Преобразователь угла поворота вала в код

 

ОП ИСАЙКЕ

Союз Соеетскнк

Соцналнстнчесинк реслублни

"" 720455

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.09.77 (21) 2520778i18-24 с присоединением заявки,% (51)M. Кд.

G 08 С 9/04

Ваударатваювй квмитет

CCCP ю аврам кзебретеннк а впуытка (23) Приоритет! ° ° (53) УДК 681 34 (088.8) Опубликовано 05.03.80. Бюлле ень М 9

Дата опубликования описания 07.03.80

P. М. Мирсалимов и B. Б. Ибрагимов (72) Авторы изобретения

Азербайджанский институт нефти и хцмик имени М. Азизбекова (73) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах и системах обработки информации для преобразования угла поворота ротора

5 электрических микромашин типа синуснокосинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ) в цифровой код.

Известно устройство, в состав кото(О рого входят преобразователь напряжение-.код, выход которого через преобразователь кода соединен с выходной клеммой устройства, синусно-косинусный вра щающийся трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к выходу блока питания, а синусная и косинусная обмотки через двухпоэиционный переключатель - ко входу преобразователя наприжение-код, и селектор октанта, входы которого подключены к выходным (синусной и косинусной) обмоткам СКИТ и выходу блока питания, а выходы - K управляющему вхоцу двухпоэиционного переклюо чателя и к преобразователю кода непосредствекно и через блок констант, кратных

45 Ш.

Это устройство имеет невысокую линей кость характеристики преобразования изза наличия значительной методической погрешности при аппроксимации синусоиды отрезком прямой линии на ее начальном 45-ти градусном участке, "прилегающем» к угловой оси.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю являетс я преобразователь угол.-код, содержащий СКВТ, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, а выходные (синусная и косинусная) обмотки через преобразователи напряжение-код, коммутатор и преобразователь кода в код - к выходной клемме. устройства, блок определения квадранта угла поворо та, входы которого подключены к источнику напряжения питания и выходным (си» нусной и косинусной) обмоткам СКВТ, и логический блок, входы которого подклю»

720455

3 чены к выходам блока определения квадранта угла поворота и коммутатора, а выходы - ко входам преобразователя коца в код непосредственно и через блок констант, (1ратных 45 ) 2).

Недостатком етого преобразователя является невысокая линейность характеристики преобразованйя, обусловленная наличием значительной метоцической погрешности при аппроксимации синусоиды отрезком прчмой линии на ее начальном

45-ти градусном участке, "прилегающем» к угловой оси.

Белью изобретения является повышение точности преобразователя, что достигается повышением линейности характеристики преобразования. Для этого в уст-ройст во введены ключи, компа ра торы, суммирующий и вычитающий блоки, выход- . ные обмотки синусно косинусного Вращаю-. щегося трансформатора подключены непосредственно ко Входам первого комнаpa TopB, суммирующе го и Вычита1аще го блоков и к первым Входам перво1 О и Второго ключа, выходы которых объецинены и подключены к первым входам второго

КОМПа РатОРа И тРЕт-ЬЕ гО КЛЮ 1а, BI,I;Ó Ö::,i суммирующего и Вычитающе-:о блоков ггод=-, ключены к первьпи входам соответственно четвертого и пятого ключей, Выходы которых об..»едипены и подклю-,ены и второму входу Второго компаратора и первому Входу шестого ключа, Выходы третьего и шестого ключа объединены H поцклю; чены ко входу преобразователя !ч1п(;гяжения в код, второй и третий выходы блока определения квадранта угла поворота подключены ко вторым входам соответственно четвертого и пятсго ключей, первый и второй выходы первого компаратора подключены к второму и третьему входам логического блока и вторым вхоцам перВОГО и ВторогО и1юча сООтветстВеннО, первый и Второй выходы второго комца-ратора подключены к четвертому и пятому входам логического блока и вторым входам шестого и третьего ключа соответственно.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 показан график, поясняющ!1й принцип формиров=-,ния дополнительных напряжений, изменение знака фазы которых происходит в точках угловой оси, соответствующих углам

6=45 + n, 90, где 1 1-0, 1, " ., 3. о о гце!.(, м (11

ПО результатам сравнения напряжений (1) между собой компаратор 5 выбирает меньшее из них (обсэпачим его условно, через U„,„): если (Ц(< j Lhj, сигнал с 1!ср

$Q ,Вого выхода компаратора 5 поступает HB у Ipa Вл яIОщий ВхОд KJ: юча с; и ус" а павля=» вает егс В замкнутое положение, при котором напряжение ((1 синусной !гбмот!

