Преобразователь угла поворотавала b код

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к автоескомю сви етельств (111 840991.*

1 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 06.09.79 (21) 2814826/18-24 (51) hA К 3

G 08 С 9/00 с присоединением эаявкм ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и, открытий

Опубликовано 2 30681, Бюллетень Н9 2 3 (53) УДК 681. 325 (088.8) Дата опубликования описания 23. 06. 81 (72) Автор. изобретения с с

А. С. Смолин

) (7!) заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования угловых перемещений в код.

Известен преобразователь угол-код, состоящий из генератора импульсов, подключенного к первым входам элементов И, на вторые входы которых соответственно поданы выходы формирователей временных интервалов из опорных и фазовых импульсов. Прошедшие через элементы И импульсы фиксируются в блоке памяти, который выполнен в виде счетчиков числителя и знаменателя (1) .

После окончания цикла измерения коды счетчиков подаются на вычисли-. тельное устройство, где производится операция деления. Частное от деления будет являться результатом измерения. Операция деления в этом преобразователе производится с целью исключения погрешности от изменений частоты генератора импульсов и частоты питающего фазовращатель напряжения. Измеряемый фазовый сдвиг выражается в долях периода питаххвего напряжения.

Однако преобразователь требует дополнительное время на операцию деления и вычислительное устройство.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство преобразования угла в код, содержащий генератор импульсов, подключенный к первым входам элементов И, к вторым входам которых поданы выходы датчика временных интервалов через блок управления.Выход одного из элементов И соединен с блоком памяти, а выход другого элемента И через блок вычитания, 15 блок деления соединен с счетчиком.

Выходы счетчика и блока памяти подключены к входам блока декадного умножения. Выход умножителя и один из выходов блока памяти управляют

20 соответственно вычитанием и делением измеряемого потока импульсов.

В этом преобразователе цикл измерения состоит из времени измерения опорного угла и времени измерения

25 преобразуемого угла (2).

Однако быстродействие устройства недостаточно высокое. Кроме этого, если после прохождения последнего импульса заполнения временного ин3Q тервала измеряемого угла появляется импульс с выхода умножителя, то его уже не с чего вычесть. Появляется погрешность в одну единицу.

Цель изобретения — уменьшение времени преобразования угла и повышение,точности. для достижения этой цели s преобразователь угла поворота вала s код, содержащий датчик временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера управления, первый выход которого соединен о первым входом первого элемента И, генератор импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым 35 входом счетчика, а через элемент

HE c тактовым входом умножителя частоты, выходы разрядов счетчика соединены с первыми входами умножителя частоты,. выходы разрядов регист- 20 ра памяти соединены со вторыми входами умножителя частоты, введены блок измерения периода, второй триггер управления, элемент ИЛИ,элементы И и дополнительный элемент НЕ, выход генератора импульсов соединен с первым входом блока измерения периода, выходы разрядон которого соединены со входами регистра памяти, второй ныход датчика временных интервалон соединен со вторым входом блока измерения периода, со вторым входом первого триггера управления и первым входом второго триггера управления, первый выход которого соединен с третьим входом перного элемента И, а второй выход — c перным входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора им- 4О пульсов, а выход — со,нторым входом элемента ИЛИ, с первым входом третbего элемента И, а через дополнительный элемент НЕ со вторым входом второго триггера управления и 45 четвертым входом первого элемента И, второй ныход первого триггера управления соединен со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с первым выходом датчика временных.интервалов,а выход — co вторым входом счетчика, ныХод умножителя соединен с третьим входом второго триггера управления.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя угол-код.

Преобразователь состоит из датчика 1 временных интервалов, блока 2 измерения периода, один вход которого соединен с выходом генератора О

3 высокочастотных импульсов, выход соединен с входом регистра 4 памяти, а второй вход подключен .к первым входам датчика 1, первого триггера 5 управления и к первому единичному входу второго триггера б управления.

Нулевой выход триггера б управления через элемент ИЛИ 7, первый дополнительный элемент И 8 и элемент НЕ 9 подан на один из входов элемента И 10 и на второй единичный вход триггера б управления. Другие входы элемента

И 10 соединены соответственно с единичным выходом триггера б управления, с первым выходом триггера 5 управления, с выходом генератора 3 импульсов, Второй выход датчика 1 временных интервалов подключен к второму входу триггера 5 управления, к одному из нходон второго дополнительного элемента И 11, к второму входу которого подан второй выход триггера 5 управления. Третий вход элемента И 11 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 7 и с выходом элемента И 8, на один из входов которого подан импульс генератора 3 импульса. Выход элемента И 11 подан на вычитающий вход счетчика 12. Выход элемента И 10 подключен к суммирующему входу счетчика 12, а через элемент HE 13 — к опросному входу умножителя частоты 14, другие входы которого соединены с. выходами счетчика 12 и регистра 4 памяти. Выход умножителя 14 частоты соединен с нулевым входом триггера б.

