Двухотсчетный преобразователь углаповорота вала b код

 

Союз Советскими

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<>840995 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 12.09.79 (2!) 2815884/18-24

С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКи Мо

1 Я)М. Кл.

С 08 С 9/04

Государствеииый комитет

СССР

Il0 делам иэобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230681. Бюллетень М 23 (53) УДК 681 325 (088.8) Дата опубликования описания 23 . 06 ..81

Е.Ф. Тупиков, A.Ñ. Буданов, А.А. Гаврилор, В.П. Максимов и С.В. Коротков

1

1;::, 1 Р ! (72) Авторы изобретения I

11 1

1 ! (71) Заявитель (54) ДВУХОТСЧЕТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено для высокоточных изменений угловых координат в цифровых вычислительных комплексах.

В настоящее время известные высокоточные (16 двоичных разрядов и более) преобразователи угол-код выполняются двухотсчетными, в которых в качестве датчиков угла грубого и точного отсчетов применяются различные модификации двухполюсных и многополюсных индукционных поворотных трансформаторов в режиме фазовращателя, а отсчетные части выполняются по компенсационному способу измерения фазовых сдвигов, позволяющему на сегодняшний день получить наибольшую точность преобразования (11 .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухотсчетный преобразователь угла поворота вала:в код, содержащий

СКВТ, подключенный через последовательно соединенные фазовый детектор, преобразователь напряжение-частота и блок управления к реверсивному счетчику, первый выход которого соединен с преобразователем код-напряжение, второй выход через последовательно соединенные блок ввода кода и первый делитель частоты соединен с первым дешифратором, выход которого подключен к формирователю синусоидальных сигналов, кварцевый генератор, соединенный с первым входом синхронизатора, ко второму входу которого подключен СКВТ через нульорган, а выход синхронизатора соединен с первым входом блока считывания кода, выход которого через блок памяти соединен с первым входом блока согласования отсчетов, второй вход которого соединен с третьим выходом реверсивного счетчика,кварцевый генератор соединен также с делителями частоты, выходы второго делителя частоты соединены с блоком ввода кода, с блоком считывания кода и со вторым дешифратором, который соединен с формирователем синусоидального сигнала, первый выход которого соединен с сумматором,а второй и третий с СКВТ, формирователь си25 нусоидальн, сигналов через последовательно соединенные преобразователь код-напряжение и сумматор соединен с фазовым детектором (21 .

Этот преобразователь обладает

ЗО низкой температурной стабильностью

840995 эа счет изменения активного.сопро« тивления СКВТ при изменении температуры и большой погрешностью за счет неравенства и неортогональности напряжения, питания.

Кроме того, фазовый детектор, выполняющий выделение составляющей, пропорциональной фазовому разбалансу сигналов СКВТ и компенсирующего напряжения, имеет малую чувствительность по фазе, что ограничивает точность преобразования.

Изменение фазы компенсирующего напряжения в известном преобразова- теле производится. циклически один раз за период заполнения опорного делителя частоты, что приводит к

15 возникновению скачкообраэноиэменяющейся динамической ошибки при отработке угла поворота вала СКВТ.

Цель изобретения — повышение статической и динамической точности 20 преобразования в диапазоне температур.

Сущность изобретения заключается в том, что для стабилизации собственного фазового сдвига обмотки возбуждения статора точного отсчета СКВТ записывается от усилителей мощности, охваченных отрицательной обратной связью. Для уменьшения погрешности преобразования, обусловленной нера- . венством,и неортогональностью коэф.— фициентов передачи CKBT и напряжений питания применяется двухканальное устройство выделения и отработки фазового раэбаланса, причем отработка ведется по фазе первой гармоники раэностного напряжения. Для уменьшения динамической погрешности циклический принцип формирования фазовых сдвигов компенсирующего напряжения заменяется непрерывным.

