СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Российский патент 2004 года по МПК H03M1/46 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи источников информации об угловом положении вала с ЭВМ в управляющих и информационных системах.

Известны способы преобразования угла поворота вала в код по а.с. 1181135 (СССР) и по а.с. 1786662 (СССР), основанные на том, что вал датчика поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования, преобразуют угол поворота вала в сигналы, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования, формируют поправки и затем формируют выходной код угла.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ преобразования угла поворота вала в код по а.с. 1381711 (СССР). Известный способ основан на том, что вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования, преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования, формируют поправки и затем формируют выходной код угла.

В известном способе выходные сигналы датчиков преобразуются во временные интервалы - импульсы с длительностью, пропорциональной углу поворота вала, по моментам совпадения импульсов с первого датчика с эталонными формируют третьи импульсы с длительностью, равной разности длительности импульсов первого и второго датчиков, длительность третьих импульсов анализируется для определения спектра погрешности, а поправка формируется в виде четвертых импульсов. Из приведенного выше краткого описания известного способа видно, что обработка информации, заложенной в сигналах датчиков, с целью выявления параметров погрешности, а также формирование поправки и компенсация погрешности осуществляются аналоговыми методами с использованием импульсных сигналов. Известно, что операции формирования импульсов, сравнения их длительности, сложения длительности импульсов сопряжены с погрешностями, обусловленными асинхронностью импульсов, конечной длительностью их фронтов и т.п. Указанные погрешности снижают точность определения параметров гармоник погрешности, формирования поправки и в целом ограничивают возможности повышения точности преобразования угла поворота вала в код известным способом.

Кроме того, реализация известного способа требует значительных аппаратных затрат, поскольку осуществляется элементами аналоговой техники, что приводит к ухудшению массогабаритных характеристик и увеличению энергопотребления устройств, реализующих известный способ.

Изобретение решает задачу повышения точности преобразования угла поворота вала в код.

Для решения поставленной задачи в способе преобразования угла поворота вала в код, основанном на том, что вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования, преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования, формируют поправки и затем формируют выходной код угла, выходные сигналы первого и второго датчиков преобразуют в первый и второй коды угла, вычисляют разности первого и второго кодов угла, по которым определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого датчика, формируют первую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности первого датчика для угла, соответствующего первому коду угла, формируют первый выходной код, прибавляя первую поправку к первому коду угла.

Изобретение также решает задачу обеспечения контроля точности преобразования угла поворота вала в код.

Для решения этой задачи в способе преобразования угла поворота вала в код дополнительно формируют вторую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности второго датчика для угла, соответствующего второму коду угла, формируют второй выходной код, прибавляя вторую поправку к второму коду угла, формируют разность первого и второго выходных кодов, по которой контролируют точность преобразования.

Перечень фигур

Фиг.1 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ по п.1.

Фиг.2 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ по п.2.

Способ преобразования угла поворота вала состоит из следующих операций:

- преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности;

- выходные сигналы первого и второго датчиков преобразуют в первый и второй коды угла;

- перед началом преобразования вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования;

- в каждом из задаваемых углов вычисляют разность первого и второго кодов угла;

- по совокупности разностей первого и второго кодов угла, полученной в диапазоне преобразования, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования первого датчика;

- в процессе преобразования угла поворота вала в код формируют первую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности первого датчика для угла, соответствующего первому коду угла, и формируют первый выходной код, прибавляя первую поправку к первому коду угла.

Для контроля точности преобразования угла в код дополнительно выполняют следующие операции:

- перед началом преобразования по совокупности разностей первого и второго кодов угла, полученной в диапазоне преобразования, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования второго датчика;

- в процессе преобразования угла поворота вала в код формируют вторую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности второго датчика для угла, соответствующего второму коду угла, формируют второй выходной код, прибавляя вторую поправку к второму коду угла;

- формируют разность первого и второго выходных кодов, по которой контролируют точность преобразования.

Блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ преобразования угла поворота вала в код по п.1, приведена на фиг.1.

Устройство содержит датчики 1 и 2 с различными спектрами пространственных погрешностей, преобразователи 3 и 4 сигналов датчиков в код угла, блок 5 вычитания кодов, анализатор 6 спектра, блок 7 синтеза поправки и сумматор 8.

Для реализации предлагаемого способа по п.2 и обеспечения контроля точности преобразования устройство (фиг.2) также содержит блок 9 синтеза поправки, сумматор 10, блок 11 вычитания кодов и компаратор 12.

Устройство работает следующим образом.

