Преобразователь угла поворота вала в код

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<>881802 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 071279 .(2I) 2848698/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 15.11,81. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 1511,81 (51)М. Кл.З

G 08 С 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 681. 325 (088. 8) (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение, относится к вычислительной технике и может быть использовано в области автоматики и вычислительной техники.

Известен двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код., содержащий датчик угла, преобразователь масштаба угла, устройство . формирования кода угла грубого отсчета, соеди- о ненное с выходом датчика угла, устройство формирования кода точного отсчета, соединенное с выходом преобразователя,масштаба угла, и устройство согласования отсчета. Для получения однозначности измерения в пределах оборота используется канал грубого отсчета (ГО), имеющий один период изменения показаний за угол, равный

360о. Каналы грубого и точного отсчетов связаны друг с другом через коэффициент редукции, величина которого обычно кратна числу 2, возведенному в целую степень (1), Недостатком такого преобразователя является его сложность и невысокая точность.

Известен также преобразователь уг.-. ла поворота вала в код, содержащий два фазовращателя, первый из которых установлен на входном валу и яв-. ляется фазовращателем грубого отсчетаа, другой фаз овр ащател ь соеди не н с первым через редуктор и является фазовращателем точного отсчета, блок питания, выход которого соединен с обеими фазовращателями и с входом первого нулевого детектора, выход каждого фазовращателя соединен с входом соответствующего нулевого детектора, выход нулевого детектора каждого канала соединен с первым входом соответствующего триггера, вторые входы обоих триггеров соединены с выходом опорного нулевого детектора, выход триггера каждого канала соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого элемента И соединен с входом первого счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора и первым входом сумматора, выход второго элемента И соединен с первым входом элемента объединения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход элемента ИЛИ через последовательно соединенные второй счетчик и шифратор соединен с вторым входом сумматора, блок управления, входы которого соединены с выходами

881802 нулевых детекторов обоих каналов, первый выход блока управления соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом дешифратора, второй выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого счетчика и вторым выходом лока управления, а выход - c вторым входом второго счетчика, третий вход которого соединен с третьим выходом блока управления (21, Недостатком известного преобразователя является его сложность и недостаточно высокая точность, Цель изобретения — повышение точности и упрощение преобразователя угла поворота вала в код, Поставленная цель достигается 2О тем, что B преобразователь угла поворота вала в код, содержащий блок питания, выход которого соединен с входами двух фазовращателей, один из которых установлен на входном валу, и первого нулевого детЕктора, выход которого соединен с первыми входами двух триггеров формирования временного интервала, вторые входы которых через.второй и третий нулевой детекторы соответственно соединены с выходамл первого и второго фазовращателей, выход первого триггера формирования временного интервала соединен с первым входом первого элемента И, выход второго триггера формирования временного интервала соединен с первым входом второго элемента И вторые входы обоих элементов И соединены с выходом генератора импульсов,.выход первого элемента И соединен с первым 40 входом первого счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, первый выход которого соединен с одним входом второго счетчика, и шифратор, введены буферный регистр и запоминающее устройство, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом первого нулевого детектора, выход второго элемента И ссединен с другим входом вто-, о рого счетчика, выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого соединен с первым выхо- . дом запоминающего устройства, выход сумматора соединен с первым входом 55 шифратора, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего устройства, а третий вход — с третьим выходом устройства управления, четвертый выход которого соединен с пер- @ вым входом буферного регистра, второй вход которого соединен с выходом пер-вого счетчика, а третий - c выходом шифратора, второй фаэовращатель установлен на входном валу. 65

На Фиг, 1 приведена блок-схема предлагаемого преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - график, поясняющий работу преобразовате" ля, преобразователь содержит блок 1 питания, фазовращатели 2, 3, нулевые детекторы 4-6, триггеры 7, 8 Формирования временных интервалов, элементы

И 9, 10, генератор 11 импульсов, счетчики 12, 13. шифратор 14, устройство 15 управления, запоминающее устройство 16, буферный регистр 17, сумматор

18, входной вал 19.