Цель изобретения достигается тем, что в двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, роторная 45 обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора грубого отсчета через нуль-орган соединена с первым входом формирователя импульса записи, выход которого соединен с 5й первым входом регистра кода грубого отсчета, кварцевый генератор, выход которого соединен со вторым входом формирователя импульса записи и с входом делителя частоты, первый выход которого соединен со вторым входом регистра кода грубого отсчета, выход регистра кода грубого отсчета подключен к блоку согласования отсчетов, второй выход делителя час- тоты через первый дешифратор соеди- 60 нен со входами первого и второго формирователя синусоидального напряжения, первые выходы которых соединены со статорными обмотками синусно-косинусного вращающегося транс- 45 форматора грубого отсчета, фазовый синхронный детектор, выход которого через последовательно соединенные управляемый генератор и блок управления счетчиком подключен ко входу реверсивного счетчика, первый выход которого соединен с первым входом первого преобразователя код-напряжение, второй выход реверсивного счетчика соединен с блоком согласования отсчетов, второй дешифратор соединен через третий формирователь синусоидального напряжения с первым входом первого сумматора и через четвертый формирователь синусоидального напряжения со вторым входом первого преобразователя код-напряжение, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, в него введены амплитудный синхронный детектор, избирательный усилитель, второй и третий сумматоры, фаэосдвигающий блок, управляемый делитель напряжения, инвертор, блоки сравнения, сумматор двоичного кода, усилители мощности и усилители обратной связи, синусно-косинусный вращающийся транс-, форматор точного отсчета выполнен с обмотками обратной связи на статоре, роторные обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора точного отсчета соединены с первыми входами блоков сравнения, выход одного иэ блоков сравнения непосредственно и выход другого блока сравнения через фазосдвигающий блок соединены с первым и вторым входом второго сумматора, выход, которого через избирательный усилитель подключен к первым входам фазового синхронного детектора и амплитудного синхронного детектора, вторые входы фазового и амплитудного синхронных детекторов соединены с первым выходом сумматора двоичного кода, первый вход которого соединен с третьим выходом реверсивного счетчика, второй вход — с третьим выходом делителя частоты, а второй выход — со входом второго. дешифратора,выход третьего формирователя синусоидального напряжения соединен с первым входом второго преобразователя код-напряжение, второй вход которого соединен с первым выходом реверсивного счетчика, а выход — c первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом-четвертого формирователя синусоидального напряжения, а выход — с первыми входами управляемого делителя напряжения и инвертора и вторым входом первого блока сравнения, выход первого сумматора соединеи со вторым входом второго блока-сравнения, выходы управляемога делителя напряжения и инвертора подключены к третьему и четвертому входам сумматора обратной связи синусно-косинусного вращающего840995 ся трансформатора точного отсчета через первый усилитель обратной связи соединена с первым входом первого усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя синусоидаль ного напряжения, а выход — с первой обмоткой возбуждения синусно-косинусного вращающегося- трансформатора точного отсчета, другая обмотка обрагной связи синусно-косинусного вращаю- 10 щегося трансформатора точного отсчета. через второй усилитель .обратной связи соединена с первым входом второго усилителя мощности второй вход которого соеI

15 динен с выходом второго формирователя синусоидального напряжения,а выход — с второй обмоткой возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора точного отсчета.

На чертеже приведена блок-схема 20 двухотсчетного преобразователя угла поворота вала в код.

Преобразователь содержит двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1 (СКВТ), гру- 75 бый отсчет СКВТ 2, точный отсчет СКВТ

3, нуль-орган 4, формирователь 5 импульса записи, регистр 6 кода грубого отсчета, блок 7 согласования отсчетов, реверсивный счетчик 8 блок 9 управления счетчиков, управляеыы напряжением генератор 10, кв;..р.:.-";.вый генератор 11, делитель

12 частоты, сумматор 13 двоичного кода, дешифраторы 14 и 15, формирователи 16-19 синусоидальных напряжений, усилители 20 и 21 мощности, .усилители 22 и 23 обратной связи, преобразователи код-напряжение 24 и 25, первый и второй сумматоры 26 и 27, блоки 28 и 29 сравне- 40 ния, фазосдвигающий блок 30, третий сумматор 31, избирательный усилитель 32, фазовый и амплитудный синхронные детекторы 33 и 34, управляемый делитель 35 напряжения, инвертор 36.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Код грубого отсчета преобразователя формируется по способу бегущей стробирующей метки. Нуль-орган 4 фиксирует моменты перехода через ноль информационного напряжения с выхода грубого отсчета СКВТ 2. ð ðîààтель 5 вырабатывает импульс записи, синхронизированный с частотой кварцевого генератора 11. По этому импульсу производится запись числа иэ непре- . рывного работающего. делителя 12 частоты в регистр 6 кода грубого отсче- 60 та. Код, записанный в регистре 6, является двоичным эквивалентом угла поворота ротора грубого отсчета

СКВТ. Далее этот код.подается на блок 7 согласования отсчетов, где корректируется по коду старших разрядов реверсивного счетчика 8.

