Способ формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения и устройство для его осуществления

 

О П И С A Н И Е (»>905993

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнапистнчесинх

Республик (6l ) Дополнительное к авт. сна-ву (5l)M. Кл. (22) Заявлено 150776 {2! ) 2385668/18-21

Н 03 К 5/00

Н 03 К 5/153 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Веудараненный кеинтет

ССЕР на данаи нзабретеннй н открытий

Опубликовано 150282. Б,оллетень,нн> 6 (53) УДК 62!,2..083.8: 681.4 (088. 8) Дата опубликования описания 150282

{72) Авторы изобретения

М . Х ут>врецкий

И.С .Аршинов, А.В .Бирюков, Н .Э .Фадеева и ю

{7l) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ

СИГНАЛОВ ДАТЧИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электрооборудованию для систем управления электроприводами, в частности для измерения параметров движения электпроприводов.

Известен способ формирования

Р частотно-импульсных сигналов датчика перемещения, использующий две импульсные последовательности с постоянной скважностью и сдвинутые относительно друг друга на половину длительности импульса, в которых вырабатываются четыре импульса на один шаг перемещения контролируемого механизма (1) .

Однако данный способ не обеспечивает определения направления перемещения для каждого из четырех выработанных импульсов.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее элементы И, НЕ-И, ЗАПРЕТ, триггеры, элементы ИЛИ и ИЛИ-НЕ, формирователи импульсов по длительности, входные и выходные шины и обеспечивает фор— мирование частотно-импульсных сигналов, датчики перемещения системы управления электроприводом, Две исходные последовательности постоянной скважности, сдвинутые относительно друг друга на половину длительности импульса,образуют в разнесенные во времени и по четырем каналам сигналы длительностью, равной временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, формируют выходные импульсы постоянной длительности, по которым выделяют сигналы направления движения, сфор1$ мированные по очередности появления импульсов во времени, в четырех каналах t23.

Недостатком известного технического решения является низкая помехоустойчивость в случаях попадания на входы одиночных или многократных око.ооченных импульсов при работе

905933 в режиме реверсов у границ кодовой шкалы или при наличии внешних помех.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости при наличии внешних одиночных и многократных помех, не превышающих по длительности половины нормального сигнала, равного временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, а также при реверсе в производ- 10 ной точке кодовой шкалы и вибрации у границы смены кодов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения, по которому две ис— ходные последовательности импульсов при постоянной скважности, сдвинутые одна относительно другой на половину длительности импульса, преобразуют в разнесенные во времени и по четырем каналам сигналы длительностью, равной временному сдвигу между фронтами импульсов исходных после— довательностей, формируют выходные импульсы постоянной длительности, по которым выделяют сигналы направления движения, сформированные по очередности появления импульсов во времени в четырех каналах, при появлении единичного сигнала в одном из четырех каналов производят запо— минание появления нулевого сигнала в этом канале в течение интервала времени t<, меньшего или равного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, и помнят в течение интервала времени t, начинающегося сразу же

40 после окончания интервала времени и по длительности меньшего или Ф равного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наиболь45 шей частоте, причем если в течение интервала времени t не было запом1 нено появление нулевого сигнала по этому каналу, то с началом интервала времени 1 формируют выходной импульс длительностью = tg, запо—

50 минают прохождение выходного импульса от этого канала до появления выходного импульса от другого канала и при этом запрещают повторное формирование выходного импульса по сигналу этого канала, сигнал направления движения запоминают на время а цикл формирования выходного сигнала повторяют сначала, если в течение времени t < запомнено наличие нулевого сигнала в этом канале, то выходной импульс не формируют и цикл формирования выходного сигнала повторяют сначала.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства для формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения, содержащего первый элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого подключены ко входам элемента НЕ-И и ко входам первого элемента И, второй элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого соединены соответственно с первой и второй входными шинами, с инверсным и прямым входами первого элемента

