Преобразователь угол-фаза-код

 

ОП ИСАНИВ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТО РСИОИУ СВИДИИЛЬСТВУ

Союз Соеетскнк

Соцналнстнчаскнк

Респубннн

<ц858051 (6l ) Дополннтельное а аат. санд-ау (22)Заявлено 10.01.80{21) 2872344/18-24 с нрнсоеднневнеат заяенн М (23)прнорнтет (51)М. Кл.

6 08 С 9/04

9eyaaycteseaN каннтат

СССР аа делам нзабратаннй н аткрнтнй

Опублнковано 23.08.81. Бвллетен М 31 (53) УДК 681.325

{088.8) Дата опублнковання оянсання (72) Авторы нзобретення

О. А. Беляков, И. Я. Прокофьева (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-ФАЗА-ЙОД

Йзобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код с использованием фазовращателей.

Известны преобразователи угол-код фазового типа, содержащие в качестве датчика угол-фаза индукционный фазовращатель, например синусно"косинусиый,вращающийся трансформатор (СКВТ) илн индуктосин, работающие в режиме вращающегося кругового магнитного поля, и квадратурный формирователь синусоидальных напряжений, запитывающий . датчик двумя равными по амплитуде, но сдвинутыми на 90 по фазе напряжениями D3 .

Недостатком таких преобразователей является невысокая точность преобразования, обусловленная в основном отклонением от квадратуры питающих напряжений и ошибкой иэ-за дрейфа нуля фазы выходного напряжения

1 датчика при действии различных де стабилизирующих факторов, например температуры окружающей среды, технологического разброса и естественного старения электроэлементов и блоков, в том числе датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угол-фазакод, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоты, блок формирования синусаидального напряжения, усилители мощности,.индукционный многополюсный фаэовращатель, формирователь импульсов, устройство управления, .арифметическое устройство. Для повышения точности работы преобразователя в него введены редуктор и подключенные к выходной обмотке фазовращателя пассивные корректирующие элементы, каждый из которых содержит регулирующее и корректирующее звенья. Регулируюткее звено первого пассивного корректирующего элемента жестко BR: лно с

3 8S80Sl 4 ротором фазовращателя, а регулирующее звено второго пассивного корректирующего элемента связано с ротором фазовращателя через редуктор с передаточным числом, равным коэффициенту электрической редукции фазовращателя. В качестве корректирующих звеньев могут использоваться катушки индуктивности или конденсаторы f2).

В известном преобразователе фаза выходного напряжения подвергается суммарному воздействию двух корректирующих элементов, обеспечивающих повьш ение.точности преобразования mal счет снижения фазовой погрешности, вносимой индукционным многополюсным фазовращателем.

Однако при действии дестабилизирующих факторов изменяются параметры тарировочных корректирующих звеньев, характер и величина фазовой погрешности в зависимости от угла поворота, появляется дрейф нуля выходного на" пряжения, что может привести к увеличению погрешности преобразования. Кроме того, не выполняется требование взаимозаменяемости датчиков для серийной аппаратуры, так как каждый датчик требует своей тарировки. При замене датчиков в устройстве точность преобразования ухудшается. Введение дополнительных электромеханических эле ментов и катушек индуктивности или конденсаторов значительно увеличивает вес и габариты устройства.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-фаза-код.

50

5

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угол-фаза-код, содержащий фазовращатель, к входным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам формирователя импульсов, выход которого соединен с одним входом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен с выходом кварцевого генератора, выход блока управления подключен к арифметическому блоку, введены блок сравнения ам" плитуд и блоки формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока .формирования синусоидального тока, третий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, а четвертый вход — с одной входной обмоткой фаэовращателя, третий выход делителя частоты соединен с первым и вторым входом блока формирования косинусоидального тока, к третьему Вхо ду которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу — другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с входами формирователя синусоидальных напряжений, .а вторые выходы — с соответствующими входами блока сравнения амплитуд, выход которого подключен к

BH7bN входам 6JI0K0B формировBHHH синусоидальных и косинусоидальных токов.

Кроме того, каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компяратор фаз, управляемую линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования сннусоидальио с и косинусоидального тока, к другому входу которого через формирователь импульсов подключен первый вход управляемого вентиля и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход компаратора фаз подключен к одному входу управляемой линии задержки, другой вход которой соединен со вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход управляемой линии задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля и * третьим входом блока формирования сииусоидального или косину- соидального тока, второй вход тригУ гера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидальнога тока, первый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соответствующего управляемого вентиля.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя угол-фязя-код; на фиг. 2 — диаграмма его рябогы.

