Функциональный преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/00 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, а имен но к амплитудным способаммпреобразования угла поворота вала в цифровой код угла с использованием синуснокосйнусных вращающихся трансформаторов (СКВТ). Известен преобразователь угла поворота вала СКВТ в код, основанный на том, что выходные напряжения СКВТ преобразуются в напряжения постоямного тока с помощью фазочувствительного детектирования, определитель октантов по знаку продетактированных напряжений и соотношению их абсолютных величин определяет номер октанта, в котором находится угол поворота вала СКВТ. В соответствии с полученным номером октанта аналоговый коммутатор формирует напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла oi поворота вала СКВТ, приведенного в первый октант (угол ). Затем в реверсивный счетчик записывается некоторое значение кода угла / в пределах первого октанта, с.помощью функциональных управляемых делителей находят значения , со5|3 и производится умножение cos/ на напряжение, пропорциональное а п «., si и Р- на напряжение, пропорциональное созоб. Компаратором определяется знак разности этих произведений, импульсам генератора в соответствии со знаком разности производится увеличение или уменьшение кода реверсивного счетчика таким образом, чтобы эта разность стремилась к нулю1б 1вб- cos f -CoStjif Ksirif О . При этомр- вб, т. е. с, некоторой погрешностью получают код угла поворота вала СКВТ, приведенного в первый октант, три старших разряда кода угла оп-ределяются по номеру октанта определителем октантов l Существенным недостатком этого преобразователя является необходй- чмость функционального преобразования кода угла, что достигается применением функциональных управляемых делителей напряжения, в которых получение высокой точности аппроксимации тригонометрических функций затруднительно Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фун кциональный преобразователь .plj , содержащий синусно-косинусный враща- ющийся трансформатор, определитель октантов, аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, три накапливаквдих сум матора, блок управления, два дешифра тора, формирователь констант и основанный на решении системы разностных уравнений t« V|lM-0-K-X n-i X wl-X n-0-Hi-YL«-i где число, равное отношению цен разрядов выходов и входов сумматоров (т - смещение разрядной сетки между выходами и входами сумматоров); Путем сравнения выходных сигналов СКВТ между собой и с нулевым уровнем определяется номер октанта, в котором находится угол ot поворота вала СКВТ, используя номер октанта, формируются напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла о , приведенного в первый октант(51п/3 ,cos); с помощью линейного аналого-цифрового преобразования находится код .отношения этих напряжений, т.е. . Полученный код используется для задания начальных условий при решении системы (1): .. Решение системы (1) имеет вид (l.Kr.Xtcil.yM-si« (n.rctgК-° с)Пользуясь выражением (2) можно олределить число импульсов и, поданных на тактовые входы сумматоров, образующих цифровой осциллятор, с момента начала вращения вектора др момента равенства нулю выходного кода сумматора (Y О ) .-4-arctgl KLol в нечетных октантах N p/arctrf4 :, в четных - N С%-fJ)/arctgk.. Для формирования двоичного кода угла 3 выходной сумматор производитпо тактовым импульсам суммирование константы С, которой присваивается формирователем констант в нечетных октантах значение С arctgK, а в четных С -Qicc F.B дополнительном коде. Таким образом, при переходе выходного кода сумматора через нуль, что фиксируется дешифратором, на выходах преобразователя формируется двоичный код угла об. Недостатком данного преобразователя является невозможность масштабирования преобразуемого угла, если масштаб преобразования не является двоичным числом. Это обусловлено тем, что вращение вектора происходит днутри одного октанта. Этот недостаток ограничивает применение преобразователя в многоканальных системах, имекнцих недвоичные передаточные числа, например i 9, 18, 36, 180, 360, 3600, 6000, 1000 (4,5,6), так как для согласования веса .разрядов кодов грубого и точного отсчетов должны относиться как двоичные числа (1). Для выполнения указанного условия необходимо трименение дополнительных умножитедей, осуществляющих масштабирование.