ЗАПРЕТ, выход которого соединен с единичным входом первого двухтактно— го триггера, первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом вто— рого элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом второго двухтактного триггера, единичный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ЗАПРЕТ, к второму входу первого элемента ИЛИ н к нулевому входу первого двухтактного триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, с первым входом второго элемента ИЛИ и с нулевым входом второго двухтактного триггера, единичный вход кото— рого подключен к выходу первого элемента И, к второму входу второго элемента ИЛИ и к первому входу пятого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого двухтактного триггера, выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов H подключены ко входам элемента ИЛИ-НЕ, шестой и седьмой элементы И, первые входы которых объединены между собой, третий элемент ИЛИ, первый и второй формирователи импульсов по длительности, а также выходные шины учетверенной частоты, сложения, вычитания и направления движения, в него дополнительно введены элемент НЕ-И, элемент задержки, третий, четвертый и пятый элементы ЗАПРЕТ, восьмой элемент

И, асинхронный триггер, однотактный триггер и третий двухтактный тригпри нормальном режиме работы в одном направлении, при наличии вблизи фронта сигнала, при реверсе с недостаточным входным сигналом и при реверсе с достоверным входным сигналом.

Устройство содержит элементы

ИЛИ 1-3, двухтактные триггеры 4-6, элементы ЗАПРЕТ 7-11, элемент 12 задержки, формирователи импульсов 131о 14 по длительности, элементы И 1522, элемент ИЛИ-НЕ 23, элементы

НЕ-И 24-25, асинхронный триггер 26, однотактный триггер 27, входные шины

28-29, выходные шины 30 учетверенной частоты, шину 3! сложения, шину 32 вычитания и шины 33 и 34 направления движения.

Устройство для осуществления способа формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения работает следующим образом .

На входной шине 28-29 подаются две исходные последовательности импульсов постоянной скважности, сдвид5 нутые относительно друг друга на половину длительности импульса. На выходе элементов 9, 1О, 15 и 24 о6разуются четыре импульсные последовательности, сдвинутые относительно друг друга на длительность импульса.

B режимах реверсов в произвольной точке кодовой шкалы, вибрации у границы смены кодов, а также при наличии внешних одиночных и многократ35 ных помех возможно появление на выходах элементов 9, 10, 15 и 24 укороченных сигналов с длительностью, меньшей половины временного сдвига между фронтами исходных последовательностей. Для отстройки от этих укороченных недостоверных сигналов цикл формирования содержит три такта, в первом из которых формируется сигнал направления движения и про45 веряется достоверность входного сигнала на основе сравнения его цлительности с заданной, во втором такте tg формируется выходной сигнал, в третьем такте t схема го50 товится к новому циклу формирования.

Выходные сигналы элементов 9, 10, 15 и 24 распределяются поочередно на два канала с помощью двух элементов ИЛИ 1-2 на входы которых поступают нечетные и четные сигналы

55 соответственно. Сигналы первого и второго. каналов через элементы

ЗАПРЕТ 7-8 и элемент ИЛИ 3 поочередно поступают через элемент задержки

5 905993 6 гер, единичный и нулевой входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элемен тов ИЛИ, а единичный и нулевой вы— ходы третьего двухтактного триггера подключены к первым прямым входам соответственно третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, выходы которых через последовательно соединенные третий элемент ИЛИ, элемент задержки, первый и второй формирователи импульсов по длительности подключены к инверсным входам третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, первому входу дополнительного элемента

НЕ-И и первому входу восьмого элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом асинхронного триггера, нулевой вход которого соединен с выходом дополнительного элемента НЕ-И, а единичный вход— с выходом пятого элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а прямой вход пятого элемента ЗАПРЕТ подключен к первым тактовым входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходу первого формирователя импульсов по длительности, к второму входу дополнительного элемента НЕ-И и к тактовому входу однотактного триггера, единичный и нулевой входы которого соединены соответственно с прямым и инвер сным выходами элемента ИЛИ-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с вторыми прямыми входами соответственно четвертого и третьего элементов ЗАПРЕТ, а выход восьмого элемента И подключен к вторым тактовым входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходной шине учетверенной частоты и к первому входу шестого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом однотактного триггера и с одной из выходных шин направления движения, нулевой выход однотактного триггера соединен с вторым входом седьмого элемента И и с другой из выходных шин направления движения, а выходы шестого и седьмого элементов И соеди иены соответственно с выходными шинами сложения и вычитания.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для осуществления способа на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства (а,б,в,г) 7 90 на вход первого формирователя 13, который формирует сигнал, перепад

