Преобразователь угловых величин в код

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»920805 (61) Дополнительное к авт. свид-ву — . (22) Заявлено 09.07.80 (21) 2953985/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51У М. К .

G 08 С 9/04

Геефдаратееииьм кемитет.

CCCP ив @вием изейретеиий и иткрмтий

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень №14

Дата опубликования описания 25.04.82 (53) УДК 681.325 (088.8),1:.:К). Б. Розенберг, А. М. Миронов, А. Б. Бухман и M. И. Левитина (. (72) Авторы изобретения

:;.>;. /

/.А

Г (71) Заявитель

1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ВЕЛЙЧИН В КОД

Изобретение относится к автоматике и. вычислительной технике в частности к.преобразователям аналоговых величин в код.

Известны преобразователи угла поворота ротора сельсина в цифровой код,. содержащие сельсин, сумматор, блок фильтрации; трансформатор Скотта, два демодулятора, счетчик и шину управления (1).

Недостатком известных преобразователей является низкая .точность из-за йестабильности фазовой характеристики блока фильтрации.

Из известных наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь, .содержащий форммрователь опорных сигналов, взаимно сдвинутых на I/4 периода, два 15 модулятора, сумматор. Модуляторы преобразуют постоянные напряжения, пропорциональные синусу и косинусу преобразуемой угловой величины в переменные напряжения, взаимно сдвинутые на 1/4 периода, которые поступают на сумматор, На выходе сумматора получается переменное напряжение ступенчатой формы, фаза первой гармоники которого соответствует угловой ве2 личине. Первая гармоника выделяется блоком фильтрации, поступает на формирователь прямоугольных импульсов и, далее, на дифференцирующую цепь, которая вырабатывает короткий импульс в момент положительного перехода первой гармоники через нуль. Один из опорных сигналов поступает на вторую дифференцирующую цепь, вырабатывающую короткий импульс от переднего фронта опорного сигнала. Этот импульс открывает ключевой элемент, пропускающий счетные импульсы с генератора импульсов на счетчик. Импульс первой диф; ференцирующей цепи . закрывает ключевой элемент. Так как временной интервал между импульсами с дифференцирующих цепей пропорционален фазе первой гармоники, то в счетчике получается код угловой величины (2) .

Однако такой преобразователь имеет недостаточную точность преобразования, так как при нестабильности частоты опорного сигнала или параметров блока фильтрации напряжение на выходе блока фильтрации приобретает- дополнительный неконтролируемый сдвиг фазы.

920805

Цель изобретения — повышение точности преобразователя за счет устранения влияния набега фазы в блоке фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угловых величин в код, содержащий формирователь опорных сигналов, первый выход которого соединен с управляющим входом первого модуля, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого через блок фильтрации соединен с формирователем прямоугольных импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом первой дифференцирующей цепи, выход которой соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого соединен с первым управляющим входом ключевого элемента, выход которого соединен с входом первого счетчика, вторую дифференцирующую цепь и второй модулятор, выход которого соединен с вторым входом сумматора, генератор импульсов, выход которого соединен с входом ключевого элемента, шину управления, подключенную к управ ляющему входу коммутатора, введены управляемые инверторы, второй счетчик и второй. ключевой элемент, выход которого через второй счетчик соединен с входом первого счетчика, выход формирователя прямоугольных импульсов через первый управляемый инвертор соединен с входом второй дифференцирующей цепи, выход которой соединен с первым управляющим входом второго ключевого элемента и вторым входом коммутатора, второй выход которого соединен с вторым управляющим входом первого ключевого элемента, выход первой дифференцирующей цепи соединен с вторым управляющим входом второго ключевого элемента, к входу которого подключен выход генератора импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом второго управляемого инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго модулятора, а шина управления подключена к входам первого и второго управляемых инверторов.

На фиг. 1 представлен преобразователь, структурная схема; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений в некоторых точках схемы.

Преобразователь угловых величин в код содержит формирователь 1 опорных сигналов, модулятор 2, управляемый инвертор 3, модулятор 4, сумматор 5; блок 6 фильтрации, формирователь 7 прямоугольных импульсов, управляемый инвертор 8, дифференцирующие цепи 9 и 10, ключевой элемент 11, коммутатор 12, ключевой элемент 13 генератор 14 импульсов, счетчики 15 и 16, и шину 17 управления.

