Преобразователь угол-код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/04 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода угловой информации в вычислительную машину. Известен преобразователь угла поворота вала в цифровой код следящего типа, содержащий датчик угла, селектор квадранта, -три функциональных цифроаналоговьк перемножителя, два операционных усилителя, реверсивный счетчик, демодулятор и преобразователь напряжение-частота, сигнал рассогласования в котором сформирован в соответствии с алгоритмом Sin(9-4j-cos(9-4jt 42 0 . В известном преобразователе выход ной код разбит на две группы разрядов: старших, соответствующих углу V-i, и младших, соответствующих углу Для получения сигналов sir() и cos (Э-) при конструктивной реализации преобразователя требуется четыре цифроаналоговьк тригонометрических перемножителя для получения произведений sinGcosMT и cos6s-iti4, разность которых дает sin (,), а также произведений cosQcos 4 и sirv6 5ih4, сумма которых соответствует cos(©-4p ll. . Такой преобразователь позволяет получить высокую точность, но отличается повьш1енной сложностью, поскольку цифроаналрговые тригонометри ческие перемножители - наиболее слож ные блоки структуры. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик, на вход которого подается опорный сигнал, а выходы подключены к селектору квадрантов, синусный и косинусный выходы которого подключены соответст венно к аналоговым входам косинусного и синусного функциональных цифроаналоговых преобразователей, цифровы входы которых подключены к выходам старших разрядов реверсивного счетчи ка, а выходы - к входам второго операционного усилителя, выход которого соединен с прямым входом первого опе рационного усилителя, выход которого подключен к первому входу демодулято ра, на второй вход которого подан опорный сигнал, а выход через преобразователь напряжение-частота подклю чен к входам реверсивного счетчика, инверсный вход первого операционного усилителя подключен к выходу линейного умножающего цифроаналогового преобразователя (ЦАЛ) на аналоговый вход которого подается опорный сигнал, а цифровые входы подключены к выходам младших разрядов реверсивного счетчика . В таком преобразователе выходной код также разбит на две группы разрядов, а сигнал рассогласования формируется в соответствии с алгоритмом5ih(6-4J-sin4,rO, для реализации которого требуется только два цифроаналоговьк тригонометрических перемножителя, что обеспечивает преобразователю относительно простую реализацию .21. Недостатком такого йреобразователя является необходимость использования для получения слагаемого sinMj опорного сигнала, величина которого оказывает влияние на величину сигнала рассогласования, что, в конечном итоге, снижает точность. Цель изобретения - повышение точности преобразователя угол-код без существенного усложнения преобразователя. Сущность изобретения заключается в выборе структуры преобразователя, реализукицей алгоритм формирования сигнала рассогласования COS Ч (Sine-Lf cose )-Sin Ч (cos 0+L/ Sin0)0. Покажем, что условие (1) эквиваентно выполнению равенства б 2) (2) аскроем скобки и сгруппируем сомноители при sin9 и С050 : cos CDS Ч C056-Sin4 COs9-425in4 sin9 si.n0(co54,-42,5in4)-coee S n4, + 420os4;} 0 . оспользуемся условием Ч, : f и роизведем замену 42 sin42 i 1-со5Ч , U) огда (3) примет вид Sth б ( -Sin sin42)-cose X (sin Ч COS С05Ц 51пЧ2 ) 5in 9cos( )-tosSsin V/W ) Sin() 0 Из (5) следует, что в предположеИИ (4) равенства (1) и (5) тождественны и обращаются в тождества при выполнении (2). Таким образом, алгоритм формирова ния сигнала рассогласования допускает применение только линейных умножающих дополнительных ПАП и не использует опорный сигнал при формировании корректирующих сигналов, связанных с изменением угла Ч„ , что повышает точность преобразования. Поставленная цель достигается тем что.в преобразователь угол-код, содержащий датчик угла, первьм функцио нальный цифроаналоговый перемножитель, выход которого подключен к пер вому входу первого операционного уси лителя, выход которого через последо вательно соединенные демодулятор и преобразователь напряжение-частота подключен к одному входу реверсивного счетчика, второй операционный уси литель, второй функциональный цифроаналоговый перемножитель, источник опорного напряжения подключен к входу датчика угла и второму входу демодулятора, введены компаратор, операционный усилитель, два умножающих цифроаналоговых перемножителя, два масштабирующих резистора, первый выход датчика угла подключен к аналоговому входу первого умножающе- го цифроанапогового перемножителя, выход которого через первый масштабирукидий резистор подключен к первому входу второго операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого функцио нального цифроаналогового перемножи теля, первый выход датчика угла под ключен к первому входу третьего one рационного усилителя, выход которог подключен к аналоговому входу второ го функционального цифроанапогового перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого oneрационного усилителяi второй выход датчика угла подключен к второму , входу второго операционного усилите ля и к аналоговому входу второго ум ножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого через второй масштабирующий резистор подключен к второму входу третьего операционного усилителя, выходы старших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и второго функциональных цифроаналоговых перемножителей, вькоды млад ших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход демодулятора через компаратор подключен к второму входу реверсивного счетчика. