Способ преобразования угла поворота вала в код и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике и может быть использовано в информационно- измерительных и управляюпщх системах с применением цифровых вычислительных машин.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для преобразования угла поворота вала в код,на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на элементах устройства.

Временные диаграммы напряжений на элементах устройства приведены для угла поворота .

Преобразователь содержит генератор 1J -делитель 2 частоты, фильтр 3 нижних частот, синусно-косинусный датчик (СКД) 4, блок 5 преобразования синфазных напряжений в фазомоду-- лированный сигнал, компараторы, 6 и 7, триггер 8, элемент И 9, счетчик 10, коммутатор 11, делитель 12 частоты, элементы И 13 и 14, счетчик 15, формирователи 16 и 17 импульсов,

регистр 18.

На фиг.2 обозначено: а - U напряжение на выходе триггера делителя 2 частоты; б - UJI. g - напряжение на выходе п-2 триггера делителя 2 частоты в,г - U. , Ц.,. - напряжения на прямом и инверсном выходах п-1 триггера делителя 2 частоты д - и - напряжение на выходе последнего триггера делителя 2 частоты е,ж - и , и - напряжения на выходах формирователей 16 и 17 импульсов , и - напряжения на выходах фильтра 3 нижних частот и компаратора 6; К,л - и , и - напряжения на выходах блока 5 преобразования синфазных напряжений в фазрмодулирован- ный сигнал и компара/тора 6 м - Ug - напряжение на выходе триггера 6, н - и g - напряжение на выходе элемента И 9.

Последовательность операций предлагаемого способа и режимы их проведения приведены применительно к СКД-типа синусно-косинусному вращающемуся трансформатору (СКВТ).

Создают пульсирующее магнитное поле в воздушном зазоре СКВТ, для чего запитывают одну из его обмоток, например f,от источника переменного напряжения Е. В результате на роторных обмотках а, в наведутся следующие напряжения:

(jtft R

5

0

Ekcosc/,, -Eksin sd, где ct - угол поворота вала

k - коэффициент трансформации. Операцию преобразования выходных синфазных напряжений в фазомодулиро- ванный сигнал, фаза которого пропорциональна углу поворота ot , можно реализовать, например, при помощи одной R-C-цепи, мостовой фазосдвигающей цепИ; двойной RC-цепи, интегратора переменного напряжения и сумматора и т.д. Преобразуем выходные напряжения и , и в фазомодулированный сигнал при помощи интегратора переменного напряжения и сумматора. Пусть коэффициент передачи интегратора ра ЙО

вен е 5 а коэффициенты передачи сумматора по первому и второму входам равны между собой и равны единице. Тогда фазомодулированный сигнал 5 будет иметь вид:

й|„ и +е «°° E cosef.- -E.siRe- Ёke

0 Как видно, начальная фаза этого сигнала пропорциональна с/. .

Операцию измерения начальной фазы фазомодулированного сигнала Ug. можно реализовать, например, измеряя интервал времени между моментами перехода через ноль напряжений Е и иф„ (при положительных производных этих напряжений) и заполняя его высокочастотными импульсами образцовой частоты с последующим их подсчетом и выдачей результата измерения, например, в виде двоичного кода. В результате имеем: N oi. .

Операцию создания пульсирующего магнитного поля в воздушном зазоре СКД в направлении,перпендикулярном первоначальному, можно реализовать путем питания другой перпендикулярно расположенной обмотки возбуждения (обмотки К) от источника ЭДС Е. В этом случае на роторных обмотках а, в наведутся следующие напряжения«

U Eksinof, Ekcosot-.

В результате операции преобразования напряжений U ° , U в фазомодулированный сигнал, осуществляемый при помощи того же интегратора .и сумматора можно получить:

5

5

5

U 1)кТ

+Eke

k Eksinci + cosdL Eke - °)

Измеряя начальную фазу этого сигнала, также как рассмотрено, можно получить:

Nk rf-90°,

Операцию осреднения результатов N , N можно реализовать, например, при помощи суммирующего устройства (сумматора двоичных кодов) с последующим переносом содержимого сумматора в сдвиговый регистр и сдвигом его содержимого на один младший разряд (сдвиг на один младший разряд позво- ляет получить код, поделенный попо- лам). После чего результируюпщй код равен:

N 0,5(r+N )eL-A5

Устройство работает следующим об- разом.

