Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/48 H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а имено к преобразователям угла поворота вала в код.

Цель изобретения - повышение точ ности преобразования.

На фиг,1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - структурная схема варианта реализации блока управления; на фиг, 3 - диаграммы работы преобразователя.

Цифровой преобразователь угла содержит, первый 1 и второй 2 генераторы, синусно-косинусный датчик 3 уг- ла, первый 4 и второй 5 цифроанало- говые перемножители, блоки 6 и 7 преобразования угла в код, сумматор 85 ключ 9, интегратор 10, блок 11 управления, устройство 12 выборки и хранения, двоичный сумматор 13, выпрямитель 14, блок 15 определения знакаJ преобразователь 16 напряжение - частота (ПНЧ), реверсивный счетчик 17, Блок 11 управления (фиг,2) содержит первый 18 и второй 19 ключи, нуль-компаратор 20; первый 21 и второй 22 элементы И, первый 23, второй 24 и третий 25 одно вибраторы, D-триггер 26, первый 27 и второй 28 Т-триггеры. На диаграммах фиг, 3 позициями 29 и 30 .обозначены выходные сигналы первого 1 и второго 2 генераторов, позицией 3 - напряжение на прямом выходе втрого Т-триггера 28, позицией 32 - выходной сигнал нуль-компаратора 20 позицией 33 - выходное напряжение D-трнггера 26, позицией 34 - выходной сигнал первого элемента Н 21, позицией 35 - выходное напряжение первого Т-триггера 23, позициями 36 - 38 - выходные сигналы соответственно первого 23, второго 24 и третьего 25 одновибраторов.Последовательно соеданенные сумматор, ключ интегратор и два цифроаналоговых перемножителя, выходы которых подключены к входам сумматора, составляют единственный измерительньй ка- нал, т.е, в предлагаемом устройстве исключена погрешность, вызванная неравенством коэффициентов передачи двух измерительных каналов. Блок управления ф рабатьтает напряжения определяющие последовательное преобразование сигналов на частотах первого и второго генераторов одним измерительным каналом, ПрИ этом за

U

счет формирования определенных интервалов времени замыкания ключа преобразователя на соответствующем этапе преобразования выделяется одна частота выходного сигнала синус- но-косинусного датчика угла и полностью подавляется другая, таким образом исключается погрешность, обусловленная температурной и вре- |менной нестабильностью характеристик полосовых фильтров, выделяющих сигналы рабочих частот измерительных каналов устройства-прототипа.

Преобразователь работает следую шим образом.

На входы синусно-косинусного датчика 3 (СКДУ) от первого 1 и второго 2 генераторов подаются напряжения одинаковой амплитуды, отличающиеся по частоте в два раза (фиг,3, поз,29 30):

и,, и„ и„

sinto t и sin (2u) fi-4).

U

где произвольньм фазовый сдвиг.

Сигналы на выходах СКДУ 3 можно представить в виде

и,, и„ cosoi + и,2 и и,, sinot - и

1-2

Sin of COSo,

14

где cL - угол поворота ротора СКДУ 3. Перед очередным циклом преобразования все триггеры блока 11 управления находятся в нулевом цикле (состоянии) , и на второй вход второго разряда2-разрядного двоичного счетчика 13 поступает сигнал логического о с выхода второго Т-триггера 28 (фиг.2), Выходной код 2-раэряд- ного двоичного сумматора при этом равен его входному коду, и на входы блоков 6 и 7 преобразования кодов подается код, равный выходному коду N преобразователя, а напряжение на выходе сумматора 8 описывается выражением

и

Е-1

и., cos N +

U,2 sin Ы,

одстановки соотношений для преобразования получим:

siniJ t

22

и,, sin ( (Ч ) sin (ril-N) +

(1)

cos (d.- N),

U

В начале цикла преобразования единичным потенциалом с инверсного выхода второго Т-триггера 28 открывается первый ключ 18 блока 11 управ- ления, и сигнал U,, второго генератора 2 поступает на вход компаратора 20.

При положительной полуволне сигнала и,2 (фиг.3,поз.30) на выходе нуль-компаратора 20 будет устанавливаться единичный потенциал (поз.32) При первом переключении компаратора 20 из нулевого состояния в единичное D-триггер 26 устанавливается в .единичное состояние, и на выходе первого элемента И 21 установится единичный потенциал (поз.32,34 при t t, ). Этим потенциалом отпирается ключ 9, и на вход интегратора 10 в

течение двух положительных полупериодов сигнала и второго генератора 2 будет поступать выходное напряжение Uj. сумматора 8. Такое управление ключом 9 обеспечивает полное подавление гармонической составляющей частоты и) iJ первого генератора 1. Так как на данном этапе преобразования интегрирование выходного сигнала сумматора 8 происходит в течение двух равных промежутков времени, сдвинутых один относительно другого на величину Л /и) , поэтому к моменту времени t t. выходное напряжение интегратора 10 будет пропорционально амплитуде сигнала частоты ч 2 иО второго генератора 2 (см (1):

и„

К„ sin (dl-N).