Преобразователь угол-код работает следующим образом.

На перном выходе датчика 1 временных интервалов формируются опорные импульсы от питающего напряжения в момент перехода через нуль из отрицательных значений в положительные, а на втором выходе формируются фазоные импульсы (ФИ), положение которых относительно опорных импульсов изменяется н зависимости от угла. поворота.

Опорные импульсы поступают на блок 2 измерения периода, где, путем заполнения промежутка между опорными.импульсами высокочастотными импульсами от генератора 3 импульсов, формируется код A N. Период питающего напряжения может изменяться в пределах Т и„ и Т <, Частота генератора 3 имйульсов и период питающего напряжения выбраны так, что Т ы„ f

2", где к — целое число. В блоке

2 измерения периода можно фиксировать изменяемую часть значения периода, т.е. код g и = й-2", который соответствует Т вЂ” T „, где N, — код, соответствующий текущей длительности периода T. Измерение перйода происходит циклически.. Результат сразу передается в регистр 4 памяти для хранения до получения следующего значения периода. При любом цикле измерения угла в регистре 4 памяти имеется код 4й, зависящий от длительности предыдущего периода питающего напряжения.

840991

25

Цикл измерения угла начинается в момент поступления опорного импульса на первый вход. триггера 5 управления и на первый единичный вход . триггера б управления, разрешающие потенциалы соответствующих выходов

;которых поступают на входы элемента

И 10. Низкий потенциал на нулевом выходе триггера б управления через элементы ИЛИ 7., И 8 и HE 9 создает высокий разрешающий потенциал на следующем входе элемента И 10. Элемент И 10 открывается для импульсов генератора 3. На выходе элемента И 11 импульсы отсутствуют, так как закрыт низким потенциалом от второго выхода триггера 5 управления и к тому же нет импульсов с выхода элемента И. 8, на разрешающем входе которого через элемент ИЛИ 7 действует низкий потенциал нулевого выхода триггера б управления. 20

Выходные импульсы элемента И 10 поступают на суммирующий вход счетчика

12, а инвертированные на элементе

HE 13 импульсы поступают на опрос двоичного умножителя 14 частоты, количество импульсов на выходе которого пропорционально произведению количества импул:-сов на входе счетчика 12 и кода дй в регистре 4 памяти. Умножитель 14 частоты представляет собой группу логических элементов И, выходы которых объединены элементом ИЛИ, а входы подключены к выходам разрядов счетчика

12, регистра 4 и к выходу элемента

HE- 13. Элемент HE 13 служит для

35 того, чтобы опрос умножителя происходил после окончания переходных процессов в счетчике 12.

Если за время заполнения счетчика 12 импульсы с выхода умножителя

14 частоты отсутствуют, то импульсы генератора 3 последовательно проходят на счетчик 12 через элемент

И 10. Фазовый импульс со второго выхода датчика 1 временных интервалов 45 через триггер 5 управления закрывает элемент И 10. Заполнение счетчика прекращается, тем самым заканчивается цикл преобразования угла. В счетчике

12 фиксируется код угла и. 50

При появлении импульса Ь и с выхода умножителя 14 частоты, передний фронт которого совпадает с задним фронтом импульса с выхода элемента И 10, а задний фронт передним фронтом следующего импульса, переключается триггер б управления.

Низкий потенциал с единичного выхода триггера б управления закрывает элемент И 10. К моменту появления переднего фронта следующего импуль- 40 са с выхода генератора 3 на втором входе элемента И 8 присутствует высокий потенциал с нулевого выхода триггера б управления через элемент

ИЛИ -7. Импульс с выхода элемента

И 8 через элемент HE 9 по второму единичному входу триггер б управления устанавливает в единицу, но на время действия этого импульса эле- мент И 10 не открывается, так как закрыт отрицательным импульсом с выхода элемента НЕ 9. Элемент И 8 на время действия импульса находится в открытом состоянии, ибо импульс на его выходе через второй вход элемента ИЛИ 7 держит разрешающий потенциал. Итак, после появления импульса д и на выходе умножителя 14 частоты следующий импульс .заполнения на счетчик не проходит. Последующие импульсы заполнения через элемент И 10 начинают проходить как обычно. Происходит вычитание импульсов дп из общего количества импульсов п„м, т.е. на суммирующий вход счетчика 12 проходит и п„ - д и импульсов.

Действительно, если текущее значение периода и 2" + дй,то измеренное. значение угла можно записать п„„„ и + a n где и — истинное значение угла, а д,п - величина, возникающая за счет увеличения периода питающего напряжения на д й.