Пусть последний триггер делителя 2 частоты, сигнал UJ , перешел из состояния ноль, в состояние единица (фиг.2,д), при этом в формирователе 16 импульсов появляется сигнал U« (фиг.2,е) ,которым в счетчик 10 заносится код 90, а в регистр 18 переписывается содержимое счетчика 15 со сдвигом на один младший разряд влево (сдвигом достигается деление на два) коммутатор 11 переходит из состояния 1-1 в состояние 2-2/, при котором запитывается обмотка К СКД4, выходные напряжения которого при этом бу- дут авны: . ь

EksinoL, и Ekcosct .

Напряжение на выходе блока 5 преобразования синфазных напряжений в фазомодулированный сигнал равно (фиг.2,к)

иф „ й Ek(sinci -jcosc. ) .

Откуда видно, что начальная форма этого сигнала пропорциональна dL-90 . При помощи опорного сигнала (фиг.2, и) и , .образованного из выходного напряжения Uj фильтра 3 нижних часто (фиг.2,з), с использованием компаратора 6 и триггера 8 формируется последовательность импульсов, длительт ность которых пропорционап ьна величине 01-90 (фиг.2,м). При помощи элемента И 9, сигнала с генератора 1 и сигнала 0 с инверсного выхода п-1 триггера делителя 2 частоты

5

5

20

05

0

5

50 5

(фиг.2,г) формируются пачки импульсов, количество импульсов в которых пропорционально о(.-90° . Сигнал U, заводится на элемент И 9 для устранения влияния на результат преобразования переходных процессов; возникающих в СКД 4 и блоке 5 преобразования синфазных напряжений в фазомодулированный сигнал. Этим сигналом элемент И 9 закрывается на время, необходимое для коммутации и затухания переходных процессов (в данном случае это два периода питающего напряжения), после чего элемент И 9 открывается. Таким образом пачки высокочастотных импульсов проходят через делитель 12 частоты и открытый элемент И 13 (элемент И 13 открыт сигналом и фиг.2,д) на вход счетчика 10.

Количество импульсов, прошедших на вход счетчика 10, равно (фиг.2,н):

m(oL -90°) п J-,

12

где га - количество пачек сформированных элементов И 9, k - коэффициент деления счетчика 12.

Выполняя равенство , можно получить количество импульсов, прошедших на счетчик 10, пропорциональное о .-90° . Емкость счетчика 10 выбирается равной 360 . С учетом того, что в счетчик 10 занесено число 90°, счетчик 10 просчитывает последовательность импульсов (о1-90°), соответствующую углу 300-360°, обнуляется и -ечитает оставшиеся импульсы, соответствующие 30 , в результате в счетчике запишется число, равное 30°.

N,(о.-90) 30°.

После того, как состояние, триггера делителя 2 частоты (фиг.2,д) из- менится, станет равным нулю, в формирователе 17 импульсов вырабатывает- ся импульс и., (фиг.2,ж), -которым

содержимое счетчика 10 переписывает- ся в счетчик 15, емкость которого

равна 720. Коммутатор 11 переходит :в состояние 1-1 , при котором запи- тывается обмотка f СКД4. При этом Ub ° EkcosoL i и/ -Eksinc ,

а напряжение U равно: : Ek(cosd +jsinoi- )Eke V Откуда видно, что начальная фаза

напряжения U/ (фиг,2,к) и напряжения

U.j (фиг. 2,л) пропорциональна . При помощи опорного сигнала U,- (фиг. 2,и) и триггера 8 формируется последовательность импульсов, длительность которыхпропорциональна d (фиг.25м). При помощи элемента И 9, сигнала с генератора 1 и сигнала U,. ( в нужный интервал времени (после окончания переходных процессов, вызванных переходом комг-гутатора 11 из состояния 2-2 в состояние 1-1 Сформируются пачки высокочастотных импульсов, которые проходят через делитель 12 частоты и элемент И14 (открытый сигналом Uj с инверсного выхода последнего триггера делителя 2 частоты) на вход счетчика 15. Количество импульсов, прошедшее на счетчик 15, пропорциональное. . Таким образом, в .счетчике 15 окажется число , пропорциональное 2 cf.,

