Преобразователь код-угол

 

(72) Автор (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД-УГОЛ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам, преобразующим цифровой код в угловое перемещение, и может быть использовано в системах управления, имеющих в своем составе источВ ники цифровой информации, например цифровые вычислительные машины, запоминающие устройства и др.

Известен преобразователь код-угол, состоящий из фазовращателя, формирователя синусоидального напряжения, подключенного к одному из входов и-тактного генератора импульсов через пересчетную схему, счетчика входного кода, переключателя выходов генератора, триггера строба, схемы сравнения, усилителя и исполнительного двигателя )if.

Однако изменение внешних условий Е и старение элементов приводит к возникновению дополнительных сдвигов фазы выходного напряжения фазовращателя. В связи с этим появляются дополнительные погрешности преобразования кода в угол поворота вала.

Известен также йреобразователь код-угол, содержащий усилитель, подключенный по входам к выходам блока управления направлением вращения, а по выходу — к двигателю, который кинематически соединен с фазовращателем, формирователи импульсов, подключенные к выходам фазовращателя, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого соединен с входами фазовращателя и блока управления направлением вращения, другие входы которого соответственно соединены с выходом старшего разряда регистра, с тремя выходами дискриминатора временных интервалов и с выходом первого формирователя импульсов, который, кроме того, соединен с первыми входами блока формирования временных интервалов и дискриминатора временных

858053

15

55 интервалов, второй и третий входы которого соответственно соединены с выходом второго формирователя импульсон и с первым выходом блока формиро нания временных интервалов, соотнетстнующие входы которого соединены с выходами младших разрядов регистра 121.

Недостаток этого преобразователя заключается в том, что погрешности от изменения внешних условий и от старения элементов практически трудно полностью исключить.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя код-угол.

Поставленная цель достигается тем что н преобразователь код-угол, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого соединен со входом фазовращателя и с первым входом блока управления направлением вращения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствуюЪ щими выходами дискриминатора временных интервалов, пятый вход блока уп равления направлением вращения соединен с выходом старшего разряда регистра, выходы блока управления направлением вращения через усилитель соединены с двигателем, который кинематически соединен с валом фаэонращателя, фаэосдвигающий блок, триггер и формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом блока формирования временных интервалов, цифровой вход которого соединен с выходами младших разрядов регистра, а.первый выход — с первым входом дискриминатора временных интервалов, введены сумматор и переключатель, управляющие входы которого соединены с выходами триггера, а сигнальные входы — с выходами фазовращателя, первый выход переключателя соединен со входом фазосдвигающего блока, выход которого соединен с одним входом сумматора, второй вход которого соединен со вторым выходом переключателя„ а выход — со входом формирователя импульсов, второй выход блока формирования временных интервалон соединен с первым входом триггера, вторым нходом дискримина- тора временных интервалов и шестым входом блока управления направлением вращения, третий выход блока формирования временных интерналов соединен со вторым входом триггера, третьим входом дискриминатора временных интервалов и седьмым входом блока управления направлением вращения, восьмой вход которого соединен с четвертым выходом блока формирования временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя код-угол; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь код-угол содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, блок 3. формирования синусоидального ,с напряжения, фазовращатель 4, переключатель 5, фазосднигающий блок 6, сумматор 7, триггер 8, формирователь 9 импульсов, блок 10 формирования временных интервалов, регистр 11, дискриминатор 12 временных интервалов, блок 13 управления направлением вращения, усилитель 14, двигатель 15.

Блок 10 формирования временных интервалов содержит счетчик 16 на (n + 2) разрядов, устройство 17 совпадения кодов н (и — 1) младших разрядах регистра 11 и со второго по и разрядах счетчика 16 и элементы И 18-20.

Преобразователь код-угол работает следующим образом.

Генератор 1 импульсон вырабатывает импульсы высокой частоты, которые поступают на вход счетчика 2. С выхода счетчика 2 снимается прямоугольное низкочастотное напряжение, иэ которого блок 3 формирования синусоидального напряжения формирует напряжение питания фазовращателя 4. Это напряжение (диаграмма 1, фиг. 2) используется также в качестве опорного. Первое и второе выходные напряжения фаэонращателя 4 через переключатель 5 соответственно поступают на фазосднигающий блок 6 и сумматор 7 при первом положении триггера 8 переключения.

При втором положении этого триггера, т.е. после переключения переключателя 5, выходные напряжения изменяют свое направление. Если вал фазонращателя 4 заранее повернуть на угол ,11/4 и принять это положение за начало отсчета угла, то напряжение на выходе сумматора 7 при первом положении переключателя 5 выражается следующим образом

5 858053

Ъ

l!! 1

5 и!!Й5 !1 и (! ) соэш1 сО5 (."Р ) = з- 4.

-CGS (QUt+k+» ) = S l n (t

- — б <,)

Т! 4 где d.— угол поворота вала датчика.

При втором положении переключа- 5 теля 5 напряжение на выходе сумматора 7 равно

0 = 5 nlotcGs (*+f ) cGSU)t5 и (с1 +

+ ) = 5!и(®t -.у-oL).