1/О которого запускает второй формирователь 14. С помощью элемента

ЗАПРЕТ 11 проверяется достоверность входного сигнала. При наличии нулевого сигнала на выходе элемента

ИЛИ 3 формируется и запоминается триггером 26 сигнал недостоверности, последний управляет элементом И 20, на второй вход которого подан сигнал с выхода формирователи 14, который при достоверном входном сигнале проходит на выходную шину 30 устройства. Элементы ЗАПРЕТ 7-8 управляются по вторым входам соответственно единичным и нулевым выходам двухтактного триггера 4, который обеспечивает переключение каналов. Тригr"åð 4 запоминает канал, по сигналу которого идет цикл формирования выходного импульса и при достоверном входном сигнале остается незименным до появления выходного импульса в следующем цикле формирования. При этом происходит переключение каналов так, что следующий цикл формирования разрешается только по сигналу другого канала, На оба третьих входа элемента ЗАПРЕТ 7 и 8 подан запрет формирователя импульсов, что ограничивает длительность сигнала на входе формирователя 13, запрещая тем самым повторный его запуск на время работы формирователя 14. При недостаточном входном сигнале выходной сигнал не формируется, и триггер 4 сохраняет состояние, имевшее место в последнем цикле формирования по сигналу другого канала, при этом следующий цикл формирования возможен только по сигналу данного канала. Триггер 26 устанавливается в нулевое состояние сигналом элемен— та 25 при отсутствии сигналов на выходах формирователей 13-14.

Направление движения определяется на основании сравнения мгновенных значений сигналов данного канала в текущем цикле формирования с сигналом другого канала в последнем цикле его формирования. Выходные сиг налы элементов 9, 10, 15 и 24 при достоверном входном сигнале фиксируются триггерами 5 и 6, которые остаются в этом состоянии до форми— рования слецу7п777его выходного импуль— са. При 77едос товер 7о;7 входном сигнале триггеры 5 и (.<. хрп77яют состоя5993

10

25 ние, имевшее место в последнем цикле формирования по достоверному входному сигналу. С помощью элементов 16 и 19 и элемента 23 осуществ— ляется сравнение выходных сигналов элементов 9, 10, 15 и 24 с состоянием триггеров 5 и 6. Единичный сигнал на прямом выходе элемента 23 означает положительное, а единичный сигнал на инверсном выходе — отрицательное направление движения. Сигнал направления движения запоминается триггером 27 и поступает на выходные шины 33 и 34. В соответствии с направлением движения выходные импульсы учетверенной частоты через элементы И 21 и 22 выдаются либо на выходную шину 31 сложения, либо на выходную шину 32.вычитания.

Применение данного способа формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения системы управления электроприводом позволяет повысить достоверность выходных сигналов в режимах реверсов в произвольной точке кодовой шкалы при вибрации у границы смены кодов, при ° наличии внешних одиночнъ7х и многократных помех, не превышающих по длительности половины временного сдвига между фронтами импульсов, исходных последовательностей при их наибольшей частоте, что в свою очередь предотвращает воэможность сбоев в системе автоматического управления электроприводом, т.е. повышает надежность ее функционирования.

Формула изобретения

1 . Способ формирования частотно— импульсных сигналов датчика перемещения, по которому две исходные последовательности импульсов при постоянной скважности, сдвинутые одна относительно другой на половину длительности импульса, преобразун7т в разнесенные во времени и по четырем каналам сигналы длительностью, равной временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, формируют выходные импульсы постоянной длительности, по которым выделяют сигналы напра влет777я дв 77жения, сформированнь7е по очеред77ос— ти появления импульсов во времев77 в четырех каналах, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью 77оньщ77 ния помехоустойчивости 7lpll 7lrl. 777÷èè