.(2)

В момент времени t t ,j по отрицательному перепаду сигнала на выходе первого элемента И 21 первый Т-триггер 27 устанавливается в единичное состояние (фиг.З, поз.35), а в момент времени t t по второму отрицательному перепаду на Т-входе первый Т-триггер 27 устанавливается в нулевое состояние и по отрицательному перепаду сигнала на его выходе второй Т-триггер 28 устанавливается в единичное состояние (фиг.31). При этом первый ключ 1В блока 11 управления закрьшается, а второй ключ 19 блока 11 управления открывается и на вход нуль-компаратора 20 поступает Сигнал и первого генератора- 1. Па отрицательному перепаду выходного сигнала первого Т-триггера 27 (поз.44 при t t ) также запускается первый одновибратор 23, выхрлзрй. сигнал которого(поз.36) устанавлива1293842

ет в нулевое состояние D-триггер (поз.42 при t t ) и удерживает его в этом состоянии.

Единичный потенциал с выхода второго Т-триггера 28 поступает на второй вход второго разряда 2-разрядного двоичного сумматора 13.При этом код, поступающий на входы блоков 6 и 7 преобразования кода угла в коды синуса и косинуса угла, увеличивается на Jr/2 по сравнению с выходным кодом преобразователя.Нап- ряжейие на выходе сумматора В в этом случае описывается формулой

0

l,

+ и.

Up, COS sin (N +

(N +

JL. ) 2

Jl ) 2

которая после преобразования примет следующий вид:

25

Ur,

и sin sin (ol- N) - U sin (2Jt + If ) cos (dL- N).(3)

При переходе напряжения U, первого генератора I через нулевое значение из области отрицательных в область положительных значений (фиг.З, поз.29 при t t ) на выходе нуль- компаратора 20 устанавливается единичный -потенциал. При этом единичный потенциал устанавливается также на выходе D-триггера 26 и на выходе первого элемента И 21, открывается ключ 9, и на вход интегратора 10 пос- тупает выходное напряжение Uj- сумматора 8. По окончании положительного полупериода сигнала Ui, первого генератора 1 (фиг.З, поз.29 при t tj) на выходе компаратора 20 и, следовательно, выходе первого элемента И 21 устанавливаются нулевые потенциалы. Ключ 9 запирается, отключая интегратор 10 от выхода сумматора 8. На рассматриваемом этапе интегрирования выходного сигнала сумматора 8 полностью подавляется гармоническая составляющая частоты иЗ 2и) второго генератора 2, так как время интегрирования (интервал &t t - t на фиг.З) здесь равно периоду изменения этого сигнала. В.соответствии с выражениями (2) и (3) выходное напряжение интегратора 10 к моменту времени t t«

.lt- (« - ( N).

(4)

Гармонические колебания частоты u) 2u) в выражении (1) и частоты u) tO в выражении (2) помимо полезной составляющей, амплитуда которой пропорциональна значению sin (Ы - N), как и у устройства-прототипа, имеют составляющие, обусловленные неравенством коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток СКДУ 3. Амплитуды этих составляющих примерно равны, а фазы (относительно полезных составляющих) противоположны, поэтому при суммировании на интеграторе 10 (4) они, также как у устройства-прототипа, будут взаимно компенсироваться и практически не будут влиять на выходной сигнал интегратора 10.

Отрицательным перепадом сигнала на выходе первого элемента И 21 первый Т-триггер 27 устанавливается в единичное состояние (фиг.З, поз.35 при t 5 ° выходным сигналом через второй элемент И 22 запускается второй одновибратор 24. Выходной сигнал второго одновибратора 24 устанавливает в нулевое состояние первый и второй Т-триггеры 27 и 28 и запускает третий одновибратор 24. Отрицательным перепадом напряжения на выходе первого Т-триггера 27 запускается первый одновибратор 23, устанавливающий в нулевое состояние D-триггер 26. Выходной сигнал второго одновибратора 20 поступает на управляющий вход устройства 12 выборки и хранения, и на выходе устройства 12 выборки и хранения устанавливается напряжение, равное выходному напряжению интегратора 10, Выходной сигнал третьего одновибратора 25 поступает на вход сброса интегратора 10, и на выходе интегратора1 10 устанавливается в нулевое напряжение На этом очередной-цикл преобразования завершается. Если НФЫ , то выходное напряжение интегратора 10 и, следовательно, устройства 12 выборки и хранения к концу очередного цикла преобразования отлично от нуля Это напряжение через выпрямитель 14 поступает на преобразователь 16 напряжения в частоту, и на его выходе возникает последовательность импуль

сов, изменяюшлх состояние реверсивного счетчика 17, выходной код которого поступает на выход преобразователя. Направление изменения выходного кода реверсивного счетчика 17 определяется полярностью сигнала на выходе устройства 12 выборки и хранения. Изменение выходного кода преобразователя происходит до достижения равенства N о(. , В установившемся режиме при любом сочетании фаз сигналов первого 1 и второго 2 генераторов один цикл преобразования длится не более двух периодов изменения выходного сигнала первого генератора 1. При этом длительность импульсов первого , второго t и третьего 3 одновибраторов 13-25 должны удовлетворять следующему неравенству:

, Т : /4cJj.

