ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Российский патент 1997 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к точным преобразователям угла поворота вала в код.

Известный преобразователь угла поворота вала в код (авт.св. СССР N 1515365, кл. Н 03 М 1/48) содержит вращающийся трансформатор, селектор квадранта, первый, второй и третий функциональные цифроаналоговые преобразователи, аналоговый сумматор, демодулятор с фильтром, интегратор, преобразователь напряжения в частоту, реверсивный счетчик и дешифратор. В этом преобразователе достигается высокая точность преобразования за счет формирования на третьем цифроаналоговом преобразователе напряжения, которое компенсирует погрешность вращающегося трансформатора, возникающую из-за наличия третьей и пятой гармоник в его выходных сигналах. Величина компенсирующего напряжения на выходе третьего цифроаналогового преобразователя, которое поступает на третий вход аналогового сумматора, устанавливается путем выбора коэффициента передачи этого сигнала в зависимости от количественного содержания указанных гармоник.

Недостатком известного преобразователя угла поворота вала в код является то, что для получения предельно возможной точности преобразования коэффициент передачи компенсирующего напряжения для каждого конкретного экземпляра вращающегося трансформатора должен устанавливаться вручную путем изменения положения движка потенциометра при обязательной установке вращающегося трансформатора на угломерное устройство.

Цель изобретения получение автоматической компенсации погрешности, вносимой вращающимся трансформатором. Для этого в момент прохождения вращающимся трансформатором углового положения 22^o30', что определяется по нулевому значению сигнала на дополнительной маркерной обмотке вращающегося трансформатора, формируется маркерный импульс, по которому происходит сравнение выходного кода преобразователя с кодом, соответствующим углу 22^o30'. Если в этот момент выходной код преобразователя не равен коду угла 22^o30', то по полученной разности кодов происходит автоматическое изменение коэффициента передачи компенсирующего напряжения, что приводит к полной компенсации погрешности вращающегося трансформатора, которая на этом угле имеет максимальное значение.

Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь угла поворота вала в код дополнительно введены демодулятор с фильтром, формирователь импульсов, регистр, статический сумматор, цифровой инвертор, накапливающий сумматор, линейный цифроаналоговый преобразователь, а вращающийся трансформатор дополнительно снабжен маркерной обмоткой, причем выход маркерной обмотки соединен с входом дополнительного демодулятора с фильтром, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен с установочными входами регистра и накапливающего сумматора, поразрядные входы регистра соединены с поразрядными выходами реверсивного счетчика преобразователя, поразрядные выходы регистра соединены с первыми поразрядными входами статического сумматора, на вторых поразрядных входах которого зафиксирован код, соответствующий углу 22^o30', поразрядные выходы статического сумматора соединены с поразрядными входами цифрового инвертора, знаковый выход статического сумматора соединен c управляющим входом цифрового инвертора, поразрядные выходы которого соединены с поразрядными входами накапливающего сумматора, поразрядные выходы накапливающего сумматора соединены с поразрядными входами линейного цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом третьего функционального цифроаналогового преобразователя, а выход соединен с третьим входом аналогового сумматора известного преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя угла поворота вала в код. Он содержит вращающийся трансформатор 1, селектор квадранта 2, первый 3, второй 4 и третий 5 функциональные цифроаналоговые преобразователи, аналоговый сумматор 6, демодулятор с фильтром 7, интегратор 8, преобразователь напряжения в частоту 9, реверсивный счетчик 10, дешифратор 11, дополнительный демодулятор с фильтром 12, формирователь импульсов 13, регистр 14, статический сумматор 15, цифровой инвертор 16, накапливающий сумматор 17, линейный цифроаналоговый преобразователь 18, а вращающийся трансформатор 1 снабжен дополнительно маркерной обмоткой (не показана), причем выход маркерной обмотки соединен с входом дополнительного демодулятора с фильтром 12, выход которого соединен с входом формирователя импульсов 13, выход формирователя импульсов 13 соединен с установочными входами регистра 14 и накапливающего сумматора 17, поразрядные входы регистра 14 соединены с поразрядными выходами реверсивного счетчика 10, поразрядные выходы регистра 14 соединены с первыми поразрядными входами статического сумматора 15, на вторых поразрядных входах которого зафиксирован код, соответствующий углу 22^o30', поразрядные выходы статического сумматора 15 соединены с поразрядными входами цифрового инвертора 16, знаковый выход статического сумматора 15 соединен с управляющим выходом цифрового инвертора 16, поразрядные выходы которого соединены с поразрядными входами накапливающего сумматора 17, поразрядные выходы накапливающего сумматора 17 соединены с поразрядными входами линейного цифроаналогового преобразователя 18, аналоговый вход которого соединен с выходом третьего функционального цифроаналогового преобразователя 5, а выход с третьим входом аналогового сумматора 6.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

При подаче на вращающийся трансформатор 1 напряжения питания Uп огибающие выходных напряжений на фазных обмотках без учета содержащихся в них гармоник имеют вид
f₁(α) = U_п•sinα и f₂(α)= U_п•cosα.

