Синусно-косинусный преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/02 

11

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к преобразователям угла поворота вала (или оси) в дискретный код, и может быть использовано в системах автоматического управления перемещением рабочих органов многокоординатных станков с числовым программным управлением, манипуляторов, роботов.

изобретения - повьшение точности синусно-косинусного преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - разбивка квадранта окружное ти на десять фиксированных направлений и дискретные проекции их(функции синуса и косинуса) на оси координат; на фиг. 3 - схема, иллюстрирующая синтез дешифратора для трех разрядных регистров синуса и косинуса;.на фиг. 4 - диаграмма выходных сигналов импульсного датчика угла поворота вала; на фиг. 5 - пример выполнения блока определения направления вращения по выходным сигналам датчика..

Преобразователь угла поворота вала в код содержит датчик 1 угла (фиг. блок 2 определения направления вращения, регистры Зи4 кодов синуса и коси нуса соответственно, дешифратор 5,реве сивныйрегистр 6, блок 7управления ре- рерсивным регистром, блок 8 управления реверсивным счетчиком квадрантов, реверсивный счетчик 9, блок 10 выделе

ния знаков синуса и косинуса, элементы ИЛИ 11 и 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13, инвертор 14, триггера 15 и 16, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 и 18, элементы И 19 и 20, инвертор 21, элемент ИЛИ 22,элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, регистр 24 знака косинуса, регистр 25 знака синуса, элементы ИЛИ 26 - 28, триггеры 29 и 30.

Устройство работает следующим образом.

С выходных каналов датчика 1 на вход блока 2 определения направления вращения поступают две последовательности импульсов, а на реверсивный регистр 6 с одного из каналов - одна последовательность импульсов. На фиг. 4 показана диаграмма выходных сигналов sin, cos указ.анного датчика. Пусть импульсы одной последовательности (соз) сдвинуты относительно импульсов другой последовательности (sin) на четверть периода пои

o

0

5

40

45

вращении вала в ту или иную сторону (фиг. 4). Тогда на выходе блока 2 определения направления вращения устанавливается потенциальный сигнал, логический уровень которого соотв т- ствует тому или иному направлению вращения. Блок 2 может быть выполнен в виде динамиче.ского триггерного устройства (D- или I - К-триггера), где к синхройизирукщему входу подключают информационный канал, например, sin, а на вход D или I (К) - другой канал импульсного датчика 1 угла поворота. Из-за сдвига сигналов двух каналов по фазе фронту сигнала одного канала (sin), соответствуют разные логические уровни сигналов другого канала при противоположных направлениях вращения вала. Реверсивньй регистр 6, выполняющий функции распределителя импульсов с перемещающейся по его разрядам информационной единицей, воспринимает по счетному входу сигналы фиксированных направлений

от датчика 1. Направление перемещения информационной единицы в реверсивном регистре 6 определяется блоком 7 управления реверсивным регистром, в котором выход элемента

единицы

единицы

ИЛИ 11 управляет движением единицы слева направо,, а вьрсод элемента ИЛИ 12 - ее перемещением справа налево. В блоке 7 управления реверсивным регистром 6 реализуются логичес- 35 кие функции

X а + В + с; у а + В + d, где X - управляющий сигнал слева направо;

у - управляющий сигнал справа налево;

а - сигнал блока определения направления вращения;

В - сигнал состояния младшего разряда реверсивного счетчика 9 квадрантов;

с - сигнал состояния крайнего левого разряда реверсивного регистра 6;

d - сигнал состояния крайнего 50 правого разряда реверсивного регистра 6.

Изменение состояния реверсивного счетчика 9 (квадрантов) происходит от сигнала, поступающего на его счет- 55 ный вход и вырабатываемого блоком 8 управления реверсивным счетчиком 9 при решении логического уравнения. Z (d + е) а + (f + с) а.