Датчики 1 и 2 преобразуют угол α поворота вала в электрические сигналы, а преобразователи 3 и 4 преобразуют эти сигналы в первый N₁ и второй N₂ коды угла соответственно. Коды угла формируются с некоторой погрешностью:

В блоке 5 вычисляется разность первого и второго кодов угла:

В устройстве комплексируются датчики 1 и 2 с различными спектрами пространственных погрешностей так, чтобы при всех i=1, 2, ..., а и j=1, 2, ..., b выполнялось неравенство .

Перед началом преобразования поворачивают вал в пределах диапазона преобразования, например в пределах оборота вала, фиксируя значения разности Δ N_1-2 в М угловых положениях, равномерно распределенных в пределах указанного диапазона, причем М удовлетворяет условиям М>2а· р₁ и М>2b· р₂.

Массив значений Δ N_1-2 поступает в анализатор 6 спектра, который определяет амплитуды и фазы гармоник погрешности. Амплитуды и фазы гармоник с номерами i· р₁ при всех i=1, 2, ..., а запоминаются в памяти блока 7.

В процессе преобразования первый код N₁ угла из преобразователя 3 поступает в блок 7, в котором формируется поправка:

В сумматоре 8 поправка добавляется к первому коду угла, поступающему из преобразователя 3, и на выходе формируется первый выходной код:

При малых значениях погрешности Δ ₁, таких, что обеспечивается условие a· p₁·_{Δ 1<<1, поправка и первый выходной код равен , т.е. погрешность в первом выходном коде скомпенсирована с точностью до величины второго порядка малости , обусловленной вычислительными погрешностями и точностью выполнения условия a· p1·Δ 1<<1.}

Для обеспечения контроля точности преобразования из анализатора 6 амплитуды и фазы гармоник с номерами j· p₂ при всех j=1, 2, ..., b перед началом преобразования записываются в память блока 9.

В процессе преобразования второй код N₂ угла из преобразователя 4 поступает в блок 9, в котором формируется поправка:

В сумматоре 10 поправка добавляется к второму коду угла, поступающему из преобразователя 4, и на выходе формируется второй выходной код:

При малых значениях погрешности Δ ₂, таких, что обеспечивается условие b· p₂·_{Δ 2<<1, поправка и первый выходной код равен , т.е. погрешность во втором выходном коде также скомпенсирована с точностью до величины второго порядка малости , обусловленной вычислительными погрешностями и точностью выполнения условия b· p2·Δ 2<<1.}

В блоке 11 вычисляется разность Δ _out1-2 выходных кодов N_out1 и N_out2:

,

которая также представляет собой величину второго порядка малости по сравнению с Δ N_1-2. Величина Δ _out1-2 в компараторе 12 сравнивается по модулю с установленным допуском ε и на выходе компаратора при вырабатывается признак S достоверности выходного кода. Если по каким-либо причинам (изменение условий эксплуатации, старение элементов и материалов и т.п.) погрешности датчиков изменяются и величина становится больше, чем допуск ε , признак S перестает вырабатываться, что сигнализирует о необходимости повторения калибровки преобразователя, проведенной перед началом преобразования.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является повышение точности преобразования угла поворота вала в код. Технический результат достигается за счет того, что вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования, преобразуют угол поворота вала в сигналы датчиков с различными спектрами пространственной погрешности, сигналы датчиков преобразуют в первый и второй коды угла, вычисляют разности кодов угла, по которым определяют амплитуды и фазы гармоник погрешности первого датчика, формируют поправку как сумму гармоник погрешности первого датчика, формируют выходной код, прибавляя поправку к первому коду угла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на том, что вал первого и второго датчиков поворачивают на равномерно расположенные углы в диапазоне преобразования, преобразуют угол поворота вала в сигналы первого и второго датчиков с различными спектрами пространственной погрешности, определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности преобразования, формируют поправки и затем формируют выходной код угла, отличающийся тем, что выходные сигналы первого и второго датчиков преобразуют в первый и второй коды угла, вычисляют разности первого и второго кодов угла, по которым определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности первого датчика, формируют первую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности первого датчика для угла, соответствующего первому коду угла, формируют выходной код, прибавляя первую поправку к первому коду угла.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют амплитуды и фазы пространственных гармоник погрешности второго датчика, формируют вторую поправку как сумму пространственных гармоник погрешности второго датчика для угла, соответствующего второму коду угла, формируют второй выходной код, прибавляя вторую поправку к второму коду угла, формируют разность выходного и второго выходного кодов, по которой контролируют точность преобразования.