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

w

15

1 1300636

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в системах управления объектами с цифровой обработкой информации, а также может быть использовано для измерения угловых перемещений.

Цель изобретения - повьинение точности преобразователя.

На фиг.I приведена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг.2 - выполнение накапливающего сумматора; на фиг.З - то же, пример.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит многофазный блок 1 питания, многофазный фазовращатель 2, состоящий из датчика 3угла и фа- зорасщепителя 4, компараторы 5 и

6.1 - 6.т, коммутатор 7, счетчики 8 - 10, накапливающий сумматор 11 и генератор 12 иьтульсов.

Накапливающий сумматор I5 содержит (п-1) О-триггеров 13, где п - число разрядов счетчика 9, элемент НЕ 14, один элемент И 15 и п сумматоров 16 (фиг.2) или (п-1) сумматоров 1 б, (п-1) D-триггеров 13, элемент НЕ 14, два элемента И 15 и элемент ИЛИ 17 (фиг.З).

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Многофазный блок I питания вырабатывает напряжения для питания датОпорный импульс является началом m временных интервалов, каждый из ко

2li

торых пропорционален -(1-1)+Ч , а

m

концами временных интервалов соответ ственно являются фазовые импульсы на выходах компараторов 6.1 -6.т. Код преобразуемого угла формируется путем преобразования и суммирования этих временных интервалов и деления на количество интервалов, равное ко- личеству фаз. Если , где р - целое число, то деление значительно упрощается. Для примера примем га 2 8.

Фазовые импульсы на выходах компараторов 6-1,, 6-2,...,6-т поступают на коммутируемые входы коммутатора 7. Управление коммутацией происходит выходным кодом счетчика 8. При коде 000 () в счетчике 8 коммутатор 7 пропускает на выход первый фазовый импульс с компаратора 6-1. Задний фронт этого импульса производит вычитание в счетчике 8, оставляя код 111. Этот код дает разрешение для прохождения импульса с компаратора 6-2 через коммутатор 7. Импульс с компаратора 6-2, появившись на вы- ходе коммутатора 7, задним фронтом на счетчике 8 оставляет код 110. Коммутатор 7 открывается для фазового импульса с компаратора 6-3 и т.д. Последний фазовый импульс с компара20

25

чика 3 угла. Одно из напряжений, при- 35 тора 6-т на счетчике 8 оставляет нимается за опорное. Выходные напря- Д 000 цикл повторяется. Ес- жения датчика 3 угла, фаза которых относительно опорного напряжения за; висит от угла поворота вала датчика 3, поступают на фазорасщепитель 4 фазовращателя 2. На выходе фазорасще- пителя 4, т.е. на выходе фазовращателя 2, формируются напряжения, фазы которьрс сдвинуты относительно опорно40

45

ли в начальный момент работы кодовое состояние счетчика 8 не соответствует возникающему фазовому импульсу, то коммутатор 7 находится в ожида- - НИИ необходимого фазового импульса, появление которого запускает цикл счета и коммутации..

27Г го напряжения на -(i-J)+4 где m m

количество фаз, ,..., и - номер выхода фазорасщепителя 4; V - фаза напряжения, соответствующая углу поворота et. Компаратор 5 из опорного напряжения формирует опорные импульсы при переходе синусоиды через нуль из отрицательных значений в положительные. Компараторы 6.1 -б.т форми- фазовые импульсы из выходных напряжений фазовращателя 2 при переходе через нуль из отрицательных значений в положительные.

5

Опорный импульс является началом m временных интервалов, каждый из ко2li

торых пропорционален -(1-1)+Ч , а

m

концами временных интервалов соответственно являются фазовые импульсы на выходах компараторов 6.1 -6.т. Код преобразуемого угла формируется путем преобразования и суммирования этих временных интервалов и деления на количество интервалов, равное ко- личеству фаз. Если , где р - целое число, то деление значительно упрощается. Для примера примем га 2 8.

Фазовые импульсы на выходах компараторов 6-1,, 6-2,...,6-т поступают на коммутируемые входы коммутатора 7. Управление коммутацией происходит выходным кодом счетчика 8. При коде 000 () в счетчике 8 коммутатор 7 пропускает на выход первый фазовый импульс с компаратора 6-1. Задний фронт этого импульса производит вычитание в счетчике 8, оставляя код 111. Этот код дает разрешение для прохождения импульса с компаратора 6-2 через коммутатор 7. Импульс с компаратора 6-2, появившись на вы- ходе коммутатора 7, задним фронтом на счетчике 8 оставляет код 110. Коммутатор 7 открывается для фазового импульса с компаратора 6-3 и т.д. Последний фазовый импульс с компара0

5

тора 6-т на счетчике 8 оставляет Д 000 цикл повторяется. Ес-

ли в начальный момент работы кодовое состояние счетчика 8 не соответствует возникающему фазовому импульсу, то коммутатор 7 находится в ожида- - НИИ необходимого фазового импульса, появление которого запускает цикл счета и коммутации..