Преобразователь угловых величин в код . работает следующим образом.

Формирователь 1 опорных сигналов вырабатывает два импульсных прямоуголь1Е

3S зе

3j

iS

5е

И ных сигнала, взаимно сдвинутых на 1/4 периода. Один из этих сигналов поступает на управляющий вход модулятора 2, другой через управляющий вход другого модулятора 4. Форма опорного сигнала до и после инвертора показана на фиг. 2а и 2б.

Модуляторы преобразуют постоянные напряжения U Sin Q u U cos Q в импульсы, которые поступают на сумматор 5.

На выходе сумматора получается ступенчатое переменное напряжение, фаза первой гармоники которого относительно опорного сигнала равна углу Q. Первая гармоника (фиг. 2в) .выделяется в блоке 6 фильтрации, преобразуется в прямоугольные импульсы формирователем 7 и через управляемый инвертор 8 поступает на вход дифференцирующей цепи 9, .которая вырабатывает короткий импульс от передне- . го фронта импульса с выхода управляемого инвертора 8. Опорный сигнал, поступающий на управляемый инвертер 3, подается также .на вход дифференцирующей цепи 10, которая вырабатывает короткий импульс от переднего фронта опорного сигнала. Выходы дифференцирующих цепей 9 и 10 подключены соответственно к первому и второму управляющему входам ключевого элемента 11, а также через коммутатор 12 к первому и второму управляющим входам ключевого элемента 13. Импульсы, вырабатываемые дифференцирующими цепями, открывают и закрывают ключевые элементы, которые -пропускают счетные импульсы (фиг. 2г и 2д) с генератора импульсов 14 на первый и второй счетчики 15 и 16, кроме того, выход счетчика 15 связан со входом счетчика 16. Управляемые инверторы

3 и 8 связаны .с коммутатором 12 общей шиной 17 управления.

Преобразователь работает циклически.

Каждый цикл разбит на два полуцикла.

В первом-полуцикле (Т, фиг. 2) управляемые инверторы 3 и 8 выключены, т.е. сигнал с формирователя 7 прямоугольных импульсов на дифференцирующую цепь 9 и опорный сигнал с формирователя 1.опорных сигналов на модулятор 4 проходят без инвертирования. В этом полуцикле состоя ние коммутатора 12 таково, что выход дифференцирующей цепи 9 соединен с входом («(-топ») ключевеге элемента 13, а выход диффер ющей цепи 10 — со входом («Стар ключевого элемента 13, При этом оба ключевых элемента ll и 13 открываются передним фронтом опорного сигнала, а закрываются пережним фронтом сигнала с выхода блока 6 фильтрации, который показан сплошной линией на фиг. 2в.

На этой же фигуре штриховой линией показана первая гармоника сигнала с выхода сумматора 5. Фаза этого сигнала относительно опорного равна Q, а сигнал на выходе блока .6 фильтрации дополнительно

920805

5 сдвинут на величину Ь <р. Таким образом, в первом счетчике оказывается число.

N>< =ЯМу; (1) а во втором счетчике оказывается такое же число

Ии=Я+Ь9 (2).

Во втором полуцикле (Тг, фиг. 2) инверторы 3 и 8 включены, т. е. сигнал с формирователя прямоугольных импульсов на дифференцирующую цепь 9 и опорный, сигнал с формирователя 1 опорных сигналов на модулятор 4 поступают инвертированны- . ми. Выход дифференцирующей цепи 9 через коммутатор 12 соединен со входом («Старт») ключевого элемента 13, а выход дифференцирующей; цепи 10 — с входом («Стоп») ключевого элемента 13.:

При инвертированном опорном сигнале фаза первой гармоники сигнала .на выходе сумматора 5 равна 2 †Q, но так как ключевой элемент 13 открывается задним фронтом сигнала с выхода блока 6 фильтрации, а закрывается передним фронтом опорного сигнала, и сигнал на выходе блока 6 фильтрации дополнительно сдвинут на ту же величину Ь<, то в счетчик 16 вводится число

Ng> 2% -(2X,-R+h9) =G.-Ь<р, (3) и в результате в этом счетчике будет чис,по

Nz =Nz>+ Nzz 8+69+6.-ЬЯ =28-. (4)

Преобразуемая угловая величина . рав4. г (5)

Из выражения (4) видно, что дополнительные набеги фазы в блоке 6 фильтрации взаимно уничтожаются.

