Трансформаторный цифроаналоговый преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву—

Г. (22) Заявлено 04. 07. 79 (2t) 2792408/18-21

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<»»» 966884

511М На з (Н 03 К 13/02 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

O (23) Приоритет— (53) УДК 681. 325 (088. 8) Опубликовано 15,1082. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 15.10.82 (72) Авторь» изобретения

Е.В.Харитонов и В.И.Киселев

- (7! ) Заявитель (54 ) ТРАНСФОРМАТОРНЬЖ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в част". ности к преобразованию сигналов применительно к системам числового програм- 5 много управления, и может быть использовано для связи п»ифровой вычислительной машины с объектом управления.

Известен трансформаторный цифроаналоговый преобразователь, содержащий пять трансформаторов, четыре преобразователя .кодов, блок управления и пять коммутаторов f1).

Однако устройство конструктивно громоздко и сложно, поскольку содержит пять трансформаторов с секционированными обмотками, изготовление которых технологически затруднено, так как их намотка требует большой точности, при этом количество переключателей секций и отводов вторичных обмоток, трансформаторов (по

10 на каждуи», достаточно велико, что сказывается на надежности оаботы .устройства.

Известен также трансформаторный цифроаналоговый преобразователь, содержащий три секционированных трансформатора, шесть коммутаторов, блок управления и источник опорно- 30 го напряжения, первый выход которого соединен с началом вторичной об" мотки первого. трансформатора, концами первичных обмоток второго и третьего трансформаторов и общей шиной второй выход источника опорного напряжения подключен к концу вторичной бб»ютки первого трансформатора, выход »первого коммутатора соединен с началом вторичной обмотки второго и началом первичной обмотки третьего трансформатора, от» воды вторичных обмоток трансформато-. ров подключены к входам первого, второго и третьего коммутаторов 21.

Однако данное устройство также характеризуется .сложной конструкцией и низкой надежностью, так как количество трансформаторов с секционированными обмотками, не технологичными в изготовлении (обмотки должны мотаться с .винтовой ошибкой

На обьютку не больще чем на половину витка), остается прежним, так- . же как и кбличество дополнительного оборудования на подключение секций .и отводов.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства.

966В84

Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторном цифроаналоговом преобразователе, содержащем три секционирова ". трансформатора, шесть коммутаторов, блок управления и источник опорного напряжения, 5 ,первый выход которого соединен с наЙалом вторичной, обмотки первого трансформатора, концами первичных обмоток второго и третьего трансформаторов и общей шиной, второй 10 выход источника опорного напряжения подключен к концу вторичной обмотки первого трансформатора, выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов, выход 15 первого коммутатора соединен с началом вторичной обмотки второго и началом первичной обмотки третьего трансформаторов, отводы вторичных обмоток трансформаторов подключены к входам первого, второго и третьего коммутаторов, первый вход четвертого коммутатора соединен с вторым выходом источника опорного напряжения, началом первичной обмотки втброго трансформатора и выходом третьего коммутатора; второй вход четвертого коммутатора подключен к выходу второго коммутатора, третий вход четвертого коммутатора соединен с нача-, лом вторичной обмотки третьего транс-З0 форматора, причем первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены соответственно с первыми входами пятого и шестого коммутаторов, вторые входы которых подключены к об-З5 щей шине, выходы пятого и шестого коммутаторов срединены с выходными шинами устройства.

На чертеже представлена принципи- 40 альная схема трансформаторного цифроаналогового преобразователя.

От источника 1 питания .опорное напряжение переменного тока подводится к концу обмотки трансформатора 2 45 средних разрядов, выполненного по автотрансформаторной схеме, к началу первичной обмотки трансформатора 3 младших разрядов, к выходу коммутатору 4 отводов обмотки трансформатора 5 младших разрядов, к началу обмотки трансформатора 2 и к концам первичных обмоток трансформаторов 3 и 5 младших разрядов. Секции .обмотки трансформатора 2 средних разрядов через коммутатор б отводов подсоединены к началу первичной обмотки трансформатора 5 младших разрядов и к началу вторичной обмотки трансформатора 3 млад аих разрядов .