Преобразователь работает следующим образом.

При изменении углового положения входного вала 19 происходит пропорциональное изменение Фазовых сдвигов выходных сигналов с Фаэовращателей

2, 3 относительно напряжения питания с блока 1. Коэффициент пропорциональности в канале фаэовращателя 2 — И,, а в канале фаэовращателя 3 — И, Нулевые детекторы 4-6 формируют короткие импульсы в моменты перехода своих входных сигналов через нуль с минуса на плюс. В триггерах 7 и 8, устанавливающихся в положение "1" по выходным сигналам с нулевого детектора 6 и сбрасывающихся в "0" по сигналам с детекторов 4 и 5, формируются временные интервалы, длительность которых, соответственно, пропорциональна

Фаэовым сдвигам между выходными напряжениями с фазовращателей .2, 3 и напряжением питания с блока 1. Б элементах И 9, 10 происходит заполнение сформированных временных интервалов импульсами высокой частоты с генератора 11, количество которых подсчитывается счетчиками 12 и 13.

В результате в счетчиках 12 и 13 формируются коды, пропорциональные углам поворота фазовращателей 2, 3 внутри их полюсных делений, измеренные с одной и той же для обоих каналов дискретностью отсчета.

Для получения полного кода угла внутри оборота необходимо провести цифровую обработку. кодов, зафиксированных в счетчиках 12 и 13. При этом следует учитывать, что однозначно определить угол в пределах оборота можно лишь в том случае, если

Й и И (числа пар пОлюсов ФаэОВРаща телей 2, 3) — взаимно простые числа, т.е. они не имеют общих делителей, кроме 1, например, 3 и 5 или 128 и

135,в этом случае(фиг.2)системы управлений, описывающая измерение угла в первом и втором каналах, имеет вид

"I "макс + я "максг + Нг ) (), где К1 ° К2 — число ОтреЗков в первом и ВО втором каналах целиком укладывающихся в измеряемый угол, 881802

Хк кс с Хкакс максимальные значения измеряемых величин (длины отрезков) в первом и во втором каналах, рав2л ЗбО ные Х,„, 1 1

2Л 360 .

Х

NaKCx N, И, R,,R — значение измеряемой величины в первом и но нтором каналах, В счетчиках 12 и 13 на конец изме- 10 рения зафиксированы числа, пропорциональные R, и Rz, Число . записано в системе остаточных классов (по модулю Х„дк„ вЂ” в счетчике 12 и по модулю

Хмакс1 — в счетчике 13), Система уран- 15 нений (1) имеет единственное решение относительно К,, - или К в диапазоне углов ат 0 да 360 при условии, что N u N взаимно простые числа.

Таким образом, в пределах оборота система уравнений (1) имеет единственное решение для целых К, и К» т .е, если в двухотсчетном преобразователе угол-код использовать н качестве кодирующих элементов мнагополюсные датчики, числа пар полюсов которых ян- 25 ляются взаимно простыми числами, то измеряемый угол может быть однозначна определен в пределах всего оборота.