Огибающая выходного напряжения на дополнительной маркерной обмотке, которая изготавливается по той же технологии, что и две основные фазные обмотки, имеет вид
f₃(α)=U_п•sin(α-22^°30′),
т.е. сигнал на ней (фиг.2) проходит через ноль на угле 22^o30'.

Без учета воздействия выходного сигнала функционального цифроаналогового преобразователя (ФЦАП) 5 на выходе аналогового сумматора 6 образуется разностный сигнал
ΔU = U_п•f₁(α)•cosN-U_п•f₂(α)•sinN (1)
где N код реверсивного счетчика 10.

При наличии в огибающих выходных напряжениях вращающегося трансформатора 1 наиболее весомых третьей и пятой гармоник и при условии α≡ N разностный сигнал ΔU будет иметь вид
ΔU = U_п•(h₃+h₅)•sin 4α (2)
где h₃ и h₅ весовые коэффициенты соответствующих гармоник.

Это означает, что преобразователь угла поворота вала в код будет иметь погрешность, которая описывается указанным выражением (2). Для устранения этой погрешности на ФЦАП 5 формируется сигнал, который описывается выражением, аналогичным выpажению (2). Этот сигнал с выхода ФЦАП 5 в качестве компенсирующего подается на третий вход аналогового сумматора 6 с определенным коэффициентом передачи, который зависит от количественного содержания третьей и пятой гармоник в выходных сигналах вращающегося трансформатора 1.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы этот коэффициент передачи устанавливался автоматически при подключении к электронному блоку преобразователя любого экземпляра вращающегося трансформатора.

Для этого компенсирующий сигнал с выхода ФЦАП 5 подается на третий вход аналогового сумматора 6 через линейный ЦАП 18, который выполняет функцию цифрового потенциометра. Как видно из фиг.2, кривая погрешности имеет максимальное значение на угле 22^o30' (и на кратных углах). Поэтому выработка управляющего кода для линейного ЦАП 18, определяющего коэффициент передачи компенсирующего сигнала, производится в момент прохождения вращающимся трансформатором 1 этого углового положения (маркера). Сам момент прохождения вращающимся трансформатором 1 маркерного углового положения определяется переходом через нулевое положение напряжения с маркерной обмотки на выходе дополнительного демодулятора с фильтром 12, что фиксирует формирователь импульсов 13. На выходе формирователя импульсов 13 формируются два импульса. Первый импульс поступает на установочный вход регистра 14 для фиксации на нем кода N, который в этот момент был на выходе преобразователя, т.е. на реверсивном счетчике 10. Код N, установившийся на регистре 14, поступает на статический сумматор 15, где он сравнивается с зафиксированным на вторых входах сумматора 15 кодом, соответствующим углу 22^o30', и на выходе статического сумматора 15 появляется разностный код ΔΝ, который будет пропорционален величине погрешности, вносимой вращающимся трансформатором 1. Код DN с выхода статического сумматора 15 через цифровой инвертор 16 с учетом знака DN фиксируется на накапливающем сумматоре 17 вторым импульсом, поступающим с выхода формирователя импульсов 13 с задержкой на несколько микросекунд по отношению к первому импульсу. Сигнал о знаке DN снимается с выхода переноса старшего разряда статического сумматора 15 на управляющий вход цифрового инвертора 16.

Код DN, зафиксированный в накапливающем сумматоре 17, с его выхода поступает на цифровой вход линейного ЦАП 18 и устанавливает на нем необходимый коэффициент передачи компенсирующего сигнала.

При очередном проходе вращающимся трансформатором 1 маркера операция сравнения кодов на статическом сумматоре 15 будет повторяться, но при точно выработанном компенсирующем сигнале в первом опросе код ΔN на его выходе будет равен нулю. Код же ΔN, зафиксированный в первом опросе на накапливающем сумматоре 17, будет оставаться прежним для поддержания на линейном ЦАП 18 необходимого коэффициента передачи.