31

где z - управляющий сигнал изменения состояния реверсивного счетчика 9 квадрантов;

а - сигнал блока определения нап равления вращения;

с - сигнал состояния крайнего левого разряда реверсивного регистра 6

е - сигнал состояния второго разряда реверсивного регистра 6;

f - сигнал состояния предпоследнего разряда реверсивного регистра 6

Направление счета в реверсивном счетчике 9 определяется сигналом блока 2 определения направления вращения. Сигналы знаков функций синуса и косинуса вырабатываются при сравнении состояний разрядов реверсивного счетчика 9 квад-, рантов) в блоке 10 вьщеления знаков синуса и косинуса.

Информационная единица, перемещающаяся по разрядам реверсивного ре гистра 6, поступает на один из вхо- дов дешифратора, и,таким образом, в

(1x2) 1 (1x2) (1x3) (1x2) 1 (1x2) (1x3) (1x4) (1x3) (2x2) t (2x2) (1x3) (1x4) (1x5) (1x4) (2x3) (4x2) 1 (4x2) (2x3) (1x4) (1x5) (1x6) (1x5) (2x4) (4x3) (8x2) 1 (8э2) (4x3) (2x4) (1x5) (1x6)

Правила построения и свойства треугольника следующие .

Треугольник структуры СКП делят симметрично на две половины колонкой единиц, соответствующих направлению

45

для которого синус равен коси-

нусу.

Номер строки треугольника устанавливают равным числу разрядов двоичного кода синуса и косинуса.

Каждьй член строки треугольника должен быть представлен произведет нием двух чисел, из которых первое равно количеству элементов ИЛИ, опре деляющих неразличимость значений синуса и косинуса для некоторых групп фиксированных направлений, а второе число входов этих схем.

Члены полустроки в каждой половине образуют следующим образом: первый от любого края член как (1хп), второй и последующий как 2(n-1-i), где п - число разрядов двоичного синуса и косинуса, i 0,...(п-3). Связь числа фиксированных направле-

233634

регистры 3 и 4 синуса и косинуса записываются в двоичном коде числа, вы ражающие проекции фиксированного направления на координатные оси, 5 Формирование кодов синуса и кори- , нуса осуществляется при этом без про-

мезкуточных преобразований. При этом может быть построен синуснр-косинус- ный преобразователь с любой наперед О заданной точностью.

Синусно-косинусный преобразователь реализует в своей структуре разбивку окружности вала (оси) на квадранты и каждого квадранта - на 15 определенное и заранее установленное из условия требуемой точности число фиксированных направлений с одинаковым шагом дискретности по углу (например-, 40 для шага , 88 для 20 шага 4 06 и т.д.). Связь между разрядами двоичного кода и числом фиксированных направлений выражается треугольником структуры синусно-ко- синусного преобразователя:

НИИ преобразователя с числом разрядов двоичного кода выражается соотношением h-3 .

N 8fn + 21 2 x(n-1-i)l..

Конкретный пример синусно-коси- нусного преобразователя на десять фиксированных направлений представлен на фиг. 2 и 3.

Формула изобретения

1. Синусно-косинусный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик углами реверсивный счетчик,о тли чающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок определения направления враще- регистра кода синуса и коси нуса/дешифратор, реверсивный регистр, блок управления реверсивным регистром, блок управления реверсивным счетчиком, блок ш щеления знаков синуса и косинуса, а датчик угла вы- полней синусно-косинусным, выходы датчика угла соединены с первым и вторым входами блока определения направления вращения, синусный выход датчика угла подключен к первому входу реверсивного регистра, второй и третий входы которого подключены к первому и вто- му выходам блока управления реверсивным регистром, выходы всех разрядов реверсивного регистра подкшочены к входам дешифратора, выходы которого соединены с разрядными входами регистров кода синуса и косинуса, выходы двух младших и двух старших разрядов реверсивного регистра подключены соответственно к первому, второму, 15 и второй входы первого и второго третьему и четвертому входам блока триггеров являются первым, вторым, управления реверсивным счетчиком, вы- третьим и четвертым входами блока ходы мпадшего и старшего разрядов реверсивного регистра подкдпочены к перуправления реверсивным счетчиком, первые выходы первого и второго три