55 ки CKBT поступает на Один из Вхоцов компаратора 8; ecIIN ) („(! ., - (((, сигнал со Второго Выхода компаратора 5 .;:Ступает На управляющ. и Вход ключа 7 и устанавливает его В замкнутое положе-Устройство содержит преобразователь

1 напрягкение-код, выход которого через преобразователь 2 кода в код соед!!И1ен с выходной клеммой устройства, CKBT 3, обмотка возбуждения которого поцключена к источниг„ 4 напряжения питания, синусная и косинусная обмотк -; - ко входам компаратора 5 непосредстьенно, а через ключи 6 и 7, выходы которых объединены „- к одному из Входов компарато ра 8 непосредственно и ко входу преобразователя напряжения в ксц через ключ 9, суммирующий 10 1! Вычитающий 11 блоки, ВХОЦЫ КСГОРЫХ ПОДКЛЮЧЕЯЫ К ВЫХОД,|ЫМ синуснсй и косинусной обмот".BM СКИТ, а выходы через клю-:;.: 12 и 13,. Выходи которых обьедияены, — к другому входу

I 5 КОМПаРатОРа 8 НЕПССРЕДСТВЕ(гяо И I»G BKODУ преобразователя на1!ря>кечие-коц через

КЛЮс1 1 4 бЛОК j 5 О..-гад:аЛЕН гя 1вацра!та угла поворота, входы которого подкл1оче= ны K Выходным (с!гнусной и косинусной

ООмОткам С КИТ и источ. 1 яку 4 на пр яже--1!ИЯ ПИ-1ВПИЯ B В11-!ОД; К УПРавп!г1Щ! М входам ключей (2 и . 3, а также одно= му из входов Оги !Оскогo блока 1 c, дру:гие Входы котс з-i соец "II:спь(с выхода

"»

МИ КОМП aт Qp0D ii 4: !(агавп Яющи(i N ВХОца

1И 1цц чэ1-. -, (г., f . 9 N (4. а В11ХОци - СО входами преобраэо!1ателя кода В коц непогаец .твенно и через блок 1 7 ко11стант, О кратных 22,.5 . И состав преобразователя

2 кода В коц входят блок 18 передачи кода и схема 19 сложепия кодов.

Как известно, напряжения Ц, !1((г выхоцнь1х (сипусной и косинуснойг обмотки

СКИТ 3 Определяются следующим обр=3» зом: . =-Г, U ыи!а а;и g ° г = " О„„а(имt îüÿ; (1) -- амплитудное значение и кругоВая частота напряжения U п-1!тания блока 4;

;1-:Ол поворота ротора СКИТ; коэффициент трансформации, постони. гый для данного типа

СКИТ, 720

455 6

Участок 22,5 - . 45, таким образом, исключается из рассмотрения, Выбор указанного напряжения, исполь« эуемого в дальнейшем с целью преобразования в цифровой код, осуществляется следуюшим образом. Блок 15 определения квадранта угла поворота по результатам анализа знака фазы выходных напряжений СКВТ относительно чапряжения

JII питания блока 4 формирует сигналпризнак квадранта угла поворота Я . В

1-ом и 3-ем квадрантах этот сигнал по ступает на управляюший вход ключа 13 уста авливает е -О в замкнутое IIQJIQ жение, подключ -=-. к другому входу компаратора 8 напряжение (,1 с выхода блока

ll вычитания, а во . .=-.Ол1 и 4-ом квадрантах — на управляющий вход глюча 12, при этом последний устанавливается в замкнутое положение и и тому же входу

Kсмпар,".тора 8 (т. к. выходы кл очей

1 = и 3 Обвод;:иены) подключает я надряж::7IIå -) 4 - вь хода блока 10 сложения. ПО результатам сравнения напряжек ний 0д и (. „, л:ежду собой компаратор

8 выбирает ме;=:. ее из них". Ос7иЩ Щ с :гны. с первого в-. хода компвратора F

З5

A П

6= — + — л,1

4 ние, при котором к тому же входу компаратора 8 (т. к. выходы ключей 6 и 7 объединены) поступает напряжение 0 косинусной обмотки СКВТ.

