Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/04 

Изобретение относится к импульсной и цифровой технике и предназначается для использования в приборах автоматики и электропривода различных объектов народного хозяйства (промьшшенные роботы, станки с ЧПУ, автоматизированные линии и т.д.). Известен 11реобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, формирователь многофазных напряжений, фазовращатель, число фаз которого для первичных и выходных обмоток одинаково, второй счетчик импульсов, дифференцирующий и вычитающий блоки и многофазный формирователь импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам диф ференцирующего блока, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с выходе генератора, а выходы первого и второго счетчиков и многофазного формирователя импульсов соединены с входами вычитающего блока, выход которого является выходом преобразователя Л . Недостаток известного преобразователя - низкое быстродействие. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пре образователь угла поворота вала в код, содержая|ий генератор, выход ко торого соединен с входом счетчика и первьм входом первого формирователя импульсов, выход счетчика соединен с первым входом первого блока ключей и через блок формир вания синусоидальных напряжений с входами фазовращателя, первый выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторьм входом первого блока ключей, регист Недостаток известного преобразователя - низкое быстродействие, поскольку измерение угла производит один раз за период напряжения питания фазовращателя. Целью изобретения является повышение быстродействия преобразовател Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла пов рота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с входом счетчика и первым входом первог формирователя импульсов, выход счет чика соединен с первым входом первого блока ключей и через блок формирования синусоидальных напряжения - с входами фазовращателя, первый выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока К1Ючей, регистр, введены К формирователей импульсов, К блоков сложения, К блоков ключей, элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, блок формирования сигналов, реверсивный Счетчик, выход счетчика соединен с входами К блоков сложения, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков ключей, выходал которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входами К формирователей .импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя, а выхода соединены с вторыми входами соответствующих К блоков ключей и с остальньми входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами записи регистра, выход которого через блок формирования импульсов соединен с входом реверсивного счетчика . На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - двухфазные выходные напряжения фазовращателя и соответствующие им сигналы с выходов формирователей импульсов опроса для идеального фазовращателя и для фазовра1цателя, у .которого сдвиг фаз между выходными напряжениями неодинаков; на фиг. 3 - принципиальные схемы формирователей сигналов переноса от сложения в первых разрядах блоков сложения; на фиг. 4 - анаграмма формирования множества для сигнала переноса при сложении двух одноразрядных чисел; на фиг. 5 - принципиальная схема второго разряда блоков сложения; на фиг. 6 - принципиальная схема одного разряда блока вентилей связи, соединенная с принципиальной схемой одного разряда блока элементов ИЛИ; на фиг. 7 - принципиальная схема бло1:а формирования импульсов сигналов ed , ft , , fb , на фиг. 831принципиальная схема реверсивного счетчика. Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1, счетчик 2,формирователь 3 синусно-косинусных напряжений, фазовращатель 4, регистр 5, блок 6 формирования импульсов, реверсивный счетчик 7, формирователи 8 импульсов, элемент ИЛИ 9 блоки 10 ключей, блок 11 элементов ИЛИ, блоки 12 сложения. Входные шины первых младших разрядов блоков 12 сложения соединены непосредственно с выходными шинами первого разряда счетчика 2. Сигнал переноса, который появляется в результате сложения цифр первого разряда счетчика 2 с какой-либо цифрой второго числа первого разряда, формируется на выходе двухвходового элемента И 13 (фиг. За) либо элемента ИЛИ 14 (фиг. Зб). Элемент ИЛИ 14 имеет прямую и инверсную выходные шины, которые соединены с входами второго разряда блока 12 сложения. Вторые разряды всех блоков 12 сложения содержат элементы И 15-30 и элементы ИЛИ 31-38. Выходы элементов И 15-30 попарно соединены соответственно с входами элементов ИЛИ 31-38. Первые входы нечетных элементов И 15-30 соединены с входной шиной инверсного сигнала переноса Р, а четные с входной шиной прямого сигнала пере носа Р. Вторые входы элементов И 15-30 соё динены с девятью выходными шинами второго разряда счетчика 2. Конкретное соединение вторых входов элементов И 15-30 различно для каждого блока 12 и зависит от углового соотношения выходных напряжений фаз фазовращателя 4. Блок 10 (фиг. 6) представляет собой простой набор из шестнадцати двухвходовых элементов И 10-1 - 10-8 (по восемь