Функциональный преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1983 года по МПК G08C9/00 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналого вых источников информации с цифровы вычислительным устройством. Известны преобразователи у1ла в код, выполняющие кодирование информации, поступающей от синусно-косинусных датчиков 1. Такие устройства на основе приближенных зависимостей обеспечивает непосредственное кодирование угла поворота или его синусной (косинусной ) функции с методической погрешностью, ограничивающей точность пре образования . Известен также функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики,, соединенные через коммутатор каналов с входами первых двух усилителей, соединенные между собой коммутаторы, выходы которых соответственно череЗ третий и четвертый усилители соединены.с входа.ми блока цифроаналогового преобразо вания, выход четвертого усилителя через блок сравнения подключен к пе вому входупервого-регистра управле ния , второй вход которого соединен с одним выходом распределительного блока, один выход первого регистра управления подключен к первому вход регистра хранения кода, другие выходы соединены с входами блока дифроаналогового преобразования, последовательно соединенные синхронизирующий блок и делитель.тактовых сигналов подключены к входу распределительного блока 2. Недостатком преобразователя является ограниченная точность. Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синус но-косинусные датчики, подключенные через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к входам третьего и четвертого усилителей соответственно, первый блок цифроаналог вого преобразования пятый усилител выход которого подключен к первому входу первого блока аналого-цифрово го преобразования, один выход кото рого подключен к одному входу первого регистра, один синхронизирующий блок, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналого-цифрового пре образования, первый и вторюй коммутаторы, выход первого усилителя под ключен к одному входу первого блока цифроаналогового преобразования, вы хвдм первого блока цифроаналогового преобразования через шестой и седьмой усилители подключены .к первому и второму входам первого коммутатора, третий и четвертый входы которого соединены с выходами второго и четвертого усилителей, а выход первого, коммутатора подключен к входу пятого усилителя, выходы первого, второго, третьего и четвертого усилителей подключены к входам второго коммутатора, выход которого через восьмой усилитель подключен к. третьему входу nepBoi o блока аналогоцифрового преобразования, другой выход которого через первый регистр управления подключен к другим входам первого блока цифроангшогового преобразования., выход распределительного блока через второй региртр управления подключен к управляющему входу первого регистра, а другой выход второго регистра управления подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов Гз. . . Недостатком известного преобразо:вателя является невысокое быстродействие, поскольку процесс одного преобразования состоит из трех циклов. . Целью изобретения является повышен5ие .быстродействия преобразователя . - . , -. . Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь угла поворота вала в. код,содержащий синусно-косинусные датчики, подключенные через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей, вЫхоДал которых подключены к одним входам третьего и четвертого усилителей соответственно, первый блок цифроаналогового преобразования, пятый- усилитель, выход которого подключен к первому входу первого блока аналого-цифрового преобразования, .один выход которого подключен к одному входу первого регист.ра, один синхронизирующий блок, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналого-цифрового преобразования, первый .и второй коммутаторы, введены второй блок аналого-цифрового преобразования, второй блок цифроаналогового преобразования, второй ре гистр, другой синхронизирующий блок, первый и второй компараторы, входы которых соединены с выходами первого и второго усилителей соответствен но, выход первого компаратора подключен к управляющим входам, первого коммутатора ипервого регистра, вы- . ход второго компаратора подключен к управляющим входам второго коишутатора и второго регистра, одни входы первого и второго коммутаторой

соединены с выходами первого и втот рого усилителей соответственно, другие входы соединены с общей шиной , а выходы подключены к другим входам третьего и четвертого усилителей соответственно,.выходы третьегр и четвертого усилителей подключены к одним входам .первого и второго блоков цифроаналогового преобразования соответственно и к -третьим входам первого и второго блоков аналого-цифрового преобразования соответственно, первый вход второго блока аналого-цифрового преобразования соединение в выходом пятого усилителя, второй вход соединен с выходом распределительного блока, а один выход подключен к одному входу второго регистра, другие выходы первого и второго блоков -аналогоцифрового преобразования подключены к другим входам первого и второго блоков цифроаналогового преобра.зования соответственно, а выходы . перврго и второго блоков цифроаналолового преобразования подключены к входу пятого усилителя, входы другого синхронизирующего блока соедийены с выходами первого и второго усилителей, выход подключен к управляющему входу делителя тактовых сигналов, а другой выход одного синхронизирующего блока подключен к управляющему входу коммутатора каналов.

