Преобразователь угла поворота вала в код

 

Союз Советских

Соцмелмстмчесимх

Респубпми

O П H C A H H K,,866570

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свиЛ-ву (22)Заявлено 23.01.80 (21) 2873454/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51 )М. Кл, G 08 С 9/04

УЬВ)Гяэротвенкые комитет

СССР ао делом нзо4ретеннй н отнрытнй

Опубликовано 23.09.81. Бюллетень М 35 (53) УДК 681.325 (088. 8) Дата опубликования описания 25.09.81 (72) Автор,, изобретения

О. A. Хайнацкий!

1

t (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Преобразователь относится к преобразователям угловых перемещений в цифровой код и может быть использован в измерительной технике и автоматике.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно включенные генератор опорного напряжения, фазорасщепитель, си-. нусно-косинусный поворотный трансформатор и преобразователь фаза-код (11.

Недостатком этого преобразователя является прямая зависимость точности преобразователя от фазовой нестабильности частотно-зависимых элементов, установленных н измерительной цепи преобразователя, что обуславливает повлпзенные требования к фазовой стабильности элементов фазорасщепителя и преобразователя фаза-код.

Кроме того, так как точность преобразователя фаза-код уменьшается при повышении частоты напряжения запитки синуспо-косинусного вращающегося трансформатора И,КВТ), то в рассматринаемом преобразователе эапитка статорных обмоток СКВТ производится напряжением низкой частоты, что снижает быстродействие и точность преобразователя в динамике.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код амплитудного типа, содержащий последонательно нключенные генератор, сйнусно-косинус10 ный вращающийся трансформатор, синусно-косинусный делитель напряжения, фаэочувствительный выпрямитель, г1реобразователь напряжение-частота, блок управления и регистр, выходы которого соединены с соответствующими

15 разрядными входами синусно-косинусного делителя напряжения.

Основным условием, обеспечивающим нормальное функционирование рассматриваемого преобразователя, в частности, синусно-косинусного делителя напряжения, является наличие достаточно больших по амплитуде (порядка единиц вольт) сигналов на выходе вторич-.

866570 ных обмоток СКВТ. В этом случае уровень внутренних шумов, выбросов, помех, возникающих на выхопе синуснокосинусногo i T H p *eHHH, HMp ет величину второго порядка малости и практически не оказывает влияния на точность преобразователя t27.

Однако на практике большинство высокоточных СКВТ, в частности, индуктосины, редуктосины имеют малую амплитуду выходных сигналов (десятки

ИЛВ), что приводит к необходимости установки на выходе вторичных обмоток СКВТ двух идентичных усилителей сигнала переменного тока. Так как неравенство коэффициентов усиления (ко-. эффициентов передач) усилителей, также как и неравенство коэффициентов передач синусного и косинусного каналов синусно-косинусного делителя на-, пряжения, приводит к прямой погрешности преобразователя, что является недостатком этого преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя угла поворота вала в код.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с перви ной обмоткой синусно-косинусного вращающегося трансформатора, усилитель, синусно-косинусный делитель напряжения и фазочувствительный выпрями-,ель, выход которого через последовательно соединенные преобразователь напряжение-частота и блок управления соединен с входом регистра, введены второй усилитель, нуль-орган, делитель частоты, инвертор, четыре ключа, два аналоговых сумматора и двухразрядный цифровой сумматор, первая выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора через первый и второй ключи соответственно подключена к первым входам аналоговых сумматоров, а вторая выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора через третий и четвертый клю,чи подключена соответственно ко вторым входам аналоговых сумматоров,выходы которых через усилители подключены соответственно к первому и второму входам синусно-косинусного делителя напряжения, выход которого соединен с входом фазочувствительного выпрямителя, выход генератора через нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выход которого подключен к управляющим входам первого и третьего ключей через инвертор — к управляющим входам второго и четвертого ключей, выход делителя частоты соединен с первым входом двухразрядного сумматора, второй и третий входы которого подключены к выходам двух старших разрядов регистра, а выходы двухразрядного сумматора соединены с входами двух старших разрядов синуснокосинусного делителя напряжения, остальные входы которого подключены к остальным выходам регистра.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — эпюры сигналов на выходе элементов преобразователя.

