Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<11720451

/ - .:7,, (б1) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 17.01.77 (21) 2444370/18-24 (51)М, KJl 2 с присоединением заявки ¹

G 08 С 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 050380. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 050 3.80 (53) УДК621. 314.24 (088. 8) (72) Автор изобретения

О.E.×åáoòàåâ (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В ЦИФРОВОЙ КОД

Изобретение относится к способам преобразования угла поворота в цифровой код и может быть использовано в системах управления с цифровой обработкой информации.

Известны способы с использованием сельсина для преобразования углового положения вала в цифровой код. из трехфазного синусоидального напря- 1О жения. С помощью двух постоянных по амплитуде и противоположных по фазе опорных синусоидальных напряжений путем полного ограничения по заранее заданному постоянному уровню форьыруют три фаэных и два опорных импуль- 5 са постоянной амплитуды, по широтности и временному положению которых однозначно определяют значение угла, соответствующее одному иэ двенадцати 30-градусному сектору оборота ва- О ла (1).

Необходимость формирования двух опорных синусоидальных напряжений в данном устройстве требует сложного оборудования, а преобразование амплитудных отношений, изменяющихся нелинейно в пределах 30-градусного сектора, дает ограниченную точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЗО способ, основанный на преобразовании угла поворота вала в трехфазное синусоидальное напряжение (21.

Однако необходимость формирования линейного напряжения иэ двух фаз вносит несимметрию в сельсинную нагрузку, что ухудшает точность преобразования. Использование сравнения амплитуд трехфазных синусоидальных напряжений, а не мгновенных значений напряжений, также ухудшает точность преобразования из-за необходимости демодулирования, в процессе которого .вносится дополнительная погрешность, обусловленная дрейфом нуля, инерционностью, сложностью, а при схемном уменьшении дрейфа нуля — наличием высших гармоник. Кроме того, по данному способу невозможно преобразовать угол поворота вала с дискрето ностью меньшей, чем 15

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу измеряют мгновенные значения амплитуды фазного напряжения в определенные моменты времени, сравнивают мгновенные значения напряжений, получают импульсные последовательности, 720451 фазу огибающей которых сравнивают с фазой напряжения питания, в момент смены фазы на противоположную формируют импульсы, которые составляют цифровой код.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана временная диаграмма изменения напряжений, на фиг. 2 — устройство для реализации способа преобразования угла поворота вала в цифровой код.

На временной диаграмме, представленной на фиг. 1 П4, U8 и Пс — огибающие трех фазных напряжений сельсин-датчика; Пд,, Бс и Бс — огибающие фазного напряжения, разбитого на дискретные уровни; ф. — угол поворота ротора сельсин-датчика; П -П области существования последовательностей импульсов, совпадающих с положительной полуволной напряжения питания и отрицательной полуволной напряжения питания (заштрихованы соответственно в правую и левую стороны) при сравнении мгновенных значений напряжений -Up, Us u Uc попарно между собой и с нулевым уровнем; с, -с,, †. 15 отробы, формируемые из последовательностей импульсов;По,и у Пп в и Iuå,vобласти существованИя последовательностей импульсов, совпадающих с положительной полуволной напряжения () питания (штриховка в правую сторону) и атрицательной полуволной напряжения питания, (штриховка в левую сторону) соответственно при сравнении мгновенных значений напряжений Ое„ 35 пс и Ueg и U6, (kgb (ф и а — углы, определяемые стро бами, оформи ров ан ными соответственно из П„„оа, Ilu н и

Пц .и„; а(, и 4> — углы, Ъйределяемые

3 6 соотВетственно из стробов с и с . . Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код основан на ,преобразовании угла поворота вала

:в трехфазное синусоидальное напряжение, описываемое уравнениями:

К U Coss4 45 о

Пз = К U ° Cos (c(— 120 )

Пс = K U> Сов (cA +120 ).

Здесь к — коэффициент передачи, 5О

U напряжение питания, определяембе как U„=, U Sinv t., где u3— частота напряжения питания, U — амплитудное значение напряжения питания.

Напряжения UA, Пь u Uq представляют ос бой переменные напряжения с частотой напряжения питания, модулированные по амплитуде по косинусоидальному закону углом поворота вала., причем из-за пространственного сдви- 60 о га в 120 закон модуляции каждого напряжения имеет один и тот же ха.рактер, только со сдвигом в 120

Мгновенные значения фазного напряжения U<, Б6 и Пс разбивают на диск- 65 ретиые уровни в зависимо<-.ти от номера 30-градусного сектора углового положения вала. Число уровней определяется требуемой точностью преобразования. Для упрощения рассмотрения способа на фиг. 2 изображено три дискретных уровня напряжения Uz . ()с " () с °

Код угла формируют циклами грубого и точного отсчетов. цикл грубого отсчета осуществляет ся сравнением мгновенных значений напряжений фаз А, В и С попарно между собой и нулевым уровнем, в результате которого получают импульсные .последовательности, фазу которых сравнивают с фазой напряжения питания, а затем формируют импульсы с -c . Так например, при сравнении мгновенных значений напряжений фазы

В с .фазой С (напряжения Пб и () получают импульсные последовательности, область существования которых П, совпадающие с положительной полуволной напряжения питания в пределах углового положения вала от О до 180 и противоположные в пределах от 180 до 360О. Для этого разность напряжений Бэ и U усиливается с последующим ограничением по напряжению. За счет большого усиления достигается высокая крутизна фронтов импульсов последовательности, т.е. формируются почти прямоугольные импульсы.

