Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной техгшке и может быть использовано и цифрор)ых системах автоматического управления, изме рительной технике и робототехнике дл высокочастотного преобразования угла в цифровой код при работе с датчикам угла точного и грубого отсчетов, выходные сигналы которых нропорциональ ны синусу и косигьусу измеряемого уг ла . Цель изобретения - новышение точности- и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угл.. На фиг. 1 представлена блок-схема преобразоват.еля; на фиг. 2 - блок оп ределения октанта; на фиг. 3 - блок выбора каналов; на фиг. 4 - временные диаграммы работы селекторов октанта точного и грубого отсчетов. Преобразователь содержит синуснокосинусный вращающийся трансформатор 1 точного отсчета, синусно-косинусный вращающийся трансформатор 2 грубого отсчета, селектор 3 октанта точного отсчета, селектор 4 октанта грубого отсчета, цифроаналоговые пре образователи 5 и 6, постоянные запоминающие устройства 7 и 8, дифференциальные усилители 9 и 10, демодуляторы 11 и 12, фильтры 13 и 14, блок 15 выбора каналов, интегратор 16, преобразователь 17 напряжение - частота, реверсивньм счетчик 18, блоки 19 и 20 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, щину 21 опорного сигнала, блок 22 оп ределения октанта, содержащий резисторы 23-27, дифференциальные усилите ли 28 и 29, компараторы 30-33, ключи 34 и 35, регистр 36, элементы ИСКЛЮЧАЮЩИЕЕ ИЛИ 37 и 38, одновибраторы 39-41, резистор 42, шину 43 нулевого потенциала. Блок 15 выбора каналов содержит ключи 44 и 45, компараторы 46 и 47, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШИ 48 инвертор 49, источник 50 питания. Преобразователь работает следующим образом. При включении преобразователя выходные напряжения синусно-косинусног вращающегося трансформатора (СКВТ) точного отсчета (ТО) U, , uf и СКВТ грубого отсчета (ГО) U и U., пропорциональные синусу и косинусу угл поворота соответствующего СКВТ (Ur Usina)t sinpQ, и, Usincot cos p U2 Usinujt sinS, U UsinCjJt cos9) посту пают на селекторы 3 и 4 октанта ТО и ГО, осуществляющих приведение выходных напряжений СКВТ в первый октант / в соответствии с кодом октанта каждого отсчета. Выходные напряжения U , Uj СКВТ 2 ГО поступают таклсе на блок 22 определения октантов, формирующий три разряда кода октанта F,, ГО и импульсы записи этого кода в реверсивный счетчик 1 Напряжения ,1 с выхода селекторг 4 октантов ГО поступают: на прямой вход дифференциального усилителя 10 - U , на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя (иДП) 6 и. На цифровые входы ЦАП 6 постуг ают код „ с выхода постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 8, равный коду тангенса угла , зафиксированному в реверсивном счетчике 18 в момент включения преобразователя. На выходе усилителя 10 напряжение U,o равно U,o-u;-U,X-U4FaЭто напряжение является напряжением рассогласования грубого отсчета и равно для нечетных октантов ГО тт тт t sin(9 рр ) . и.„ UsinQt , оcos f для четных октантов ГО: .. . . з1п(, ) U,a Usincot ,T V ATНапряжение рассогласования ГО обрабатывается демодулятором 12 и фильтром 14. Демодулятор 12 осуществляет выпрямление напряжения U,o с учетом фазы опорного напряжения U. При совпадении фаз напряжений и Ug на выходе демодулятора 12 положительное напряжение, при несовпадении фаз - отрицательное. Полярность напряжения и,|2 определяет отстает или опережает значение кода угла Ф( угол 8 рр . Напряжение U, поступает на фильтр 14, который выделяет постоянную составляющую напряжения рассогласования и, и подавляет гармоники опорного напряжения UQ. С выхода фильтра 14 постоянное напряжение 1 , характеризующее ошибку преобразователя в канале ГО, поступает на блок 15 выбора канала. Напряжение рассогласования в канале ГО не может быть больше чем +45 , за счет того, что код октантов ГО F, перезаписывается в старшие три разряда реверсивного счетчика 18 импульсом записи U, , сформированным из первой полуволны опорного напряжения Ug. В блоке 15 выбора канала напряжение U, сравнивается по уровню с опорным напряж нием соответствующего знака, резуль тат сравнения определяется вьфажениемесли U,4/ и„/ , U(, и , если /U,,/--Uj. Если напряжение U, превышает по абсолютной величине пороговое напряжение , то оно проходит на выход блока 15 выбора канала и через инте ратор 16 и преобразователь 17 напряжения частоты (ПНЧ ) управляет реверсивным счетчиком 18. С выход преобра зователя 17 импульсы поступают на вход суммирования или вычитания реверсивного счетчика 18 в зависимости от полярности U,g . Уменьшение напряжений рассогласования U,;, и U,g в ка нале ГО продолжается до тех пор, пока напряжение рассогласования U, ГО не станет меньше по абсолютной величине порогового напряжения /Uj,/ в блоке 15 выбора канала, соответствующего эквивалентному рассогласованию 45° для канала ТО. В этот момент блок 15 выбора канала замыкает отсчетную часть преобразователя через канал ТО, подключая к входу интегратора 16 напряжение рассогласования то. Время согласования отсчетов определяется числом разрядов М, N канала ГО, ТО и частотой преобразова теля 17 и равно для начального рассогласования 180 где с„ - период изменения младшего разряда реверсивного счетчика 18 при максимальной частоте преобразователя 17. Время согласования отсчетов при начальном рассогласовании 45 ГО рав но Г t 4- JE. t45 2 - 4 Напряжение -рассогласования в точном отсчете формируется аналогично грубому отсчету. Приведенные в первый октант селектором 3 ТО и кодом Ф напряжения U и U поступают: на прямой вход усилителя 9 - U., , на аналоговьй вход - Uj. На цифровые входы ЦАП 5 поступает код F с выхода ПЗУ 7, равный коду тангенса угла Ф. Выходное напряжение ЦАП 5 Uj равное произведению кода 1 и напряжения и, , поступает на инвертирующий вход усилителя 9. Напряжение IL равно u,u;-u,u;-bf F,. Напряжение U является напряжением : рассогласования точного отсчета и равно для нечетных октантов ТО IL Usinc.t . 