Преобразователь кода в угловое положение вала Советский патент 1987 года по МПК H03M1/68 

нометрического кода, введены uH4ipo вой блок 6 сравнения, формирователь 7 кода квадрантов, элемент 11ПИ 10 и формирователь сигналов рассогласования „ Селектор 2 октантов содержит первый 12 и второй 13 переключатели. Цифровой блок 6 сравнения содержит блок 14 преобразования кода в код и селектор-мультиплексор 15, Формирователь П содержит компаратор 16, ключ 17, первый 18, второй 19, третий 20 триггеры, первый 21 и второй 22 источники опорного напряжения, Исполнительный механизм 1 содержит си- нусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 23, а также двигатель и блок управления двигател-ем, которые на чертеже не представлены. Вход1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств с исполнительными устройствами.

Целью изобретения является позы- шение точности преобразователя и рас- ширение области его применения при наличии ограничений на диапазон углов разворота исполнительных устройств .

На чертеже приведена структурная схема преобразователя,

Преобразователь содержит исполнительный механизм 1, селектор 2 октантов, генератор 3, цифроаналоговый преобразователь (1ДАП) 4, аналоговый 5 и цифровой 6 блоки сравнения, формирователь 7 кода квадрантов, регистр 8 октантов, регистр 9 тригонометрического кода, элемент ИЛИ 10 и формирователь 11 сигналов рассогласования, Селектор 2 октантов содержит первый 12 и второй 13 переключатели. Цифровой блок 6 сравнения содержит блок 14 преобразования кода в код и селектор - мультиплексор 15, Формирователь 11 сигналов рассогласования содержит компаратор 16„ ключ 17, первый 18, второй 19 и третий 20 триггеры, первый 21 и второй 22 источники опорного напряжения. Исполнительный механизм 1 содержит

ной код задается в блоках 8 и 9. В селекторе 2 формируются меньшее и бол1)1пее по модулю выходные напряжения СКВТ 23. В формирователе 7 вырабатывается код квадранта текущего положения ротора СКВТ. В блоке 6 сравнивается заданный код с текущим, и в зависимости от наличия запрещенного перехода вырабатывается команда грубого разворота, которая через элемент ИЛИ 10 воздействует на исполнительный механизм 1. Если квадранты совпадают, то наличие и направление разворота исполнительного механизма 1 вырабатывается формирователем 11 в зависимости от выходного сигнала аналогового блока 5 сравнения . 3 з.п. ф-лы 1 ил., 4 табл.

синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 23, а также двигатель и блок управления двигателем (не показаны).

Преобразователь работает следующим образом.

Импульсы питания С1 генератора 3 с амплитудой Up .доступают на обмотку возбуждения СКВТ 23 и наводят на его выходных обмотках прямоугольные импульсы с амплитудой

Uj KUn sinot; DC rajpcos d;

где Uj,- напряжение питания СКВТ; К - постоянный коэффициент; оС - текущее угловое положение вала,

Эти импульсы непосредственно поступают на входы селектора 2 октантов ,

Задание на преобразование кода угла Ч в угловое положение вала за- носится из внешнего устройства, например ЦВМ, и представляет собой двоичное число, у которого три старщих разряда определяют код номера октанта, в котором находится угол ц , а

остальные - код тригонометрической

функции угла (тангенс, котангенс). Код октанта заносится в регистр 8 октантов, а код тригонометрической

функции - в регистр 9 тригонометрического кода.

Переключатель 12 подключает один из выводов каждой из двух выходных обмоток СКВТ 23 к общей шине, тем са- мым задавая полярность напряжения на соответствующей обмотке.

Переключатель 13 подключает к аналоговому входу ЦАП 4 большее по модулю напряжение СКВТ 23, а к входу 10 блока 5 - меньшее по модулю напряжение. Полярность и порядок подключения обмоток СКВТ 23 в зависимости от октанта, в котором находится задавае- емый угол -f, представлены в табл.. 5

Таблица 1

20

25

ние

и

вых

где N превьщ1ает половины полного угла оборота.