Таким образом, в преобразователе

наряду с компенсацией погрешностей, обусловленных неравенством коэффициентов передачи и неортогональностью обмоток СКДУ 3, исключены погрешности, вызванные разными коэф(|ициентами передачи измерительных каналов, а также температурной и временной нестабильностью частотных характеристик полосовых фильтров, Iпредназначенных для выделения

сигналов рабочих частот измерительных каналов устройства-прототипа. Это позволяет повысить точность преобразования угла поворота вала в цифровой код и, следовательно, снизить,

например, погрешности цифровых автоматических систем передачи угла.

Формула изобретения

1 Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-коси- нусный датчик, один вход которого соединен с выходом первого генерато- ра, выходы синусно-косинусного датчика соединены с аналоговыми входами соответственно первого и второго цифроаналоговых перемножителей, выходы которых подключены к входам сум- матора, преобразователь напряжение частота, и блок определения знака, выходы которых подключены соответственно к счетному и управляющему входам реверсивного счетчика, выходы младших разрядов которого подключены к группам входов первого и второго преобразователей кодов, вьгходь: которых подключены к цифровым входам первого и второго цифреаналоговых перемножителей, выходы реверсивного счетчика являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок

управления, ключ, интегратор.

устрой

ство выборки и хранения, выпрямитель двоичный сумматор и второй генератор выход которого соединен с другим входом синусно-косинусного датчика и одним входом блока управления, другой вход которого соединен с выходом первого генератора, а первый выход подключен к управляющему входу ключа, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход под ключен к информационному входу интегратора, установочный вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а выход подключен к входу блока определения знака и через выпрямитель - к входу преобразователя напряжение - частота, выходы двух старших разрядов реверсивного счетчика подключены к одним входам соответствующих разрядов двоичного сумматора, другой вход первого разряда двоичного сумматора подключен к шине нулевого потенциала, а другой вход второго разряда двоично

8

соединен с четвертым выуправления.

15

2. Преобразователь по п,1, о т - личающийся тем, что блок управления содержит два ключа, нуль- компаратор, два элемента И, три од- новибратора, два Т-триггера и D-триг- гер, информационные входы первого и второго ключей являются соответственно одним и другим входами блока управле1 ия соответственно, выходы ключей соединены с входом нуль-компаратора, выход которого подключен к С-входу D-триггера и одному входу первого элемента И, другой вход которого соединен с прямым выходом D-триггера, а выход подключен к Т- входу первого Т-триггера, прямой 20 выход которого через первый одновиб- ратор подключен к R-входу D-триггера, первому входу второго элемента Ник Т-входу второго Т-триггера, прямой выход которого является четвертым выходом блока управления и подключен к управляющему входу второго ключа и к второму входу второго элемента И, выход которого чере второй одновибратор подключен к R-входам первого и второго Т-тригге- ров и входу третьего одновибратора, выход которого является вторым выходом блока, выход второго одновибра- тора является третьим выходом блока, 35 инверсный выход второго Т-триггера подключен к управляющему входу первого ключа, выход первого элемента |И является первым выходом блока.

25

3d

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. В преобразователь, содержаний первый генератор, синусно-косинусный датчик угла, первый и второй цифроаналоговые перемножители, первый и второй преобразователи кодов, сумматор, блок определения знака, преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик введены второй генератор, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, двоичный сумматор и блок управления . Последовательно соединенные сумматор, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, выпрймитель, преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчик и два цифроанало- говых перемножителя образуют измерительный канал, отрабатывающий рассогласование измеренного угла с реальным в одном цикле преобразования. Блок управления вырабатывает напряжения, определяклцие последовательное преобразование сигналов на частотах первого и второго генератора, одна из которьк больше другой в два раза, одним измерительным каналом. При этом за счет формирования определенных интервалов времени замыкания ключа преобразователя на соответствующем этапе цикла преобразования выделяется одна частота выходного сигнала синусно-косинусного датчика угла и полиостью подавляется другая, за счет чего исключается погрешность, обусловленная температурной нестабильностью характеристик узлов преобразователя, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. i (Л N9 СО 00 ОО iif IsD

J

1 I

II I

35

t, |1г

I

Г t

in

ff

36

.

Редактор Э.Слиган

Составитель М.Сидорова Техред В.Кадар

Заказ 396/59 Тираж 902 . Подписное ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Д

Фмг.

Корректор М.Самборская