на каждый разряд), первые входы которых соединены с соответствующими выходными шинами сигналов фаз счетчика 2 либо блоков 12 сложения, а вторые входы являются управляющими и объединены между собой. На фиг. 6 показано соединение одного разряда первого блока 10 с разрядом блока 11 элементов ИЛИ 11-1 11-8, который содержит в каждом разряде восемь четырехвходовых элементов ИЛИ 11-1 - 11-8. Входы элементов И 10-1 - 10-8 блока 10 соединены 364 с первьми входами соответствующих элементов ИЛИ 11-1 - 11-8 блока 11. Остальные три входа элементов ИЛИ 11-1 - 11-8 блока 11 предназначены для соединения аналогичньм образом с другими тремя блоками 10, информационные входы которых соединены с выходными шинами соответствующих блоков 12. Выходные шины прямых и инверсных сигналов четвертой и восьмой фаз второго разряда регистра 5 соединены с группой из четырех элементов И 39 (двухвходсвых, см. фиг. 7). Выходы элементов И 39 соединены с входом реверсивного делителя на двух триггерах 40, которые соединены между собой при помощи двух блоков 41 и 46 ключей. Блок 41 клочей состоит из элементов И-НЕ 42-45 (двухвходовых), первые входы которых соединены с входами триггеров 40. Аналогично выполняется блок 46 вентилей с той лишь разницей, что соединение триггеров, аналогичных триггерам 40, между собой при помощи ключей производится в обратном порядке по сравнению с блоком 41. Выходные шины прямых и инверсных сигналов триггеров 40 соединены с группой из четырех элементов И 47 (двухвходовых) , выходы которых являются выходами блока 6. Реверсивньй счетяик 7 выполнен аналогично реверсивному делителю на два с той лишь разницей, что в нем установлено не два, а восемь триггеров 48, которые соединены между собой при помощи двух блоков 49 и 50 ключей. Входные шины блока 49 соединены с выходными шинами сигналов ed , , а блока 50 - с шинами сигналов /} , ft . В преобразователе угла поворота вала в код может быть исполь зована любая система счисления и любой код. При описании работы устройства примем систему счисления с основанием и многофазный (восьмифазный) код. Выбор многч}фазного уода объясняется его высокой кЬнтролеспособностью, которая заключается в возможности не только обнаружения ошибок, но и их исправления. Выбор основания системы счисления объясняется двумя причинами: необходимостью получения высокого быстродействия, что в двоичной системе счисления весьма затруднительно, а также тем, что кратность основания двум дает возможность простой стыковки преобразователя с цифровыми устройствами, где основной является двоичная система счисления. Фазность напряжений на входных обмотках фазовращателя также может быть любой в нашем примере она равна двум. Примем следукицие обозначения: заглавные буквы обозначают число в восьмифазном коде; индекс вверху у заглавной буквы обозначает разряд числа, например А - это к-й разряд числа А; строчные буквы с индексом внизу обозначают сигнал определенной фазы этого числа, например, а., ..., а, обозначает сигнал 1-8 фаз числа А второго разряда. Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом. Сигналы высокой частоты поступают с выхода генбратора 1 на вход счетчика 2 и вызьгоают его переключение. На выходных шинах счетчика 2 происходит циклическое изменение сиг налов многофазного кода, эквивалентное изменению цифр обычного десятичного кода от О до 255. За полный цикл изменений этих сигналов формируются на выходе блока 3 два синусоидальных сигнала напряжений со -сдви гом фаз 90 зл.град. Эти напряжения, поступая на вход фазовращателя 4, создают вращающееся магнитное поле статора, которое при нулевой частоте вращения вала индуцирует на выходных обмотках синусоидальные сигналы напряжений с частотой напряжения питания. Сигналы напряжений фаз с выхода фазовращателя 4 (фиг.2) поступают на первый вход четырех формирователей 8, на второй вход которых подаются синхронизирующие импульсы с генератора 1, и формируют на их выходах импульсы опроса 2f , ) идеального фазовращателя при нулевом положении вала эти импульсы располагаются отно сительно кода счетчика 2 в следующем порядке: импульс У( совпадает с сигналом десятичного кода 000, что соответствует сигналу 00.00 цифрового кода с основанием 16; импульс УЛ совпадает с дигналом десятичного кода 64, что соответствует сигналу 04.00 цифрового кода с основанием 16; импульс /л совпадает с сигналом десятичного кода 128, что соответствует сигналу 08.00 цифрового кода с основанием 16; импульс У, совпадает с сигналом кода 192 , что Соответствует сигналу 12.00 цифрового кода с основанием 16. В дальнейшем будем называть только сигналы, соответствующие кодам с основанием 16. Примем, что фазовращатель 4 не идеальньй и импульсы опроса, кроме первого, не совпадают с перечисленными цифровыми положениями счетчика 2. Пусть импульс V совпааает с сигналом цифрового кода с основанием 16 03.15, импульс УЗ - 08.01, импульс yj - 11.14. При нулевом угловом положении вала импульс У, , у открывает первый блок 10 ключей и устанавливает режим приема информации для регистра 5. Тогда цифровые сигналы А двухразрядного счетчика 2 восьмиразрядного кода, эквивалентные сигналу 00.00, через блок 11 записываются в регистр 5. После окончания импульса V регистр 5 сохраняет эти цифровые сигналы. Следующий импульс у„ открывает второй блок 10 ключей, устанавливает режим приема информации для регистра 5, и цифровые сигналы X с выходных шин первого блока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитания из значения А 03.15 счетчика 2 цифрового сигнала 03. 