Цель изобретения - расширение области применения преобразователя птем обеспечения возможности дробного целого и еди-ничного масштабирования угла в процессе преобразования.

Для этого начальные условия при решении системы (1) задаются в нечетных октантах равными 1, где р - угол поворота СКВТ, приведенный в первый октант, а в четных С0 i,f,(b. Решение системы (1) производится в пределах полного круга, а константу, участвующую в формировании выходного кода, выбирают с учетом масштаба преобразования. Поставленная цель достигается тем что в функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращэ о цийся трансформатор, выходы.которого соединены с двумя входами аналого-цифрового преобразователя через аналоговый коммутатор и непосредственно с входами определителя октантов, выход которого соединен с третьим входом аналогового комму т тора, три накапливаю щих сумматора,причем инверсный вы ход второго сумматора подключен к входу младших разрядов первого сумматора, выход третьего сумматора подключен к шине выходного кода, авход младших разрядов подключен х шине константы, введены два элемента 2 ИЛИ, один элемент 4 ИЛИ, четыре элемента 4 И, два D-триггера, .один элемент 2 И, восемь инверторов, тактовые входы всех сумматоров через первый элемент 2 И соединены с генератором импульсов, выход определителя октантов подключен к входу первого инвертора, к первому входу первого элемента 4 И, к первому и второ му входам второго элемента 4 И, к входу второго инвертора, к первому входу третьего элемента 4 И и к входу третьего инвертора,выход которого подключен к второму входу первого элемента 4 И и к первому входу четвертого элемента 4 И, выход которого подключен к первому входу элемента 4 ИЛИ, выход которого подключен к входу четвертого инвертора, выход которого подключен к второму входу элемента 2 И, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго D-триггеров, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу первого 2 ИЛИ и к первому входу второго элемента 2 ИЛИ, второй вход которого подключе к выходу первого инвертора, выходы первого и второго элементов 2 ИЛИ подключены к входу старших разрядов первого и второго накапливаквдих сумматоров, выход первого накапливающего сумматора подключен к входу младших разрядов второго накапливающего сумматора, к второму входу четвертого элемента 4 И, через пятый инвертор к третьему входу первого элемента 4 И и к D-входу первого D-триггера, единичный выход которого подключен через шестой инвертор к третьему входу четвертого элемента 4 И и к четвертому входу первого элемента 4 И, выход которого подключен к второму входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен к D-входу второго D-триггера, единичный выход которого подключен к третьему входу второго элемента 4 И и через седьмой инвертор - к второму входу третьего элемента 4 И, выход которого подключен к третьему входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен также к третьему входу третьего элемента 4 И и через восьмой инвертор - к четвертому входу второго элемента 4 И, выход которого подключен к четвертому входу элемента 4 ИЛИ, выход второго инвертора подключен к четвертым входам третьего и четвертого элементов 4 И. Выход определителя октантов подключен к второму входу первого . элемента 2 ИЛИ.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя} на фиг.2 диаграммы, пояснякадие его работу. .

Преобразователь содержит СКВТ 1, определитель 2 октантов, аналоговый ко имутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, накапливающие сумматоры 5,6 и 7, элементы 8 и 9 2 ИЛИ,, инвертор 10, D-триггеры 11 и 12, генератор 13 импульсов, элемент 14 2И, логический блок.15, содержащий инверторы 16-21, элементы 22-25 4 И, элемент 26 4 ИЛИ, инвертор 27, шину 28 константы, шину 29 выходного кода.

В основу работы преобразователя положен следукиций алгоритм.

Напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота об, сравнивают между собой и с нулевым уровнем, в результате чего определяется номер октанта, в котором находится уголок. Первым принят октант, в котором sin л О, соз оС О , sin 06 cos «С , увеличение; номера октанта - против часовой стрелки. По известному номеру октанта определяются сигналы, пропорциональные синусу и косинусу угла (t , приведенного в первый октант, по следующим выражениям:

Sinfi l9inetn в 1,4,5 и 8 октантах сов(Ч |соа«.| 1(3)

Mnf |coetCll во 2,3,6 и 7 октантах соар |ein«tl i

Путем линейного аналого-цифрового преобразования определяется код тангенса угла /3, при этом в качестве . эталонного сигнала используется сигнал, пропорциональный cos fi, а в качестве измеряемого - sin 5 .