Промежуточный коммутатор 7 соединен 60 первым коммутируемым входом с потенциальной шиной источника. питания, .вторым - с выходом коммутатора 8 отводов вторичной обмотки трансформатора 3 младших разрядов, а третьйм— с началом вторичной обмотки трансформатора 5 младших разрядов. Два выходных коммутатора 9 и 10 соединены первыми коммутируемыми входами соответственно с первым и вторым выходами промежуточного коммутатора 7, а вторыми — c шиной нулевого потенциала источника питания совместно с концами первичных обмоток трансформаторов 3 и 5 и началом первичной обмотки трансформатора 2, при этом к нагрузке подключаются синусные выходы 11 и. 12 коммутатора 9 и косинусные выходы 13 и 14 коммутатора 10. шина 15 входного кода соединена с блоком 1б управления, у которого выходные шины 17-.20 старших разрядов кода соединены с третьими управляющими входами выходных коммутаторов 10 и 9 (шины 17 и 18) и с четвертым и пятым управляющиМи входами промежуточного коммутатора 7 (шины 19 и 20). Нина 21 мпадших разрядов кода соединена совместно с управляющими входами коммутаторов 8 и 4 отводов вторичных обмэток трансформаторов 3 и 5, а шина 22 средних разрядов кода - с управляющими входом коммутатора б отводов обмотки трансформатора 2.

Трансформаторы 3,2 и 5 намотаны с таким числом витков, что коэффициент К равен для трансформато г ра 2 к.„= tap, (1) для трансформаторов 3 и 5 . к, - tg, (г) где

l3 Ч Ь1О (3) У = ос 1оо. (4)

Ь„с - целые числа от 0 до 9; б — вес младшего разряда, так что трансформаторы 3 и 5 одинаковы по параметрам.

Для получения угла поворота ротора датчика или суммарного вектора от составляющих по синусному и косинусйому каналам, соответствующего заданному входному коду, устройство должно реализовать выражения

П9к = tg,P + tg - (5)

U," = 1 -tgb. tR Y (б)

Выражения (5) и (б) образуются иэ выражений (3) и (4), если весу аргумента старшего разряда придать значения, только кратные )я., т.е.

К=Ь- П

Я

Ъ где и = 1,2,3,...

Тогда при этих значениях всегда

91И вЂ” = +4 И CO% =О.

П . П

2. 2

В этом случае, если принять, что аргумент среднего разряда не пре966884 вышает величины ll 4., преобразование можно вести в пределах октанта двухразрядной схемой на трех трансформаторах, отвечающей выраже-ниям (5) и (6). В последующих октантах для преобразования в пределах 0-360 используется эта же схема, для чего в четных октантах требуется при значениях fb=fl(4- с помощью промежуточного коммутатора 7 менять местами оси синуса и косинуса, а в нечетных октантах ! с помощью выходных коммутаторов

9 и 10 — направление осей синуса или косинуса или их обеих.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном положении, когда входной код отсутствует и заданный угол равен нулю, через дешифраторы от блока 16 управления по шинам 17-22 сигналы нулевого уровня одновременно поступают соответственно на управляющие.входы коммутаторов 10, 9,7,8 и 4,6, причем от обеих шин

18 и 19 — на один коммутатор 7 и от одной шины 21 — на оба коммутатора

8 и 4. B этом случае шина нулевого потенциала источника 1 питания совместно с началом обмотки трансформатора 2 и концами первичных обмоток трансформаторов 3 и 5 и со вторыми входами коммутаторов 9 и 10 подключается коммутатором б к началам первичной обмотки трансформатора 5 и вторичной обмотки трансформатора

3, а коммутатором 8 — к второму комму тируемому входу коммутатора 7, котот рый подключает ее к первому коммутируемому входу коммутатора 9, а последний — к выходам 11 и 12, и коммутатор 10 — к выходу 13. Потенциальная шина источника 1 питания совместно с .концом обмотки трансформатора 2 и началом первичной обмотки трансформатора 3 коммутатором 4. подключается к началу вторичной обмотки трансформатора 5 и к третьему коммутируемому входу коммутатора 7, который подключает ее к первому коммутируемому входу коммутатора 10 а последний. — к выходу 14, Таким образом, в исходном положении на синусных выходах 11 и 12 напряжение отсутствует, а на косинусных выходах 13 и 14 оно максимально и равно питающему. Старшим разря-. дам кода соответствуют углы 45, 90, 135, 130, 225, 270, 315.