В данном (шучае компараторы 6-1, , 6-2,...,6-т могут представлять собой усилители-ограничители. При этом на выходе коммутатора 7 необходимо поставить один формирователь импульсов по перепаду напряжения.

Опорный импульс с выхода компаратора 5 в счетчике 9 по установочному входу устанавливает исходное состояние, код 1000 (старший разряд - слева) дпя , а в старщие разряды счетгика IО записывает содержимое счетчика 8. Этим же импульсом устанавливаются в исходное со

стояние младшие разряды счетчика и накапливаю1ций сумматор 11,

Допустим, что к моменту появления опорного импульса в счетчике 8 находится код 000, соответственно в счетчик 10 перепишется нулевой код. При этом, на выходе коммутатора 7 первым после опорного импульса появляется первый фазовый импульс с компаратора 6-1,

До прихода первого фазового импульса в счетчике 9 стоит код 1000, а регистре накапливающего сумматора 11 - код 000. На выходах переноса и суммы сумматоров 16-1-16-(п-1) низкие потенциалы. Выход суммы сумматора 16-п не используется, а на выходе переноса высокий потенциал, так как на первом и втором его входах имеется высокий потенциал. Первый же положительный импульс генератора 12 проходит через элемент И 15 на вход счетчика 10, Этот импульс можно назвать импульсом переноса или переполнения накапливакицего сумматора 1I. Задний фронт импульса через инвертор НЕ 14 как положительный перепад, по С-входам в регистр образованный D-триггерами 13 записывает сумму. Первым импульсом записывается нулевой код, так как выходы суммы сумматоров 16-1-16-(п-1) имеют низкие потенциалы. На вход счетчика 50 через элемент И I5 проходят все последующие импульсы генератора 12 до тех пор, пока фазовый импуль.с в счетчике 9 не установит код 01 П, т.е. с выхода старшего разряда счетчика 9 на первый вход сумматора 16-п не поступит низкий потенциал. После этого высокий потенциал на выходе переноса сумматора 16-п может быть только при появлении высокого потенциала на выходе переноса сумматора 16-(п-1). Это определяется кодами на остальных выходах счетчика 9 и регистра, образованного триггерами 13. Теперь уже каждый импульс генератора ,12 на вход счетчика 10 не будет проходить. Регистр на триггерах }3 накапливает результат многократного суммирования содержимого счетчика 9, причем сохраняется только три разряда, а более старшие разряды, как разряды переполнения, пере з4одят в счетчик 10. Суммирование кода 1000 дает переполнение регистра после каждого такта суммирования. По10

10

15

20

55006364

этому в этом случае с каждым импульсом генератора 12 на счетчик 10 должен проходить импульс.

Если к моменту появления опорного импульса в счетчике 8 находятся иной код, например, код 001, то на выходе коммутатора 7 первым после опорного импульса появляется восьмой фаэовый импульс. Значит временной интервал, соответствующий преобразуемому углу, состоит из интервала от опорного импульса до восьмого пришед1чего первым фазового импульса и интервала от восьмого фазового импульса до первого,

2.11

равного -. Однако, измеряется толь- го

ко временной интервал от опорного импульса до первого пришедшего (в данном случае восьмого) фазового импульса . Результирующий код должен быть

2 скорректирован на -. Эго производитm

5

5

ся onopHbiM импульсом с путем записи в счетчик

0

5

0

5

0

компаратора э 10 кода 001,

соответствующего углу -, Таким обра- го

зом, передача опорным импульсом содержимого счетчика 8 в счетчик 10 осу-г- ществляет автоматическую корректировку старших разрядов кода при любом значении угла, причем запись кода в счетчик 10 происходит один раз в начале цикла преобразования.

На информационные входы накапливающего сумматора 1I поданы сигналы с выходов счетчика 9, т.е. код 1000. При этом коде на счетный вход счетчика 10 до появления первого фазового импульса проходит каждый импульс генератора 12 импульсов. Это эквивалент I

сложению m интервалов Ч от опорного импульса до первого фазового импульса и делению на масштабный коэффициент т, т.е. операции- -тЧ .

го

Первый фазовый импульс с выхода коммутатора 7 в счетчике 9 производит вычитание и оставляет код ОП1. Теперь каждый импульс генератора 12 складывает код 1П, в накапливающем сумматоре 11 (по старшему разряду сумма не формируется). Происходит суммирование (т-1)7 интер- от первого до второго

23Т валов -

m

фазового импульса, результат которого равен -(т-1). Сумматор 11 накаплив.ает три разряда. Количество инпульсов с выхода переноса сумматора 11 равно значению суммы, поделенной на , т.е. на счетчик 10

21Г ш-1гт

поступит - импульсов. Происхо-

Тй ш

дит умножение временного интерва2УГ т-1 „

ла - на коэффициент . После

mm

прохождения второго фазового импуль са в счетчике 9 остается код in-2 0110. Начинается сложение и накопление этого кода в счетчике 10 и в накапливающем сумматоре h1, которое продолжается до прихода еле- дующего фазового импульса.

Осуществляется суммирование шести

2. (пг2) временных интервалов- и делени

на коэффициент 8 (т), т.е. происход

2-S.

