Интерполятор для измерительных преобразователей перемещения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву-— (22) Заявлено 250478 (21) 2612936/18-24 (5t)pA, Кд, 6 06 6 7/30 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1507.80. Бюллетень М 26

Дата опубликования описания 150780 (53) УДК 681. 335 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.С. Жаунеров, Я.А. Каружа, Л.И. Кулис, E.И. Минцерис, П.Р. Мараускас и A.Ò. Ушинскас

Вильнюсский филиал Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (71) Заявитель (54) ИНТЕРПОЛЯТОР ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам преобразования сигналов измерительных преобразователей перемещений и может быть использовано в отсчетно-измерительных системах угловых .и линейных перемещений для станков с программным управлением и коорди- натно-измерительных машин.

Известен интерполятор, содержащий суммирующие и множительные блоки (1) .

В этом устроистве синусно-косинусные сигналы преобразователя перемещения перемножаются на квадра- турные сигналы генератора фиксирован- е ной частоты в умножителях, выходные сигналы которых суммируются в сумматоре и фильтруются фильтром.

Невысокая точность множительных устройств, а также необходимость уз- 2О кополосной фильтрации снижает точность и вносит фазовые искажения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является интерполятор для измерительных преобразователей перемещения, содержащий синусно-косинусный измерительный преобразователь перемещения, первый и второй блоки выделения мо- дуля, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами синусно-косинусного измери- тельного преобразователя перемещений,. первый и второй двухвходовые сумматоры, входы которых соединены с первым и вторым выходами синусно-косинусного измерительного преобразователя перемещения, а выходы — co входами третьего и четвертого блоков выделения модуля, реверсивный счетчик, выходы которого являются выходами интерполятора, блок компараторов, выходы которого соединены со входами реверсивного счетчика, блок преобразования амплитуды входного сигнала в постоянное напряжение (2) .

Недостатками этбго интернолятора является невысокая точность и ограниченная величйна коэффициента интерполяции. Действительно, треугольное напряжение формируется в устройстве с помощью блоков выделения модуля и сумматора по алгоритму (s n wt) — (cos wt). Неточность интерполирования обуславливается нелинейностью треугольного напряжения.

Эта нелинейность равна «+4% и прямо язана с точностью интерполяции.

748445

Цель изобретения — повышение точ. ности и коэффициента интерполяции.

Это достигается тем, что интерполятор для измерительных преобразователей перемещения, содержащий синусно-косинусный измерительный преобразователь перемещения, первый и второй блоки выделения модуля, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами синуснокосинусного измерительного преобразователя перемещения, первый и второй двухвходовые сумматоры, входы которых соединены с первым и вторым выходами синусно-косинусного измерительного преобразователя перемеще ния, а выходы — co входами третьего и четверТого блоков выделенйя модуля, реверсивный счетчик, выходы которого являются выходами интерполятора, блок компараторов, выходы которого соединены со входами реверсив- 20 ного счетчика, дополнительно содержит третий, четвертый, пятый и шестой двухвходовые сумматоры, пятый, шестой, седьмой и восьмой блоки вы" "деления модуля, первый и второй четырехвходовые сумматоры, блЬк сумматоров, выходы которого соединены со входами блока компараторов, а входы— с выходами первого и второго четырехвходовых сумматоров, первый и второй выходы синусно-косинусного измерительного преобразователя перемещения соединены с первым и вторым входами третьего, четвертого, пято го и шестого двухвходовых сумматоров, выходы которых через пятый, шестой, седьмой и восьмой блоки выделения модуля соединены со входами первого четырехвходового сумматора, выходы первого и второго блоков выделения модуля соединены с первым и вторым 40 вхбдами второго четырехвходового сумматора, третий и четвертый входы которого соединены с выходами третьего и четвертого блоков выделения модуля. 45

На фиг. 1 приведена блок-схема "интерполятора; на фиг. 2 и 3 — диаграммы, поясняющие его работу.