IpH изменении кода от 0 до М заданное его значение .подается по шине 15 в блок 16 управления.

В процессе преобразования в преде-. лах первого октанта, когда требуео мые величины угла меньше 45, входной код дешифруется в блоке 16 и поступает в виде управляющих сигналов по шин ам 1 7-20 ст арших ра э рядов соответственно на коммутаторы 9,10 и

7, на которые поступают нулевые сигналы. Коммутатором 7 к первому коммутируемому входу коммутатора 9 подключается выход коммутатора 9, а к первому коммутируемому входу ком-! гу-татора 10 — начало вторичной обмотки трансформатора 5. Коммутатором 9 первый выход коммутатора 7 под10 ключается к выходу 11 коммутатора 9, коммутатором 10 второй выход коммутатора 7 - к выходу 14 коммутатора 10, а шина нулевого потенцйала коммутатора 9 и 10 - к их выходам 12

15 и 14 соответстьенно. По шинам младшего 21 и среднего 22 разрядов сигналы поступают на управлянв ие входы-коммутаторов 8 и 4!первые ) и коммутатора б (вторые) .

20 Чри каждом дискретном изменении входного кода коммутаторами 8 и 4 производится поочередное и синхронное подключение одноименных секций вторичных обмоток транс25 форматоров 3 и 5 младших разрядов по направлению QT их начал к концам по мере возрастания значений входного кода, начиная с первой единицы, и после подключения последЗО ней секции при переполнении счетчика в блоке 16 управления младшие разряды кода в этом блоке обнуляют-. ся, появляется единица переноса из младшего разряда з средний, в ре«35. зультате чего коммутатором б подключается к его выводу очередная соответствующая секция обмотки трансформатора 2 средних разрядов также в направлении от начала к концу обмотки, начиная с единицы среднего

4О разряда, после черо секции трансформаторов младших разрядов снова начинают переключаться коммутаторами

8 и 4 в направлении от начал обмоток к концам. При этом напряже45 ние на выходах 11 и 12 возрастает, а на выходах 13 и 14 убывает, в первом случае пропорционально синусу, а во.втором — косинусу угла в соответствии с формулами (5) и (6)

Таким образом, при выбранном значении веса младших разрядов,р 0,45 возможно преобразовать 99 десятичных значений входного кода в предела г

45, при этом максимальный угол равен 44,55. При этом значении угла последний отвод, ближайший к концу обмотки трансформатора 2, подключен к выходу комкутатора 6, а концы вторичных обмоток трансформато "ров 3 и 5 подключены каждая к выходам коммутатора 8 у первого и коммутатора 4 (у второго).

При достижении значения кода, соответствуюшего 45 младшие и сред65 ние разряды не обнуяяются, а управ966884 ляющие сигналы старших разрядов приМимают иные состояния. От шин 19 и 20 блока 16 управления поступают единич- . ные управляющие сигналы, первый иэ которых подключает потенциальную шину источника питания к первым коммутируемым входам: у коммутатора 9 вместо выхода коммутатора 8, у коммутатора 10 — вместо начала вторичной обмотки трансформатора 5, . а второй переключает между собой-мес- 10 тами первый и второй выходы комму татора 7. От шин 17 и 18 сигналы отсутствуют.

Таким образом, на синусных 11 и 12 и косинусных 13 и 14 выходах 15 напряжение одинаково и равно питающему. Угол 45" соответствует сотому значению входного кода.