Преобразователь содержит генера-.тор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2 с первичной 2-1 и вторичными 2-2.обмотками, усилители 3 и 4, синусно-косинусный делитель 5 напряжения, фазочувствительный выпрямитель б,.преобразователь 7 напряжение-частота, блок 8 управления, регистр 9, нуль-орган 10, делитель ll частоты,,кпючи 12-15, инвертор !б, аналоговые сумматоры 17 и 18 и двухразрядный цифровой сумматор 19.

Первичная 2-1 обмотка СКВТ 2 подключена к выходу генератора !. Первая (синусная) вторичная 2-2 обмотка

СКВТ 2 через ключи 12 и 13 подключена к первым входам сумматоров 17 и 18, а вторая (косинусная) вторичная 2-2 обмотка СКВТ 2 через ключи 14 и 15 подключена ко вторым входам сумматоров 17 и 18. Выходы сумматоров 17 и 18 через усилителя 3 и 4 подключены

40 к первому и второму входам синуснокосинусного делителя напряжения (СКДН) 5.. Регистр 9 выполнен, например, в виде N-разрядного реверсивно" го счетчика. Предпоследний (N-l) разряд регистра 9 и выход делителя !! частоты подключены соответственно к шинам первого и второго входов первых разрядов цифрового сумматора 19, а выход Й (старшего) разряда регистра 9 подключен к шине первого входа второго разряда цифрового сумматора 19. Выходы первых и вторых разрядов двухразрядного сумматора 19 подключены соответственно к входам (И-1) зз и Й разрядов СКДН 5.. Остальные разрядные входы СКДН 5 подключены к соответствующим разрядным входам регистра 9.

Вход делителя частоты II через нуль-орган 10 подключен к выходу генератора 1, а выход делителя Il частоты подключен к управляющим входам ключей 12 и 14 и через инвертор 16 ,к управляющим входам ключей 13 и 15.

Устр"йство работает следующим образом.

На выходе генератора I формируется синусоидальное напряжение.U gt) с час- Ер

/тотой kdy, которое одновременно поступает на запитку первичной обмотки

СКВТ 2 и на вход нуль-органа 10.

На выходе вторичных синусной и косинусной обмоток СКВТ 2 индуктируются синусоидальные напряжения переменного тэка с амплитудами

Ос,э I"

1 входы СКДН 5. Управление ключами 12 и 14 осуществляется прямоугольными им- р пульсами низкой частоты юк, поступающими на управляющие входы ключей не посредственно с выхода делителя 11 частоты, а управление ключами 13 и 15 осуществляется прямоугольными имгульсами низкой частоты изб, поступающими на управляющие входы ключей 13 и 15 через инвертор 16 (Фиг. 2Ъ) 1

U „= Ugy „- 0Вч р1 (2) где 0+, 08> — сигналы, поступающие

Хб. на первый и второй входы сумматора 17, в соответствии с (? ) также без изменения по фазе пропускает выходное напряжение синусной обмотки СКВТ 2 через усилитель 3 на синусный (второй) вход СКДН 5.

