Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/64 

НИИ синусоидального и косинусоидального токов, четвертый вход блока формирования синусоидального и косинусоидального токов через датчик тока подключен к информационному входу ключа, который является третьим выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, другой Bxok триггера является пятым входом блока, выход триггера подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а другой вход компаратора фаз явдяется щестым входом блока формирования синусоидального и -косинусоидального токов. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий генератор, подключенный к, делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход - к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формирования косинусоидальногд тока, четвертый выход - к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пять1м входам блоков формирования синусоидального и косинусОидального TOROB, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управлейия, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а выход подключен к арифметическому блоку, отличающийся тем, что, с целью повыщения точное ти преобразователя, в него введены дешифратор, первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дещифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первого элемента И-НЕ, другой выход дешифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены к шестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального тоI ков соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусои(Л дального токов подключены к другим входам первого и второго ключей. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в нем каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, 4 датчик тока, триггер и регулирующий элеО5 мент, один вход компаратора фаз является 00 первым входом блока формирования синуо со соидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента . является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одним входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирова

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть испольчпвано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Известнь преобразователи угла поворота вала в код, содержащие последовательно включенные генератор опорного напряжения, фазорасщепитель, фазовращатель и блок преобразования фазы в код 1.

Недостатками таких преобразователей является невысокая точность преобразования, обусл9вленная, в основном, отклонением от квадратуры питающих фазовращатель напряжений.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, двоичный счетчик, фазорасщепитель фазовращатель, блок совпадений, дещифратор, усилители мощности, нуль-органы, триггеры, пиковые детекторы, дифференциальный усилитель и фильтр. Для повыщения точности в преобразователь введена автоматическая подстройка фазы фазорасщепителя, уменьшающая погрешность установки 90-градусного фазового сдвига питающих фазовращатель токов 2.

Недостатком этого преобразователя является погрещность от неравенства питающи,х фазовращатель токов и неточной выставки 90-градусного сдвига, обусловленной временными задержками нуль-органов и нестабильностью их во времени от действия дестабилизирующих факторов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, подключенный к делителю частоты, первыми выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход - к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формирования - косинусоидального тока, четвертый выход -

к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков

формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управления другой вход которого соединен, с пятым выходом делителя частоты, а выход подключен к арифметическому блоку. В преобразователе каждый из блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ блока, датчик тока, .триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, к дру гому входу компаратора фаз через формирователь импульсов подключен первый вход

ключа и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход компаратора фаз подключен к одному входу элемента задержки, другой вход которого соединен с вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход элемента задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый вход

которого соединен с вторым-входом ключа и с третьим входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соответствующего ключа. Блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления 3. Однако известный преобразователь имеет недостаточно высокую точность, обусловленную неточной выставкой 90-градусного сдвига, вызванной наличием неодинаковых задержек формирователей фазовых импульсов блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов и изменением этих задержек при действии дестабилизирующих факторо. Цель изобретения - повышение точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, подключенный к делптелю частоть, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход - к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формирования косинусоидального тока, аетвертый выход - к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответстйенно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управления, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а в выход подключен к арифметическому блоку, введены дещифратор, первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дещифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первого элемента И-НЕ, другой выход-дещифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, рыходы которых подключены к щестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к другим входам первого и второго ключей. Каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз является первым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одним входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, четвертый вход блока формирования синусоидального и косинусоидального токов через датчик тока подключен к информационному входу ключа, который является третьим выходом блока формирования; синусоидального и косинусоидального токов, другой вход триггера является пятым входом блока, выход триггера подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а другой вход компаратора фаз является шестым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов. Блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления. На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграмма его работы. Преобразователь содержит генератор 1, делитель 2 частоты, два блока 3- и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, дешифратор 5, первый и второй ключи 6 и 7, формирователь 8 фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ 9, и 10, блок 11 сравнения амплитуд, формирователь 12 синусоидальных напряжений, усилитель 13 мощности, фазовращатель 14, формирователь 15 импульсов, блок 16 управления и арифметический блок 17.