Рассмотрим ограничения, выражающиеся в запрете пересечения границы, например, между первым и восьмым октантами. Допус7им, что угол Ч расположен в первом октанте, а угол о(.- в восьмом. Кратчайший путь установки исполнительного механизма в заданное положение обеспечивается вращением его против часовой стрелки и запрещенным переходом границы восьмой - первый октант. При наличии указанных ограничений может быть разрешен только путь перехода по часовой стрелке через октанты с последовательно снижающимися номерами от восьмого к первому. Точная установка исполнительного механизма 1 в заданное положение обеспечивается управляющими сигналами, формируемыми по напряжению рассогласования Up. Но для исключения запрещенных переходов режиму точной установки предшествует грубый контроль рассогласования, по результатам которого определяется выбор одного из режимов: грубой или точной установки. Грубая установка учитывает ограничение на переход

30 границы первый - восьмой октант. Грубый контроль рассогласования осуществляется цифровым блоком 6 сравне ния, на вход которого поступает код октанта заданного угла с регистра

35 8 и код квадранта текущего угла d с формирователя 7.

По переднему фронту импульса С2 генератора 3 на запоминающих элемен- формирователя 7 фиксируются зна40 ки выходных напряжений СКВТ 23, которые кодируются с помощью компараторов формирователя 7. Двухбитовый код на выходе формирова-теля 7 характеризует квадрант угла i в контровыходной код регистра 9, лируемом цикле по сигналам, поступающим на его входы с выходов переключателя 13.

Фронт импульса С2 располагается в средней части временного интервала импульса С1, что обеспечивает считывание знаков напряжений СКВТ 23 после завершения его переходных процессов, обусловленных импульсным питанием.

Соответствие выходного кода формирователя 7 положениям угла е(квад- ранты) при различных положениях заданного угла Ч (октанты) дано в

ЦАП 4 формирует выходное напряже NU

оп

порциональный JOH опорное напряжение, подаваемое на аналоговый вход ЦАП 4 с выхода СКВТ 23.

50

На выходе аналогового блока 5 сравнения вырабатьгеается сигнал Up переменного тока, пропорциональный sin(c{-if) с соответствующим знаком. Если непосредственно использовать на-55 пряжение Up для управления преобразователем, то установка его в заданное положение осуществляется по кратчайшему пути, величина которого не

20

25

50

табл.2.

Выходные коды формирователя 7, представленные в табл.2, могут быть получены из табл,. На первом месте

/л

(. слева ) дан код полярности напряжения подаваемого на блок 5, а на втором - на ЦАП 4, Код отрицательного напряжения - О, положительного - 1. Для угла oi расположенного в первом квадранте, синус и косинус имеют положительный знак. Поэтому в первой строке табл.2 получаются коды у которых первый бит определяется знаками напряжений из первого столб- ца табл,1, а второй - из второго столбца. Для угла ct, расположенного во втором квадранте, синус - положительный, а косинус - отрицательный. Поэтому знаки при U из табл.1 следует сменить на противопол ожные и аналогично сформировать вторую строку табл,2 (первый бит кода - знак из первого столбца табл.1, второй - второго) , Аналогично в соответствии со знаками sin oi и cos cL в третьем квадранте следует сменить на противоположные знаки всех напряжений из табл.1, а в четвертом - сменить знаки при Uj . Если бы не производилась коммутация полярности обмоток СКВТ 23, формирователь 7 формировал бы код, однозначно определяющий номер квадранта угла ot. Из-за комму- .тации обмоток СКВТ 23 однозначное соответствие между кодом и квадрантом нарушается, Однако, так как это несоотвествие носит определенный характер, задаваемый квадрантом требуе

мого угла ц , KOTOpbrft известен- априорно, оно учитывается при кодировке входных сигналов селектора - мультиплексора 15 (сдвоенного) и не ведет к усложнению устройства в целом.

