Преобразователь угла поворота вала в код

 

ОП ИСАНИЕ

И306РЕТЕНИЯ

К А®ТОМСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ

Союз Советскик

Соцналнетнчеекнн рвснубмик (ii)942097 (6l ) Донолнктельное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 14.11.80 (2I ) 3006111/18-24 с прнсоеднненнем заявки М (23) Прнорнтет

Онублнковано 07.07-82 Бюллетень М 25 (51)M. Кл.

О08 С 9/04 феударетеенвй квинтет

CCCP аю делам наебретеннй н атаритнй (5З ) УЛ К681. .325(088. 8) Дата опубликования опнсання07.07.82 (72) Авторы изобретения

Т. Л. Игнатиенков А. П. ПинчУЕ и О.: A Хайнацкйй (7I) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, преобразующих угловые перемещения вала в код.

Известен преобразователь угла новорота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор опорного напряжения, многополюсный синусно-косинусный датчик угла, выполненный например, в виде индуктосина, двухполюсны»

1О синусно-косинусный приемник, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и блок формирования полезного сигнала, выполненный, например, в виде исполнительного двигателя и кодового датчика угла, кинематически подключенных к валу синусно-косинусного датчика угла Г1) .

Достоинством этого преобразователя является высокая точность преобразования выходных сигналов датчика (индук- 2о тосика) в цифровой код, определяемая, главным образом погрешностью двухполюсного приемника. Однако, наличие в схеме этого преобразователя инерционного элемента-электродвигателя приводит к появлению большой погрешности преобразования в динамике.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь угла поворота вала в код, со держащий последовательно включенные генератор опорного напряжения, синуснокосинусный датчик угла, выходы которого соединены с первым и вторым входами цифрового синусно-косинусного делителя напряжения, выход которого через усилитель подключен ко входу фазочувствитель ного выпрямителя, выход которого через блок управления соединен со входом кодового регистра 12) .

Преимуществом этого преобразователя является высокая точность преобразования выходных сигналов датчика угла как в статике, так и в динамике, малые габариты и вес, высокое быстродействие.

Однако для нормального функционирования этого преобразователя необходимо, чтобы выходные сигналы многополюсного

942007

СКВТ, используемого в качестве датчи ка, поступающие на соответствун цие входы цифрового синусно-косинусного делителя напряжения (IICKQH) имели достаточно большую по величине амплиту- 5 ду, значительно превышаюшую уровень

"паразитных" сигналов (помех, шумов, остаточного напряжения,...) возникающих на выходе НСКДН, следовательно, недостатком его является невысокая точ ; ность.

Бель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворота вала в код путем уменьшения влияния параэитных наводок HB выходной код преобразователя.

Поставленная цель достигается тем,, что в преобразователь угла поворота вала,в код, содержащий генератор опорного напряжения, синусно-косинусный датчик угла, выходы которого соединены с аналоговыми входами цифрового синуснокосинусного делителя напряжения, выход которого через усилитель соединен с первым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого через последовательно соединенные преобразователь напряжения — частота и блок управления подключен ко входу кодового регистра, введены зо цифровой сумматор, усилитель-формирователь, делитель частоты, нуль-орган, фазосдвигающий блок и фазоинвертор, первый вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, а выход—, с входом синусно-косинусного датчика угла, выход генератора опорного напряжения через последовательно соединенные фазосдвигающий блок, нуль-орган и делитель частоты подключен ко второму входу фазоинвертора и к входу усилите40 ля формирователя, выход которого подключен к первому входу цифрового сумматора> второй вход которого соединен с выходом старшего разряда кодового регистра,.а выход — с входом старшего разря45 да цифрового синусно-косинусного делителя напряжения, остальные цифровые входы которого соединены с остальными выходами кодового регистра, второй вход фазочувствительного выпрямителя соединен с выходом генератора опорного напряжения.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код. 55

Преобразователь содердит генератор

1 опорного напряжения, синусно-косинусный датчик 2 угла, цифровой синуснокосинусный делитель 3 напряжения (НСКДН), усилитель 4, фазочувствительный выпрямитель 5, преобразователь 6 напряжение — частота, блок 7 упрввле ния, кодовый регйстр 8, цифровой сумматор 9, одноразрядный фазоинвертор 10, фазосдвигающий блок 11, нуль-орган 12, делитель 13 частоты, усилитель-формирователь 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходное нвйряжение Uas (E) генератора 1 с частотой (No поступает на первый вход фазоинвертора 10, выходное напряжение которого поступает нв запитку первичной обмотки датчика 2.