85805

Преобразователь содержит кварцевый генератор l, делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, питающих входные обмотки датчика угла, выполненного в виде индукционного фазовращателя 5, блок 6 сравнения амплитуд, блок 7 формирования синусоидальных напряжений, усилитель 8, фо1.мирователь 9 импульсов, блок 10 10 управления и арифметический блок 11.

Идентичные по структуре блоки 3 и 4 содержат. соответственно компараторы 12 и 13 фаз, формирователи 14 и 15 импульсов, управляемые линии 16 и 17 задержки, датчики 18 и 19 токов, управляемые вентили 20 и 21, триггеры 22 и 23 с раздельными входами и регулирующие элементы 24 и 25.

Компараторы 12 и 13 фаз могут 20 быть выполнены, например, в виде синхронизируемого RC-триггера, управляемые линии 16 и 17 задержки— в виде управляемых одновибраторов, управляемые вентили 20 и 21 — в виде 2s компенсированных интегральных прерывателей, регулирующие элементы 24 и

25 — в виде каскадного усилителя, блок 6 сравнения амплитуд — в виде операционного усилителя, блок 7 фор- 30 мирования синусоидальных напряжений в виде активных RC-фильтров íà операционных усилителях.В качестве датчиков 18 и 19 тока могут быть использованы резисторы высокого класса точ- З ности, имеющие отклонение от номинала и 0,0052.

Преобразователь угол-фаза-код работает следующим образом.

Кварцевый генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое делитель 2 частоты делит в 2 раз, где n — число его и разрядов, вырабатывая и импульсных . сигналов, образующих кодовую маску, две последовательности опорных меандров частоты f/2", сдвинутые друг относительно друга íà 7i/2 (фиг. 2 а, Б), и две последовательности управляющих импульсов той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на ту же величину (фиг. 2 Ь, %). С выхода делителя 2 частоты опорные меандры поступают на первые входы компараторов 12 и 13 фаэ в блоках 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов. Компараторы 12 и 13 фаз осу- ществляют сравнение временных положе1 6 ний нулей фаз этих токов с фронтами опорных меандров. Прн несовпадении нулей фаз с фронтами опорных меандров компараторы 12 и 13 вырабатывают управляющие сигналы, поступающие на уп равляющие входы линий 16 и 17 задержки, на информационные входы которых поступают опорные меандры (фиг.2а,б1.

Под действием этих сигналов уп-, равляемые линии 16 и 17 задержки задерживают выходные меандры делителя 2 частота .

Одновременно с датчиков 18 и 19, включенных последовательно с соответствующей входной обмоткой фазовращателя 5, синусоидальные напряжения, пропорциональные по амплитуде и совпадающие по фазе с токами входных обмоток, поступают на формирователи 14 и 15, которые формируют импульсы (фиг. 2 *, е 1 в момент. перехода этих напряжений через нуль от отрицательного значения к положительному (нули фаз токов). Сформированные импульсы поступают на второй вход компараторов 12 и 13 фаз. Компараторы 12 и 13 осуществляют сравнение врем< нных положений нуля фаз и фронтов опорных меандров. При несовпадении нулей фаэ с фронтами опорных меандров компараторы 12 и 13 вырабатывают медленно изменяющиеся напряжения (фиг. 2 4,З) поступающие на управляющие входы линий 16 и !7 задержки, на информационные входы которых поступают опорные меандры (фиг. 2 a,b ) . Управляемые линии 16 и 17 задержки осуществляют задержку опорных меандров, обеспечивая совпадение нулей фаз питающих токов с фронтами опорных меандров во времени. При этом точность формирования временного сдвига между опорными меандрами в четверть периода (90 ) определяется стабильностью частоты кварцевого генератора 1 и поэтому этот временной сдвиг можно считать эталонным; независимым от дестабилизирующих факторов.

Нестабильность задержек формирователей 14 и 15 можно сделать пренебре.жимо малой, если в качестве формирователей использовать высок «астотные операционные усилители либо интегральные компараторы. Таким образом, обработка сигналов при ослцоствлении точной привязки нулей фаз нитающих токов к фронтам опорнкг м ан; ров обеспечивает независимо,т

7 8580 действия дестабилизирующих факторов поддержание 90-градусного сдвига фаз питающих токов с погрешностьй, не превышающей 1-2 эл.мин.