„

J

5 Q п

5

5

0

5

Цифровой блок 6 сравнения имеет два выхода, по одному из которых формируется сигнал, определяющий зону грубой установки (1 - грубая установка, О - точная установка), по второму - сигнал управления направлением вращения исполнительного механизма 1 в режиме грубой установки, т.е. он опред€ ляет режим работы преобразователя (грубьй, точный) и задает регулирующие воздействия при грубой установке,,

Для того, чтобы исключить запрещенный переход исполнительного механизма 1 через границу первый - восьмой октант, блокируется режим точной установки по напряжению рассогласования Up в тех зонах взаимного положения углов oi. и Ц , где кратчайший путь установки, формируемый в этом режиме, может проходить через запрещенную границу. В этих зонах задается такое направление вращения исполнительного механизма 1, при котором выход на требуемое положение исключает переход через запрещенную границу.

В табл.3 приведены выходные коды, формируемые блоком 6 сравнения при определенных взаимных положениях углов cL и Ч, причем для угла cL поло- жение контролируется по квадрантам

(выход формирователя 7), а для угла ср - по октантам (выход регистра 8 октантов). На первом месте слева этого кода - сигнал задания режима (грубая установка - 1, точная - О), на втором месте - сигнал направления

(при точной установке этбт сигнал - О, а при грубой - задает требуемое направление в этом режиме: 1 - по часовой стрелке, О - против).

Квадрантугла

Код блока 6 сравнения цифрового при октантах угла I II I III IV I V I VI I VII 1 VIII

00 1 1 1 1 1 I

00 00

11 11

00 00

Выходные коды блока 6 формируются на соответствующих выходах селектора-мультиплексора .15 (сдвоенного). Его адресные входы, являющиеся общими для двух его частей, соединены с выходами формирователя 7. Селектор- мультиплексор 15 имеет две группы по четыре информационных входа: П, для формирования сигнала направления при грубой установке, Д-пя формирования сигнала задания режима. На эти входы подается преобразованный код октанта заданного угла Lf. Преобразование производится блоком 14 в соответствии с табл.4.

Таблица 4

Принцип формирования сигналов блока 6 цифрового сравнения можно проиллюстрировать примером. Допустим, что заданный угол Ч находится

Таблица 3

10 00 00

11

10 10 00 00

10 10 00 00

10 10 10 00

0

5

0

5

0

5

0

5

в первом октанте, а исходное положе- ние угла оС- в четвертом квадранте. Если бы не было запрещения перемещения ротора СКВТ 23 через границу между первым и четвертым октантами, то отработка заданного угла -р производилась- бы по кратчайшему пути с переходом из четвертого квадранта (исходное положение) в первый октант (требуемое положение). При наличии запрещенной границы первый - восьмой октант для принудительного движения вала в противоположную сторону (в направлении третьего квадранта) на выходе блока 6 при угле с в четвертом квадранте и угле 1 в первом октанте должен быть код 11 (табл.3, четвертая строка, первый столбец). Первая 1 задает режим грубой установки вала (блокируются сигналы формирователя П), вторая 1 задает движение по часовой стрелке к третьему квадранту.

В соответствии с табл.2 при указанном взаимном положении углов б, и Ц (четвертая строка, первый столбец) на выходе формирователя 7 имеется код II, который служит адресным входом сдвоенного селектора-мультиплексора, т.е. на его выходы поступают сигналы, поданные на его четвертые входы (первые входы подключаются при адресном коде 00 ). Из этого следует, что в кодах D и 1)5- ° ступающих на входы селектора 15 из блока 14 преобразования кода в код, при задании угла i/ в первом октанте на четвертых местах должны быть 1 (первая строка табл.4). Далее вал в режиме грубой установки перемещается из четвертого квадранта в третий. Так как в этом случае также возможен путь кратчайшей отработки заданного

9130

угла If 5 проходящий через запрещенную границу (при точной установке:), следует сохранить режим грубой ус га- новки с тем же направлением движения (табл,3, третья сторона, первый столбец), В соответствии с кодом 10 формирователя 7, выбираемым из табл.2 для укаэйнного взаимного расположения углов ci и ц (третья строка, гмар- вый столбец), на третьи выходы селектора 15 должны быть поданы 1 (та бл,А).