Для нахождения угла < по числам

R, и R з аметим, чта К, и К могут быть -только целыми и разность (К, -K ) может меняться только в диапазоне (О N, -й ). Зная величины К, и R< можно записать значение числа с . Пол ный код угла . образуется присоединением к коду числа R кода числа К,, причем, код числа К, пишется на месте старших разрядов, а код числа R — на месте следующих за ними младших. Код 40 полученный присоединением кода R к коду числа К, или кода числа R к коду числа К является окончательным результатом измерения, В преобразователе весь цикл работы 4 делится на два периода. Длительность каждого из них равна длительности периода питающего напряжения. Во время первого периода н счетчиках 12 и 13 формируются коды (числа R, и R ), пропорциональные углам поворота фаэо- вращателей 2, 3 внутри их полюсных делений, т.е. производится раздельная оцифровка каналов, После окончания черного периода преобразования устройство 15 управления вырабатывает серию импульсов, по которым путем совместной обработки результатов измерения в обоих каналах определяется полный код угла, . По первому иэ этой серии импульсу коды из счетчиков 12 Я) и 13 вводятся в сумматор .18, где вычисляется разность (Rz-R,), передаваемая далее в шифратор 14 для осуществления операции деления на число (Хмзкс, - Х макс г ), хранящееся в эапоми- 6 нающем устройстве 16, Количественно число (Х„„с, -Х„„„) равно разности числа импульсов, поступающих в счетчик 12 при повороте на одно полюсное деление фазовращателя 2, и числа импульсов, поступающих в счетчик:13 при повороте на одно полюсное деление фазавращателя, при измерении углов н обоих каналах с одинаковой дискретностью. Если в результате деления получается целое число, то частное оТ деления и есть число К, . Если реэул тат деления — число дробное, то устройство 15 управления вырабатывает следующий импульс, по которому иэ разности (R, — R,) вычитаетсЯ число Хк амс1 и далее 2Хмакс H г.д. до (N, -N1) Х„,кс,, пока в шифраторе 14 в результате деления не получается число без остатка, т.е. число К, . Число Х„д„с, количественно равное числу импульсон в счетчике 13 при повороте фаэавращателя 3 на полное палюсное деление, также хранится в запоминающем устройстве 16, Так как числа (Хмакс1 "макс х ) H Хмакс1 постоянные, та они могут быть занесены в запоминающее устройство 16 при регулиранке преобразователя, При получении числа К, устройство 15 вырабатывает импульс перезаписи, по которому н буферный регистр 17 переписывается число как иэ счетчика 12, так и иэ шифратора 14. Число иэ счетчика 12 переписывается в младшие разряды, а из шифратора 14 — н старшие. В результате н буферном регистре 17 фиксируется полный кад угла, Далее в устройстве 15 вырабатывается импульс, абнуляющий счетчики 12 и 13 и цикл преобразования начинается снова.

Ввиду того, чта допуски при измерении угла - н обоих каналах примерно одинаковы и в образовании кода старших разрядов н сумматоре 18 и шифраторе 14 участвуют результаты иэмерения в обоих каналах, дополнительного согласования отсчетов в предлагаемом преобразователе производить не требуется.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий блок питания, выход которого соединен с входами двух фазавращателей, один из которых установлен на входном. валу, и первого нуленога детектора, выход которого соединен с первыми входами двух триггеров формирования временного интервала, вторые входы которых через вто рой и третий нулевой детекторы соответственно соединены с выходами первого и второго фазовращателей, выход первого триггера формиронания временного интервала соединен с первым нходом первого элемента И, ныхад второго триггера Формирования ваеменного ин881 802

ВНИИПИ Заказ 9979/76 Тираж 694 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 тервала соединен с первым входом второго элемента И, вторые входы обоих элементов И соединены с выходом генератора импульсов, выход первого элемента И соединен с первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, первый выход которого соединен с одним входом второго счетчика, и шифратор, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобраэователя, в него введены буферный ре истр и запоминающее устройство, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом первого нулевого детектора, Ф выход второго элемента И соединен с другим входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий вход кбторого соединен с первым выход поминающего устройства, выход сумматора соединен с первым входом шифратора, второй вход которого соединен с вторым выходом эапоминающего устройства, а третий вход — c третьим выходом устройства управления, четвертый выход которого соединен с первым входом буферного регистра, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, а третий — с выходом шифратора, второй фаэовращатель установлен на входном валу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зверев A.Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. JI., "Энергия", 1974, с. 8, 164—

165.

2. Авторское свидетельство СССР

437120 кл G 08 С 9/04, 1973 (про