Преобразователь угол-фаза-код Советский патент 1985 года по МПК G08C9/00 

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код с использованием фазовращателей. По основному авт.св. № 858051 известен преобразователь угол фаза - код, содержандий фазовращатель, к выходным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам формирователя импульсов, выход которого соединен с одним входом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен с выходом кварцевого генератора, выход блока управл ния подключен к арифметическому блоку, блок сравнения .амплитуд и блоки формирования синусорщального и коси нусоидального токов, первый .выход делителя частоты соединен с первьЕх и вторым входами блока формирования синусоидального тока, третийвход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, а четвертый вход с одной входной обмоткой фазовращателя, третий выход делителя частоты соединен с первым и вторым, входами бхюка формирования косинусоидального тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу - другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с входами формирователя синусоидальных напряжений, а вторые выходы - с соответствующими входами блока сравнения амплит.уд,выход которого подключен к пятым вход блоков формирования синусоидального косинусоидального токов. Каждьй блок формирования синусоидального или косинусоидального тока содержит компаратор фаз, упра зляемую линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль,датчик тока, триггер и регулирующий элемент один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования синусоидального или косинусоидальноР тока, к другому входу которого через формирователь импульсов подключен первый вход управляемого вентиля и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход компаратора фаз подключен к одному входу управляемой линии задержки, другой вход которой соединен с вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход управляемой линии задержки соединен с од«им входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля и с третьим входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый вьпсод каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соответствующего управляемого вентиля. В известном преобразователе суммарная погрешность равна 15-20-, в которой основную часть (до 90-95%) составляет инструментальная погрешность, определяемая фазовращателем Cl}. Недостатком известного преобразователя- Является невозможность получения погрешности, меньшей погрешности фазовращателя, что ограничивает точность преобразователя. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угол фаза - код введены последовательно соединенные блок фильтров нижних частот, блок сдвига фаз, задатчик амплитуд и аналоговый сумматор, выход которого подключен к другому входу формирователя импульсов, а пятый выг ход делителя Частоты подключен к входу блока фильтров нижних частот. На чертеже представлена структур.ная схема преобразователя угол - фаза - код. Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, питающих входные обмотки датчика угла, выполненного в виде индукционного фазовращателя 5j блок 6 сравнения амплитуд, формирователь 7 синусоидальных 3 напряжений, усилитель 8, формировател 9 импульсов, блок 10 управления, арифметиче,кий блок 1 1. Идентичные по своей структуре блоки 3 и 4 форми рования синусоидального и косинусоидальнего токов содержат соответственно компараторы 12 и 13 фаз, формирователи 14 и 15 импульсов, управляемы линии 16 и 17 задержки,датчики 18 и 19 токов, управляемые вентили 20 и 21, триггеры 22 и 23 с раздельными входами, регулирующие элементы 24 и 25. Выход кварцевого генератора 1 соединен с входом делителя 2 частоты первый выход которого соединен с первым и вторым входами блока 3 формирования синусоидального тока, треть им входом соединенного с вторым выходом делителя 2 частота, третий выход которого соединен с первым и вторым, а четвертый выход - с третьим входом блока 4 формирования косинусоидального тока. Четвертые, входы блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с одними выводами входных обмоток фазовращателя 5, первые выходы - с входами формирователя 7 синусоидальных напряжений, вторые выходы - с соотве ствующими входами блока 6 сравнения амплитуд. Выход блока 6 сравнения амплитуд соединен с пятыми входами блоков 3 и 4 формирования синусоидального и консйнусоидального токов. Выход форм1фователя 7 синусоидальных напряжений через усилитель 8 соединен с другими выводами входных обмоток фазовращателя 5, выходная обмотка которого соединена с входами формирователя 9 импульсов. Выход формирователя 9 соединен с одним входом блока to управления, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а выход - с входом арифметического блока 11, выход которого является выходом преобразователя. В блоке 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидального)тока один вход компаратора 12 (13) фаз соединен с первым входом блока 3 (4) а другой вход через формирователь 14 (15) импульсов - с первым входом управляемого вентиля 20 (21) и выходом датчика 18 (19) тока, вход кото рого подключен к четвертому входу блока 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидального) тока. Выход 3354 компаратора 12 (13) фаз подключен к одному входу управляемой линии 16 (17) задержки, другой вход которой соединен с вторым входом блока 3 (4) формирования синусо1адального (косинусоидального) тока. Выход управляемой линии 16 (17) задержки соединен с одним входом регулирующего элемента 24 (25) , другой вход которого подключен к выходу триггера 22 (23), первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля 20 (21) и с третьим входом блока 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидального) тока. Второй вход триггера 22 (23) соединен с пятым входом блока 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидального) тока, первый выход которого соединен с выходом регулирующего элемента 24 (25), а второй выход с выходом управляемого вентиля 20 (21). Кроме того, преобразователь содержит последовательно соединенные блок 26 фильтров нижних частот, блок 