Причем эти напряжения соответствуют углу сЬ = 0 (диаграммы 2 и 3, фиг. 2). Фазы этих напряжений сдвигаются в противоположные стороны при изменении углового положения вала.

Временной интервал, соответствующий разности фаз напряжений Овц и 06„„„, (. ! выражается 0 = 2с!, — = —, где Т вЂ” период напряжения питания фазовращателя 4. После переключения выходных напряжений возникают переходные процессы в переключателе и в датчике.

Поэтому мин1!мальп!!й временной интервал не должен быть меньше некоторой величины. Для определенности эта величина принята равной Т. Тогда

0 = — + Т при Оy d.(T!

*T — при T!) g < 2J!i.

cLT

При изменении угла поворота д. от

0 до 3Г, а также от 31 до 2Ti, временной интервал действительного положения вала изменяется от Т до 2Т.

За один оборот вала датчика временной 35 интервал дважды изменяется от Т до

2Т. Соответственно с этим должен быть преобразован во временной интервал код заданного положения вала.

Формирователь 9 формирует фазовые импульсы при переходе напряжения на выходе сумматора 7 через нуль из, отрицательных значений в положительные. При первом положении триггера 8 фазовые импульсы фпрмируытся из иапряжения sin(!!!!t - < +* ). Импульсы с выхода формирователя 9 поступают на входы элементов И 19, И 20 блока 10.

Счетчик 16 блока 10 постоянно .считает импульсы генератора 1. Количество разрядов в счетчике 16 на два разряда больше, чем в регистре ll преоб-. разуемого кода, так как на переходные 55 процессы выделяется время не менее длительности одного периода Т питающего напряжения. При наличии кода ll в старших (и+1) и (n+2) разрядах счетчика 16 элемент И 19 пропускает фазовый импульс как ФИ1, сформированныи из 5!и(шс - вЂ, + 4 ). Этот импульс является началом временных интервалов действительного и заданного входным кодом положений вала (t и t3) (импульс ФИ! для угла cL ) 0 обозначен диаграммой 4, фиг. 2). Знаки ) (обозначают окрестность точки с большей или с меньшей стороны.

Импульс ФИ1 устанавливает счетчик 16 в нулевое состояниефперебрасывает триггер 8, который через переключатель 5 переключает выходные напряжения фазовращателя 4, а также поступает на дискриминатор 12 и на блок !3.

Код на счетчике 16 возрастает по мере поступления импульсов на его вход. Выходы с 2 по и разрядов этого счетчика и выходы с 1 по и-1 разрядов регистра ll поданы на устройство 17. При совпадении кодов на выходе устройства 17 появляется импульс и поступает на вход элемента И 18.

Разрешение на элементах И 18, И 20 возникает при коде 10 в (и+1) и (в+2) разрядах счетчика 16. Через промежуток времени после импульса ФИ1, рав- ный Т, возникает код 10 в (n+1) и (и+2) разрядах счетчика 16. Элементы И 18, И 20 открываются. В младших и разрядах счетчика 16- снова начинает возрастать код. В некоторый момент появляется второй импульс с выхода устройства 17 и проходит через эле !ент И 18 на дискриминатор 12 как им пульс конца временного интервала заданного положения вала t, Длительность этого интервала может быть в пределах Т-2Т и выражает величину угла от 0 до J . .Нулевое состояние старшего и разряда регистра 11 указывает на то, что заданный угол находится в пределах от 0 до У, а единичное состояние соответствует углам в пределах от У до 2Х. Временной интервал заданного положения вала изображен на диаграмме 7, фиг. 2.

Пунктирной линией обозначена возможная длительность временного интервала от минимального значения до максимальногo °

При коде 10 в (и+1) и (n+2) разрядах счетчика 16 через элемент И 20 проходит второй фазовый импульс ФИ2, который сформирован от напряжения

7 85805

s i n (&t - + - A ) . Импульс ФИ2 является концом временного интервала действительного положения вала tA. Ha фиг.2 линия 5 изображает диаграмму появления импульса ФИ2 для угла aL*) О, 5 а 6 — длительность t д для с Ъ 0 °

Импульс ФИ2 поступает на дискриминатор Т2, блок 13, а через триггер 8 и переключатель 5 переключает

10 выходные напряжения фазовращателя 4.

При коде 11 в (п+1) и (и+2) разрядах счетчика 16 снова появляется импульс ФИ1 и начинается новый цикл.

С четвертого выхода блока 10 фор15 мирования временных интервалов, т.е. с нулевого выхода и разряда счетчика 16, снимается временной интервал в виде положительного потенциала (диаграмма 8, фиг. 2), который поступает на блок 13. Длительность временного интервала и равна Т/2, периодичность Т.

В принципе длительность временно2S го интервала t %ожет равняться дли- тельности возможного относительного изменения от внешних факторов положения опорного напряжения и фазового импульса. При этом временной интер30 вал t нужно формировать с помощью элемента И, входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика 16.

