножаются в целое, наперед заданное число раз (m), таким образом, что на выходе умножителя 5 частоты формируются импульсы повышенной частоты, равномерно расположенные внутри дискрета азимутных импульсов. При изменении периода азимутных импульсов (в зависимости от скорости вращения объекта) изменяется количество импульсов повышенной частоты в зависимости от частоты азимутных импульсов и изменения частоты азимутных импульсов в единицу времени. Умножитель 5 частоты азимутных импульсов осуществляет слежение за частотой азимутных импульсов и краткое умножение, позволяющее экстраполировать значение угла вращения инерционного объекта в интервале между двумя соседними азимутными импульсами. Умножитель 5 частоты может состоять из управляемого делителя частоты, на вход которого подаются импульсы высокой частоты с генератора 7 импульсов, измерителя рассогласования и схемы управления, изменяющей коэффициент деления управляемого делителя частоты в зависимости от результата рассогласования (отличия частоты импульсов повышенной частоты на выходе управляемого делителя частоты, деленной на m (коэффициент умножения), от частоты азимутных импульсов и входной частоты азимутных импульсов (зависящей от скорости вращения) . При сравнительно низкой частоте азимутных импульсов управляющее воздействие на управляемый делитель частоты изменяется на большую величину, позволяющую более эффективно компенсировать ошибку по частоте. При высокой частоте азимутных импульсов управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка. В процессе работы умножителя 5 частоты азимутных импульсов воникает ошибка по фазе, обусловленная дискретностью изменения коэффициента деления управляемого делителя частоты. Компенсатор 6 фазовой ошибки делителя частоты. Компенсатор 6 фазовой ошибки осуществляет сброс ошибки по фазе добавлением или вычитанием их выходной последовательности импульсов повышенной частоты требуемого количества импульсов повышенной частоты. Кроме того, компенсатор 6 фазовой ошибки производит вычитание или добавление импульсов повышенной частоты на определенных углах в зависимости от коэффициента умножения m для получения с помощью реверсивного счетчика 8 двоичного параллельного кода угла поворота вала.

Так, для получения п-разрядного параллельного двоичного кода угл@ поворота вала на выходе 11 реверсивного счетчика 8 необходимо

И=2 импульсов повышенной частоты.

Умножитель 5 частоты азимутных импульсов позволяет получить Np = m импульсов У

N=й„ЬЫ= — —.ш ЬN, Й З где ср — дискретность азимутных импульсов (в данном случае y=30 )

̻ — — 12 m

Соответствие кода Ng двоичному тем больше чем меньше Ь N Ni — > N = 2" при Ь N — >О

Т. е. необходимо так выбрать m, чтобы

6N =ДЯтйу

И» =Х+Д N=2 +. (2 m)

20 Ф = mink N = Ф(п, у, m)

Решив вариационную задачу относительно коэффициентов и, р, m в соответствии с их удельными весами, находят minЫМ, позволяющий оптимально построить схему преобразователя. Веса коэффициентов п, 25 q, m определяются в зависимости от требуемой точности, инерционности объекта и стоимости реализации. Реверсивный счетчик 8 интегрирует (суммирует) импульсы повышенной частоты для получения двоичного

30 параллельного кода угла поворота. В процессе интегрирования происходит накопление ошибки, достигающей max на углах 2%iE (= 0,1, 2,...) . Для сброса ошибки используется первая азимутная отметка (AC4), совпадающая с углами 2А. При изменении

З5 направления вращения вала реверсивный счетчик переключается на сложение или вычитание и меняются местами последовательности (Пд) и (По) в формирователе азимутных отметок в зависимости от направления вращения.

Предложенный преобразователь угла поворота вала в код выгодно отличается от известного. Он легко реализуется на элементах дискретной техники. Использование инерционности вращающегося объекта

45 позволяет существенно упростить устройство и увеличить точность преобразования угла вращения в код за счет экстраполяция углового положения вала в интервале азимутного импульса, экстраполяция производится по предыстории процесса. В пред50 ложенном преобразователе точность формирования азимутных импульсов обеспечивается сравнением мгновенных значений фазных напряжений синхронизации, а не их огибающих (выделенных демодулированием). В результате наличия указанных достоинств предлагаемого устройства расширяется сфера его использования и функциональные возможности.

661589

Формула изобретения

Рис 1 пп

7 ипц

1виа2 ч

Составитель И. Назаркина

Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 709 Подписное

Редактор Э. Губницкая

Заказ 2483/54

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла поворота, соединенный с вращаюшимися валом, блок компараторов и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены последовательно соединенные формирователь азимутных отметок, блок элементов ИЛИ, умножитель частоты и компенсатор фазовой ошибки, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя азимутных отметок, выход блока элементов ИЛИ соединен с первым входом компенсатора фазовой ошибки, и умножителя частоты, вторые входы умножителя частоты и компенсатора фазовой ошибки соединены с выходом генератора импульсов, выходы датчика угла поворота соединены с одними входами блока компараторов, к другому входу которого подключен источник питания, выходы компараторов соединены со входами формирователя азимутных отметок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 413515, кл. G 08 С 9/00. 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 364957, кл. G 07 С 9/04, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР № 470841, кл. G 08 С 9/00, 1973.