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

эователем 4 в код тангенса угла, который при помощи двух накапливающих сумматоров 5 и 6, замкнутых в кольцо, преобразуется в число-импульсный код в пределах октанта, а первая и вторая константы С1 и С2, используемые для формирования параллельного кода угла, выбираются с учетом масштаба преобразования СКДУ. Такой принцип действия преобразователя приводит к уменьшению числа п рабочих тактов за счет того, что начальные условия при решении системы уравнений задают1

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, а именно к амплитудным способам преобразовани угла поворота вала в цифровой код угла с использованием синусно-коси- нусных вращающихся трансформаторов (СКВТ).

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя путем уменьшения числа п рабочих тактов при решении системы разностных уравнений за счет того, что начальные; условия при решении системы задаются равными уГо tg, 1 независимо от номера октанта, решение производится в пределах октанта, а константы, используемые для формирования выходного кода, выбираются с учетом масштаба преобразования.

На чертеже представлена структурная схема функционального преобразования угла поворота вала в код.

Преобразователь содержит синусно- косинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, сумматоры 5-7 и 11, генератор 8 импульсов, элемент И 9, элемент И 10, сумматор Т1, счетчик 12, дешифратор 13, инверторы 14 и 15 элемент ИЛИ 16, блок 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 18 элементов 2И-ИЛИ, шину 19 первой константы, шину 20 второй константы, шину 21 выходного кода.

Преобразователь работает следующим образом.

ся равными tg, 1 независимо от номера октанта, а решени системы уравнений производится в пределах октанта, при этом константы С1 и С2 позволяют формировать код угла с масштабом, который может быть больше, меньше или равен единице. При этом максимальное время преобразования уменьшается в восемь раз по сравнению с функцио- нальными преобразователями ботающими в пределах кого оборота. 1 ил.

, рапол Выходные сигналы синусно-косинус- ного датчика 1 угла, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота вала 6 , подключены к информационным

5 входам аналогового коммутатора 3 и входам о.пределителя 2 октантов, кото- рьш, сравнивая выходные напряжения датчика 1 угла с нулевым уровнем и между собой, формирует код октантов:

О 9j,, 0 , ©2 первый, второй и третий разряды кода октантов ( 9 - старший разряд). По коду октантов, поступающему с выхода определителя 2 октантов на управляющий вход аналогового

5 коммутатора 3, последний формирует . сигналы, пропорциональные синусу и косинусу угла S , приведенного в первый октант, по следующим выражениям

Uj sin /1 U cos /b

I

11$ sin ft 1

U| cos

Isinei,

|cos0|B, 1,4,5 и 8 октантах;

cos 01,

I 2,3,6 и 7 октантах ,

где I,- угол 6 , приведенный в первый октант.

30 Углы 0 и (i связаны следующими соотношениями

+. (q О-ЭО в нечетных

октантах

. q90 - j в четных октан- (2)

тах,

где q- - номер квадранта-.

и I - напряжение на j-м выходе i-ro элемента.

Сигналы с выходов аналогового коммутатора 3 поступают на входы линейного АЦП 4 отношения напряжений с в код, при этом в качестве эталонного сигнала используется напряжение Uj,

а в качестве измеряемого U. На выходе АЦП 4 формируется код

N4 tgp,

(3)

где N. - код на J -M выходе i-ro .

элемента..

Код N4 поступает на установочный вход первого накапливающего сумматора 5. Генератор 8 импульсов формирует непрерьшную последовательность импульсов, к которой не предъявляется требований по стабильности частоты. Накапливающие сумматоры 5-7 на каждый импульс, поступающий на их тактовые входы, производят суммирование своего содержимого с числом на их входах В и запоминание полученной суммы. По шине 19 на второй вход блока 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подается двоичный код первой константы С1 e-arctg-Z-,

где t - масштаб преобразования, m - смещение разрядной сетки входов В первого и второго накапливающих сумматоров 5 и 6 относительно их входов А.

Первый вход блока 17 управляется мпадшим разрядом 2кода октантов. На выходе блока 17 формируется двоичный код

N

„ С1 4 02.

который поступает на третий вход блока 18. По шине 20 на четвертый вход блока 18 подается двоичный код второй константы С2 8-90.

Выход определителя 2 октантов подключен к входам четвертого сумматора 11, осуществляющего сложение кода квадрантов с младшим разрядом кода октантов, в результате чего на его выходе формируется двоичный код

N

-(1

(q - 1) + 02

Код с выхода сумматора 11 поступает на информационный вход двоичного счетчика 12, работающего на вычитание. Каждый импульс, поступающий на

13093144

счетный вход счетчика 12 с выхода

элемента И 10, уменьшает его соц,ерщ1- мое на единицу младшего разряда. Выход счетчика 12 подключен к входу дешифратора 13, на выходе которого формируется нулевой уровень напряжения при нулевом коде на его входе.