На второй вход фазоинвертора 10 поступают прямоугольные коммутирук цие импульсы типа меандр с частотой

О уЦ, где 1 =2, 3,...,Причем при нулевом уровне коммутирующих импульсов фаза выводного нвлряжения фаэоинвертора

1.0 совпадает с фазой напряжения генератора 1, а при единичном уровне; коммутирующих импульсов фаза выходного напряжения фазоинвертора 10 скачкообразно изменяется на 180 . Для формирования коммутирующих импульсов выходное напряжение генератора 1 через фазссдвигающий блок 11 и нуль-орган 12 поступает на вход делителя 13 частоты.

В делителе 13 прямоугольные импульсы нуль-органа 12,, следующие с частотой что, делятся по частоте в рвз.

При запнтке первичной обмотки датчик 2 синусоидальным напряжением, модулированным скачкообразно 0-1 80 по фазе, на выходных обмотках датчика

2 также индуктируются синусоидвльные напряжения, скачкообразно модулированные по фазе, амплитуды которых изменя1отся в функции от измеряемого угла о о по законам синуса и косинуса, т.е. ц =0о 1ййо, 4к ()оСоМо

Выходные напряжения 01 и 0<< датчика 2 поступакж соответственно на первый (синусный) и второй (косинусный) входы НСКДН 3 который управляет кодом Ь Я вЂ” разрядного регистра 8.

При нулевом уровне коммутирующих импульсов, образованных на выходе делителя 13 частоты, т.е. в интервале времени Π— Т, гдеТх =1(ц)х, нв втором

4 входе сумматора 9 появляется нулевой сигнал (так.как сигнал на выходе усилителя-формирователя 14 равен нулю) .

При этом дискретный сигнал старшего разряда регистра 8, проходящий чь9420!

5 рез сумматор 9, не изменяется по модулю и выходной код регистра 8 проходит на цифровой вход UCKHQ 3 без изменения.

В этом случае выходное напряжение 5 на выходе UCKHIl 3 равно

0<=Up (S1l1atocosP сола(о61и ) 51@(got или после преобразований с учетом сигнала-помехи Uno/N Ь), наведенной от генератора 1 в линии связи датчик 2— иСКДН 3 ., " -- )оаэи(йо-Р)ММо +

Г „омсоЧ -0 61ht) 51M(lLlot+ 9„), где . Uno - амплитуда сигнала-помехи, наведенного в линии связи датчик 2 — ЦСКДН 3; — фаза сигнала помехи.

П

- 3о 1ю (4- )Ми и)ф - Я Unp s1n

1 х ф+4 )уи (tept+4n) При единичном уровне коммутирующих импульсов, т.е. интервале времени «>7<» 25

»7 фаза выходного напряжения фазоо инвертора 10 изменяется на 180, и на втором входе сумматора 9 - единичный сигнал (так, как сигнал на выходе усилителя-формирователя 14 равен еди- 5о нице) .

При этом дискретный сигнал старшего разряда регистра 8 изменяется по модулю на единицу. В результате код, поступающий на цифровой вход UCKQH 3, 55 отличается от кода регистра 8 на единицу старшего разряда, т.е. по углу — на 180 о

В этом случае выходное напряжение

ЦСКДН 3 равно ц =0 ЧИА СО ф+19О )-СОМ оЧИ ф+ ВО )) 40 1И(во 1"19 ) или после преобразований с учетом сигнала помехи

0,- Оф1и (д о- Ь) 61и ®о +! помСОЬ ф +4 gOо)

1Ъом 1 ф+ИО Я ь1и(в,t+9n) () =UOVn(dO-Р)ЬЭЮ, -ДЦ„,„ 1 „» х(+46 )Йи((цэ + пом) (2)

Выходное напряжение ЫСКДН 3, представленное уравнениями (1) и (2), поступает через усилитель 4 на вход фазочувствительного выпрямителя 5, на второй вход которого поступает опорное налряжение Upn (t) с выхода генератора.