9cos РФ-} Для четных октантов ТО U, равно ,, ,, . sin(6pp -РФ, ) U..Usincot rVr ,/1-г 9 з1п(РФ,+1(/4) Напряжение U,, поступает на демодулятор 115 где выпрямляется с учетом фазы опорного напряжения Ug . Полярность напряжения U определяет отстает или опережает значение кода рФ уголбрр . Напряжение U,, поступает на фильтр 13, который выделяет постоянную составляющую напряжения и подавляет гармоники опорного напряжения Ug. С выхода преобразователя 17 импульсы поступают на входсуммирования или вычитания реверсивного счетчика 18 в зависимости от полярности U,g , соответствующей полярности напряжения рассогласования ТО. Младшие разряды реверсивного счетчика 18 изменяются, уменьшая напряжение рассогласования Ug ТО. Напряжение рассогласования U, уменьшается до тех пор пока не станет равным нулю, в этом случае угол бпр равен углу РФ. и, с учетом того, что Q° равен Ф , на выходе реверсивного счетчика 18 зафиксирован код угла Ф, равный углу 0 поворота входного вала. При изменении угла 9 напряжение рассогласования и , U| ТО остается близким к нулю, так как отсчетная часть преобразователя, замкнутая через канал ТО, непрерывно отслеживает изменения -входного угла б . в реверсивном счетчике 18 при этом изменяются как младщие Ф и Ф разряды кода угла, так и старшие Ф, и Ф разряды кода угла. Напряжение рассогласования , Ц канала ГО остается при этом меньшим порогового напряжения за счет непрерьшного изменения старших разрядов кода угла Ф, и Ф ГО. С блока 22 определения октанта в реверсивный счетчик 18 происходит перезапись с частотой опорного напряженин UQ кода октантов F, ГО, которая гарантирует что при случайных сбоях, резком изменении угла в напряжение рассогласования U/ в канале 5 ГО не величины, эквирчалентной 45 ГЧ), и при переключении отсчетной части на канал ГО преобразователь сможет быстро отследить входнон угол 9 . При.нормальной работе пр образователя код октантов F, ГО, перезаписываемый в три старгиих разря да .реверсивного счетчика 18, не изменяет его состояния и не приводит к изменению напряжения рассогласования Напряжение U, с выхода корректирующего устройства 16 харак теризует скорость изменения угла и его величина определяется как скоро тью изменения угла, так и числом разрядов преобразователя и крутизной передаточной характеристики преобразователя 17. Полярность этого напряжения определяет направление изменения угла б , что дает дополнительную информацию об изменении входного угла преобразователя. Предлагаемый преобразователь позволяет получить высокое быстродействие и точность преобразования угл в код без увеличения основной точно ти каналов ГО и ТО. Формула изобретени 1. Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в коД, содержащи шину опорного сигнала, подключенную к первым входам первого и второго демодуляторов и входам синусно-коСи нусных вращающихся трансформаторов точного и грубого отсчетов, выходы которых попарно подключены к информационным входам соответственна селектора точного и селектора грубого отсчетов, первый и второй дифференциальные усилители, выходы которых подключены к вторым входам, соответ ственно первого и второго демодуляторов, блок выбора каналов, выход которого через интегратор соединен с входом преобразователя напряжение - частота, выходы которого подключ-ены к информационным входам реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повыше ния точности и быстродействия преоб разователя при скачкообразном изменении входного угла, в него введены два цифроаналоговых преобразователя два постоянных запоминающих устройс ва, два фильтра, два блока элементо ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блок определения 65 селекторы грубого и точного октанта, выполнены в виде селекторов отсчетов а реверсивнмй счетчик выоктантовполнен с входом предустановк11 и входом управления предустановкой, первый и второй выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора грубого отсчета подключены соответственно к первому и второму входам блока определения октанта, к третьему входу которого подключена шина опорного сигнала, информационнь и управляющий выходы блока определения октан-та подключены соответственно к входу предустановки и входу управления предустановкой реверсивного счетчика, первая группа выходегз которого подключена к входам первого блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через первое постоянное запоминающее устройство подключены к цифровьм входам первого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к инверсному входу первого диф({)еренциального усилителя, к прямому входу которого подключен первый выход селектора октантов точного отсчета, второй выход которого подключен к анало овому входу первого цифроангшогового преобразователя, вторая группа выходов реверсивного счетчика подключена к входам второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого чёрб.з второе постоянт ное запоминарощее устройство подключе.