умножение временного интервала - н

m

П1-2

коэффициент . Процесс продолжаетm

ся до тех пор, пока не пройдет m 8 фазовых импульсов и в счетчике 9 не установится код 000. После этого цикл преобразования заканчивается. В млада1их разрядах счетчика 10 окажется код равный

ц,. Ш . 25 SlU 2П т-2 2fT 1 ш го m m mm

ш

№-1

2 .

7Г

fZK-f )--J-(m-l) +4,

m-r т

m

где Ч - кодовый эквивалент временного интервала от опорного импульса до фазового импульса, пришедшего первым, то есть младшие разряды кода преобразуемого угла, старшие разряды которого установлены опорным импуль. сом в начале цикла.

7 Значение кода -(m-l) не зависит

m

от угла-поворота и может быть учтено, например, начальной установкой. Таким образом, передача опорным импульсом содержимого счетчика 8 в счетчик 10 корректирует старшие раз- ряды кода при любом значении угла,

21Г При углах, меньших --, в старшие

разря сцл счетчика 10 передается нулевой код, т.е. корректировка стар- шик разрядов отсутствует. Код в счетчике 10 соответствует преобразуемому углу.

O 5

0

5 0

5

0

5

0

5

Формула изобрете.ния

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий многофазный блок питания, выходы которого соеди- . нены с входами многофазного фазовращателя, один из выходов многофазного блока питания соединен с входом первого компаратора, выход которого соединен с входом установки исходного состояния первого счетчика, выходы многофазного фазовращателя соединены с входами остальных компараторов, генератор импульсов и второй счетчик, отличающийся тем, что, с целью повьшзения точности преобразователя, в него введены третий счетчик-, накапливающий сумматор и коммутатор, информационные входы которого подключены к выходам компараторов, кроме .первого, а выход соединен со счетными входами первого и второго счетчиков, выход генератора импульсов соединен с управляющим входом накапливающего сумматора, информационные входы которого подключены к выходам п€;рвого счетчика, а выход переноса соединен со счетным входом третьего счетчика, выходы второго счетчика соединены с управляющими входами коммутатора и с информационными входами третьего счетчика, выход первого компаратора соединен с входом установки начального кода третьего счетчика и входом установки исходного состояния накапливающего сумматора.

2i Преобразователь по п. I, о т - личающийся тем, что накапливающий сумматор содержит п сумматоров, п-1 D-триггеров, элемент НЕ и элемент И, первые входы сумматоров являются информационными входами накапливающего сумматора, второй вход последнего сумматора соединен с шиной логической едини1Д 1, вторые входы остальных сумматоров соединены с единичными выходами соответствукчцих D-триггеров, третий вход первого сумматора соединен с шиной логического нуля, третий вход каждого последующего сумматора подключен к выхдду переноса предыдущего сумматора, выход переноса последнего сумматора соединен с первым входом элемента И, выход суммы каждого из сумма- торов, кроме последнего, соединен с D-входом соответствующего D-триг7,130

гера, второй вход элемента И является управляющим входом накапливающего сумматора и через элемент НЕ соединен с С-входами D-триггеров, выход элемента И является выходом переноса накапливающего сумматора,

3. Преобразователь по п. 1, о т- личающийся тем, что накапливающий сумматор содержит сумматоры, D-триггеры, элемент НЕ, два элемента И и элемент ШШ, первые входы сумматоров и первый вход первого элемента И являются информационными входами накапливающего сумматора, вторые входы сумматоров соеди-t нены с единичными выходами соответствующих D-триггеров, третий вход первого сумматора соединен с шиной

8

логического нуля, третий вход каждого последующего сумматора подключен к выходу переноса предьщущего сумматора, выход переноса последнего сумматора соединен с первым входом второго элемента И, выход суммы каждого сумматора соединен с D-BXO- дом соответствующего D-триггера, второй вход первого элемента И является управляющим входом накапливающего сумматора и соединен с вторым входом второго элемента И и входом элемента НЕ, выход которого соединен с С-входами и-триггеров, выходы элементов И соединены с входами элемента ШШ, выход которого является выходом переноса накапливающего сумматора.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений. Целью изобретения является повышение точности преобразователя угла поворота вала в код, которая достигается введением коммутатора 7, третьего счетчика 10 и накаплива ющего сумматора 11. Повышение точности обеспечивается за счет того, что младшие разряды выходного кода в счетчике 10 формируются путем преобразования и суммирования временных интервалов разной длительности, число которых в начале цикла записывается в счетчик 9 и равно количеству фазовых импульсов, снимаемых с компараторов 6 за период синусоиды. Сложение осуществляет накапливающий сумматор 11, управляемый от генератора 12 импульсов. Импульсы с выхода переноса сумматора 11 поступают на счетчик 10, формируя код младших разрядов. В счетчике 10 накапливаются импульсы генератора 12 импульсов, умноженные на переменный дробный коэффициент. Управление коммутатором 7 осуществляется кодом счетчика 8, который одновременно записывается в старшие разряды счетчика 10. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. Р сл 3i СА 35

фиб.2

фиг. J