97 6

При постоянной времени Тфч 5 фазочувствительного выпрямителя 5, равной и т„, сигнал на выходе фазочувствительного выпрямителя 5 равен сумме амплитуд переменных напряжений, представленных уравнениями (1) и (2), т.е.

" = "о" ф 1иЖо &)+" 4ом фчВ "" у с(f+46-)- 70пом "фЧВ 1 (Pi4 или фщ - о (фц "" (p P) (3) Этот сигнал, пропорциональный разности между измеряемым углом и кодом регистра 8, поступает через преобразователь 6 напряжение — частота в блок

7 управления, на выходе которого формируется управлякщий сигнал, изменякщий код регистра 8 в сторону- уменьшения сигнала рассогласования (3).

При нулевом выходном сигнале фазочувствительного выпрямителя 5 преобразователь 6 и блок 7 управления отключаются, при этом как следует из (3) выходной код регистра 8 равен измеряемому углу о(без учета погрешностей,, обусловленных сигналом-помехой Unp ($), наведенным от генератора 1 в линии связи датчик 2 — ЦСКДН 3. Настоящий пример приведен для случая применения в качестве датчика 2 индуктосина.

В том случае, если в качестве датчика 2 используется СКВТ с большой постоянной времени Т „вт, например, типа ВТ-5, то на точность рассматриваемого преобразователя отрицательное влияние оказывают переходные процессы, возникающие на выходе обмоток СКБТ датчика 2, вследствие скачкообразного, изменения фазы напряжения фазоинвертора 10. Для исключения переходных процессов в преобразователе введен фазосдвигакяций блок 11, который сдвигает входное напряжение нуль-органа 12 по фазе относительно выходнбго напряжения генератора 1 на угол 1 фу. Благодаря этому происходит пропорциональное смещение начальной фазы коммутационных импульсов, которая определяет момент скачкообразного изменения фазы выходного напряжения фазоинвертора 10.

При Ь ф =@ где т- фазовый сдвиг между вектором тока, проходящего через первичную обмотку СКВТ датчика 2 в установившемся режиме, и вектором напряжения, прило7 142097 8

ВНИИПИ Заказ 4847/43 Тираж 642 Подписное

ФилиалППП Патент, r. Ужгород., ул. Проектная, 4 женного к первичной обмотке CKBT дач. чика 2у х, что .выполняется ф счет выбора соотве ь ству квцих параметров фазосдвигакхцего

5 блока 11, переходные процессы, возникакщие на выходе СКВТ 2, равны нулю и, следовательно, не оказывают влияние на точность .преобразователя.

При кснрп,зовании в качестве датчика 2 индуктосина погрешность преобразователя в пределах 1 шага индуктосина уменьшится с 40 угл. с (в известном) до 2 угл. с.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, синусно-косинусный датчик угла, выходы которого соединены с аналоговыми входами цифрового сииуснокосинусного делителя напряжения, выход которого через усилитель соединен с первым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого через последовательно соединенные преобразователь. напряжение-частота и блок управления подключен к входу кодового регистра, 3 отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены пифровой сумматор, усилитель-4ормирователь, делит ты, нуль-орган, фазосдвигаюший блок и фазоинвертор, первый вход которо о сс,. единен с выходом генератора опорного напряжения, а выход - с входом синуснокосинусного датчика угла, выход генератора опорного напряжения через последовательно соединенные фазосдвигакаций блок, нуль-орган и делитель частоты подключен к s poMy входу фазоинвертора и к входу усилии еля-формирователя, выход которого подилючен к первому входу цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом старшего разряда кодового регистра, а выход - с входом старшего разряда цифрового синусно-косинусного делителя напряжения, остальные цифровые входы которого сое» динены с остальными выходами кодового регистра, второй вход фазоЧувствительного выпрямителя соединен с выходом генератора опорного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сафронов Л. Н. и др. Прецизионные датчики угла с печатными обмотками.

М., Машиностроение, 1977, с. 12.

2. Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код.

Л., «Энергия", 1974, с. 143, рис. 67 (прототип).