Далее производится решение системы разностных уравнений (1), причем начальные условия в нечетных октантах принимаются равными ЧСоЗ рЛрзЗ 1, в четных -ХСО 1, QO t.tfp« Процесс решения происходит в соответствии с формулами (1): на каждом такте новое значение переменной Y определяется как разность значения Y на предыдущем такте и значения X на предыдущем такте, умноженного на двоичное число К , новое значение переменной X определяется как сумма значения X на преПи 4 ki f MoTnnolsb H.arctgfc-arci ) X W (U KrNx4ol+Y4ol-cos п-агсЦ k- arctg 1 Как следует из анализа этих в.ыражений для всех октантов число тактов N oc)airci K, что поясняется диаграммами на. Фиг. 2. Двоичный код угла Jot в том числе и старшие разряды, определяется N-кратным суммированием кон станты, равной С S.-arct K.. Преобразователь работает следующим образом.. Аналого-цифровой преобразователь 4 по сигналам СКВТ 1 формирует код irfp. В начале цикла йреобразования в накапливающие сумматоры 5 и 6 записываются числа, которые приходят на их входы А. В нечетных октантах (ot/j 0) на вход А накапливающего сум матора 5 через схему 8 поступает код , а на вход А накапливающего сумматора 6 с выхода схемы 9 - код единицы, в четных октантах (2 1) 3 наоборот. В знаковые разряды накапливающих сумматоров 5,6 и триггеры 11 и 12 записываются нули, что соответствует положительным начальным значениям X и Y. В начапливакядий сум матор 7 в начале цикла записывается код нуля. После задания начальных условий выходным сигналом F блока 15 разрешается прохождение импульсов генератора 13 через элемент 14 на тактовые входы накапливающих су1«маторов 5,6 И 7 и триггеров 11 и 12. По мере поP Sofll,Yob- lVoln vS,« Xotnlveio«Aob-OVot eto«,Xotn- lXoW

По шине 28 на вход В накапливающего сумматора 7 подается двоичный код константы С J-ofCtg 2, где m смещение разрядной сетки входов В накапливающих сумматоров 5,6 и 7 относительно входов А (и выходов). На выходной шине 29 формируется двоичный код угла об с учетом масштаба преобразования. Триггеры 11 и 12 выполняют роль элементов задержки

дыдущем такте и значения У на предыдущем такте, умноженного на число К. Геометрическая интерпретация процесса решения есть вращение вектора,, заданного своими декартовыми координатами X и Y (фиг. 2). Если угол ci находится в 1-м квадранте, то процесс решения продолжается до момента изменения знака переменной Y с + на -, в 3-м - jfo изменения знака Y с - на +, во 2-м - до изменения знака X с + на -, в 4-м - до изменения знака X с - на +. Число тактов N, за которое протекает процесс решения, определяется из выражений для переменных X ,Y:

:4)

XLol

на один такт. Момент смены знака фиксируется блоком 15: функция F становится равной нулю и запрещается дальнейшее прохождение импульсов через 0 схему 14. Число рабочих тактов, как указывалось выше, N oi/arct K.