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразователя уголкод. Преобразователь содержит синуснокосикусньш датчик 1 угла, функциональный цифроаналоговый перемножитель 2, функциональный цифроаналоговый перемножитель 3, операционный усилитель 4, демодулятор 5,реверсивный счетчик 6, умножающие цифроан алоговые преобразователи 7 и 8, масштабирующие резисторы 9 и 10, операционные усилители 11 и 12, коютаратор 13 и преобразователь 1.А напряжениечастота. Функциональные цифроаналоговые пе- ремножители 2 и 3 представляют собой устройства с аналоговым и цифровым входами и аналоговым выходом, сигнал на котором соответствует произведению аналогового входа сигнала на синус или косинус кода на цифровом входе. Такое устройство может быть реализовано, например, с использованием постоянного запоминающего уст- , ройства, переводящего код угла в код его тригонометрической функции, и ли.нейного умножающего цифроаналогового преобразователя. Демодулятор 5 и преобразователь 14 напряжение-частота вырабатывают на своем выходе последовательность счетных импульсов, частота которых пропорциональна величине сигнала рассогласования, а направление счета определяется фазой сигнала рассогласования на выходе компаратора по- отношению к опорному сигналу. Старшие разряды выходного кода реверсивного счетчика 6 соответствуют углу Ч , младшие - углу Ч Умножающее ЦАП 7 и 8 представляют собой линейные двухквадратные ЦЛП, сигнал на выходе которых пропорционален произведению двухполярного аналогового входного сигнала на однополярный входной код. Преобразователь работает следующим образом. Предположим, что угол 2 зафиксирован и равен нулю. В этом случае аналоговые выходные сигналы ЦАП 7 и 8 также равны нулю, операционные усили тели 11 и 12 работают как повторители выходньк сигналов датчика 1. На выходе усилителя 11 сигнал соответствует COS0, а на выходе усилителя 12 - sin 9 . Перемножители 2 и 3 умно жают эти сигналы на соответствующую тригонометрическую функцию угла Ч , образуя на своих выходах произведения соответственно С05б51п4из1п0со54 Усилитель 4 на своем выходе из этих произведений формирует сигнал рас согласования 5An9cos4 -co59siti4 sin(9-4) , который блоками 5, 13 и 14 преобразуется в последовательность счетных импульсов, управляющих кодом на выхо ду счетчика 6 до сведения разности к минимуму. В этом случае преобразова.тель работает как преобразователь следящего типа без разделения определяемого угла на две группы по разрядам выходного кода-. Разрешающая способность, а следовательно, точность преобразователя определяются дискретностью формирования счет чиком 6 угла Ч , т.е. числом разрядов Пц). Сведение jc минимуму сигнала sin(0-4) означает,что сигнал рассогла сования принял значение в пределах величины Ц /2 1, где U - наибольше значение сигнала рассогласования, со ответствующее единичному значению 5ir(6-f). В пределах этой аналоговой величины разряды кода угла (2 корректируют сигнал рассогласования. Пусть угол изменяется в соответствии с кодом младших разрядов счетчика 6. На выходах ЩЛ 7 и 8 образуются соответственно произведения Ч, sin 6 и 4 2COS6 , которые масштабируются резистора1-1И 9 и 10 таким образом, чтобы,наибольшая их величина, соответствующая единич- ному коду угла Mj , равн:ялась минимальному рассогласованию сигнала влпСЭ-Ч), т.е. величине -i . Другими словами,резисторами 9 и 10 устанавливается масштаб аналоговых сигналов рассогласования, корректируемых изменением угла j , в соот 2/ 1ветствии с отношением На выходах усилителей 11 и 12 формируются сигналы -f-Sine + соз6 и f-cosS-Sin6, yмнoжae lыe соответственно блоками 2 и 3 на Sin , и cosM. В результате на выходе усилителя 4: tos 4,,/Siri6(5irt6-cos6)-sifi p(cos6 + ). О Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя зГаключается в возможности получить относительно простыми средствами высокую точность независимо от уровня опорного сигнала, который в этом случае может изменяться в широких пределах

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий датчик угла, первый функциональный цифроаналоговый перемножитель, выход которого п одключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого через последовательно соединенные демодулятор и преобразователь цапряжение-частота подключен к одному входу реверсивного счетчика, второй операционный усилитель, второй функциональный цифроаналоговьй перемножитель, источник опорного напряжения подключен квходу датчика угла и второму входу демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности преобразователя, в него введен компаратор, операционный усилитель, два умножающих цифроаналоговых перемножителя, два масштабирующих резистора, первый выход датчика утла подключен к аналоговому входу первого умножающего и 1фроанало.гового перемножителя, выход которого через первый масштабирующий резистор подключен к первому входу второго операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого функционального цифроаналогового перёмножителя, первый выход датчика угла подключен к первому входу тре.тьего операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу второго функционального цифроаналогового перемножителя, выход которого подключен к второму входу первого операционного усилителя, второй сл выход датчика угла подключен к второму входу второго операционного усилителя и к аналоговому входу второго умножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого через второй масштабирующий резистор подключен к второму входу третьего операционного усилителя, выходы старших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и со второго функциональных ци1)роаналого- 00 00 вьк перемножителей, выходы мпадших разрядов реверсивного счетчика подключены к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход демодулятора через ком паратор подключен к второму входу реверсивного счетчика.