Изменение знака фазы и соотношения амплитуд напряжений 0 и U> происходит в точках угловой оси, которые разбивают весь диапазон изменения угла поворота

8 на 8 секторов (октантов) по 45 каж о цый. В зависимости от номера сектора можно было бы выбрать и преобразовать в цифровой код меньшее из этих напряжений, т, е. О„,, но при этом точность цифрового измерения угла поворота 8 получилась бы невысокой из-за суЩЕСтВЕННОГО УВЕЛИ. еНИЯ ВО ВТОРОМ ПОЛУо о секторе (22,5 - 45 ) доли, погрешности от нелинейности синусоидальной характеристики угол-напряжение . С другой стороны, чем меньше исхоцный сектор, тем с большей точностью начальный участок синусоиды, прилегающий к угловой оси, можно считать отрезком l.рямой линии. Это соображение положе Io г.. основу построения прецлагаемого устройства, повышение линейности характеристики преобразования которого связано с образованием доподнительных напряжений, изменение знака фазы которых происходит в точках угловой оси, соответствующих углам„ где 1ъ-0, 1, 2, 3.

Условию (2) удовлетворяют напряжения, полученные путем выполненич Операций алгебраического сложения и масшта.бирования выходных сигналов СКВТ B 40 блоках сложения 10 и вычитания 11: (Ю

Оз = — (О -0 ) =К U sir mt sw (45-8); .(U = — (О +О ) К 0 slv.intuit,(É5-8)(О е <

Где f - постоянный масштабный коэффициент.

Изменение знака фазы и соотношения амплитуд исходных и дополнительных напряжений (фиг. 2) происходит теперь в точках угловой оси, которые разбивают весь диапазон измерения угла поворота 6 на 16 секторов по 22,5 каждый, причем в каждом секторе можно выбрать

"а"р"же""е (исходное "л" дополнитель ное), которое изменяется почти линейно

«А Оо в прецелах начального участка (От22,- ) синусоиды, прилегающего" к угловой оси (II@ фиг. 2) выделено сплошной линией). до(" ДДЕТ На удраь яЮШИН В» Од Ю(ЮЧа и устанвв.—,иH-"ет его р. э"мкнутое по. Ioæå пие при KGToi. ov.. .апрчл ение Ug ЛОк стугает на вход ц;еобразова ели 1 IIallрижан,.е-ко (ПКК!;,;с. и Il .ФЩ, curt нал со в."o;.-", .:д вь:хода комцараторв 8

ДОстк паэт Г= If::9Â7ûçùèé вход ключа 9 и устанавливает его в замкнутое положение, при крторт. ко входу ПНК подкдючветсB U . преобразователь напряже. пекод формируег цифровой эквивалент

Й поданного на его вход напряжения. комер (признак) того ачи иногo из

16-ти 22,5 градусных. секторов определяется IIo результатам анализа фазовых соотношений между напряжениями 0,02 и U, (oèãíàë с выхода блока 15) и амплитудных соотношений между напряженияhIH Ь „О, UP, h 0„(сигнал с I3blxoIloB компараторов 5 и 8) логическим блоКоМ 1 6, усT8HBBJIIIB8loIIIIIM 6TIoK 1 1 кон стант, кратных 2=,5, в положение, при о котором к Одном", из входов схемы 19 сложения блока 2 подключается код И, х

x) 0 - напряжение 0 иди U, выбpaIIIIoe c помошью блока 15 и лействуюшее на одном из входрв компаратора

8, подключенном к Обшей тг>чке кчючей

12и13, 720455 постоянный для данного сектора и соответствующий его левой границе.

Как видно из фиг. 2, в нечетнь.х

22,5-градусных секторах, где с увеличением угла поворота 8 амплитуда ко- Б дируемого напряжения увеличивается„ значения цифрового кода Й с некоторой степенью приближения Отображают искомый угол поворота 8, И четных. же

22,5- градусных секторах, где с увеличением угла поворота 6 амплитуда кодируемого напряжения уменьшается, ква- зилинейная зависимость между цифрс5вым кодом N и углом поворота 8 «ар ша5. ется: увеличению 8 соответствует уменьшение Й . Чтобы исключить возникшую неоднозначность,достаточно в четных

22,5-градусных секторах осуществить инверсию кода Й . Для этого на выходе логического блока 16 формируется специальный признак Р (BbiccIIHA потенциал), В соответствии с которым ОлОК 1 8 передачи коца формирует инверсное значение Й, поданного на его вход кода М на пример, путем считывания результ & та кодирования с инверсных (нулевых) выходов разрядных триггеров оконечного регистра IlhK l. В не четных 22,5-градусных секторах блок 18 перед&ея код N c выход& ПпК 1 на другой вход схем 5 19 без измене 5ия, Схем& 19 сложения ксдов реализv :T Операцию сложения кодов А2 и

I / ;,!

А 5,5я, 5 с .бп&жающи; осот еетс ае.-,"но сектоp р. угол rIGBGp5&ò& .-5 ротора . КБ 1 т .п)еделах этого сек алоэ;..