Совокупность блоков 14,16,17,20, 21,22,23 служит для формирования напряжений питания СКВТ-1 из кода делителя 12 частоты. Блоки 16 и 17 формируют по способу кусочно-линейной аппроксимации сдвинутые по фазе на 90 эл. градусов синусоидальные напряжения. Число участков аппроксимации, определяющее спектральный состав формируемых сигналов, задается дешифратором 14. Одна пара ортогональных напряжений с формирователей

16 и 17 используется непосредственно для питания грубого отсчета

СКВТ 2,другая пара подается на входы усилителей 20 и 21 мощности, выходы которых нагружены на обмотки возбуждения точного отсчета СКВТ.Обмотки обратной связи намотаны параллельно обмоткам возбуждения, поэтому в них наводится ЭДС, пропорциональная магнитному потоку, которая через усилители 22 и 23 обратной связи подается на входы усилителей 20 и 21 мощности. В результате магнитный поток и, следовательно, выходные напряжения роторных обмоток точного отсчета СКВТ 3 стабилизируются по фазе и амплитуде. Таким образом, чувствительность преобразователя к температурному изменению активных сопротивлений обмоток возбуждения СКВТ уменьшается в коэффициент стабилизации раз, кО,торый определяется усилением по петле обратной связи.

Совокупность блоков 15,18,19,24, 25,26 и 27 служит для формирования компенсирующих напряжений из кода сумматора двоичного кода 13. Назначение и работа блоков 15,18 и 19 аналогичны тому же блоков 14,16 и

17. Код сумматора 13 двоичного кода равен сумме кодов делителя 12 частоты и коду старших разрядов реверсивного счетчика 8, поэтому синусоидальные напряжения, сформированные на выходе блоков 18 и. 19,изменяются по фазе относительно напряжений на выходе блоков 16 и 17 на величину, пропорциональную коду старших разрядов реверсивного счетчика 8 с соответствующей дискретностью. Дальнейшее увеличение дискретности изменения фазы компенсирующих напряжений дости гается путем суммирования выходных напряжений блоков 18 и 19 с амплитудно-модулированными ортогональными им напряжениями, получаемыми в преобразователях код-напряжение 24 и 25 по коду младших разрядов реверсивного счетчика 8. Суммирование выполняется сумматорами 26 и 27,. Таким образом, фазовый сдвиг сформированных компенсирующих напряжений на выходе сумматоров 26 и 27 относительно напряжений питания СКВТ определяется полным

840995 кодом реверсивного счетчика 8. Блоки

28 и 29 сравнения сравнивают компенсирующие напряжения с сумматоров

26 и 27 с выходными напряжениями роторных обмоток точного отсчета CKBT

3. Первое разностное напряжение с 5 выхода блока 28 поворачиваЕтся по фазе на 90 фазосдвигающим блоком

30 и затем суммируются со вторым разностным напряжением с выхода блока

29 третьим сумматором 31. Избиратель- 1О ный усилитель 32, выделяет из суммар, ного напряжения сумматора 31 первую гармонику, что позволяет уменьшить, влияние высших гармоник на точность определения равенства фаз и повысить чувствительность преобразования.

Двухканальнее устройство сравнения, включающее в себя блоки 28-32,позволяет скомпенсировать погрешности преобразования, обусловленные неравенством и неортогональностью коэф- 20 фициентов передачи CKBT 3 точного отсчета и напряжений его питания.

Напряжение на выходе сумматора

31 содержит в себе информацию как о фазовом, так и об амплитудном раз- 75 балансе. Рабочим параметром является фазовый разбаланс, амплитудный же является нежелательным, так как может перевести блоки 32 и 33 в нелинейный режим и привести к отказу в работе. Совокупность блоков 34-36 представляет собой устройство компенсации амплитудного разбаланса.

Амплитудный детектор 34 выделяет из напряжения избирательного усилителя

32 составляющую амплитудного разбаланса, которая, воздействуя на неинвертирующий управляемый делитель

35 напряжения, изменяет его коэффициент передачи таким образом, чтобы раз.ность напряжений блока 35 и ин- 40 вертора 36 скомпенсировала амплитудный разбаланс на выходе сумматора

31. Фазовый разбаланс выделяется фазовым синхронным детектором 33, выходное напряжение которого управляет частотой генератора 10, которая через блок 9 управления поступает на реверсивный счетчик 8 до тех пор, пока фазовый разбаланс не станет ниже порога, срабатывания генератора

10. При этом реверсивный счетчик

8 фиксирует код, эквивалентный углу поворота ротора СКВТ 3 точного отсче" та. Полный код угла поворота снимается с блока 7 и реверсивного счетчика 8.