9 905993

30

45 внешних одиночных и многократных помех, не превышающих по длительности половины нормального сигнала, равного временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последова- 5 тельностей, а также при реверсе в произвольной точке кодовой шкалы и вибрации у границы смены кодов, при появлении единичного сигнала в одном из четырех каналов производят 10 запоминание появления нулевого сигнала в этом канале в течение интервала времени t, меньшего или рав— ного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, и помнят в течение интерва— ла времени tg, начинающегося сразу же после окончания интервала време— ни t и по длительности меньшего или равного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, причем, если в течение интервала времени С-1 не было запомнено появление нулевого сигнала по этому каналу, то с началом интервала времени tg формируют выходной импульс длительностью запоминают прохождение вьтходногo импульса от этого канала до появления выходного импульса от другого канала и при этом запрещают повтор— ное формирование выходного импульса по сигналу этого канала, сигнал на— правления движения запоминают на время tg, а цикл формирования выходного сигнала повторяют сначала, если в течение времени Й 1 запомнено наличие нулевого сигнала в этом канале, то выходной импульс не формируют и цикл формирования выходного сигнала повторяют сначала.

2. Устройство для осуществления

I способа формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения содержащее первый элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого подключены к входам элемента НŠ— И и к входам первого элемента И, второй

50 элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого соединены соответственно с первой и второй входными шинами, с инверсным и прямым входами первого элемента ЗАПРЕТ, выход кото55 рого соединен с единичным входом первого двухтактного триггера, первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом второго двухтактного триггера, единичный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента

ЗАПРЕТ, к второму входу первого эле— мента ИЛИ и к нулевому входу первогс двухтактного триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом четвертогс элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, с первым входом второго элемента ИЛИ и с нулевым входом второго двухтактного триггера, единичный вход которого подключен к выходу первого элемента И, к второму входу второго элемента ИЛИ и к перво му входу пятого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого двухтактного триггера, выходы второго, третьего, четвер того и пятого элементов И подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, шестой и седьмой элементы И, первые входы которых объединены между собой, третий элемент ИЛИ, первый и второй формирователи импульсов по длительности, а также выходные шины учетверенной частоты, сложения, вычитания и направления движения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в устройст. во дополнительно введены элемент

НЕ-И, элемент задержки, тр етий, ч е твертый и пятый элементы ЗАПРЕТ, восьмой элемент И, асинхронный триггер, однотактный триггер и третий двухтактный триггер, единичный и нулевой входы которого соединены соответственно с выходами первого H второго элементов ИЛИ, а единичный и нулевой выходы третьего двухтактного триггера подключены к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, выходы которых через последовательно соединенные третий элемент ИЛИ, элемент задержки, первый и второй формирователи импульсов по длительности подключены к инверсным входам третье— го и четв ертого элементов ЗАПРЕТ, первому входу дополнительного элемента НЕ-И и первому входу восьмого элемента И, второй вход которого соединен С нулевым выходом асинхрс нного триггера, нулевой вход которого соединен с выходом дополнительного элемента HE-И, а единичный вход с выходом пятого элемента ЗАПРЕТ, ll 9059 инверсный вход которого соединен с выходом третьerо элемента ИЛИ, а прямой вход пятого элемента ЗАПРЕТ подключен к первым тактовым входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходу первого формирователя импульсов по длительнос ти, к в тором у входу доп олни тельного элемента HE-И и к тактовому входу однотактного триггера, единич- 10 ный и нулевой входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами элемента ИЛИ-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с вторыми прямыми входами соответственно четвертого и третьего элементов ЗАПРЕТ, а выход восьмого элемента И подключен к вторым тактовым входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходной шине учетверенной частоты и к первому входу шестого

93 l2 элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом одно-, тактного триггера и с одной из выходных шин направления движения, нулевой выход однотактного триггера соединен с вторым входом седьмого элемента И и с другим из выходных шин направления движения, а выходы шестого и седьмого элементов И соединены соответственно с выходными шинами сложения и вычитания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I . Заволокин А .К. Последовательные преобразователи непрерывных величин в числовые эквиваленты. М...

Библиотека по автоматике, вып, 56, l962, с, 25.

2. Авторское свидетельство СССР

9460429, кл. G 01 В 7/00, l975 (прототип) .

905993

Составитель В.Выговский

Техред Л.Пекарь Корректор Н,Степ

Редактс р И.Митровка

Филиа II IIIII("Патент", г . Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 396/73 Тираж 953 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I 3035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5