Идентичные по структуре блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов содержат соответственно компараторы 18 и 19 фаз, элементы 20 и 21 задержки, датчики 22 и 23 токов, ключи 24 и 25, триггеры 26 и 27 и регулирующие элементы 28 и 29. Блок 16 управления содержит последовательно соединенные синхронизатор 30 и блок 31 ключей.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а, б к в - мейндры на входе дещифраторя .i; г - управляющие сигналы на первом выходе дешифратора 5; д - управляющие сигналы на втором выходе дещифратора 5; е и ж: - синусоидальнь1Й и косинусоидальный токи с выходов датчиков 22 и 23 тока; 3 - си-налы на входе формирователя 8 фазовых импульсов; и - фазовые импульсы на выходе формирователя 8 фазовых импульсов.

Дешифратор 5 может быть выполнен, например, на логической интегральной микросхеме сдвигового регистра и микросхеме И-НЕ; ключи 6 7, 24 н 25 - в виде компенсированных интегральных прерывателей; формирователь 8 фазовых импульсов - в виде интегрального компаратора с дифференцирующей схемой на выходе; в качестве датчиков 22 и 23 токов используют резисторы высокого класса точности, имеющие отклонение от номинала ±0,005%. Клмпараторы 18 и 19 фаз могут быть выполнены в виде синхронизируемого С-триггера; элементы 20 и 21 задержки - в виде управляемых одновибраторов; триггеры 26 и 27 - в виде RS-триггеров с интегрирующими цепями на выходе; регулирующие элементы 28 и 29 - в виде каскадного усилителя; блок 11 сравнения амплитуд - в виде операционного усилителя; формирователь 12 синусоидальных напряжений - в виде активных RSфильтров на операционных усилителях. Синхронизатор 30 может быть выполнен на 1К-триггерах; блок 31 ключей - на элементах И-НЕ; арифметический блок 17 - в виде h-разрядного регистра.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое делитель 2 частоты делит в 2 раз, где п - число его разрядов, вырабатывая п импульсных сигналов типа меандр, образующих кодовую маску, две последовательности опорных меандров частоты fi , сдвинутые друг относительно друга на ff 12, и две последовательности управляющих импульсов той же частоты сдвинутые друг относительно друга на да/2.

С выхода делителя 2 частоты управляющие импульсы и опорные меандры поступают на входы блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, которые совместно с блоком 11 сравнения амплитуд обеспечивают точку установку и- стабилизацию равенства амплитуд токов, питающих фазовращатель 14. При этом напряжения с датчиков 22 и 23, пропорциональные по амплитуде входным токам фазовращателя 14, поступают на информационные входы ключей 24 и 25, на управляющие входы которых подаются импульсы с выходов делителя 2 частоты. Под действием этих импульсов в момент достижения синусоидальными напряжениями датчиков 22 и 23 отрицательных амплитудных значений ключи 24 и 25 открываются и пропускают на блок 11 сравнения амплитуд сигналы в виде отрицательных импульсов. Блок 11 сравнения амплитуд, общий для обоих блоков 3

0 и 4, производит сравнение амплитуд отрицательных импульсов с опорным напряжением и выдает управляющие сигналы на входы триггеров 26 и 27. Управляющие напряжения на выходах триггеров 26 и 27, пропорциональные разности между опорным напряжением и напряжениями датчиков 22 и 23, управляют регулирующими элементами 28 и 29, которые под действием этих управляющих напряжений изменяют амплитуду меандров, поступающих с выходов блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов на вход формирователя 12 синусоидальных напряжений, обеспечивая равенство амплитуд токов, питающих фазовращатель 14. Одновременно блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов совместно с дещифратором 5, ключами 6 и 7, формирователем 8 фазовых импульсов и элементами И-НЕ 9 и 10 производят привязку нулей фаз питающих токов к опорным меандрам делителя 2 частоты, сто осуществляется следующим образом.