15, что соответствует передаче в регистр 5 сигнала X 00.00. После окончания импульса У л регистр 5 сохраняет эти цифровые сигналы. Следующий импульс Vi открывает третий блок 10 ключей, устанавливает режим приема информации для регистра 5,.и цифровые сигналы Z с выходных шин второго блока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитания из значений А 08.01 счетчика 2 цифрового сигнала 08.01, что соответствует передаче в регистр 5 сигнала .00. После окончания импульса У, регистр 5 .сохраняет эти цифровые сигналы. Следующий импульс у. открывает четвертый блок 10, устанавливает режим приема информации для регистра 5 и цифровые сигналы У с выходных шин третьего блока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осутцествляет операцию вычитания и значения .14 счетчика 2 цифроЕимо сигнала 11.14, что приводит к передаче в регистр 5 сигнала .00. После окончания импульса регистр сохраняет эти цифровые значения. Таким образом, в регистр 5 все импульсы опроса передают нулевое значение цифрового сигнала. При угле поворота Bajja фазовращателя А, отличном от нулевого положения, импульс опроса f, в полной аналогии с прототипом передает в регистр 5 сигналы с выходных шин счетчика 2, пропорциональные этому значе нию угла, и все остальные импульсы yi KI 4 передают в регистр 5 эти же значения сигналов с соответствующих блоков 12 сложения. Работа блоков 12 сложения основан на принципах функционирования сумматоров многофазного кода. В первом блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитания из числа А числа 03.15, что равноценно операции сложения числа с числом, дополнительным к 03.15., т.е. с числом 12.01. Следовательно,в первом разряде необходимо к значению числа А первого разряда счетчи ка добавить число 01, поэтому сигналы фаз первого разряда счетчика 2 соединены непосредственно с входными шинами блока 10 ключей. В результате скольжения числа А первого разряда счетчика 2 с числом 01 формг1руется также сигнал переноса во второй разряд блока 12 сложения. Он формируется в соответствии с выражением Р S; а. Следовательно, первый разряд первого блока 12 сложения содержит только один элемент И 13 (фиг. За). Второй разряд блока 12 осуществляет операцию сложения числа А и числа 12. Принципиальная схема формирования результата сложения второго разряда первого блока 12 сложения Приведена на фиг. 5. Во втором блоке 12 сложения должна осуществляться операци вычитания иэ числа А числа 08.01, что равноценно операции сложений числа А с числом, дополнительным .01 т.е. с числом 07.15. Следовательно, в первом разряде необходимо к значению числа А первого разряда счетчика 2 добавить число 15. В третьем блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитания из числа А числа 11.14, что равноценно операции сложения числа А с числом, дополнительным к 11.14, т.е. числом 04.02. Следовательно, в первом разряде необходимо к значению А первого разряда счетчика 2 добавить число 02. Поэтому сигналы фаз первого разряда счетчика 2 соединены непосредственно с входными шинами блока 10 вентилей. В результате сложения числа А первого разряда счетчика 2 с числом 02 формируется также сигнал переноса во второй разряд блока 12 сложения. При вращении вала фазовращателя в одну сторону в регистре 5 изменяют- ся цифровые показания от 00.00 до 15.15, а при вращении в другую сторону - в обратном порядке. При этом на выходных шинах элементов И 39 формируются сигналы цифровых множеств MO.,OO.OO V...V 03. М 04.00 V ... V 07. Мд.„ 08.00 V ... V 11. М,,;.,у 12.00 V...V 15.15. При следовании этих сигналов в порядке MO.J- М,,.5 первый импульс сигнала поступает на вход двухфазного делителя и устанавливает его второй триггер 40 в одинаковое положение с первым триггером 40. Следующий импульс Мд , который поступает на входные шины делителя для установки первого триггера 40 в одинаковое положение с вторым, переключение в схеме этого делителя не происходит, поскольку триггеры 40 уже находятся в одинаковом положении. Следующий по порядку импульс Mg.j поступает на входную шину делителя и устанавливает триггер 40 в противоположное положение с вторьм триггером 40. При поступлении следующего импульса М который поступает для установки второго триггера 40 в противоположное положение с первым, переключения в схеме нет, поскольку они уже находятся в этом положении, и т.д. При обратном следовании импульсов множеств первыми в схему делителя поступают импульсы множеств , М.у , которые, приводят к обратному следованию фаз делителя, а импульсы множеств М, Mg.jj переключения в схеме не производят. Поэтому при одном направлеНИИ вращения фазовращателя 4 чередование фаз сигналов q, q. прямое, а при вращении в другую сторону - обратное.