На чертеже показана структурная схема преобразователя, ,

Преобразователь содержит синусно-косинусные датчики 1, которые соединены с многоканальным коммутатором 2 каналов, (синусного и косинусного напряжения ), подключенным К двум усилителям 3 и 4. Эти усилители соединены соответственно с двумя компараторами 5 и 6, с двумя, усилителями 7 и 8 и двумя коммутаторами 9 и 10. Управляющие входы коммутаторов 9 и 10 соединены с компараторами 5 и 6, а их-выходы подключены к другим входам усилителей 7 и 8. В зависимости от положения .коммутаторов 9 и 10 определяется прямая или .инверсная передача напряжения. Для коэффициента передачи 1 в оботх положениях переключателя резисторы, входящие в состав усилителей 7, 8 и коммутаторов 9,10, равны R. На компараторах 5 и б вырабатывается логический сит-нал, указывающий фазу синусного (косинусного) напряжения, определяемую по знаку полупериодного значения. Усилитель 7 подключен к первому блоку 1Г цифроаналогового преобразования и к прямому входу первого блока 12 аналого-цифрового преобразования (отношения напряжени в код). Усилитель 8 подключен к BTQрому блоку 13 цифроа-налогового преобразования н к прямому входу, второго -блока 14 аналого-цифрового преобраэоБания (отношения напряжения в Ko;i . Компенсационные входы , блоков 12 и 14 аналого-цифрового преобразования соединены с выходом усилителя 15, входы которого связаны с выходами по ток-у блоков 11 . и 13. Выход синхронизирующего блока 16 через последовательно соединенные делитель 17 тактовых сигналов и распределительный блок 18 подключен к управляющим входам блоков 12 и 14 аналого-цифрового преобразования. Выходы блоков 12 и- 14 и выходы KONmapaTopOB 5 и 6 подключены к регистрам 19 и 20. Блоки 12 и 14 идентичны по построению и состоят,из цифроаналогового преобразователя 21, регистра 22 и сравниваквде1 о усилителя 23. Выходы регистра 22 блока 12 подключены к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 21 этого блока и цифровым входом блока 11,. а выходы регистра 22 блока 14 подключены к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 21 этого блока и цифровым входам блока 13.

Блоки 11, 13 и 21 одинаковы по построению и состоят из делителей R-2R и разрядных переключателей, выходы которых .подключаются к входу операционного усилителя. Значение тока через .разрядные двухпозиционные переключатели пропорционально произведению входного напряжения на управляквдий код от регистров 22 блоков 12 и 14 соответственно. По мере переключения разрядов регистров 22 происходит уравновешивание токов на входе сравнивающих уислителей 23, в результате чего обеспечивается формиров.аниз кода, пропорционального отношению входного напряжения к компенсационному.