Синусоидальное и косинусоидальное напряжения с выходов датчиков 22 и 23, совпадающие по фазе с токами входных обмоток фазовращателя 14, поступают на информационные входы ключей 6 и 7, на управляющие входы которых приходят сигналы с выходов дешифратора 5. Дещифратор 5 из выходных сигналов (фиг. 2а, бив), поступающих с пятого выхода делителя 2 частоты, формируют на первом и втором выходах управляющие сигналы (фиг. 2 г и д), в момент действия которых через ключи 6 и 7 на вход формирователя 8 фазовых импульсов проходят части напряжений с выходов датчиков 22 и 23 (фиг. 2з). Формирователь 8 фазовых импульсов вырабатывает фазовые импульсы (фиг. 2и) в момент перехода напряжений с выхода ключей 6 и 7 через нуль от отрицательных значений к положительным, определяя нули фаз токов.

питающих фазовращатель 14. Фазовый импульс синусоидального напряжения с выхода формирователя 8 фазовых импульсов проходит элемент 9 на вход компаратора 18 фаз блока 3 формирования синусоидального тока, а через элемент 10 - на вход компаратора 19 фаз блока 4 формирования косинусоидальиого тока. Одновременно на другие входы компараторов 18 и 19 фаз с первого и третьего выходов делителя 2 частоты поступают опорные меандры частоты f,. При этом компараторы 18 и 19 фаз по результату сравнения временных положений фронтов опорных меандров и нулей фаз токов, литающих фазовращатель 14, вырабатывают управляющие сигналы. Под действием этих сигналов элементы 20 и 21 задержки задерживают опорные меандры делителя 2 частоты, поступающие на входы регулирующих элементов 28 и 29, обеспечивая совпадение нулей фаз питающих токоб с фронтами опорных меандров во времени и тем самым осуществляя точную установку 90-градусного сдвига фаз токов, питающих фазовращатель 14. При этом точность установки 90-градусного сдвига фаз определяется только точностью формирования временного сдвига между опорными меандрами в четверть периода, который определяется стабильностью частоты генератора 1 и не зависит от временной задержки общего для обоих блоков 3 и 4 формирователя 8 фазовых импульсов и нестабильности ее во времени от действия дестабилизирующих факторов.

С выходов регулирующих элементов 28 и 29 меандры, модулированные по амплитуде и сдвинутые во времени относительно опорных меандров, поступают на входы формирователя 12 синусоидальных напряжений и далее через усилитель 13 - на входные обмотки фазовращателя 14. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 14 поступает на вход формирователя 15 импульсов, вырабатывающего фазовые импульсы, временное положение которых относительно начала преобразования, определяемого опорным меандром, пропорционально углу поворота ротора фазовращателя 14. Фазовые импульсы с выхода формирователя 15 импульсов поступают на первый вход синхронизатора 30 блока 16 управления, где производится синхронизация №х с импульсными напряжениями делителя 2 частоты, поступающими на второй вход синхронизатора 30, с выхода которого синхронизированный фазовый . импульс поступает на второй вход блока 31 ключей, на первый вход которого поступают п-импульсных напряжений типа меандр с выхода делителя 2 частоты.

На выходе блока 31 формируется п импульсов записи, которые поступают на вход арифметического блока 17, осуществляющего запись и хранение текущего значения делителя 2 частоты, эквивалентного углу поворота фазовращателя 14.

Таким образом, предлагаемое построение преобразователя угол - фаза - код позволяет точнее определить нули фаз то.ков, питающих фазовращатель, и тем самым исключить влияние различия задержек, вносимых используемыми в известном устройстве отдельными формирователями импульсов блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, что обеспечивает более точную установку 90-градусного сдвига фаз питающих токов и тем самым повыщение суммарной точности преобразователя угол - фаза - код 1-2 угл. с. Кроме того, исключение влияния задержки формирователя фазовых импульсов на установку 90-градусного сдвига фаз питающих токов позволяет применить в его цепи фильтр и тем самым повысить его помехозащищенность. Что обеспечивает повыщение надежности преобразователя в целом.

Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом.

fuz.l

а б 6

.г.--I F1

J L

t t

e ж

пп

П П J

Фиг. 2