вому и второму входам блока управле- 20 геров соединены соответственно с перния реверсивным регистром, первый выход реверсивного счетчика подключен к третьему входу блока управления реверсивным регистром и первому входу :блока 1 выделения знаков синуса и косинуса, выход блока определения направления вращения соединен с четвертым входом блока управления реверсивным регистром, с управляющим входом реверсивного счетчика и пя-илм входом блока управления реверсивным счетчиком, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, второй выход которого соединен с вторым входом блока вцделения знаков си- 35 блока управления реверсивным счет- нуса и косинуса.

2.Преобразователь по п. t, отличающийся тем, что, блок управления реверсивньм регистром содержит два элемента ИЛИ, инвертор, 40 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ, первый и второй входы которого являются третьим и четвертым входами блока управления реверсивным регистром, а выход соединен с первым входом первого эле-45 мента ИЛИ, второй вход которого является первш входом, а выход - первым выходом блока управления реверсивным регистром, выход элемента ИСКПЮЧАНВДЕЕ ШШ через .инвертор лодчиком и через инвертор соединен с вторым входом первого элемента И.

4. Преобразователь по п. 1, от личающийся тем, что блок выделения знаков синуса и косинуса содержит два регистра знака синуса и косинуса, элемент ИСКЛОЧАНИЦЕЕ ИЛИ первый и второй входы которого явля ются соответственно первым и вторым входами блока вьщеления знаков сину са и косинуса, а выход соединен с входом регистра знака косинуса, вхо регистра знака синуса соединен с вторым входом блока вьщеления знаков синуса и косинуса.

ключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом блока управления реверсивным регистром, а выход - вторьм выходом блока управления реверсивным регистром.

3. Преобразователь по. п 1, о т- личающийся тем, что блок управления реверсивным счетчиком содержит два триггера, два элемента ИСКЙОЧАННЦЕЕ ИЛИ, два элемента И, инвертор, элемент WIH, выход которого является выходом блока управления реверсивньвч счетчиком, первый

и второй входы первого и второго триггеров являются первым, вторым, ретьим и четвертым входами блока

управления реверсивным счетчиком, первые выходы первого и второго тригвыми входами первого и второго эле- ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, а второй выход второго триггера - с вторым входом первого элемен- та ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЖ соединены с первьми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И является пятым входом

блока управления реверсивным счет-

чиком и через инвертор соединен с вторым входом первого элемента И.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок выделения знаков синуса и косинуса содержит два регистра знака синуса и косинуса, элемент ИСКЛОЧАНИЦЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока вьщеления знаков синуса и косинуса, а выход соединен с входом регистра знака косинуса, вход регистра знака синуса соединен с вторым входом блока вьщеления знаков синуса и косинуса.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к преобразователям угла поворота вала в код, и может быть использовано в системах автоматического управления перемещением рабочих органов многокоординатных станков с числовым программным управлением, J нипуляторов, роботов, с целью повышения точности синусно-косинусного преобразователя угла поворота вала в код сигналы с выходов датчика 1 угла поступают на реверсивный регистр 6 и блок 2 определения направления вращения, выходные сигналы .которого позволяют вьщелить знаки синуса и косинуса блоком 10, в реверсивном счетчике 9 формируется код квадранта сигналами с выхода блока 8 управления реверсивньм счетчиком и блока 2, в зависимости от информации блоков 2 и 7 определяется положение единихда в реверсивном регистре 6, выходной код которого определяет код синуса и косинуса угла внутри квадранта с помощью дешифратора 5, который переписьшается в регистры 3 и 4. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. СП N9

г / f f t

8

Ю

26

гб

2В

30

2В

30

2i

28

28

30

23

Фиг.З

А I $in

с

A cos

П

f

с

A cos

-tfL.

Фиг. 5

Редактор .G. Саенко :.

Составитель д, Сухов

Техред Н. Войкйл о. Корректор А. Обручар

Заказ 1723/58 Тираж 816 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ФигЛ