Для н;r.еядности и:.Лог«.ния вся послеIIGB&TeJIbHDcTb рассмотренных операций сведена в нижеследующу о таблицу.

Т ( т

Кодир у Qê ПИ. ОВОй

1 ! КОЦ &

ВЫХОДЕ устрой ства

НОМ ра

CeI ра

1 я.

5 5Р5 ЭII&K

С оео I IG

G шение

Сектор ние амплитуд

&МПЛИ еуе

Я

5 ее !

I

Мм

0:;22,5

22,5 1 45

45 - . 67,5

0000 4„(О,, 5

5).5) з

5 ),, 5 ь

О<0

З 2 ), 0

4 U

Ц 5»

-.!„И

Uq I г

О 1)

О U. ея

U U я (5

«я

0 О з

2 4

55 U

2 4

О О

Д

U lJ я 4

000:5

Я - 2

ОО1 0

67,5 90

90 +112,5

li2,5 4 135

135 + 157»5

4 0011 о 0100

6 0101

013 0

0111

1000

10 .1001

11 1010

12 1011

13 1100

14 1101

15 1110

16 1111 счет кодирования напряжения, выбр& нного из числ& исходных UI, Ug и допслнитель»ных U>, 4 напряжений по результатам

Та к им образом, в пре дла гаемом уст»ройстве достигается повышение линейности характеристики преобразования эа

157,5 -, 180

180 -. 202,5

202,5-, 225

225,-, 47,5

247,5-;. 270

270 4 292,5

292,5 +315

315 ф 337,5

337,5 360

iJ -. и

О, - I.3

2 (15

1 j

5 5

- я

iI,; 55

5»

U я 2

5 5 2

U

g я

Ц ь О

U

0(0

Ц(0 я ) !(U <15

5-5 «; 5О (5»5

I 5 .,;5

Ц я

U

0 (U

2 3

U

0 (U е

0

U

И

Ь

U о

U

4

1

Ц

5ь)

U

IJ

U

2.

U д

О

N +Nq г

К "-й

2 5 и +ц, М +й

N +AN

N +и, 2 и +gg

И +N, 2

N я. И г

М +Ng г

Й +g(2

К + 5

М +Q

М +4( г A 2 2 N

720455 10 сформатора подключены ко входам первого компаратора, суммирующего и вычи тающего блоков и к первым входам первого и второго ключа, выходы которых объединены и подключены к первым вхо дам второго компаратора и третьего ключа, выходы суммирующего и вычитающеFo блоков подключены к первым входам соответственно четвертого и пятого ключей, в..гходы которых объединены и ion» ключены к второму входу второго компарв тора и пе рвом у входу шестого ключа, выходы третьег=- и шестого ключа объединены и подключены ко входу преобразователя. напряжения в zon, второй и третий выходы блока определения êâàäранта угла поворота подключены ко вторым входам соответственно четвертого и пятого ключей, первый и второй выходы первого компаратора подключены ко второму и третьему входам логического блока и вторым входам первого и второго ключа соответствечно, первый и второй выходы второго компаратора подключены K четвертому и пятому входам логического блока и вторым входам шестого и третьего ключа соответственно. сравнения их амшттуд, на начальном

22,5-градусном участке синусоиды, "прилегающем" к угловой оси. По сравнению с прототипом, где изменение реэультируюшегo zona соответствует изменение кодируемого напряжения на 45-ти градусном участке синусоиды, "прилегающем" к угловой оси, погрешность от нелинейности характеристики преобразования уменьшается примерно в 1,7 раза. о

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в 15 код, содержащий преобразователь напряжения в код, выход которого подключен к первому входу преобразователя кода в код, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, выходные обмотки - к первому и второму входу блока определения квадранта угла поворота, третий вход которого подключен к источнику напряжения, пи- 5 тания первый выход - к первому входу логи- ческого блока, первый выход которого подключен ко второму входу преобразователя кода в код, второй выход - через блок констант к третьему входу преобразователя кода в код. о т л и ч а ю =ш и и с я тем, что с целью повышения точности преобразователя в него введены кл1счи, компараторы, суммирующий и вычнтающий блоки, выходные обмотки синусно-косинусного вращающегося транИсточники иМОрмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

K 59100 кл. б 08С 9/04 от

21.05.78, 2. Авторское сьидегельство СССР

М 332488, кл. G 08 С 19/28

or. 04.05.70 (прототип) .

720455

Составитель Н. Бочарова .В . Синицкая

Редактор М. Минаев Техред И. Астаповц Корректор

Заказ 10223/36 Тираж 682 Подписное 1НИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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