В этом случае с учетом неравенства коэффициентов усиления V» и Кр усилителей 3 и 4 выходные сигналы усилите-. лей равны

U»> = Uo s1п 1.оК1 и Ugy = 0р K cosd. или 02 = U К»(1-Ф ) cosd.p (3) где о — амплитудная погрешность, обусловленная неравенством коэффициентов усиления К»

Кр усилителей 3 и 4, К» — К7, Мс

3а второй полупериод следования коммутационных импульсов низкой частоты, т. е. в течение времени — Тк < 4 4T

» (Фиг. 2 ЕЕ) на выходе инвертора 16 сформированы прямоугольные импульсы единичной амплитуды (фиг. 2 .) при этом ключи 13 и 15 установлены в замкнутое положение (ключи 12 и !4 в этом случае — разомкнуты). В этом случае в соответствии с (1) и (2) выходное напряжение 0 „(Ар) косинусной обмотки СКВТ 2 через ключ 15, сумматор 17 и усилитель 3 поступает с изменением по фазе на 180 на синусный (второй) вход цифрового СКДН 5. Выходное напряжение U (с1р) синусной об»с, мотки СКВТ через ключ 13, сумматор 18 и усилитель 4 беэ изменения по фазе поступает на косинусный (первый) вход цифрового СКДН 5. С учетом (I) и (2)> а также неравенства коэффициентов уси-! ления усилителей 3 и 4 выходные сиг4р

Для формирования прямоугольных импульсов низкой частоты на вход делите- З ля 11 частоты поступают прямоугольные импульсы с высокой частотной (0, которые образуются из положительных полуволн опорного напряжения с помо— щью нуль-органа 10 (фиг. 2а, 5, S ).

МежДУ частотой мер опоРного напРЯжения и частотой (gal.прямоугольных коммутационных импульсов выполняется соотношение ы = -, где i 2,4,...

За первый полупериод следования коммутационных импульсов низкой частоты, т.е. в течение времени 0 < t <

1 — 2Т (Фиг. 2 ), когда на выходе делителя частоты 11 сформированы прямоугольные импульсы единичной амплитуды, ключи 12 и 14 установлены в замкнутое положение (при этом ключи 13 и 15 находятся в разомкнутом положении).

В этом случае выходное напряжение синусной обмотки 0 (Ар) через замкнутый ключ l2 поступает на первый вход сумматора 17, а выходное напряжение

70 6 косинусной обмотки через ключ 14 поступает на второй вход сумматора 18.

Сумматор ЕР, выполненияtH по схеме, при которой сигнал на выход". сумматора равен

UC„= -III„+ $„g () где (1 1 Ц е, — сигналы, поступающие на

Хр. первый и второй входы сумматора 18, в соответствии с (1) пропускает выходное напряжение косинусной обмотки

СКВТ 2 без изменения по фазе через усилитель 4 на косинусный (первый). вход СКДН 5.

Сумматор )7, выполненный на дифференциальной схеме включения, при которой сигнал на выходе сумматора равен

866570 папы !тих у.ипигF .лей в эпом случае равны

1

0н К эсоз о

0 = ПоК з1пс1 иэти U =0оК., (1

4 цс ) "" " 1-о °

Выходные сигналы усилителей 3 и 4 с амплитудами 05, 0 у(3) и 0 0$

1 (4) проходят через СКПН 5, ко орый управляется кодом М-разрядного регистра 9. эо

За первый полупериод следования коммутационных импульсов на втором входе первого младшего разряда цифрового сумматора !9 находится единичный сигнал (так как сигнал на выходе делителя частоты равен единице). В этом случае дискретные сигналы (М-1) и N разрядов регистра 9, проходящие через цифровой сумматор 19, изменяются по модулю на единицу младшего разряда цифрового сумматора 19 и, вследствие этого код, поступающий на вход СК I!! 5, отличается от кода угла регистра 9 на единицу (11-)) разо ряда регистра, т.е. по углу — на 90

В этом случае амплитуда выходного напряжения СКДН 5 с учетом (3) ранна

0 дн о 1 inQcosP -К„(1-о ус соз 1оз п1э), или после преобразований

0 =0„K ps in (do -Р) - (1-+g соЫу i п1 3 (5)

За второй полупериод следования коммутационных импульсов на втором входе 1 младшего разряда цифрового сумматора 19 находится нулевой сигнал (так как сигнал на ныходе делйтеля частоты равен нулю) (фиг. 2 6 ).

