Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом Советский патент 1986 года по МПК H03M1/34 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях угла поворота вала в код и кода в угол поворота вала. .

Цель изобретения - повышение точности устройства путем последовательной обработки выходных сигналов си- нусно-косинусного трансформатора на одних и тех же аналоговых элементах.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока преобразования кода во временные интервалы; на фиг, 3 - структурная схема блока управления; на фиг. А - временная диаграмма работы преобразователя.

Устройство (фиг. 1) содержит источник i питания, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ; 2, первый 3 и второй 4 ключи;, интегратор 5, регистр 6., блок 7 преобразования кода во временные интервалы, блок 8 выборки-хранения, третий 9, четвертьй 10, пятый 11 и п естой 2 ключи, повторитель 13, первый 14 и второй 15 наполнительные элементы (конденсаторы), дифференциальньш усилитель 16, блок 17 управления.

Блок 7 преобразования кода во временные ин.тервалы (фиг. 2) содержит первый 18 и второй 19 счетчики, первый 20 и второй 21 элементы И-МИ, инвертор 22. Блок 17 управления (фиг. 3) содержит генератор 23 импульсов, счетчик 24, первый 25, второй 26, третий 27, четвертый 28, пятый 29, шестой 30 и седьмой 3 элементы И-НЕ, первый 32 и второй 33 элементы И, первый 34, второй 35 и третий 36 триггеры, инвертор 37 и компаратор 38.

Устройство работает следующим образом.

Счетчик 24 непрерывно производит подсчет выходных импульсов генерато- ра 23 (фиг. 4а). Выходные сигналы . старших разрядов счетчика 24 представлены на временной диаграмме

q

б,).

Элемен(фиг. 4б,, б2, б,, б ты И-НЕ 27-31 и триггеры 35 и 36 вы рабатывают последовательности управ- ляюащх импульсов с периодом, равным циклу счет.чика 24. С прямого выхода (п-1)- го разряда счетчика 24 импульсы поступают в источник 1 (фиг. 464) где вырабатывается гармоническое

напржкение питания (фиг. 4г) с периодом Т .гщя СКВТ U(.t)Usin- t. ,

При повороте .вала СКБТ на уголоб- на его выходах вырабатываются напряжения (фиг. Ад,,

и,о U(t)sinci;

и. U(t)cos(x ,,

которые поступают на аналоговые входы ключей 3 и 4., Перед началом каждого цикла измерений выходным сигналом элемента И-НЕ 28 (фиг. 4в2) интегратор 5 устанавливается в нулевое состояние, а в счетчики 18 и 19 (емкостью 2 записывается входной код К из регистра 6, Кроме того, старший разряд кода И с весом IT/4 поступает из регистра 6 на вход ин вертора 22„ Компаратор 38 вырабатывает непрерывную последовательность импульсов типа меандр (фиг. 4вд) из выходных сигналов источника 1 питания СКВТ. Измерения рассогласования между углом и кодом производятся в диапазоне oi 0-90 при положительных

выходных импульсах компаратора 38, в течение которых элемепт И 32 вырабатывает пачки импульсов (фиг. 4в), поступающие на счетные входы счетчиков 18 и 19, Триггер 34 производит деление на два выходных импульсов компаратора 38 (фиг, 4в,о).

Устройство сфазировано таким образом, что перад началом положительного импульса компаратора 38 в кажом цикле измерения с периодом 2Т срабатывает элемент И-НЕ 31 (фиг.4в) и по его выходному сигналу триггеры 35 и 36 устанавливают ключи 11 и 12 в замкнутое состояние (фи. 4в|5:вг),

При этом ключи 3, 4 и 10 разомкнуть, а ключ 9 замкнут. По приходу поло-- ительного имиульса компаратора 38 в момент tg замыкается ключ 10 (фиг, 4в,,,) и на вход интегратора 5

поступает напряжение смещения Ucд. Счетчик 18 су 1мирует с записанньЕ-4 на него кодом К, а счетчик 19 вычитает из кода Ы выходные у мпульсы генератора. 23. Временная диаграмма на