Одновременно в преобразователе 5 производится высокоточная установка и стабилизация равенства амплитуд питающих токов при действии дестабилизирующих факторов, что осуществляется следующим образом. 10

Напряжения с датчиков 18 и 19, пропорциональные амплитудам токов вход- ных обмоток фазовращателя 5, поступают a информационные входы управляемых вентилей 20 и 21, на разрешающие 15 входы которых подаются управляющие импульсы (i фиг. 2 Ь Д ) с выходов делителя 2 частоты. Под действием этих импульсов управляемые вентили 20 и

21 пропускают на блок б сравнения 20 амплитуд сигналы в виде отрицательных импульсов (фиг. 2 A м ) в момент достижения синусоидальными напряжениями датчиков 18 и 19 своих отрица тельных амплитудных значений. В бло- 25 усе б сравнения амплитуд, общем для обоих блоков 3 и 4, производится сравнени"". амплитуд отрицательных импульсов, поступающих с выходов управляемых вентилей 20 и 21 с одним опор- 30 ным постоянным напряжением и выдача управляющих сигналов в триггеры 22 и 23, на выходах которых образуются медленно изменяющиеся управляющие напряжения (фиг. 2Й,о ), пропорциональ-3g ные разности между опорным напряжением и напряжениями датчиков 18 и !9.

Управляющие напряжения поступают на входы регулирующих элементов 24 и 25, на другие входы которых приходят задержанные меандры (фиг. 2 и k), поступающие с выходов управляемых линий 16 и 17 задержки, Под действием управляющих напряжений на выходе ре-. гулирующих элементов 24 и 25 образуются модулированные по амплитуде задержанные меандры (фиг. 2 f1*,p), которые поступают на блок 7 формирования синусоидальных напряжений. При этом степень неравенства амплитуд on" ределяется только неодинаковыми сопротивлениями управляемых вентилей 20 и 21. Применение в качестве управляемых вентилей компенсированных интегральных прерывателей обеспечивает равенство питающих токов с точностью не менее 0,03-0,057.. Блок 7 формирования синусоидальных напряжений преоб5l 8 разует меандры в синусоидальные напряжения, которые усиливаются усилителем 8 и поступают на входные обмотки фазовращателя 5. В выходной обмотке фаэовращателя 5 образуется напряжение (фиг. 2 ), фаза которого пропорциональна углу поворота вала, на котором закреплен ротор фазовращателя.

Последовательное включение датчиков 18 и 19 тока со входными обмотками фазовращателя 5 обеспечивает отсутствие дрейфа нуля фазы выходного напряжения. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 5 поступает на вход формирователя 9 импульсов, который вырабатывает фазовый импульс (фиг. 2, ) в момент перехода этого . напряжения через нуль. Фазовый им- . пульс поступает в блок 10 управления. одновременно в этот блок приходят импульсные напряжения делителя 2 частоты, которые образуют временную кодовую маску. В блоке 10 управления образуется временной интервал Xt (фиг. 2 ф) между фазовым импульсом формирователя 9 и началом преобразования, определяемым делителем 2 частоты, пропорциональный углу поворота вала. Этот временной интервал с помощью кодовой маски делителя 2 преобразуется блоком 10 управления и арифметическим блоком ll в двоичный код.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе поддерживается 90-градусный сдвиг по фазе между питающими фазовращатель синусоидальными токами с точностью 1-2 эл. мин и равенство амплитуд этих токов с точностью 0,05-0,067 при действии дестабилизирующих факторов, что обеспечивает суммарную точность преобразования 15-20 угл. с.

Формула изобретения

Преобразователь угол-фаза-код, содержащий фазовращатель, к входным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам 1рормирователя импульсов, выход которого соединен с одним входом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен

8580 с выходом кварцевого генератора, выход блока управления подключен к арифметическому блоку, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок сравнения амплитуд и блоки формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока формирования синусоидального тока, третий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, а четвертый вход — с одной входной обмоткой фаэовращателя, третий выход делителя час- > тоты соединен с первым и вторым входом блока формирования косинусоидального тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу — другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального

j токов соединены с входами формирователя синусоидальных напряжений, а вторые выходы — с соответствующими входами блока сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидальных и косинусоидальных токов. 30

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в нем каждый блок формирования синусоидаль-. ного и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, управляемую линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен

51 1О с первым входом блока формирования .синусоидального и косинусоидальиого тока, к другому входу которого черезов формирователь импульсов подключен первый вход управляемого вентиля и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидальиого тока, выход комцаратора фаз подклочен к одному вхо" ду управляемой линии задержки, другой вход которой соединен со вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход управляемой линии задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля и с третьим входом блока формирования сииусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования сииусоидального или косинусоидального тока, пер" вый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход — с выходом соответствующего управляемо-,. го вентиля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дроздов Е.А. и Пятибратов А.П.

Автоматическое преобразование и ко"дирование информации. М., "Советское радио", 19б4, с. 201.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Ф 409268, кл. G 08 С 9/04, 1973 (прототип).