Так же при этом меняется чередова ние импульсов «, ft , «L , на выходных шинах элементов И 47, Прямой порядок следования этих импульсов вызывает переключения в реверсивном счетчике 7 для режима суммирования, а обратный порядок - для режима вычитания. Принципиально работа реверсивного счетчика 7 не отличается от работы рассмотренного двухфазного делителя. При одном еледовании фаз сигналов q,, Ял реверсивный счетчик 7 суммирует импульсы с( оС а при другом - вычитает импульсы Я, /) . Следовательно, реверсивный счетчик 7 является логическим продолжением регистра 5: при каждом обороте вала фазовращателя 4 в прямом направлении суммирует эти обороты, а при вращении в обратном направлении - вычитает.

Таким образом, наиболее целесообразным является использование системы счисления с большим основанием и многофазных кодов, поскольку в момент передачи информации в регистр 5 необходимо, чтобы все переключения в счетчике 2 и блоках 12 сложения были завершены. Следовательно, эти узлы должны быть сверхбыстродействующими, В предлагаемом преобразователе это требование полностью выполняется

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД,содержащий генератор, выход которого соединен с входом счетчика и первьм входом первого формирователя импульсов, выход счетчика соединен с первьи входом первого блока ключей и через блок формирования синусоидальных напряжений - с входами фазовращателя, первый выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока ключей, регистр, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены К формирователей импульсов, К блоков сложения, К блоЛов клочей, элемент ИЛИ, блок элементов .ИЛИ, блок формирования импульсов, реверсивный счетчик, выход счетчика соединен с входами К блоков сложения, выходы которых соединены с первьми входами соответствующих блоков ключей, выходы которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входами К формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих К блоков ключей и с остальными входами элемента ШШ, выход которого соединен с входами записи регистра, выход которого через блок формирования имS пульсов соединен с входом реверсив- . :;& э :о э ногр счетчика импульсов.

пз х

p .p

К.

.00(0000.0000)

lett.ooiemMoo}

Г2

oi.00(1000.0000)

ь

г

оо.оо(оооо.оооо1

h -

ri -

ir;--

tpuf.2

/ p

и

/ |Я

LJ

иг .3

fis

5

Oi,

03 )( « -к -к « « « « )

I . ч |« й(- « «

г

l1t- t )( |

Фиг Л

Фиг. 5

фиг.е

I/; 39 Q

t,

1

W

f1t3

/y.

ПЛ.,7

13ПШШЮ«7

-t J /

(put. 8