фиг. 4 представлена для случая, когда входной код К соответствует углу «.. При поступлении: на входы счетчиков 18 и 19 импульсов Н в момент t t(3+NT )., (где Tj-y - период импульсов генератора 23) старший разряд счетчика 19 устанавливается в 1 (фиг, 4е2) и на выходе элемента И- ШШ 20 формируется единичный сигнал (фиг. 4ез), который через элемент

312

25 открывает ключ 3 (фиг. 4в, ) и закрьфа.ет ключ 9 на время At, Т/2-2Н.Т,.|, в течение которого интегратор 5 помимо напряжения интегрирует напряжение U,,, . При этом нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 34 не пропускает через элемент 26 выходной сигнал элемента И- ИЛИ 21 на управляющий вход ключа 4, который остается закрытым. К концу полупериода на выходе интегратора 5 вырабатывается напряжение (фиг. 4ж)

U,,U,+U sino6Cos2ff-|-+U 2;p, (1 )

где Ujj - начальное напряжение на

выходе интегратора 5; - постоянная времени интегрирования интегратора 5.

По окончании положительного импульса компаратора 38 в момент tj размыкается ключ 10 и на интеграторе 5 фиксируется напряжение U,, , которое до момента через замкнутый ключ 11 заряжает конденсатор 14, Б момент t по сигналу элемента И-НЕ 30 (фиг. 484) перебрасывается триггер 36 (фиг. 4в(,) и размыкает ключ 1 1

Из-за наличия паразитной емкости между выходом ключа 11 и его управляющим входом в момент размыкания произойдет скачок напряжения на конденсаторе 14. Величина скачка зависит от соотношения паразитной емкости и емкости конденсатора 14 (например для ключей 590КН2 нпри емкости конденсатора 14 скачок напряжения около 5мВ), Для того, чтобы дифференциальный усилитель 16 смог, отслеживая этот скачок, зарядить через замкнутый ключ 2 конденсатора 5, выделен отрезок времени от t4 до tj. Момент t J определяет выходной сигнал элемента 29 (фиг..4вэ) который устанавливает триггер 35 в исходное состояние (фиго 4в) и размыкает ключ 12.

При идеальном дифференциальном усилителе 16 и точных резисторах, установленных в нем, и при идеальном, ключе 11 на выходе дифференциального усилителя 16 до момента t должно быть нулевое напряжение. Однако в реальных условиях эти узлы имеют технологические разбросы, что приводит к систематическим ошибкам при обработке сигналов, что соответствует появлению напряжения на выходе дифференциального усилителя 16, которое

7397

до момента t,- зарядит конденсатор 15 через замкнутый ключ 12, В момент времени t выходным сигналом триггера 35 размыкается ключ 12 и на конг5 денсаторе 15 зафиксируется напряжение поправки

,, (K,-Kj,(2)

где К и К - коэффициенты передачи усилителя 16 по инвертирующему и неfO инвертирующему входам.

Затем выходным сигналом элемента И-НЕ 28 и интервал времени . производится установка интегратора 5 Б нулевое состояние, а на установочJ5 ные входы счетчиков 18 и 19 заносится код N из регистра 6. По приходу положительного импульса компаратора 38 в момент tg перебрасывается триг гер 34, открывается элемент И-НЕ 26

0 для прохождения выходного импульса :элемента И-НЕ 21 (фиг. е. Временной интервал от переднего фронта компаратора 38 до начала формирования в момент tp выходного импульса эле5 мента И-ИЛИ-.21 составляет T/4-NT y . В момент t старший разряд счетчика 18 устанавливается в единичное состояние (фиг. 4е, ) и выходной сигнал элемента И-ИЛ11 21 через элемент И-НЕ

30 26 открывает ключ 4 (фиг. Ав ,2 ) и закрывает ключ 9. на время At 2NTp| , в течение которого интегратор 5 помимо напряжения. и(.щ интегрирует напряжение Ujg . При этом ключи 11 и 12

55 остаются разомкнутыми, а нулевой сигнал с прямого выхода триггера 34 не пропускает через элемент 25 выходной сигнал элемента Pi-ИПИ 20. Ключ 3 остается закрытым. К концу полупериода