27 сдвига фаз, задатчик 28 амплитуд и аналоговый сумматор 29. Вход блока 26 фильтров нижних частот соединен с пятым выходом делителя 2 частоты, а выход аналогового сумматора 29 соединен с вторым входом формирователя 9 импульсов. Блок 10 управления содержит последовательно соединенные синхронизатор 30 и блок 31 вентилей. Первый вход синхронизатора 30, являющийся первым входом блока 10 управления, соединен с выходом формирователя 9 импульсов, а второй вход синхронизатора 30, являющийся вторым входом блока 10 управления, соединен с выходом делителя 2 частоты и вторым входом блока 31 вентилей, первый вход которого соединен с выходом синхронизатора 30. Выход блока 31 вентилей, являющийся выходом блока 10 управления, соединен с входом арифметического блока 11. Делитель 2 частоты может быть выполнен в виде последовательно соединенных п счетных триггеров. Формирователь 9 импульсов может быть выполнен, например, в виде двух каскадов. В качестве первого каскада используют операционный усилитель, в качестве второго каскада - формирователь коротких импульсов на логических элементах И-НЕ. Блок 26 фильтров нижних частот может быть выполнен в виде активных RC-фильтров, блок 27 сдвига фаз в виде фазосдвигающих звеньев на операционных усилителях, задатчик 28 амплитуд - в виде делителей напряжения; аналоговый сумматор 29 в виде сумматора на операционном усилителе, синхронизатор 30 - на IKтриггере, блок 31 вентилей - на элементах И-НЕ, арифметический блок 11 - в виде п-разрядного регистра. Преобразователь угол - фаза - код работает следующим образом. Кварцевый генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсно напряжение, которое делитель 2 частоты делит в 2 раз, где п - число его разрядов, вырабатывая п импульсных сигналов, образующих кодовую маску, две последовательности опорны меандров f/2, сдвинутые друг относи тельно друга на 71/2, и. две последовательности управляющих импульсов той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на ту же величину. Опорные меандры и управляющие №туль сы с выходов делителя 2 частоты по ступаютна входы блоков 3 и 4 формирования синусоидапьного и косинусоидального токов. Блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов совместно с блоком 6 сравнения ампли туд осуществляют автоматическую подстройку фаз, точную установку и стабилизацию амплитуд тока, питающих фазовращатель 5, и тем самым уменьшают влияние параметров питающих токов на точность преобразования, что позволяет получить стабильную характеристику распределения инструментальной погрешности, зависящую в основном от технологии изготовления фазовращателя. Импульсы с выходов блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов поступают на входы формирователя 7 синусоидальных напряжений и далее через усилитель 8 - на входные обмотки фазовращателя 5. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 5 поступает на первый вход формирователя 9 импульсов, вырабатывающего фазовые импульсы, временное положение которых относительно опорных меандров f/2 пропорционально углу поворота ротора фазовращателя 5. Одновременно п импульсных сигналов, образующих кодовую маску, с выхода делителя 2 частоты поступает на блок 26фильтров нижних частот, где формируются синусоидальные сигналы m частот с малыми (1-2%) коэффициентами гармоник, поступающие далее в блок 27.сдвига фаз, в котором начальные сдвиги фаз расчетных гармоник компенсирующего напряжения устанавливаются равными начальным сдвигам фаз соответствующих гармоник систематической составляющей инструментальной погрешности фазовращателя 5. Сигналы с выхода блока 27 сдвига фаз поступают на задатчик 28 амплитуд, в котором выставляются расчетные амплитуды каждого из синусоидальных сигналов, поступающих далее на вход аналогового сумматора 29, в котором в соответствии с расчетом формируется компенси,рующее напряжение U(t), по форме зеркально-симметричное систематической составляющей погрешности cfCt) фазовращателя 5. Компенсирующее напряжение U(t) подается на второй вход формирователя 9 импульсов. При этом фазовьш импульс на выходе формирователя 9 формируется в момент равенства напряжения фазовращателя 5 и компенсирующего напряжения U(t). Таким образом, в зависимости от угла поворота фазовращателя 5 (временного положения выходного напряжения фазовращателя) производится компенсирующий временной сдвиг фазового импульса (момента срабатывания) формирователя 9 импульсов в соответствии с характеристикой инструментальной погрешности д,азовращателя 5. Тем самым обеспечивается компенсация систематической составляющей погрешности фазовращателя 5. С выхода формирователя 9 импульсов напряжение, с высокой точностью (до 1-2) определяющее истинное угловое положение ротора фазовращателя 5, поступает на первый вход синхронизатора 30 блока 10 управления, где производится синхронизация его с импульсным напряжением делителя 2 частоты, поступающим на второй вход синхронизатора 30, с выхода которого синхронизированный фазовый импульс поступает на второй вход блока 31

11533358

вентилей, на первый вход которого Параметры компенсирующего,напряжепоступают п импульсных напряжений сния U(t) определяются из характерисвыхода делителя 2 частоты. На выходетики систематической составляющей блока 31 вентилей формируется п им-погрешности, имеющей периодический пульсов записи, которые поступают на 5характер и являющейся функцией угла вход арифметического блока 11, гдеповорота ротора фазовращателя. Для осуществляется запись и хранение теку-этого систематическая составляющая щего значения кода делителя 2 частоты,(/(t) характеристики погрешности фаэквивалентного углу поворота фазовра-зовращателя раскладывается в ряд щателя 5.Фурье.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ - ФАЗАКОД по авт.св. № 858051, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены последовательно соединенные блок фильтров нижних частот, блок сдвига фаз, задатчик амплитуд и аналоговый сумматор, выход которого подключен к другому входу формирователя импульсов, а пятый выход делителя частоты подключен к входу блока фильтров нижних частот. КО С71 оо 00 оо Oi