При переходе угла d. на второй квадрант следует сохранить режим грубой установки с тем же направлением (табл.З, вторая строка, первый столбец) , так как максимально возможная разница между углом d, расположенном на втором квадранте, и углом Ч в первом октанте может достичь ПгЮ, Это, в свою очередь, при погрешностях в определении квадранта угла d в формирователе 7, если работать в режиме точной установки, может привести к отработке заданного угла Ч з проходящей через запрещенную границу. Учитывая, что в соответствии с табл.2 формирователь 7 при указанном положении

вала () формирует код 00, на первых местах в выходных кодах б.пока 14 должен быть 1 (первая строка табл.4) ,

Наконец, при заходе в первый квад рант следует обеспечить режим точной установки, завершающийся полной отработкой задания (на выходе блока 6 в соответствии с табл.3 должен быть код 00). Так как в соответствии с табл.3 формирователь 7 формирует код 01, то в кодах первой строки 4 на вторых местах должны быть О.

Таким же образом определяются и другие коды D.4- r)y-g задающие режим установки (точный, грубый), а при грубой установке и ее напра1 ле ние, Табл.3 определяет код, который должен быть на выходе блока 6 при определенных положениях углов d и if, следовательно, и соответствующи :; бит (О или 1) в кодах D-i- и D ,;-g . Место бита в этих кодах определяется двоичным числом из табл.2„ получаемых при тех же положениях углов di (квадранты) и Ц (октанты) . .

Управление включением (пуск-1::топ) исполнительного механизма 1 осуществляется первым выходным сигналом формирователя 11 сигнала рассогласования (инверсный выход триггера 20). Если но результатам сравнения кодов октанта угла i/ и квадранта угла о в текуи1ий момент времени в блоке 6 сравнения формируется включение режима грубой установки, то выходной сигнал режима этого блока (1, первый выход) задает сигнал пуска на выходе формирователя 11 путем удерживания триггера 20 в нулевом гголо- жении. Кроме того, этот сигнал блока 6 блокирует работу триггера 19, удерживая его в нулевом положении. Благодаря этому сигнал реверса исполнительного механизма 1, снимаемый с элемента ИЛИ 10, определяется непосредственно выходным сигналом нап- равл1ения с блока 6, который поступает на один из входов элемента ИЛИ 10, другой вход которого подключен к выходу триггера 9.

Таким образом, в режиме грубой установки обеспечивается безусловное включение исполнительного механизма 1 и задание такого направления пе- ремешения, которое исключает пересечение границы первый восьмой октант, что обеспечивается блоком 6.

При последующем перемещении исполнительного механизма 1 код квадранта угла d на выходе формирователя 7 кода квадрантов изменяется, в результате чего наступает момент, когда результаты сравнения его с кодом октантов угла ср приведут к формированию на втором выходе блока 6 сигнала режима точной установки

О

В

результате снимается блокировка формирователя 1 и сигналы управления исполнительным механизмом 1 определяются формирователем 11 по анализу напряжения рассогласования Up. Так как в режиме точной установки сигнал направления блока 6 равен О (табл.4),, то сигнал реверса на выходе элемента ИЛИ 10 однозначно повторяет выходной сигнал триггера 19.

Формирователь 11 сигнала рассогласования осуществляет трехпозицион- ное управление исполнительным механизмом 1 путем подачи на него сигналов: пуск по часовой стрелке, пуск против часовой стрелки, останов, поступающих с триггеров 19 и 20. Контроль величины напряжения Up на выходе блока 5 сравнения производится в каждом цикле работы по импульсам С2, СЗ генератора 3. Эти импульсы по11

являются в пределах времени сугаест- вования импульса С1 питания CKRT 23. Импульс С4, появляющийся в конце цикла работы, используется как служебный для подготовки формирователя 11 к работе в следующем цикле.

Направление перемещения исполнительного механизма определяется по знаку напряжения Up с помощью компаратора 16, формируюр1его на выходе цифровой уровень О или в соответствии с этим знаком. Выходной сигнал компарйтора 16 считывается по переднему фронту импульса С2, смещенному

во времени по отношению к началу им- j5 /о , фиксируется в текущем

пульса С1 питания на величину, достаточную для завершения переходных процессов. Передний фронт импульса С2 воздействует на стробирующий вход С триггера 19, вход D которого подклю- 20 чен к компаратору 16, фиксируя на триггере 19 знак рассогласования между углами oi и V н данном цикле работы. Сигнал с выхода триггера 19 через элемент ИЛИ 10 подается на вход ре- 25 верса исполнительного механизма 1, обеспечивая его перемещение в направлении уменьшения рассогласования.