В этом случае дискретные сигналы (N-1) и N разрядов регистра 9, проходящие через цифровой сумматор 19, не изменяются по модулю, и выходной код угла регистра 9 без изменения проходит на цифровой вход СКДН 5.

При этом амплитуда выходного напряжения СКДН 5 с учетом (4) равна

Ug !4= 0 (" К cosdps пp!. о 45

+ K„(1-с » ) s ndqcosP), (e) или после преобразований

Осэсй44 0о К-э(з1п (1-о 1 ) + (1 пуэ с) з э пйосоз@

Выходные напряжения (3) и (4) переменного тока поступают в фазочунстнительный выпрямитель 6, постоянная вре50 мени которого выбирается равной

Тф с и на выходе фаэочувствиФ5 Мо тельного выпрямителя 6 формируется сигнал постоянного тока, проиорциональ- ный сумме амплитуд выходных напряжен» я Ос t.5) и 0склч(6), т.е.

14в = э,,+ 0с эсдек или при

<о =Р U, = U КэK in(4, р ) . (7)

Этот сигнал, пропорциональнтэй разности между измеряемым углом и кодом угла f? регистра 9, поступает через преобразователь 7 напряжение-частота в блок 8 управления,.иа выходе которого формируется управляющий сигнал, изменяющий код регистра 9 н сторону уменьшения сигнала рассогласования (7)

При нулевом сигнале фазочунствительного выпрямителя 6 преобразова-! тель 7 и блок 8 управления отк.пючается при этом как следует из (7) код на выходе регистра 9 равен измеряемому углу сто, без учета амплитудных погрешностей усилителей 3 и 4, установленных на выходе СКВТ 2 для усиления

его выходных сигналов.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота ° вапа в код, содержащий генератор, выход которого соединен с первичНоА обмоткой синусно-косинусного нрашающегося трансформатора, усилитель, синусно-косинусный делитель напряжения и фазочувствительный выпрямитель, выход которого через последовательно соединенные преобразонатеээь напряжение-частота и блок управления соединен с входом регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, н него введены второй усилитель, нуль-орган, делитель частоты, инвертор, четыре ключа, дна аналоговых сумматора и днухраэрядный цифровой сумматор, первая выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора через первый и второй ключи соответственно подключена к первым входам аналоговых сумматоров, а вторая выходная обмотка синусно-косинусного вращающегося трансформатора через третий и четвертый ключи подкпючена соотнетственно ко вторым входам аналоговых сумматоров, выходы которых через усипители подключены соответственно к первому и второму входам синусно-косинусного делителя напряжения, выход которого соединен с входом фазочувстнительного выпрямителя,ныход генератора через нуль-прган подключен к входу делителя частоты, выход которого иолкээючен к управляющим входам первого и Tрprüåãn

9 36 ключей, через ннвертор " к управляюшим входам второго и четвертого «moчей, выход делителя частоты соединен с первым входом двухразрядного сумматора, второй и третий входы которого подключены к выходам двух старших разрядов регистра, а выходы двухразрядного сумматора соединены с входами двух старших разрядов синус" но-косинусного делителя напряжения, остальные входы которого подклю65;0 1О чены к остальным выходам регистра, Источники и формации, принятые во внимание при экспертизе

i. .Ахметжанов А.А. и цр. Индукцн° I It онный редуктосин. М., Энергия !

971, с. 48.

2. Зверев А.Г. и др. Преооразонатели угловых перемещений в цифровой щ код. Л., "Энергия", 1974, с. 141-14б, рис. 67 (прототип).

866570

Составитель О. Черниченко

Редактор О. Черниченко Техреду И.Асталощ Корректор„Е.

Заказ 8082/72 Тирам 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

13035 Москва И-35 Раушская наб.д g. 4/5

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