Последовательность импульсов меняет свою фазу на противоположную относительно фазы напряжения питания (имеется .в виду совпадение с его положительной полуволной — прямая фаза и отрицательной — противоположная фаза при значениях углов О или 360 и 180 )

Смена фазы происходит резко даже при относительно низкой скорости вращения из-за большого усиления разности напряжений. В момент смены фазы формируется импульс c . Аналогично формируют стробы c> c©, Стробы с, - c> однозначно определяют 30-градусный сектор углового положения вала.. В пределах 60-градусного сектора только одна определенная фаза имеет относительно линейный (с 2%-ым отклонением) закон изменения амплитуды в зависимости от угла вращения: фаза В в секторах

9-60, фаза A — 60-120, фаза С—

120-180, фаза  — 180, 240, фаза

A — 240-300, фаза С вЂ” 300-360 (О ) .

Фазное напряжение, разбиваемое на дискретные уровни, определяется также стробами с, — co: в секторе

О-30 разбивается фаза С, 30-60 фаза А, 60-90 фаза В, 90-120 фаза С, 120-150 фаза А, 150-180 фаза В, 180-210 фаза С, 210-240 фаза А, 240-270 фаза В, 270-300 фаза С,,300-330 фаза А, 330-360 (О ) раз4 бивается фаза В, Соответствующим выором числа дискретных уровней

720451

f0

30

Формула изобретения

45 Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код, основанный на преобразовании угла поворота вала в трехфазное синусоидальное напряжение, отличающийся тем, что, 50 что, с целью повышения точнрсти преобразования, измеряют мгновенные значения амплитуды фазного напряжения в определенные моменты времени, сравнивают мгновенные значения на55 пряжений получают импульсные последовательности, фазу огибающей которых сравнивают с фазой напряжения питания, в момент смены фазы на противоположную формируют импульсы, которые составляют цифровой код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9310280, кл. G 08 С 9/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

65 .1472360, клт G 08 С 9/00, 1973» можно скомпенсировать имеющиеся отклонения от линейности.

Пикл точного отсчета осуществля» ет ся сравн ением мгновенных значений напряжений фаз А, В и С с мгновенными значениями напряжений дискретных уровней определенного фаэного напряжения, в результате которого получают также импульсные последовательности, фазу которых сравнивают с фазой напряжения питания, а затем формируют импульсы (на фиг. 1 не показ аны) . Так н апример, при сравн енин мгновенных значений напряжения фазы

В с мгновенными значениями напряжений П., Uz u Ue дискретных уровней фазного напряжения Uc формируются импульсные последовательности соответственно Писфв П,,(1 и П к„0 в пределах секторов 0-30 и 180-210, которые меняют свою фазу на противо.положную относительно фазы напряжения питания при значениях углов4<,(и (в пределах сектора 0-30 . В момент смены фазы формируются стробы (на фиг. 1 не показаны), однозначно определяющие угловое положение в пределах 30-градусных секторов, в данном случае с дискретностью 7,5 .

Аналогично происходит формирование стробов в пределах других 30- градусных секторов.

Таким образом код угла поворота формируется циклами грубого (с дискретностью 30 ) и точного (в данном случае с дискретностью 7,5 .) отсчетов.

Устройство преобразования угла поворота вала в цифровой код, реали.зующее данный способ (фиг.2) содер жит. сельсин-датчик 1 блоки 2 и 3 компараторов, ключи 4 и 5, делитель

6, дешифраторы 7 и 8.

Трехфазное напряжение сельсиндатчика 1 поступает на вход блока 2 компараторов в соответствующих парных сочетаниях друг с другом и с нулевым уровнем. В блоке 2 компараторов в результате сравнения мгновенных напряжений между собой и с нулевым уровнем формируются импульсные последовательности. Полученные импульсные последовательности с большой крутизной фронтов ограничиваются по амплитуде для сопряжения с работой последующих логических схем. Приближающиеся к прямоугольным импульсные лоследовательности имеют фазу, совпадающую с фазой напряжения питания или противоположную в зависимости от сравниваемых напряже.ний и определенного 30-градусного сектора.

Иэ импульсных последовательностей П, - Пбформируются стробы с, - сб, однозначно определяющие напряжейие (Up, U или .U ), разбиваемое на дискретные уровни делителем 6. Положение, ключей 4 и 5 однозначно определяется дешифратором 7. Код грубого отсчета определяется также дешифратором 7.

Ключи 4 имеют шесть положений, а ключи 5 только два в зависимости от четности или нечетности номера 30градусного сектора. Наличие ключей

5 обусловлено возрастающим или убывающим в эависимости от четности сектора характером напряжений, сравниваемых с дискретными уровнями, при возрастании угла а в одну сторону. Полученные в результате сравнения импульсные последовательности уже существуют в пределах 30-градусных секторов, смена их фазы по отноШению к напряжению питания однозначно определяет угол в пределах 30градусных секторов ° Блок 3 компараторов работает аналогично блоку 2.

Стробы с — с„ формируются иэ импульсных последовательностей. Дешифратор 8 однозначно определяет код точного отсчета. Ключи 4 и 5 могут быть построены на базе бесконтактных элементов, например полевых тран эисторов.

Предложенный способ позволяет преобразовывать угловое положение вала в цифровой код с большой точностью, что достигается исключением формирования линейного напряжения из двух фаз, вносящего нессиметрию в сельсинную нагрузку, а также сравнением мгновенных значений напряжений фаэ, а не огибающих. Данный способ позволяет преобразовать угол по35 ворота a a s Koa c дискр меньшей, чем 15 . Дискретность преобразования определяется количеством дискретных уровней, на которые разбиваются мгновенные значения определенного фазного напряжения °

10 Перечисленные преимущества предлагаемого способа расширяют сферу его использования °

720451

Составитель О. Богомолова

Техред M Петко Корректор В Бутяга

Редактор Н.Лобаач

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10222/35 Тираж 682 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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