Сигнал пуска исполнительного механизма 1 формируется в том случае, когда напряжение рассогласования Up превьш:ает по модулю определенную величину, задаваемую зоной равенства. Сравнение напряжения Up с зоной равенцикле триггерами 18 и 20. Триггер 18 в конце предьщущего цикла устанавливается в исходное (нулевое ) состояние импульсом С4 генератора 3. Импульс С2, подаваемый на D-вход триггера 18, обеспечивает условия (разрешение ) для перехода триггера в еди ничное состояние, если под действием модулирующего импульса, сформированного в интервале существования им пульса С2, выходной сигнал компаратора 16 изменяется, т.е. появляется выходной импульс, который вызывает переход триггера 18, воздействуя на его стробирующий вход С. Задний фронт импульса С2, воздействуя на стробирующий вход С триггера 20, усг танавливает его в состояние, идентичное тому, в котором оказался триг

ства производится с помощью компара- ,t гер 18 после воздействия модулирутотора 16 при подаче на него модулирующего импульса, равного зоне равенства в масштабе амплитуд напряжений СКВТ 23. Модулирующий импульс выключается импульсом СЗ генератора 3. 40 Этот импульс формирует аналогичный ключ 17, который под действием импульса СЗ подключает опорное напряжение к одному из входов компаратора 16 вместо опорного напряжения 45 U,j , которое имеется на выходе аналогового ключа 17 при отсутствии этого импульса. Если напряжение Up, поступающее на другой вход компаратора 16, имеет величину Uj, CUp Uj,j, 50 то под действием модулирующего импульса амплитудой U22 Чл выходной сигнал компаратора 16 изменяется на противоположный по отнощению к исходгаего импульса на компаратор 16. Иными словами, по импульсу СЗ произво дится сравнение величины рассогласования с зоной равенства с помощью компаратора 16 и триггера 18, а по заднему фронту импульса С2 результат этого сравнения фиксируется на триггере 20, который непосредственно управляет пуском исполнительного механизма 1 .

Формула изобретения

1. Преобразователь кода в угловое положение вала, содержащий генератор первый выход которого подключен к входу питания исполнительного механизма, первый и второй выходы которого подключены соответственно к пер вому и второму аналоговым входам селектора октантов, первый и второй вы ходы селектора октантов подключены соответственно к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя и

ному. Полярность модулируюп1его импульса выбирается такой, что в зоне равенства его появление вызьшает переход О- на выходе компаратора 16. Одно из опорных напряжений, например

. 30586412

и,2 , может быть равно случае зона равенства

на уровне U. /2, что при необходимости можно учесть введением постоянного смещения в задание угла. Естественно назначить величину зоны равенства близкой к половине веса младшего разряда цифрового кода иДП 4. Факт измекения состояния выхода компаратора 16 под действием модулирующего импульса, свидетельствующий о том, что исполнительный механизм I приблизился к заданному углу ( на величину, меньшую зоны равенства

/о , фиксируется в текущем

цикле триггерами 18 и 20. Триггер 18 в конце предьщущего цикла устанавливается в исходное (нулевое ) состояние импульсом С4 генератора 3. Импульс С2, подаваемый на D-вход триггера 18, обеспечивает условия (разрешение ) для перехода триггера в единичное состояние, если под действием модулирующего импульса, сформированного в интервале существования импульса С2, выходной сигнал компаратора 16 изменяется, т.е. появляется выходной импульс, который вызывает переход триггера 18, воздействуя на его стробирующий вход С. Задний фронт импульса С2, воздействуя на стробирующий вход С триггера 20, усг танавливает его в состояние, идентичное тому, в котором оказался триг05 0

5

гаего импульса на компаратор 16. Иными словами, по импульсу СЗ произво дится сравнение величины рассогласования с зоной равенства с помощью компаратора 16 и триггера 18, а по заднему фронту импульса С2 результат этого сравнения фиксируется на триггере 20, который непосредственно управляет пуском исполнительного механизма 1 .