На фиг. 2 диаграммы 9-18 изобра3S кают аналогичные диаграммы 4-8 для углов Йд «< 7Г и сЬд = — 3

При изменении угла поворота вала фазовращателя от 0 до 3l.и от jl до 2 длительность временного интервала tA (диаграммы 6, ll и 16 на фиг. 2) изменяется от 0 до Т. Возникает неопределенность в определении действительного положения вала. Для устранения неопределенности используется знак опорного напряжения в момент появления импульса ФИ1 или импульса ФИ2. Если значение dä находится в пределах от 0 до 7Г/2 и от Т(до 3/2, т.е. импульс ФИ2 появляется при наличии временного интервала t, то значение d * определяется знаком опорного напряжения (диаграмма 1, фиг. 2) в момент появления ФИ2. В этом случае изменение относительного положения ФИ2 и опорного напряжения от внешних изменяющихся условий не приводит к ошибкам в определении угла д(диаграммы 1, 5 и 15, фиг. 2) . Если импульс ФИ2 не

;овпадает с временным интервалом то значение 4, определяется знаком опорного напряжения в момент появления ФИ1, в этом случае также не В03никает ошибка в определении (диаграммы 1 и 9, фиг. 2).

Дискриминатор 12 сравнивает временные интервалы й* и и и выдает сигнал по одному из трех выходов. По первому выходу сигнал появляется тогда, когда временной интервал t больше, чем временной интервал йЗ (t А > t З ), по второму выходу — при

t* (t, а по третьему выходу — при

ip = t . Эти сигналы поступают на блок 13, который коммутирует их соответствующим образом и выдает на усилитель 14 сигнал вращения "Право" с первого выхода или "Лево" со второго выхода. Усилитель 14 управляет двигателем 15, кинематически связанным с валом фазовращателя 4. При отсутствии сигналов "Право" и "Лево" вал фазовращателя находится в покое.

Это соответствует отработке рассогласования между углами д. и с .g, т.е. концу преобразования кода в угол поворота,,вала.

На соответствующие входы блока 13, кроме сигналов с выхода дискриминатора 12 временных интервалов, поданы опорное напряжение, импульсы ФИ1 и ФИ2, временной интервал i и выход старшего и разряда регистра 11.

Блок 13 представляет собой в основном логическое устройство, которое анализирует комбинацию входных сигналов и выдает на выходы сигналы "Право" и "Лево". В блоке 13 должны быть триггеры, так как нужно обеспечить логические операции между сигналами в разных циклах формирования сигналов

"Право" и "Лево".

В предлагаемом преобразователе код-угол, в отличие от известного, фазовые импульсы, определяющие начало и конец временного интервала действиФ тельного положения вала, формируются;

1 с помощью одной и той же группы элементов. Изменение внешних условий одинаково влияет на временное расположение первого и второго фазовых импульсов, поэтому во временном интервале действительного положения полностью отсутствуют ошибки от изменения внешних условий, от старения элерюентов. Следовательно, предлагаемый

1преобразователь код-угол имеет более 858053 10 .ключатель, /управляющие входы которо го соединены с выходами триггера, сигнальные входы — с выходами фазо вращателя, первый выход переключателя соединен со входом фазосдвигающего блока, выход которого соединен с а- одним входом суммато1 а, второй вход которого соединен со вторым выходом переключателя, а выход — со входом

16 формирователя импульсов, второй выход блока формирования временных интервалов соединен с первым входом триггедВ STopbw входом дискриминатора вреМниых интервалов и шестым входом блока управления направлением вращения, третий выход блока формирования временных интервалов соединен со вторым входом триггера, третьим входом дискриминатора временных интервалов и седьмым входом блока управления направлением вращения, восьмой вход которого соединен с четвертым выходом блока формирования временных интервалов, второй вход котод рого соединен с выходом генератора импульсов.

Формула изобретения

Преобразователь код-угол, содерж щий последовательно соединенные гене ратор импульсов, счетчик и блок формирования сннусоидального напряжения выход которого соединен со входом фа зовращателя и с первым входом блока управления направлением вращения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами дискриминатора временных ин тервалов, пятый вход блока управления направлением вращения соединен с выходом старшего разряда регистра, выходы блока управления направлением вращения через усилитель соединены с двигателем, который кинематически соединен с валом фазовращателя, фазосдвигающий блок, триггер и формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом блока формирования временных интервалов, цифровой вход которого соединен с выходами младших разрядов регистра, а первый выход — с первым входом дискриминатора временных интервалов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены сумматор и перевысокую точность по сравнению с известным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе зо 1. Авторское свидетельство СССР

В 410433, кл. G 08 С 9/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

:по заявке У 2406816,,кл. G 08 С 11/00, 1976 (прототип).

858053 ф

Х

7

9

11

12

Ь

Ib

У7

РЯ

Составитель Е. Бударина

Редактор А. БЬппкина ТехредИ.Табакович Корректор С. Шекмар

Тираж 691 Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Pà ÷àñêàÿ наб. и. 4/5

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