Предлагаемый двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код .позволяет повысить стабильность преобразования в диапазоне температур путем охвата цепей возбуждения CKBT фО обратной связью,.скомпенсировать технологические погрешности CKBT 6-такие как неравенство коэффициентов передачи ro обмоткам и их неортогональность, скомпенсировать неравенство 65 и неортогональность напряжений возбуждения CKBT за счет двухканального выявления фазового разбаланса, поднять чувствительность и точность преобразования фазы в код путем введения системы компенсации амплитудного разбаланса, уменьшить динамическую погрешность за счет введения непрерывного преобразования кода в фазовый сдвиг компенсирующих напряжений.

Формула изобретения

Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, роторная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора грубого отсчета через нуль-орган соединена с первым входом формирователя импульса записи, выход которого соединен с первым входом регистра кода грубого отсчета, кварцевый генератор, выход которого соединен со вторым входом формирователя импульса записи и со входом делителя частоты, первый выход которого соединен со вторым входом регистра кода грубого отсчета, выход регистра кода грубого отсчета подключен к блоку согласования отсчетов, второй выход делителя частоты через первый дешифратор соединен со входами первого и второго формирователя синусоидального напряжения, пер.вые выходы которых соединены со статорными обмотками синусно-косинусного

I вращающегося трансформатора грубого отсчета, фазовый синхронный детектор, выход которого через последовательно соединенные управляемый генератор и блок управления счетчиком подключен ко входу реверсивного счетчика, первый выход которого соединен с первым входом первого преобразователя код-напряжение, второй выход реверсивного счетчика соединен с блоком .согласования отсчета, второй дешифратор соединен через третий формирователь синусоидального напряжения с первым входом первого сумматора и через четвертый формирователь синусоидального напряжения со вторым входом первого преобразователя коднапряжение, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю щ и и c,ÿ тем, что, с целью повышения статической и динамической точности преобразователя, в него введены амплитудный синхронный детектор, избирательный усилитель, второй и третий сумматоры, фазосдвигающий блок, управляемый делитель напряжения, инвертор,блоки сравнения, сумматор двоичного кода, усилители мощности и усилители обратной связи, синусно-косинусный

840995

10 вращающийся трансформатор точного отсчета выполнен с обмотками обратной связи на статоре, роторные обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора точного отсчета соединены с первыми входами блоков сравнения, выход одного из блоков сравнения непосредственно и выход другого блока сравнения через фазосдвигающий блок соединены с первым и вторым входом второго сумматора, выход которого .через избирательный усилитель подключен к первым входам фазового синхронного детектора и амплитудного синхронного детектора, вторые входы фазового и амплитудного синхронных детекторов. соединены с первым выходом сумматора двоичного кода, первый вход которого соединен с третьим выходом реверсивного счетчика, второй вход — с третьим выходом делителя частоты, а второй выход — со входом второго дешифратора, выход третьего формирователя синусоидального напряжения соединен с первым входом второго преобразователя код-напряжение, второй вход которого соединен с первым выходом реверсивного счетчика, а выход — с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого формирователя синусоидального напряжения,а выход — с первыми входами управляемого делителя напряжения и инвертора и вторым входом первого блока сравнения, выход первого сумматора соединен со вторым входом второго блока сравнения, выходы управляемого делителя напряжения и инвертора подключены к третьему и четвертому вхо дам сумматора обратной связи синуснокосинусного вращающегося трансформатора точного отсчета, одна обмотка через первый усилитель обратной связи соединена с первым входом первого усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя синусоидального напряжения, а выход — с первой обмоткой возбуждения синусно-косинусного вращающегося трансформатора точного ртсчета, другая обмотка обратной связи синусно-косинусного вращающегося трансформатора. точного отсчета через второй усилитель обратной связи соединена с первым

20 входом второго усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя .синусоидального напряжения, а выход — со второй обмоткой возбуждения синусно-коси 5 нусного вращающегося трансформатора точного отсчета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зверев A.E. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., "Энергия", 1974, с. 85-89, 153-156.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 526932, кл. G 08 С 9/04, 1978.

840995

Составитель И. Наэаркина

Техред С. Мигунова Корректор Ц. Синицкая

РедакТор Н. Лазаренко

Тираж 691 ., Подписное

ВНИИПИ Росударственнаго комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4774/27

Ъ филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4