Если код ΔN, на статическом сумматоре 15 при очередном прохождении маркера окажется не равным нулю (например, по причине температурных изменений количественного содержания гармоник в сигналах вращающегося трансформатора), то он подсуммируется с учетом замка к коду на накапливающем сумматоре 17.

Применение автоматической компенсации погрешностей вращающихся трансформаторов в высокоточных преобразователях угла поворота вала в код позволяет значительно повысить их точность при одновременном сокращении производственных затрат. При применении вращающихся трансформаторов с электрической редукцией i 64 и с максимальным значением погрешностей 10 -15 угл.с остаточная погрешность после компенсации была 1 2 угл.с.

Сам процесс компенсации происходит при каждом включении аппаратуры на месте эксплуатации, поэтому могут быть учтены и температурные изменения количественного содержания гармоник.

Применение автоматической компенсации погрешностей вращающихся трансформаторов в преобразователях угла поворота вала в код позволяет исключить из производственного процесса настроечные операции, при которых необходимо комплектовать пары, состоящие из вращающегося трансформатора и электронного блока, что часто связано с большими организационными трудностями. Кроме того, настройка электронного блока под конкретный экземпляр вращающегося трансформатора исключает их взаимозаменяемость. Автоматическая же компенсация позволяет решать вопрос взаимозаменяемости вращающихся трансформаторов и электронных блоков на уровне единиц угловых секунд.

Реализация вновь введенных в преобpазователь угла поворота вала в код устройств не представляет труда, так как все они являются известными. Например, демодулятор 12 может быть собран на операционном усилителе 140УД6 и коммутаторе напряжения 590КН2, формирователь импульсов 13 может быть собран на компараторе 597СА3 и одновибраторах 564АГ1, регистр 14 на -микросхемах 564ТМ1, статический сумматор 15 на микросхемах 564ИМ1, цифровой инвертор 16 на микросхемах 564ЛП2, накапливающий сумматор 17 может быть построен на микросхемах 564ИМ1 (статический сумматор) и триггерах 564ТВ1, а линейный ЦАП 18 на микросхеме 572ПА1.

Использование: в области автоматики и вычислительной техники, в частности к точным преобразователям угла поворота вала в код. Сущность изобретения: в известный преобразователь угла поворота вала в код введены дополнительно демодулятор с фильтром, формирователь импульсов, регистр, статический сумматор, цифровой инвертор, накапливающий сумматор, линейный цифроаналоговый преобразователь, а вращающийся трансформатор снабжен дополнительной маркерной обмоткой, благодаря чему увеличивается точность преобразователя при одновременном сокращении затрат на его настройку. 2 ил.

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий вращающийся трансформатор, выходы которого соединены с информационными входами селектора квадранта, первый и второй выходы которого соединены с аналоговыми входами соответственно первого и второго функциональных цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соединены с первым и вторым входами аналогового сумматора, выход которого через последовательно соединенные демодулятор с фильтром, интегратор и преобразователь напряжения в частоту подключен к входу реверсивного счетчика, выходы двух старших разрядов которого соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами селектора квадранта, выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с цифровыми входами первого, второго и третьего функциональных цифроаналоговых преобразователей, аналоговый вход последнего из которых подключен к выходу первого функционального цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены дополнительный демодулятор с фильтром, формирователь импульсов, регистр, статический сумматор, цифровой инвертор, накапливающий сумматор, линейный цифроаналоговый преобразователь, а вращающийся трансформатор снабжен маркерной обмоткой, причем выход маркерной обмотки соединен с входом дополнительного демодулятора с фильтром, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен с установочными входами регистра и накапливающего сумматора, поразрядные входы регистра соединены с поразрядными выходами реверсивного счетчика, поразрядные выходы регистра соединены с первой группой поразрядных входов статического сумматора, на второй группе поразрядных входов которого зафиксирован код, соответствующий углу 22^o30', поразрядные выходы статического сумматора соединены с поразрядными входами цифрового инвертора, знаковый выход статического сумматора соединен с управляющим входом цифрового инвертора, поразрядные выходы которого соединены с поразрядными входами накапливающего сумматора, поразрядные выходы накапливающего сумматора соединены с поразрядными входами линейного цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом третьего функционального цифроаналогового преобразователя, а выход соединен с третьим входом аналогового сумматора.