Формула изобретения

1. Преобразователь кода в угловое положение вала, содержащий генератор, первый выход которого подключен к входу питания исполнительного механизма, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму аналоговым входам селектора октантов, первый и второй выходы селектора октантов подключены соответственно к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя и

13130

первому входу аналогового блока сравнения, регистр октантов и регист :) тригонометрического кода, выходы ко- тормх подключены соответственно к управляющим входам селектора октантов и к цифровым входам цифроаналогово- го преобразователя, о т л и ч а ю- щ к и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя и расширения области его применения, в него введены формирователь кода квадрантов, дифровой блок сравнения, формирователь сигналов рассогласования и элемент ИЛИ, третий и четвертый выходы исполнительного механизма под- ключены соответственно к третьему и четвертому аналоговым входам селектора октантов, первый и второй выходы которого подключены к информационным входам формирователя кода квад- рантов, выходы формирователя кода квадрантов подключены к первой группе входов цифрового блока сравнения, вторая группа входов которого соединена с выходами регистра октантов, первый и второй выходы цифрового блока сравнения подключены соответственно к первому входу элемента ИЛИ и к первому информационному входу формирователя сигналов рассогласования, второй информационный вход которого соединен с выходом аналогового блока сравнения, а первьгй и второй выходы подключены соответственно к первому управляющему входу испоолнительного механизма и к второму входу ИЛИ, выход элемента ИЛИ подключен к второму управляющему входу исполнительного механизма, второй, третий и четвертый выходы генератора подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам формирователя сигналов рассогла1:юва- ния, а второй выход генератора гюд- ключен к управляющему входу формирователя кода квадрантов.

2, Преобразователь по п.1, о т - ли чающийся тем, что селектор октантов содержит первый и второй переключатели, первый, второй, третий и четвертый аналоговые входы которых соединены соответственно дру с другом и являются первым, вторым, третьим и четвертым аналоговыми входами селектора октантов, первый и второй управляющие входы первого и второго переключателей соединены со- ответ-ственно друг с другом и являются первым и -вторым управляющими вхо

0

5

864

5 0

14

дами селектора октантов, третий управляющий вход второго переключателя является третьим управляющим входом селектора октантов, первый и второй выходы первого переключателя соединены с общей шиной, а первый и второй выходы второго переключателя являются соответственно первым и вторым выходами селектора октантов.

3.Преобразователь по п.1, о т- личающийся тем, что цифровой блок сравнения содержит блок преобразования кода в код и селектор- мультиплексор, первая и вторая группы выходов блока преобразования кода в код подключены соответственно к первой и второй группам информационных входов селектора-мультиплексора , адресные входы которого являются первой группой входов цифрового блока сравнения, первый и второй выходы - соответственно первым и вторым выходами цифрового блока сравнения, а входы блока преобразования кода в код являются второй группой входов цифрового блока сравнения.

4.Преобразователь по п.1, о т- личающийся тем, что формирователь сигналов рассогласования содержит компаратор, ключ, первый,

второй и третий триггеры, первый и второй источники опорного напряжения, выходы которых подключены соответственно к первому и второму информа35 ционным входам ключа, выход ключа подключен к одному входу компаратора, выход компаратора подключен к С- входу первого триггера и D-входу второго триггера, прямой выход пер40 вого триггера подключен к D-входу третьего триггера, R-вход второго триггера соединен с R-входом третьего триггера, R-вход второго триггера и другой вход компаратора являются

соответственно первым и вторым информационными входами формирователя сигналов рассогласования, D-вход первого триггера соединен с С-входами второго и третьего триггеров, D-вход

50 первого триггера, управляющий вход ключа и R-вход первого триггера являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими входами формирователя сигналов рассогласования,

5 а инверсный выход третьего триггера и прямой выход второго триггера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигнала рассогласования.

30

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств с аналоговыми исполнительными устройствами. С целью повышения точности преобразователя и расширения области его применения при наличии ограничений на диапазон углов разворота исполнительных устройств в преобразователь, содержащий исполнительный механизм 1, селектор 2 октантов,генератор 3, цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговый блок 5 сравнения, регистр 8 октантов и регистр 9 тригосо о сд 00 О) 4