В процессе преобразования в пределах второго октанта, когда требуемые величины угла изменяются в пределак от 45 до 90,. управляющие сигналы старших разрядов кода принимают следующие состояния. Io шине 19 блока управления сигнал обнуляется и тем самым от первого коммутируемого входа коммутатора 7 отключается потенциальная шина источника питания, а ко второму и третьему коммутируемым входам подключаются соответственно выход коммутатора 8 н начало вФЬричной обмотки трансформатора 5, а по шине 20 сохраняются единичными и тем самым остаются переключенными между собой местами первый и второй выходы ком- 35 мутатора 7. В этом случае синусные выходы 11 и 12.принимают значение ко- синусного, а косинусные выходы

13 и 14 — синуеного, т.е. меняются оси отсчета составляющих суммарного 40 вектора выходного сигнала преобразователя, по шинам 17 и 18 сигналы отсутствуют.

Управляющие сигналы по шинам млад-. шего 21 и старшего 22 разрядов пере- 45 ключают отводы секций трансформаторов 3,5 и 2 аналогичным, как и в первом октанте, образом, но в направлении от концов к началам обмоток, начиная с первой единицы второго октан- 5О та, что может быть осущесгвлено, например, с помощью реверсивного счетчика в блоке 16 управления. Н этом случае напряжение на выходах 11 и 12 возрастает, а на выходах 13 и 14 убывает, в первом случае пропорционально синусу, а во втором — косинусу в силу равенства

B.ïðîöåññå преобразования в пределах четвертого октанта от 135 до

180 управляющие сигналы старших разрядов принимают следующее состояние.

Б1н (и- а() =cd+ — А), 4

При достижении значения кода, соответствующего 90, младшие и средние разряды обнуляются, в результате на втором коммутируемом входе коммутатора 7 напряжение отсутствует,а на65 его третьем входе оно максимально и равно питающему, и так как выходы коммутатора 7 в дайный момент переключены между собой местами, на синусных выходах 11 и 12 напряжение максимально и равно питающему, а на косинусных выходах 13 и 14 оно отсутствует.

Таким образом, в диапазоне углов

0-90 возможно преобразовать 200 десятичных значений входного кода.

В процессе преобразования в пределах третьего октанта от 90 до 135, когда требуемые величины угла меньше 135, управляющие сигналы старших разрядов кода принимают следующее состояние.

По шине 20 сигнал сохраняется единичным, тем самым остаются пере.ключенными между собой местами пер вый и второй выходы коммутатора 7, по шине 17 появляется единичный сигнал, вследствие чего коммутатор 10 подключает свой выход 13 ко второму выходу коммутатора 7, а выход 14 — к шине нулевого потенциала и тем самым изменяет .полярностИ сигнала на этих выходах. По шинам 18 и 19 сигналы отсутствуют..

Управляющие сигналы по шинам 21 и 22 переключают отводы секций трансформаторов аналогично и в том же порядке, как и при преобразовании в первом октанте, т.е. от начал обмоток к концам, начиная с первой единицы третьего октанта.

При достижении 135 младшие и средние разряды не обнуляются, а управляющие сигналы старших разрядов кода принимают следующее состояние.

По шине 19 появляется единичный, сигнал, который подключает потен- --=-. циальную шину источника питания к первым коммутирующим входам: у коммутатора 9 — вместо выхода коммутатора 8, у коммутатора 10 — вместо начала вторичной обмотки транс, форматора 5.По ширине 20 сй1"иал обнуляется и тем самым переключает между собой местами первый и второй выходы коммутатора 7, возвращая их в исходное местоположение. От шины 17 сигнал сохраняется единичным и тем самым остается измененной полярность сигнала на косинусных выходах 13 и 14. От шины 18 сигнал отсутствует. Таким образом на синусных 11 и 12 и косинусиых 13 и 14 выходах напряжение одинаково и -равно питающему, причем на косинусном с обратной полярностью по отношению к синусному.

