Преобразователь кода в угол поворота вала Советский патент 1983 года по МПК G08C11/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и -может быть использовано в системах управления с цифровой обработкой информации.

Известны преобразователи, содержащие аналоговый исполнительный двигатель и усилитель, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя (ЦАП) кода рассогласования или к выходу динамяческого триггера, скважность выходного сигнала которого пропорциональна коду рассогласования 1.

Недостатком таких преобразователей является низкая точность преобразований изза наличия в составе преобразователей ана огового исполнительного механизма, вносящего дополнительную зону нечувствительности.

Наиболее близким к изобретению техническим рещением является преобразователь кода в угол поворота вала, содержащий блок сравнения кодов, один выход которого подключен к установочным входам счетчика, генератор импульсов, выход которого подключен, к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы первого и второго элементов И соединены с другим выходом блока сравнения, третьи входы соединены с выходом счетчика, а выходы подключены к блоку управления шаговым двигателем, выход которого подключен к счетному входу счетчика и шаговому двигателю, кинематически соединенному с блоком преобразования угла поворота вала в код, выход которого и источник входного кода подключены к входам блока сравнения 2.

Недостатком известного преобразователя являются возможные перерегулирования и даже переход в режим автоколебаний в конце цикла преобразования при большом моменте инерции объекта, кинематически связанного с выходным валом преобразователя, что снижает точность работы преобразователя .в целом.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе кода в угол поворота вала, содержащий блок сравнения кодов, один выход которого подключен к установочным входам счетчика, генератор импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы первого и второго элементов И соединены с другим выходом блока сравнения, третьи входы соединены с выходом счетчика, а выходы подключены к блоку управления шаговым двигателем, выход которого подключен к счетному входу счетчика и шаговому двигателю, кинематически соединенному с блоком преобразования угла поворота вала в код, выход которого и источник входного кода подключены к входам блока сравнения кодов, введены последовательно соединенные блок преобразования

кода в напряжение и блок функционального преобразования напряжения, выходы разрядов счетчика подключены к блоку преобразования кода в напряжение, а выход блока функционального преобразования напряжения подключен к входу генератора импульсов.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя кода в угол поворота вала; на фиг. 2 - вариант реализации блока функционального преобразования; на фиг. 3 - зависимость частоты f импульсов на выходе генератора от напряжения Ue на выходе блока.

Преобразователь содержит блок 1 сравнения кодов, счетчик 2, блок 3 преобразования кода в напряжение, блок 4 функционального преобразования напряжения, генератор 5 импульсов, элементы И б, блок 7 управления шаговым двигателем, шаговый двигатель (ШД) 8, бло1 9 преобразования

0 угла поворота вала в код и выходной вал 10, операционный усилитель 11, резистор 12, транзистор 13 и конденсатор 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Входной параллельный код Y периоди5 чески поступает в блок 1 сравнения, кодов, на другой вход которого в те же моменты времени с периодом Т поступает цифровой код X с выхода блока 9 преобразования уг- . ла поворота вала в код. Цифровой код X является результатом цифрового измерения углового положения выходного вала 10. Блок

1сравнения кодов производит вычитание числа Y из числа X и выдает цифровое рассогласование g «Y-X. Параллельный цифровой код рассогласования в абсолютном

5 значении 6 поступает в счетчик 2 для хранения в течение периода Т. Выход счетчика

2подключен к блоку 3 преобразования кода в напряжение, который преобразует цифровое рассогласование ё в аналоговую величину, например в напряжение. Выход бло0 ка 3 подключен к блоку 4 функционального преобразования напряжения, который может представлять собой, например, усилитель напряжения с выводами для коррекции его статических и динамических харак, теристик. К этим выводам подключаются корректирующие цепи, состоящие из пассивных электрических линейных или нелинейных звеньев.

Корректирующие цепи определяют вид функциональной зависимости выходного на° пряжения блока 4 от входного напряжения. Тип и величина коррекции выбираются в зависимости от требуемых показателей качества преобразователя кода в угол поворота вала и параметров элементов преобра5 зователя. Выход блока 4 функционального преобразования подключен к генератору 5, частота импульсов на выходе которого линейно зависит от величины выходного напряжения блока 4 функционального преобразования. Импульсы с выхода генератора 5 через элементы И 6 поступают в блок 7 управления ШД. С поступлением каждого импульса в блок 7 управления шаговый двигатель 8 делает один шаг. Одновременно импульсы блока 7 управления ШД поступают на вычитающий .счетный вход счетчика 2 и, по мере отработки рассогласования € шаговым двигателем 8, содержание счетчика 2 уменьшается до нуля, после чего на выходе счетчика 2 вырабатывается потенциал, запирающий элементы И 6. Дальнейшее поступление импульсов в блок 7 управления ШД прекращается. Так как выходной вал ШД 8 кинематически связан с выходным валом 10 и валом блока 9 преобразования угла поворота вала в код, новое отработанное значение выходного вала 10 в цифровом коде через период Т, равный времени преобразования угловой величины в цифровой код, заново noctynaeT в блок 1 сравнения кодов и заново вычисляется и отрабатывается цифровое рассогласование.