ны к цифровым входам второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к инверсному входу второго дифференциального усилт-гтеля, к прямому входу которого подключен первый выход селектора октантов грубого отсчета, второй выход которого подключен к аналоговому входу второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго демодуляторов соответственно через первый и второй фильтры подключены к первому и второму входам блока выбора каналов, выходы трех старших разрядов первой и второй группы выходов реверсивного счетчика подключены к управляющим входам соответственно селектора октантов точного отсчета и селектора октантов грубого отсчета. 2, Преобразователь по п. 1, о.т личающийся тем, что блок определения октанта содержит шесть резисторов, два дифференциальных усилителя, четыре компаратора,два ключа три одновибратора, регистр, два эле мента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и шину нулевого потенциала, инверсный вход первог компаратора является первым входом блока определения октанта и через первьм и второй резисторы соответственно подключен к инверсному и прямому входам первого дифференциальног усилителя, выход которого через третий резистор подключен к своему инверсному входу, а прямой вход - к информационному входу первого ключа, выход которого подключен к шине нуле вого потенциала и информационному входу второго ключа, выход которого подключен к прямому входу второго дифференциального усилителя и через четвертый резистор - к инверсному входу второго компаратора, который является вторым входом блока определения октанта, который через пятый резистор подключен к инверсному вход второго дифференциального усилителя, в.1ход которого подключен к инверсному входу третьего компаратора и чере шестой резистор - к своему инв.ерсном входу, выход первого дифференциально го усилителя подключен к прямому вхо ду третьего компаратора, выход которого подключен к первому информацион ному входу регистра, к второму и третьему информационным входам которого подключены выходы соответственно второго и первого компараторов, прямые входы которых подключены к ши не нулевого потенциала, прямой вход четвертого компаратора является третьим входом блока определения октанта, инверсный вход четвертого компаратора подключен к шине нулевого потенциала, а выход через последовательно соединенные первый и второй 658 одновибраторы подключен к входу третьего одновибратора, выход которого является управляющим выходом блока определения октанта, выход первого одновибратора подключен к синхровходу регистра, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1ПИ, третий выход регистра подключен к второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй и третий выходы регистра подключены к управляющим входам соответственно второго и первого ключей, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и третий выход регистра являются информационными выходами блока определения октанта. 3. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что блок выбора каналов содержит два ключа, два компаратора, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ -ИЛИ, инвертор и источник питания, информационные входы первого и второго ключей являются первым и вторым входами блока выбора каналов, выходы ключей объединены и являются выходом блока выбора каналов, информационный вход второго ключа подключен к прямому входу первого и инверсному входу, второго компараторов, выходы которых подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа и через инвертор - к управляющему входу первого ключа, инверсный вход первого компаратора и прямой вход второго компаратора подключены соответственно к положительному и отрицательному выходам источника питания.

Изобретение может быть использовано в цифровых системах автоматического управления и робототехнике для высокочастотного преобразования угла поворота двухотсчетного синусно-косинусного вращающегося трансформатора в код и скорость изменения угла. С целью повышения точности и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угла в преобразователь, содержащий синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы грубого и точного отсчетов, селекторы октанта грубого и точного отсчетов, два дифференциальных усилителя, два демодулятора, реверсивный счетчик, блок выбора каналов, интегратор и преобразователь напряжение - частота, введены два цифроаналоговые преобразователя, два посто,янных запоминающих устройства, два блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два фильтра И, блок определения октанта, а реверснвньм счетчик выполнен с входами предустановки и управления предустановкой. Преобразователь имеет два канала преобразования - точ-. ньй и грубый, состоящий каждый из селектора октантов, цифроаналогового преобразователя, постоянного запоминающего устройства, блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, дифференциального усилителя, демодулятора, фильтра. Сигналы рассогласования каждого канала поступают на блок выбора каналов, который подключает соответствующий с ю сигнал к отсчетной части, состоящей из интегратора, преобразователя на(Л пряжение - частота и реверсивного счетчика. Блок определения октанта определяет код октантов и производит перезапись этого кода в реверсивньш счетчик, ограничивая максимальное рассогласование на уровне 45 . В режиме согласования отсчетов преобразователь отрабатьшает напряжение рассогласования грубого отсчета, в реto жиме отработки угла поворота синусно0 СП косинусного вращающегося трансформатора - напряжение рассогласования точного отсчета. Напряжение:на выходе интегратора характеризует скорость изменения угла поворота. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.