40 на выходе интегратора 5 вырабатывается напряжение (фиг. 4ж)

u,Uo+U co3te sin2irg r+UcM i которое подается на инверсный вход

45 дифференциального усилителя 16. С учетом напряжения U,, К на конденсаторе 14, сформированного к моменту t окончания предыдущего импульса компаратора 38, выходное напряжение диф50 ференциального усилителя составит , Kj-Uj, К,. С учетом напряжения поправки Uf, на конденсаторе 15 входное напряжение блока 8, поступающее по выходному сигналу элемента И-НЕ

55 27 (фиг, 4в,) на выход устройства (фиг. 4и), составит UB,, К, (U,, -Uj, ) или с учетом выражений для U,( и U.,

:r , , N

и

etix

-К,и-.-з1п(, -0).

Таким образом, напряжение рассогласования Ujj, между углом с(. и кодом К измерено и усилено в К, раз. При этом погрешности интегратора 5 от неточности установки нулевого (начального) положения и напр шения смещения его усилителя исключается,, Кроме того, в К( раз увеличивается разрешающая способность устройства,, Это позволяет в К, раз уменьшить влияние паразитных емкостей ключей блока 8 выборки-хранения, что обеспечивает повышение точности устройства не только в одноканальном, но и в многоканальном исполнении.

Формула изобретения

1 . Устройство, для измерения рассогласования между углом и кодом, содержащее источник питания, выход которого подключен к входу синусно- косинусного вращающегося тргшсформа- тора, первый.и второй выходы которого подключены к аналоговым входам первого и второго ключей соответственно, выходы первого и второго ключей объединены, интегратор, регистр, выходы разрядов которого подключень к группе входов блока преобразования кода во временные интервалы, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности устройства, в него введены третий, четвераъш, пятый и шестой ключи, первый и второй накопительные элементы, блок выборки-хранения, повторитель, ди(|)фе ренциальньш усилитель и блок управления, первый вход .которого соединен с выходом источника питания, а второй и третий входы - соответственно с первым и вторым выходами блока преобразования кода во временные интервалы, первый выход блока управления подключен к входу источника питания, второй выход - к управляющему входу интегратора и к одному входу блока преобразования кода во временные ин- тервалы, третий выход - к друго1 1у входу блока преобразования кода во . временные интервалы, четвертый,, пя- тый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы, - к управляющим входа - соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, а десятый выход - к управляющему входу блока выборки-хранения, выход первого ключа подключен к аналоговому входу третьего ключа и через повторитель - к аналогово гу входу четвертого ключа, выход которого Подключен к информационному входу интегратора, выход интегратора подключен к инверсному входу дифференциального усилителя, а через пятый ключ - к входу первого накопительного элемента и к прямому входу дифференциального усилителя, выход которого через второй накопительный элемент подключен к аналоговому входу шестого ключа и к информационному входу блока выборки-хранения, выходы третьего и шестого ключей подключены ,

к общей шине.

2.Устройство по п. 1, от л и ч а ю щ е е с я тем, что блок преобразования кода во временные интервалы содержит перв ый и второй счетчики, первый и второй элементы Н-ИЛИ и инвертор, установочные входы первого и второго счетчиков попарно объединены и являются группой входов блока иреобразовани кода во временные интервалы, управляющие входы и счетные входы счетчиков попарно объединены и являются соответственно одним и другим входами блока преобразования кода во временные интервалы,

один вход из группы входов блока

преобразования кода во временные интервалы подключен к входу инвертора, первая группа входов первого элемента И-ИЛИ соединена с выходом первого

счетчика и выходом инвертора, вторая группа - с выходом второго счетчика и выходом инвертора, третья группа - с выходом первого счетчика, выходом второго счетчика и входом инвертора,

первая группа входов второго элемента И-ШШ соединена с выходом первого счетчика и входом инвертора, вторая группа - с выходом второго счетчика и входом инвертора, третья группа с выходом первого счетчика, выходом второго счетчика и выходом инвертора, выходы первого и второго элементов И-ИЛИ являются соответственно первым и вторым выходами блока преобразоваНИН кода во временные интервалы,