После нового изменения состояния последнего триггера (фиг.2,д) делителя 2 частоты импульсом U (фиг. 2, е) содержимое счетчика t5 переносится в регистр 18 со сдвигом на один младший разряд. В результате в регистре будет храниться код, пропорциональный d ,

N 2oL/2 ot..

19

Формула изобретения

1,Способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на Формировании синусоидального переменного напряжения, преобразовании его в первое переменное напряжение, фаза которого относительно синусоидального переменного напряжения пропорциональна углу поворота вала, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности преобра- зования, преобразуют фазу первого переменного напряжения в первый код, который запоминают, затем формируют косинусоидальное переменное напряжение, которое преобразуют во второе переменное напряжение, фаза которого относительно синусоидального переменного напряжения пропорциональна углу поворота вала, которую преобразуют во второй код, который суммируют с первым кодом, результат суммирования делят на два и прибавляют код, соответствующий углу 45°.

2.Устройство для преобразования 5угла поворота . вала в код, содержа

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щее генератор, выход KOTOpofo соединен с первым входом первого элемента И, первый и второй компараторы, выходы которых соединены с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, синусно-косинусный датчик и первый счетчик, отличающееся тем,( что, с целью повышения точности устройства, в него введены первый и делители частоты, фильтр нижних частот, первый и второй формирователи импульсов, второй и третий элементы И, второй счетчик, коммутатор, блок преобразования синфазных напряжений в фазомо- дулированный сигнал и регистр, выход генератора соединен с входом первого делителя частоты, первьй выход которого соединен через фильтр нижних частот с входом первого компаратора и с первым информационным входом коммутатора, второй ыход соединен с третьим входом первого элемента И, третий выход соединен с управляющим входом коммутатора, входом первого формирователя импульсов и первым входом второго элемента И, четвертый выход соединен с входом второго формирователя импульсов и первым входом третьего элемента И, второй информационный вход коммутатора соединен с общей щиной, а выходы соединены с входными обмотками синусно-косинус- ного датчика, выходные обмотки которого соединены через блок преобразования инфазных напряжений в фазомо- дулированный сигнал с входом второго компаратора, выход первого элемента И соединен через второй делитель частоты с вторыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с счетными входами соответственно первого и второго счетчиков, информационные входы первого счетчика являются информационными входами устройства, а выходы соединены с информационными входами второго счетчика, выходы которого соединены с информационными входами регистра, выходы которого являются информационными выходами устройства, выход первого формирователя импульсов .соединен с входами записи первого счетчика и регистра, выход второго формирователя импульсов соединен с входом записи второго счетчика.

t.-.i вых

иг.1

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике и может быть использовано в информационно- измерительных и управляющих системах с примеаекием цифровых вычислительных машин. Целью изобретения является повьвпение точности преобразования. Для этого по способу преобразования угла поворота вала в код, основанному на формировании синусоидального переменногсз напряжения, преобразовании его в первое переменное напряжение, фаза которого относительно синусоидального переменного напряжения пропорциональна углу поворота вала, формируют косинусоидальное переменное напряжение, которое преобразуют во второе переменное напряжение, фаза которого относительно синусоидального переменного напряжения пропорциональна углу поворота вала, и преобразуют фазы в коды, которые сумми- рзпот, а затем делят на два и получают код угла поворота вала. 1 э.п. ф-лы.2 ил. i (Л с

аи

м

S

9 ил-fj:

г .

JCL

жu,r

3Из

ии«

к«5 7««в

Редактор С.Патрушева

Составитель Е.Бударина

Техред В.Кадар Корректор Н. Король

Заказ 627/61 . Тираж 902Подписное

ВНИИПИ 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

o(,Jff

л

-t -t -t

-t t

.t -t

п

п