Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/44 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах аналого-цифрового преобразования угловой информации.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности преобразователя

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код, на фиг.2 структурная схема блока управления фазой на фиг.З - структурная схема масштабного блока; на фиг.4 - структурная схема суммарно-разностного блока на фиг.5 - структурная схема блока формирователей огибающих меандров, на фиг.6 - структурная схема устройства сложения несущих; на фиг.7 .структурная схема каждого из узлов устройства сложения несущих, на фиг.8 - структурная схема логического блока; на фиг.9 и 10 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь (фиг,1) содержит источник 1 переменного напряжения, синусно-косинусный датчик 2 угла, блок 3 управления фазой, масштабный блок 4, суммарно-разностный блок 5, блок 6 формирователей огибающих меандров, блок 7 сложения несущих и логический блок 8.

Блок 3 управления фазой выполнен на ключах 9, инверторах 10 и фазочувствительных детекторах (ФЧД) 11,

Масштабный блок 4 (фиг.З) может быть выполнен на матрицах типа Р-2Р или резистивных делителях 12-1 12-6, входы которых соединены с соответствующими входами масштабного блока 4. Номинальные значения резисторов резистивных делителей выбираются в соответствии с заданным коэффициентом передачи.

Суммарно-разностный блок 5 (фиг.4) выполнен на элементах 13-1 13-7 сравнения напряжения, представляющих собой, например, дифференциальные усилители.

Блок 6 формирователей огибающих меандров (фиг.З) состоит из усилителей-ограничителей 14-1 - 14-9, входы которых соединены с выходами синуснокосинусного датчика 2 угла и выходам суммарно-разностного блока 5, Выходы усилителей-ограничителей являются выходами блока 6 формирователей огибающих меандров.

72

Блок 7 сложения несущих (фиг.6) состоит из узлов 15-1:15-2 - 15-4 и элементов ИЛИ 16.

Каждьш из узлов 15 (фиг.7) содержит инверторы 17, входы которых соеинены с входами элемента И l8, а выоды - с входами элемента И 19, выоды элементов И 18 и 19 соединены входами элемента ИЛИ 20.

Логический блок 8 (фиг.8) состоит з дифференцирующего блока 21 и сеектора 22 импульсов.

Преобразователь угла поворота ала в код работает следующим образом.

Источник 1 переменного напряжения записывает синусно-косинусный датчик 2 угла напряжением

sincot,(1)

где и - амплитуда напряжения.

Со - круговая частота. При этом с выхода датчика 2 снимаются напряжения

и, kUf sin РК; sincot (2)

и kU cos poCsinwt(3)

где к - коэффициент передачи датчика 2,

р - число пар полюсов датчика 2, 0 - угол поворота ротора датчика 2.

Сигналы и и и„ поступают на входы блока 3 управления фазой этих сигналов и на два входа блока 6 формирователей огибающих меандров. С первых двух выходов блока 6 снимаются сигналы U- и и, имеющие частоту вращения ротора датчика 2 и представляющие Собой огибающие, заполненные несущей типа меандр, имеющие одинаковые и соответственно противоположные фазы относительно питающего напряжения Ug (на фиг.9 показаны только огибающие меандров).

Сигналы и и и., сдвинутые между собой на 90 эл. град, поступают на управляющие входы блока 3 управления фазой и далее на фазочувствительные детекторы 11, где из них формируются огибающие U и U без наполнения несущей. Выходной сигнал U фазочувствительного детектора 11-1 поступает на управляющий вход ключя 9-1 пары ключей 9-1 и 9-2, который открывается на время, например, положительного потенциала (логический уровень 1) огибающей Ug.

Этот сигнал одновременно инвертируется инвертором 10-3 и поступает

на управляющий вход ключа 9-2 пары ключей 9-1 и 9-2 отрицательным потенциалом. При этом ключ 9-2 закрывается. Поэтому на выходе пары ключей 9-1 и 9-2 появится сигнал, поступающий на сигнальный вход открытого в данньй момент ключа 9, например 9-1. При отрицательном потенциале (логический уровень О) огибающей Uj ключ 9-1 закрьшается, а ключ 9-2 открывается.

Таким образом, на выходе пары ключей 9-1 и 9-2 поочередно с частотой огибающей появляется то прямой, то инвертированный сигнал U, , но так как этот сигнал в каждый полупериод изменяет свою фазу несущей на противоположную, то на выходе пары ключей 9-1 и 9-2 формируется сигнал и.( с одной и той же фазой несущей и огибающей, имеющий один и тот же знак.

Аналогичным образом из сигнала Uj датчика 2 на выходе пары ключей 9-3 и 9-4 формируется сигнал U с одной и той же фазой несущей, совпадающей по фазе с несущей сигнала U/. В результате этого частота повторения огибающей выходного сигнала U|(и.) первой (второй) пары ключей 9 с периодом Т удваивается по сравнению с частотой огибаюг1ей сигнала U)(и) с периодом Т, (фиг.9).

Сигналы и и с выходов блока 3 управления фазой поступают на входы масштабного блока 4., где сигналы и, и и преобразуются в систему многоуравневых переменньк напряжений

UM 2 м , и;2 («

фиг.9 указанные сигналы изображены без несущей). При этом дискретность изменения амплитуды сигналов в масштабном блоке 4 определяется дискретностью изменения углового переме щения Дои ротора датчика 2.