Синхронизация преобразователя выполняется от сети общей с источни,ком питания датчиков 1 с помощью блока 16. Синхронизирующий сигнал обеспечивает запуск делителя 17 тактовых сигналов, представляющих последовательность импульсов для выработки поразрядных сигналов на распределительном блоке 18. Усилители 3 и 4 подключены к другому бло ку 24 синхронизации, выход которого подключен к управляющему входу делителя 17 тактовых сигналов, состоящего из формирователя 25 запуска, делйтел 26 частоты и генератора 27 импульсов.-Коммутатор 2 каналов содержит последовательно соединенные счетчик 28, дешифратор 29 и ключи 30. Блок 24 формирует импульс перехода через О сумьвл по модулю синусного и косинусного напряжений. который включает функциональный преобразователь на один цикл работы Блок 18 формирует поразрядно времен ную последовательность импульсов дл последовательного переключения разрядов на регистрах 22 последователь него приблих ения блоков 12 и J4. Построение функционального преобразователя основано на использовании компенсационного напряжения, пропорционального сумме квадрато;в синусной и косинусной функций. Отно ситеяьно этого компенсационного напряжения, выражающего константу, вы полняется преобразование синусного и косинусного напряжений одновремен но. на двух блоках 12 и 14- аналогоцифров.ого преобразования отношения в код.. В результате преобразования формируется V: (1 s n2ci+cos2oi s sinT ci +cos oi. Ъ Поскольку возведениев квадрат выполняется в блоках 11 и 13, в которых код и рпорное напряжение пропорциональны синусу или косинусу, то зависимости (I .) могут быть выражены как lilLSL-- / si п oCV + cosctV(-. 5 s i n ci Vg + cos oi Vj., где„ s i no., coscC - значения функций, пропорциональные входным напряжениям Vg,V{.. - значения функций slncf-H coscL, выраженные в пропорционалы шх кодах. Устройство работает следующим образом. Синусно-косинусные напряжения от датчиков 1 поступают через коммутатор 2 каналов на усилители 3 и 4. На компараторах 5 и б фиксируется относительно корпуса полупериодные знач.ения синусного и косинусного напряжений соответственно, что обеспечи вает формирование знаков (фаз этих напряжений по мере изменения угла поворота вала синусно-косинус ных датчиков. От тех же усилителей 3 и 4 напряжения поступают соответственно на усилители 7 и 8 и коммутаторы 9 и 10, которые управляются до знаку функций, выявленному на комп.араторих 5 и 6. Тем самым, в усилителях 7 и 8 обеспечивается пря мая или инверсная передача. От усилителя 7 синусное напряжение поступает на вход блока 11 цифроаналогов го преобразования и на вход блока, .1,2 аналого-цифрового преобразования Поразрядное уравновешивание этого напряжения в блоке 12 выполняется цифроаналоговым преобразователем 21 этого блока на входе сравниваю адего усилителя 23, управляющего работой регистра 22 последовательного приближения. Точно также функционирует косинусная цепь. От ус.илителя 8 кос.инусное напряжение поступает на вход блока 13 цифроаналоговоГо преобразования и на вход блока 14. Поразрядное уравновешивание выполняется цифроаналоговым преобразователем 21 этого блока на входе сравнивающего усилителя 23, управляющего работой регистра 22 последовгательного приближения. Поскольку в блок 11 подано синусное напряжение, а в блок. 13 - косинусное, то по мере поразрядного уравновешивания на выходе суммирующего усилителя 15 формируется напряжение, пропорциональное сумме квадратов синусной и косинусИой функций. Это напряжение является общим опорным напряжением блоков 12 и 14 аналого-цифрового преобразования, и поступает на цифроаналоговый преобразователь 21 этих блоков. Так как сумма квадратов синусной и косинусной функций обеспечивает формирование опорного напряжения постоянной амплитуды, то в .результате преобразования на регистрах 22 устанавливаются коды, пропорциональные синусу и косинусу угла. В блоке 24 формируется импульс для запуска формирователя 25. Импульс запуска формируется только при наличии сигнала от блока 16, чем обеспечивается однократное за период включение преобразователя и, тем самым, устранение неоднозначности отсчета, которая может возникнуть при прямой и обратной последовательности чередования полупериодов по мере изменения угла поворота. Сигнал синхронизации, поступает на счетчик 28 (адресов ), который через дешифратор 29 обеспечивает последовательность переключения каналов коммутатора 2. Импульс формирователя 25 запуска включает делитель 26 частоты, который начинает формирование импульсов поразрядного переключения через интервал времени, достаточный для нарастания напряжения после перехода через ноль. Эти импульсы поступают на распределительный блок 18, который обеспечивает их параллельное распрёделение по разрядам регистров 22 блоков 12 и 14. От регистров 22 результат преобразования переносится в регистрл 19 и 20, откуда коды V и V nocryпают на вычислительное устройство. Функциональный преобразователь угла поворота вала-в двоичный код

Обеспечивает одновременное преобразование напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла.

По сравнению с известным такой преобразователь обеспечивает втрое большее.быстродействие, так как преобразование выполняется за один

цикл кодирования, в то время к.ак для того же преобразования в известном используется три последовательных цикла,

. Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом;

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий синусно-косинусные датчики, подключенные через коммутатор каналов к входам первого и второго усилителей , выхода которых подключены к одним входам третьего и .четвертого усилителей соответственно, первый, блок цифро-аналогового преобразования, пятый усилитель, выход которого подключен к первому входу первого блока аналого-цифрового преобразования, один выход которого подключен к одному входу первого регистра, один синхрониэируютдай блок, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых сигналов и .распределительный блок подключен к второму входу первого блока аналогоцифрового преобразования, первый и второй коммутаторы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены второй блок аналого-цифрового преобразования, второй блок цифроаналогового преобразования, второй регистр,, другойсинхронизирующий блок, первый и второй компараторы,, входы которых соединеныс выходами первого и второго усилителей соответственно, выход первого компаратора подключен к управляющимвходам первого коммутатора и первого регистра, выход второго компаратора подключен к управляющим входам второго коммутатора и второго регистра, одни входы пер,вого и второго коммутаторов соединены с выходами первого и второго усилителей соответственно, другие входы соединены с общей шиной, а выходы подключены к другим входам третьего и четвертого усилителей соответственно, выходы третьего и четвертого усилителей подключены к одним входам первого и второго блоков цифроаналогового преобразования со ответственно и к, третьим входам первого и второго блоков аналого-цифро(Л вого преобразования соответственно, первый вход второго блока аналогоцифрового преобразования соединен с выходом пятого усилителя, второй вход соединен с выходом распределительного блока, а один выход подключен к одному входу второго регистра, другие выходы первого и второго блочков аналого-цифрового преобразо .вания подключены к другим входам 00 первого и второго блоков цифроаналогового преобразования соответ к1 1ственно, а выходы первого и второго блоков цифроаналогового преобразования подключены к входу пятогоусилителя, входы другого синхронизирующего блока соединены с выхода:ми первого и второго усилителей, выход подключен к управляющему входу, делителя тактовых {сигналов, а другой. одного синхронизирующего блока подключен к управляющему входу коммутатора каналов.