Можно записать — = вЂ, отсюда

n an

2к Ьй дй п п2к 1 пи „ и + и — - или

2 дй иhH 2и

Двоичный умножитель 14 производит умножение импульсов, поступающих на суммирующий вход счетчика 12, на. дй Ьй — т.е. д и и.—.. Производя вычитание а и из измеренного значения угла в процессе заполнения, получаем истинное значение угла и в счетчике 12.

Практически период питающего напряжения изменяется в небольшом диапазоне и в старших разрядах hN будут нули, поэтому блок 2 измерения периода, регистр 4 памяти и умножитель 14 можно сделать на меньшее количество разрядов . по сравнению с счетчиком 12.

Возможен случай, когда после прохождения последнего импульса заполнения с выхода элемента И 10 на выходе умножителя 14 частоты появляется импульс an и в это же время возникает фазовый импульс отрицательной полярности со второго выхода датчика 1 временных интервалов. Передний фронт импульса b,n через триггер б управления и элемент ИЛИ 7 открывает элемент И 8 °

Передний фронт ФИ через триггер 5 управления закрывает элемент И 10 и выдает разрешающий потенциал на элемент И 11, но на время действия отрицательного импульса элемент. И. 11 остаатся. закрытым. Длительность ФИ

840991

45 можно GplcHBTb равной. половине длительности периода высокочастотных импульсов .генератора 3. Е моменту появления следующего импульса генератора 3 через. открытый Элемент И 8 элемент И 11 "оказывается открытым, так как действие отрйцательного фа« эового импульса заканчивается. Импульс проходит на вычитающий вход счетчика 12, содержимое которого уменьшается иа единицу. Импульс с выхода элемента И 8 через элемент HE

9 переключает триггер б управления и последующие импульсы генератора 3 ие проходят через элемент И 8, соответственно; и на вычитающий вход счетчика 12. Если ФИ сдвигается ближе к концу периода импульсов генератора 3, то отрицательный фазовый импульс и импульс с генератора 3 начинают совпадать. В рЕзультате через элемент И 11 импульс на вычитание 2Q может совсем не пройти. Это улучшает точностную характеристику преобразователя.

При появлении ФИ в конце периода импульсов генератора 3 вычитание их содержимого счетчика по д и не нужно делать, так как д п компенсируется предполагаемым импульсом округления кода временного интервала, который можно было бы форми- 3П ровать для более точного определе-, ния величины временного интервала.

Для этой цели фазовый импульс подают на запрет по одному из входов элемента И 11.

В известном преобразователе цикл преобразования состоит из времени измерения опорного угла и времени измерения преобразуемого угла. В предлагаемом преобразователе цикл содержит только время измерения преобразуемого угла, так как в регистре постоянно находится код значения периода питающего напряжения, периодически обновляясь. Быстродействие повышается.

Известный преобразователь имеет ошибку в .один импульс в случае, когда импульс с выхода умножителя появляется с последним импульсом заполнения ио сразу же следует фазовый импульс. В предлагаемом преобразователе происходит коррекция этой погрешности, точность повы.шается.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера управления, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, генератор импульсОв, выход которого соединен со вторым входам первого элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, а через элемент НЕ с тактовым входом умножителя частоты, выходы разрядов счетчика соединены с первыми входами умножителя частоты, выходы разрядов регистра памяти соединены со вторыми входами умножителя частоты, а т л ич а ю шийся тем, что, с целью ,повышения точности и быстродействия преобразователя, в него введены блок измерения периода, второй триггер управления, элемент ИЛИ, элементы И и дополнительный элемент НЕ, выход генератора импульсов соединен с первым входом блока измерения периода, выходы разрядов которого соединены со входами регистра памяти, второй выход датчика временных интервалов соединен со вторым входом блока измерения периода, со вторым входом первого триггера управления и первым входом второго триггера* управления, первый выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, а второй выход — с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход — co вторым входом элемента

ИЛИ, с первым входом третьего элемента И, а через дополнительный элемент НЕ со вторым входом второго триггера управления и четвертым входом первого элемента И, второй выход первого триггера управления соединен со. вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с первым выходом датчика временных интервалов, а выход — со вторым входом счетчика, выход умнажителя частоты соединен с третьим входом второго триггера управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Преснухин Л.Н. н др. Муаровые растровые датчики положения и их применение. М., "Машиностроение", 1969, с..133-134, 2. Авторское свидетельство СССР

9 507888, кл. G 08 С 9/00,30.09.74.

840991

Составитель A. Сидоренко

Техред Н. Келущак Корректор В. Синицкая

Редактор Н. Лазаренко

Тираж 693 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам,.изобретений и открытий

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

Закаэ 4774/77 филиал Hhh "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4 с