3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор импульсов, счетчик, первый второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И-НЕ, первый и второй элементы И, первый, второй и третий триггеры, инвертор и компаратор, вхоД которого

является первым входом блока управления, а выход подключен к входу инвертора, к первым входам первого элемента И, первого и второго элементов И- НЕ и к счетному входу первого тригге- ра, прямой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ соответственно,, третьи входы являются соответственно вторым и тре- тьим входами блока управления, а выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к входам второго элемента И, выход генератора импульсов подключен к второму, входу первого эле- мента Ии к входу счетчика, входы третьего элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами п-го, (n-l)-ro и инверсными выходами (п-2)-го и (п-З)-го разрядов счетчика, входы четвертого элемента соединены с прямыми вы- хода1.1и )го, (п-2)-го, (п-4)-го и инверсным выходом (п-З)-го разрядов счетчика, входы пятого элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами {п-1)-го, (п-2)-го и инверсньм выходом п-го разрядов счетчика, входы шестого элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами (п-1)-го, (п-З)-го и инверсными выходами п-го и (п-2)- го разрядов счетчика, входы седьмого элемента И-НЕ соединены с инверсными выходами п-го и (п-1)-го разрядов счетчика, выход третьего элемента И-НЕ подключен к нулевому входу riep- |вого триггера, выходы пятого и шес- того элемёнтов И-НЕ подключены к одним входам соответственно и третьего триггеров, другие входы которых соединены с выходом садимого элемента И-НЕ, -прямой выход (n-l)-ro разряда счетчика, выход четвертого элемента И-НЕ, выход первого элемента И, выход первого элемента И-НЕ, выход второго элемента И-НЕ, выход второго элемента И, выход инвертора, выход третьего триггера, выход второго триггера, выход третьего элемента И-НЕ являются соответственно nepEbiM, вторым, третьим , четвертым, пятым, шестым, седьмым , восьмым, девятым идесятым выходами блока упраилени

фие.Т

Г

Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом отно-- сится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в преобразователях угла поворота вала в код и кода в угол поворота вала. С целью повышения точности устройства путем последовательной обработки выходных сигналов синусно-ко- синусного трансформатора на одних и тех же аналоговых элементах в устройство введены третий, четвертый, пятый и шестой ключи, первый и второй наполнительные элементы (конденсаторы), блок выборки-хранения, повторитель, дифференциальный усилитель и блок управления. Угол поворота преобразуется в Сигналы переменного тока с помощью СКВТ. Блок управления формирует две последовательности временных интервалов, длительность одного из которых пропорциональна дополнению кода N до половины периода Т питающего напряжения, а другая - входному коду N..Сначала интегрируется Напряжение синусной обмотки в течение од-« нс5го временного интервала, определяется погрешность интервала и диффе Г ; ренциального усилителя, которая запоминается на одном конденсаторе, а величина проинтегрированного напряжения запоминается на другом конденсаторе. Потом интегрируется напряжение . косинусной обмотки в течение другого временного интервала и полученное напряжение суммируется с погрешностью я перйым проинтегрированным напряжением. Суммарное напряжение пропорционально синусу разности между углом и кодом. При этом погрешность интегратор от неточности установки начального положения и напряжения смещения его усилителя исключается; кроме того, за счет введения . дифференциального усилителя с коэффициентом передачи К увеличивается в К раз разрешающая способность устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

а шш1|1Ш11шшж111Ш1111}Ш :

juiii (. гз

С 1ППППППППППППППППППППППП

г

и

. 3ff JilHIIIimiill /x5.

fX. Iff fftf/X, Jff

LL, 6f4X.20

Д | г /чг--Г/.

. 21 . 34

б/х, 2

. 2ff . Ъ7

ffftfx.5 )f. 8

. 4

ВНИИПИ Заказ 6760/57 Тираж 816 Подш1сное Произв.-пояигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

fftff C.

. 27 tf/x. 2ff ffit/x. 29 ffff/x, 3ff

ffiffJC. J/

. 35 .36

Btr/x. 1

вшх. 2