Интерполятор содержит синуснокосинусный измерительный преобразователь перемещения 1, восемь блоков выделения модуля 2 — 9, шесть двухвходбвых сумматоров 10 — 15, первый и второй четырехвходовые сумматоры

16 и 17, блок сумматоров 18, блок компараторов 19, реверсивный счетчик 20.

Интерполятор работает следующим образом.

Синусно-косинусный измерительный преобразовакелЬ 1 вырабатывает два ортогональных гармонических сигнала ф(}

sin . wt u cos wt, которые пропорциональны соответственно угЛу поворота или непосредственно перемещению (в завйсимбсти от того, круговое или нейное перемещение измеРяется). В блоках 2 и 3 выделяются модули эти>: сиГHcUIoB (s in wt) и {cos wt) ° В сумматоре 10 осуществляется суммирование сигналов sin wt u cos wt;

sin wt+ cos wt = /2" cos (wt-45 ).

В сумматоре 11 суммируются сигналы

Э»П Wt И -COS Wt 5»n wt — COS wt=

=f2 s i n (w t -45 ) . Эти сигналы имеют амплитуду в и?Т раза большую, чем у входного сигнала. Подбором коэффициентов усиления сумматоров 10 и

11 амплитуду этих сигналов уравнивают с амплитудой входных сигналов (т.е. производят нормирование амплитуды). Сигналы после нормировки изображены на фиг. 2-1 и 2-3 соответственно: их аналитическое выражение:

sin (wt-45 ) и cos (wt-45 ).

В блоках 4 и 5 осуществляется выделение модуля сигналов с выхода сумматоров 10 и 11 (фиг. 2-2 и 2-4).

Далее сигналы с выходов блоков вы-. деления модуля 2, 3, 4 и 5 суммируются во втором четырехвходовом сумматоре 17. Для большей ясности графической иллюстрации суммируем попарно сигналы с выходов блоков выделеHHH модуля 2 H 3 (sin wt)+ (cos wt) с выходов блоков выделения модуля

4 и 5 .-(.sin (wt-45 ) - cos (wt-45 )

{фиг. 2-5). Полученные напряжения перенесем на фиг. 2-6. Они сдвинуты по фазе на 90О. После их суммирования на выходе, второго четырехвходового сумматора 17 получается напряжение треугольной формы (фиг. 2-7) аналитическое выражение которого имеет вид» sin wt» +»cos wtl

- )s i n(wt-45 ) - »cos (wt-45 )»

Анализ этого выражения показывает, что оно аппроксимирует треугольный сигнал с погрешностью, не превышающей 1%, которая в 4 раза меньше, чем у прототипа, Это позволяет повысить точность интерполяции. Отметим, что частота треугольного сигнала, формируемого на выходе сумматора 17, в четыре раза выше частоты входных сигналов, В сумматорах 12-15 происходи1 суммирование сигналов sin wt u

cos wt с соответствующими знаками. и весовыми коэффициентами. Известно, что при суммировании синусоидального и косинусоидального сигналов разной амплитуды получается гармонический сигнал, фаза которого зависит от соотношения этих амплитуд.

Так, например, в сумматоре 12 происходит суммирование синусоидального сигнала единичной амплитуды и косинусоидального сигнала с амплитудой приблизительно .в три раза меньшей — тогда получается гармонический сигнал

О

-s i и (wt+22,5 ). Аналогично в сумматоре 13 суммируются косинусоидальный. сигнал единичной амплитуды и синусоидальный сигнал с амплитудой,в три. раза меньшей, и получается гармоничес748445 кий сигнал s i и (wt+ 67 5 ) в сумматоре 14 суммируются синусоидальный сигнал единичной амплитуды и инвертиро- ванный косинусоидальный сигнал с амплитудой, в три раза меньшей и получается гармонический сигнал 5

s i и (wt-22,5 ); в сумматоре 15 суммируются инвертированный косинусоидальный сигнал единичной амплитуды и синусоидальный сигнал с амплитудой, в три раза меньшей и получается гар- fQ монический сигнал sin (wt- 67,5 ).