Однако ввиду того, что в каждом полуцикле в счетчик может поступать число . только в пределах 0 4 N 2 Х, возможны случаи, когда в счетчике 16 окажется число К ф 2Q. Такие ситуации возникают, когда

6.+ Ь9 >23; . (6)

8 --Ь Р < О ., (7)

При ситуации (6) число Nz> введенноев счетчик 16 ., в первом полуцикле, будет отличаться от числа N на величину 2%;:а число N z, введенное во втором полуцикле, равно Ng: При ситуации,(7) число N4=Ng<, а число N отличается Hà 2Х от числа Nig

Обе ситуации не могут существовать одновременно, поэтому окончательное число в счетчике 16. будет и 2R+2% т йх . (8) и преобразуемая угловая величина будет

М

Q. = +.K

2 (9) 5

1О

40

Формула изобретения

Преобразователь угловых величин в код, содержащий формирователь опорных сигна45 лов, первый выход которого соединен с управляющим входом первого модулятора, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого через блок фильтрации соединен с формирователем прямоугольных импульсов, второй выход форми50 рователя опорных сигналов соединен с вхо55

Для выявления ситуаций (6) или . (7) и введения поправок в/показания счетчйка

16 используется счетчик 15.

Для исключения влияния переходных процессов на выходе блока 6 фильтрации при инвертировании опорного сигнала между полуциклами предусмотрены паузы.

1 б

Добавление в счетчик 16 величины 2 Х производится во время паузы после второго полуцикла, после чего информация считывается.

Предлагаемый преобразователь обеспечивает полную компенсацию сдвига фазы в блоке 6 фильтрации, если сдвиг фазы находится в пределах 0

В блоке 6 фильтрации могут быть использованы различные типы фильтров, например фильтр нижних частот или полосовой фильтр.

В случае использования фильтра нижних частот следует использовать модуляторы, на выходах которых отсутствует постоянная составляющая.

Фильтр . должен быть рассчитан так, чтобы сдвиг фазы в нем был в указанных пределах с фчетом нестабильности частоты опорных — сигналов и параметров фильтра.

При использовании полосового фильтра для выполнения этого условия необходимо, чтобы средняя частота его полосы пропускания была ниже частоты опорных сигналов с учетом нестабильности.

Для расширения диапазона корректируемых сдвигов фазы блок 6 фильтрации может быть выполнен в виде последовательно соединенных фильтра и фазосдвигающей цепи, посредством которой производится компенсация начального сдвига фазы в фильтре так, чтобы общий начальный фазовый сдвиг в блоке фильтрации был близок к середине корректируемого диапазона, т. е. Ц2.

При этом не накладываются дополнительные ограничения на тип фильтра и модуляторов.

Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает полную компенсацию ошибок; обусловленных нестабильностью фазовой характеристики фильтра и нестабильностью частоты опорных сигналов, что повышает точность преобразователя. дом первой дифференцирующей цепи, выход которой соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого соединен с первым управляющим входом ключевого элемента, выход которого соединен с входом первого счетчика, вторую дифференцирующую цепь и второй модулятор, выход которого соединен с вторым входом сумма920805

Составитель р. Барабаш

Редактор Т. Парфенова Техред А. Бойкас Корректор С. Щомак

Заказ 2351 60 Тираж 639 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тора, генератор импульсов, выход которого соединен с входом ключевого элемента, шину управления, подключенную к управляющему входу коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемые инверторы, второй счетчик и второй ключевой элемент, выход которого через второй счетчик соединен с входом первого счетчика, выход формирователя прямоугольных импульсов через первый управляемый инвертор соединен с входом второй дифференцирую щей цепи, выход которой соединен с первым управляющим входом второго ключевого элемента и вторым входом коммутатора, второй выход которого соединен с вторым управляющим входом первого ключевого эле8 мента, выход первой дифференцирующей цепи соединен с вторым управляющим входом второго ключевого элемента, к входу которого подключен выход генератора импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом второго управляемого инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго модулятора, а шина управления подключена к управляющим входам первого и второго управляемых инверторов.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3636554, кл. Н 03 К 13/02, опублик. 13.05.70.

2. Патент Великобритании № 1201118, кл. Н 03 К 13/20, опублик. 20.05.68.