Направление вращения ШД 8 определяется с помощью потенциала знака рассогласования, который вырабатывается в блоке 1 сравнения кодов и поступает на вторые входы элементов И 6. В зависимости от знака рассогласования открывается один из этих элементов.

Один из вариантов реализации блока 4 функционального преобразования совместно с генератором 6 импульсов показан на фиг. 2.

Преобразователь собран на базе операционного усилителя 11. Инвертирующий вход усилилителя 11 подключен к выходу блока 3. Выход усилителя 11 через резнетор 12 подключен к эмиттеру транзистора 13. Генератор 6 собран на однопереходном транзисторе КТ 117 13- Частота на выходе генератора 6 зависит от сопротивления резистора 12, емкости конденсатора 14 и от напряжения на выходе операционного усилителя 11. При увеличении емкости конденсатора 14 и сопротивления резистора 12 частота генератора 6 уменьшается. Зависимость частоты генератора 6 от напряжения на выходе операционного усилителя 11 линейная. С помощью резистора 12 и конденсатора 14 можно изменять максимальную частоту генератора 6, выбираемую равной

частоте приемистости ШД 8, и минимальную частоту генератора 6, определяющую минимальную скорость вращения ШД 8 при минимальном значении кода рассогласования . Максимальная частота генератора 6 соответствует напряжению насыщения усилителя 11, которое после определенного значения кода рассогласования ё остается без изменения.

Путем изменения сопротивления резистора 15 производится смещение нуля операционного усилителя 11, что дает возможность подобрать минимальную частоту в зависимости от параметров элементов преобразователя. Сопротивления резисторов 16 и 17, установленные в цепи отрицательной обратной связи усилителя 11, определяют коэффициент усиления операционного усилителя 11, а следовательно, и наклон участка а (фиг. 3) характеристики блока 4 функционального преобразования. Конденсатор 18 выполняет функцию интегрирующего звена, подключенного параллельно усилителю. Благодаря этому спад частоты на выходе генератора 6 при уменьщении UBX происходитпо кривой б (фиг. 3), что приводит к увеличению скорости отработки кода при больших значениях 6 . Резкое изменение входного кода преобразователя приводит к резкому увеличению кода рассогласования Е , что в сввою очередь приводит к резкому увеличению частоты импульсов на выходе генератора 6. Это явление отрицательно действует на работу ШД 8, так как резкие перепады частоты питания ШД 8 могут нарущить синхронный режим его работы и может произойти остановка ШД 8. Для предотвращения этого к корректирующему выводу операционного усилителя 11 подключены конденсатор 19 и резистор 20, что препятствует резкому изменению выходного напряжения операционного усилителя 11 при скачкообразном изменении напряжения на его входе, и частота на выходе генератора 6 будет расти по кривой в (фиг. 3J.

С помощью правильного подбора корректирующих цепей блока 4 функционального преобразования напряжения предлагаемый преобразователь позволяет повысить качество и увеличить скорость преобразования кода в угол поворота вала. Он может быть применен в системах программного управления с цифровыми вычислительными машинами.

ЮЛ

5х..

Пип Uun

-Uh,l

Ч1Х

Фиг.2

, &/х,/

Итак

О

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА В УГОЛ ПОВОРОТА ВАЛА, содержащий блок сравнения кодов, один выход которого подключен к установочным входам счетчика, генератор имнульсов. которого подключен к первым входа..; первого и второго элементов И, вторые входы первого и второго элементов И соединены с другим выходом блока сравнения, третьи входы соединены с выходом счетчика, а выходы подключены к блоку управления П1аговым двигателем, вы.ход которого подключен к счетному входу счетчика и нтговому двигателю, кинематически соединенному с блоком преобразования угла поворота вала в код, выход которого и источник входного кода подключены к входам блока сравнения кодов, отличающийся тем, что. с целью повыпюния точности преобразователя, в пего введены последовательно соединенные блок преобразования кода в напряжение п блок функционального преобразовайия напряжения, выходы разрядов счетчика подключены к блоку преобразования кода в напряжение, а выход-блока функционального преобразования напряжения подключен к входу геeg нератора импульсов. 07