Одновременно с вращением вектора производится N-кратное суммирование в накапливающем сумматоре 7 константы С t-arci к, тем самым в конце цикла ступления импульсов происходит вращение вектора начальных условий, ааданного своими проекциями X п , Y п по часовой стрелке до момента соответствующей смены знака одной из переменных X п , Y fn (диаграмиол на фиг.2), т.е. происходит решение системы уравнений (1). Определитель 2 октантов, сравнивая выходные напряжения СКВТ 1 между собой и с нулевым уровнем, формирует код октанта. Первому октанту присваивается код 000. Аналоговый коммутатор 3 преобразует сигналы UsinoC, UcoboirB соответствии с выражениями (3), приводя тем самым угол at в первый Октант. Аналого-цифровой преобразователь 4 имеет линейную характеристику, его выходной код равен отношению напряжений, поступающих на измерительный и эталонный входы соответственно, т.е. bjp . Накапливающий сумматор 5 (6,7) на каждый импульс, поступающий на тактовый вход Т, производит суммирование своего содержимого с числом на его входе В и запоминание полученной суммы. Генератор 13 формирует непрерывную последовательность импульсов, к которой не предъявляется требований по стабильности частоты. Логический блок 15 реализует переключательную

.преобразования на шине 29 формируется. I двоичный код угла вС , причем мас|Штаб преобразования i может быть больше, меньше или равен единице.

Экономический эффект от использования изобретения обусловлен техническими особенностями, изложенными выше .

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, выходы которого соединены с двумя входами аналогоцифрового преобразователя через аналоговый коммутатор и непосредственно с входами определителя октантов,выход которого соединен с третьим входом аналогового коммутатора, три накаплиВспощих сумматора, причем инверсный выход второго сумматора подключен к входу младших разрядов первого сумматора, выход третьего сумматора подключен к шине выходного кода, а вход младших разрядов подключен к шине константы, отлич ающийся тем, что, с целью .расширения области применения преобразователя, в него введены два элемента 2 ИЛИ, один элеMeiJT 4 ИЛИ, четыре элемента 4 И, два D-триггера, один элемент 2 И, восемь инверторов, тактовые входы всех сумматоров через первый элемент 2 И соединены с генератором импульсов, ,вЕ1ход определителя октантов подключен к входу первого инвертора, к первому входу первого элемента 4 И, к первому и второму входам второго элемента 4 И, .к входу второго инвертора, к первому входу третьего элемента 4 И и к входу третьего инвертора, выход которого подключен к второму входу первого элемента 4 И и к первому вхо: С :СОШЗг:АЯ | 1: .. ,„.......J3 - :n vs v€:iA i - - yifTEKA ду четвертого элемента 4 И, выход которого подключен к первому входу элемента 4 ИЛИ, выход которого подключен к входу четвертого инвертора, выход КОТОРОГО подключен к второму входу элемента 2 И, выход которого подключен к. тактовым входам первого и второго D-триггеров, выход аналогоцифрового преобразователя подключен к первому входу первого элемента 2 ИЛИ и к первому входу второго эле.мента 2 ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, выходы -первого и второго элементов 2 ИЛИ подключены к входу старших разрядов первого и второго накапливающих сумматоров, выход первого накаплива- р ющего сумматора подключен к входу младших разрядов второго накапливаю(Л щего сумматора, к второму входу четвертого элемента 4 И, через пятый инвертор к третьему входу первого эле-, мента 4 И и к D-входу первого Dтриггера, единичный выход которого iподключен через шестой инвертор к третьему входу четвертого элемента 4 И и к четвертому входу первого элемента , 4 И, выхол которого подключен к второму входу элемента 4 ИЛИ, выход 00 второго накапливающего сумматора подключен к D-входу второго D-триггера, единичный выход которого подключен к третьему входу второго элемента 4 И и через седьмой ин-вертор .к второму входу третьего элемента 4 4 И, выход которого подключен к третьему входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен также к третьему входу третьего элемента 4 И и через восьмой инвертор - к четвертому входу второго элемента 4 И, выход которого-подключен к четвертому входу элемента 4 ИЛИ выход второго инвертора подключен к четвертым- входам третьего и четвертого элементов 4 И, выход определителя октантов подключен к второму входу первого элемента 2 ИЛИ.

У ч/oftmoHTTj

А

/1

ef/frrravrfT

5 oMrnaf/TT 1У

8 oMjrra rff