Многоуровневая система сигналов U

UM Ui-2 и,.,, u, и;.,, u;., и;. с

выходов блока 4 масштабирования поступает на входы суммарно-разностного блока 5, в котором указанные сигналы преобразуются в многофазную систему сигналов U , U ; U, Vg , Щ U,g, Uj с удвоенной частотой синусного и косинусного сигналов датчика 2, каждый из которых по отнош-ению к соседним сдвинут по фазе огибающей на угол Д oi ,

Для этого в суммарно-разностном блоке 5 из сигналов U, , U|-), Ь,., и,., вычитается сигнал Uz, а из сигналов и , и,., 2-2 -г-з сигнал U . Сигналы с выхода суммарно-разностного блока 5 совместно с сигналами и, и Uj датчика 2 поступают на входы блока 6 формирователей огибающих меандров, вьфабатывающие сигналы и, (фиг.Ю), заполненные несущей типа меандр. При этом фронты положительных перепадов сигналов Uj., и , и, и (фиг.Ю) имеют сдвиг по отношению друг к другу на угол ДК , Фронт положительного перепада сигнала Uj по отношению к фронту отрицательного перепада сигнала U также имеет сдвиг на угол л . Фронты положительных перепадов сигналов

,, по отношению друг к другу сдвинуты на ту же угловую величину. Длительность положительного потенциала сигналов Uf, Ug и J,, U и U, Ug и и j (фиг. 10) пропорциональны соответственно 8uoi, Ьлк, 4л(х:,, 2u(t.

Сигналы и 9 - и с. выхода блока 6 формирователей огибающих меандров поступают на входы блока 7 сложения несущих (фиг.6), где осуществляются следующие логические функции:

4-+

UD. 5

и.

Ч i

Uor г 5+u„.U5,

U,,-Uo, (и,+Ц)-ьиог(и,+и,„); (4)

U,,Ug+UH;

Uo,+U,,. П.

в результате последовательного объединения сигналов ,, в соответствии с вьфажением (4) на выходе блока 7 сложения несущих формируются два выпрямленных (продетектированньгх)сигнала U|2 и U, (фиг.Ю), смещенные один относительно другого на угол дс , соответствующий 90 эл.гра Детектирование сигналов осуществляется последовательно в узлах 14-1 14-4 блока 7 сложения несущих в соответствии с их принципом действия заключающимся в том, что при поступлении на вход узла 14 двух сигналов, заполненных несущей типа меандр, на его выходе образуется выпрямленный сигнал с логическим уровнем 1, в случае противоположных фаз несущих с логическим уровнем О в случае совпадения фаз несущих.

Сформированные сигналы Uii и и, с выходов блока 7 сложения несущих

поступают на входы логического блока 8 (фиг,1) и далее на входы дифферен цирующего блока 21 и управляющие входы селектора 22 импульсов (фиг.8), В дифференцирующем блоке 21 осуществляется дифференцирование сигналов U|2 ч U| по переднему и заднему фронтам с формированием импульсов прираще ния угла U,,j, и, и и,,, U, соответствен но.

Эти сигналы поступают на сигнальные входы селектора 22 импульсов, где они распределяются по соответствующему выходу , и В зависимости от направления вращения вала.

Таким образом, введение в преобразователь угла поворота вала в код блока 3 управления фазой при указанном его соединении позволяет вести обработку сигналов в последующих блоках преобразователя на повышенной (удвоенной/частоте одними и теми же элементами преобразователя. Это обеспечивает сокращение числа функциональных связей, уменьшение объема оборудования, повышение надежности и снижение стоимости преобр.азователя при сохранении высокой разрешающей способности.

Количество каналов преобразования сигналов, которое в предлагаемом преобразователе остается неизменным,

независимо от увеличения разрешающей способности, равно трем (сиг).

U4 и Uf

налы и

9

Изменяемое количество каналов зависит от разрешающей способности преобразователя и в предлагаемом преобразователе при разрешающей способности 32р (5 двоичных разрядов) составляет шесть каналов (сигналы U U4).

Таким образом, общее число каналов преобразования при разрешающей способности 32р в предлагаемом преобразователе составляет девять, а в известном - шестнадцать .каналов.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий источник переменного напряжения, выход которого соединен с входом синусно-косинусного датчика угла, масштабныйблок, выходы которого соединены с входами суммарноразностного блока, выходы которого соединены с первыми семью входами блока формирователей огибающих меандров, выходы которого соединены с входами блока сложения несущих, выходы которого соединены с входами логического блока, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повьшения надежности преобразования, в него введен блок управления фазой, выходы синусно-косинусного датчика угла соединены с восьмым и девятым .../ входами блока формирования огибающих меандров и с входами блока управления фазой, управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами блока формирователей огибающих меандров, а выходы с входами масштабного блока. 2. Преобразовательпо п.1, о т личающийся тем, что блок управления фазой выполнен в виде двух фазочувствительных детекторов, четырех инверторов и четырех ключей, входы первого и второго ключей являются входами блока и соединены с входами первого и второго инверторов соответственно, выходы первого и второго инверторов соедиС нены с входами соответственно третьего и четвертого ключей, вькоды первого и третьего ключей соединены между собой и являются вторым выходом блока, входы фазочувствительных детекторов являются управляюпщми входами блока, а выходы соединены сп с управляющими входами первого и второго ключей и входами третьего и четвертого инверторов, выходы S vi которых соединены с управляющими входами третьего и четвертого ключей соответственно.

и

иФмг.1

Фиг.2

Ф(г:3

3 f/f.

15-J

0W2.5

Фиг. 8

«.(I)

и, u,,v,,i/,., 1/;

(tl