966884

Формула изобретения

По шине 19 сигнал обнуляется и тем самым от первого коммутируемого входа коммутатора 7 отключается потенциальная шина источника питания, а ко второму и третьему коммутируемым входам подключается соответственно выход коммутатора 8 и начало вторичной обмотки трансформатора 5. От шины 17 сигнал сохраняется единичный и тем самым остается измененной полярность сигнала на коси- нусных выходах 13 и 14. От шин 18 и 20 сйгналы отсутствуют.

Управляющие сигналы от шин 21

1и 22 переключают отводы секций трансформаторов аналогично и в том же порядке, как и при преобразовании во втором октанте, т.е. в направлении от концов к началам обмоток, начиная с первой единицы четвертого октанта. При достижении значения о кода, соответствующего 180, младшие и средние разряды обнуляются, в результате на втором комутируемом вхо.де коммутатора 7 напряжение отсутствует, а на его третьем входе оно максимально и равно питающему, и так как выходы коммутатора 7 в данный момент переключены между ..собой местами в соответствии с исходным местоположением,. то на синусных выходах 11 и 12 напряжение отсутствует, а на косинусных выходах оно максимально и равно питающему, но с обратной полярностью ввиду единичного сигнала от шины 17 блока управления.

Таким образом, в диапазоне 0-180 возможно преобразовать 400 десятичных значений входного кода.

Дальнейшее преобразование по

5-6-7-8 октантам в диапазоне углов от 180 до 360 происходит аналогично преобразованию в диапазоне

0-180, c той лишь разницей, что в старших разрядах кода от шины 18 блока управления постоянно присутствует единичный управляющий сигнал, посредством которого коммутатором 9 его выход 12 подключен к первому выходу коммутатора 7,а выход 11 — к ши= не нулевого потенциала и тем самйм изменена полярность сигнала на синусных выходах 11 и 12.на всем диа пазоне 180-360 по сравнению с . полярностью этого сигнала в диапазоне 0-180

Таким образом, конструкция пред-. лагаемого преобразователя значительно проще конструкции известного.

Упрощение конструкции и применение стандартных более надежных элементов повышает надежность устройства в работе, а применение устройства, например, в.системе ЧПУ (числового программного управления) позволит получить высокую дискретность эадания перемещения с достаточно малыми значениями.

- За счет повышения, надежности работы, упрощения технологии изготовления, уменьшения вспомогательного ,оборудования по предварительным подсчетам годовая технико-экономическая эффективность от внедрения одного устройства в системе программного управления станком составит прибли10.зительно 500-700 руб.

Трансформаторный цифроаналоговый преобразователь, содержащий три секционированных трансформатора, шесть коммутаторов, блок, управления и ис2О точник опорного напряжения, первйй выход которого соединен с началом вторичной обмотки первого трансформатора, концами первичных обмоток второго и третьего трансформаторов и общей шиной, второй выход источника опорного напряжения подключен к концу вторичной обмотки первого трансформатора, выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов, выход первого коммутатора- соединен с началом вторичной обьютки второго и началом ,первичной обмотки третьего трансфор" маторов, отводы вторичных. обмоток трансформаторов подключены к,входам

З5 первого, второго и третьего коммутаторов, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, первый вход. четвертого коммутатора соединей

40 с вторым выходом источника опорного напряжения, началом первичной обмотки второго трансформатора и выходом третьего коммутатора, второй вход четвертого коммутатора подключен

45 к выходу. второго коммутатора, тре тий вход четвертого коммутатора соединен с началом вторичной обмотки третьего трансформатора, причем первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены соответственно

/ с первыми входами пятого и шестого коммутаторов, вторые входы которых подключены к общей шине, выходы пятого и шестого коммутаторов соединены с .выходными шинами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.1. Патент США Р 3662379, кл. 340-347, кл. Н 03 К 13/02, 29.12.,69.

2. Еиселев В.М. Фазовые системы программного управления станками, N., "Машиностроение", 1976, с. 257 рис. 146 (прототип)..

966884

Закаэ

-Составитель A.Ñêìàãöí

Редактор Л.Алексеенко Техред A.Бабинед .. КорректорМ.Демчик

7900/76 Тираж 959 П одпи оное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

s по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал IItIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

f и>

® г

Я

Ос гщ