Сигналы с выходов блоков выделения модуля 6-9 суммируются в первом четырехвходовом сумматоре 16. После их суммирования получается сигнал треугольной формы, аналитическое вы.,ражение которого имеет вид и (wt-22,5 ) + )s n (wt+ Е7,5 )-1 sin, (wt+22,5 ) sin (wt- 67,5 )I.

Частота этого треугольного сигнала в четыре раза выше частоты входных сигналов, а линейность, как было показано ранее, выше, чем у прототипа. Треугольный сигнал с выхода сумматора 16 сдвинут по фазе на 90. относительно аналогичного треугольного сигнала (фиг. 3-7) с прямого выхода сумматора 17..

Таким образом, после ряда преобразований входные сигналы измерительного преобразователя преобразованы в два З треугольных сигнале, сдвинутых по фазе на 900 1 и с четырехкратным умножением по частоте. Эти сигналы в увеличенном масштабе изображены на фиг. 3-1 и 3-2. На фиг. 3-3 показан 35 инвертированный сигнал с инверсного выхода сумматора 17. Далее эти сигналы поступают на входы блока сумматоров 18, состоящего иэ и сумматоров, в каждом из которых происходит сум- ® мирование с разными весовыми коэффициентами соответствующих двух иэ трех треугольных сигналов. После суммирования образуются ломанные линии (см. пунктирные линии на фиг.

3-4, 3-5 и 3-6). Формы этих ломанных линий и места их перехода через нулевую линию зависят от того, какие треугольные сигналы (инвертированные или неинвертированные) и с какими весовыми коэффициентами суммируются.

Моменты перехода ломанных линий через нуЛь фиксируются компараторами в блоке 19 (фиг. 3-7) и подсчитываются в счетчике 20. На фиг. 3 показано образование импульсов с частотой, большей частоты треугольного сигнала в и раз, где n — число сумматоров в блоке 18.

Таким образом коэффициент интерполяции сигналов измерительных пре- 60 обраэователей перемещения в предлагаемом интерполяторе равен 4п, т.е. больше чем в прототипе. Более высокая точность предлагаемого интерполятора обеспечивается более высокой линейностью по сравнению с прототипом формируемого треугольного сигнала.

Формула изобретения

Интерполятор для измерительных преобразователей перемещения, содержащий синусно-косинусный измерительный преобразователь перемещения, первый и второй блоки выделения модуля, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами синусно-косинусного измерительного преобразователя перемещения, первый и второй двухвходовые сумматоры, входы которых соединены с. первым и вторым выходами синуснокосинусного измерительного преобразователя перемещения, а выходы со входами третьего и четвертого блоков выделения модуля, реверсив.ный счетчик, выходы которого являются выходами интерполятора, блок компараторов, выходы которого соединены со входами реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения коэффициента интерполяции, он содержит третий, четвертый, пятый и шестой двухвходовые сумматоры, пятый, шестой, седьмой и вось- . мой блоки выделения модуля, первый

v, второй четырехвходовые сумматоры, блок сумматоров, выходы которого соединены со входами блока компараторов, а входы — c выходами первого и второго четырехвходовых сумматоров, первый и второй выходы синуснокосинусного измерительного преобразователя перемещения соединены с первым и вторым входами третьего, четвертого, пятого и шестого двухвходовых сумматоров, выходы которых через пятый, шестой, седьмой и восьмой блоки выделения модуля соединены со входами первого четырехвходового сумматора, выходы первого и второго блоков выделения модуля соединены с первым и вторым входами второго четырехвходоВого сумматора, третий и четвертый входы которого соединены с выходами третьего и четвертого блоков выделения модУля.

Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании Р 957916, кл. G 1A, опублик. 1964, 2. Патент ФРГ Р 194" :06, кл. G 01 D 5/245, опублик. 197- (прототип) 748445

Составитель Н. Балабошкб редактор Н, Горват Техред М.Петко . Корректор С,Шекмар

Заказ 43б7/13 Тираж 751 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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