Выход дешифратора 13 подключен к первым входам блока 18 и элемента И 10 непосредственно и через инвертор 14 - к второму входу элемента 9 и второму входу блока 18, на выходе которого формируется код

(С1 ) V( )

(6)

В начале цикла преобразования в накапливающие сумматоры 5 и 6 по входам А записываются соответственно код tg и код единицы, в счетчик 12 - код с выхода сумматора 11, в на- капливающий сумматор 7 - код нуля. Единичное значение сигнала с выхода дешифратора 13 открывает элемент И 10 и разрешает прохождение константы С2 на вход В накапливающего сумматора 7. Импульсы генератора 8 поступают на тактовый вход накапливающего сумматора 7 и счетный вхрд счетчика 12, уменьшая его содержимое до нуля, что фиксируется дешифратором 13: выходной сигнал последнего становится равным нулю и запрещается дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 10. Число р импульсов, прошедших на выход элемента И 10, с учетом выражения (5) равно

40

р q - 1 - Р q в нечетных октантах ; четных октантах .

(7)

Код на выходе накапливающего сумматора 7, получаемый р-кратным суммированием константы С2, равен с учетом выражения (7)

N, (q-1)-.e-90 - в нечетных

октантах.

N.

q-f 90°- в четных октанQ

55

так. (8) Единичное значение выходного сигнала инвертора 14 разрешает прохождение импульсов генератора 8 через элемент И 9 на тактовые входы накапливающих сумматоров 5-7. При этом на выход блока 18 в соответствии с вьфажением (6) проходит код С1 в нечетных октантах и код минус 01 в

дполнительном коде в четных октантах. По мере поступления импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 5 и 6 производится решение системы разностных уравнений с началь- ными условиями у(0) , х(0) 1 в виде

-(1 .+ K) Vx40j + yHOjv

« sin(n-arctg К - arctg yCOj/x 0), °

(1 + К) ЧхЧо + (9) xcos(n-arctg К - arctg y 0 /xCOl),

где К 2.

Решение системы происходит до момента смены знака переменной с плюса на минус, при этом знаковый разряд накапливающего сумматора 5 принимает единичное значение, и прекращается поступление импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 5-7 о Число рабочих тактов решения системы равно25

п /i/arctg К

(10)

Одновременно с решением системь в накапливающем сумматоре 7 происходит п-кратное суммирование константы С1 с начальным содержанием сумматора 7 в нечетных октантах, либо п-кратное вычитание константы С1 из начального содержания сумматора 7 в четных октантах, т.е.

- 1)-90

+ jb - в нечетныхоктантах,

l(q-90° -/i) - в четных октантах. (11)

С учетом выражения (2) можно записать

, NT 1-е.

(12)

Таким образом, в конце цикла преобразования на шине 21 формируется двоичный код угла t-Э.

Поскольку решение системы происходит в диапазоне 0-45°, а по из- BecTHOMj устройству - в диапазоне - 360° максимальное время преобразова- ния уменьшается в 8 раз, что повышает быстродействие предлагаемого преобразователя.

6

рмула изобретения

5

Q

5

0

5

0

г

Функциональный преобразователь , угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены к входам определителя октантов и к информационным входам аналогового коммутатора, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, выходы разрядов определителя октантов подключены к управляющим входам аналогового коммутатора, первый, второй и третий сумматоры, выход первого сумматора соединен с разрядным входом второго сумматора, выход которого соединен с разрядньм входом первого сумматора, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго сумматоров, первый инвертор, элемент ИЛИ, iffliHy первой константы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены четвертый сумматор, второй элемент И, счетчик, дешифратор, блок элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, второй инвертор, блок элементов 2И-ИЛИ, шина второй константы, выходы двух старших разрядов определителя октантов подключены к установочным входам четвертого сумматора, раз- рядньш вход которого соединен с входом блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом младшего разряда определителя октантов., выход четвертого сумматора подключен к информационному входу счетчикс1, группа выходов которого подключена к входам дешифратора, выход которого подключен к первым входам второго элемента И и блока элементов 2И-ИЛИ и через первый инвертор - к вторым входам первого элемента И и блока элементов 2И-ИЛИ, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к установочному входу первого сумматора, выход которого через второй инвертор подключен к третьему входу первого элемента И, выход которого подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого соединен со счетным входом счетчика и выходом второго.элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, выход элемента ИЛИ подключен к тактовому входу третьего сумматора, разрядный вход

713093148

которого соединен с выходами блокавходов которого соединена с шиной

элементов 2И-ИЛИ, одна группа входовпервой константы, шина второй коне-,

которого соединена с выходами блокатанты подключена k другой группе вхоэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группаДов блока элементов 2И-Ш1И.

Составитель М.Сидорова Редактор Н.Рогулич . Техред М.ХоданичКорректор С.Шекмар

Заказ 1804/56Тираж 902Подписное

ВИНИЛИ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, а именно к устройствам преобразования угла поворота вала в и фровой код с синус- но-косинусными датчиками угла (СКДУ), работающими в амплитудном режиме. Целью изобретения является повышение 9 быстродействия преобразования в функциональных преобразователях угла поворота вала в тех случаях, когда масштаб преобразования СКДУ не является двоичным числом. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматоры 5, 6, 7, генератор 8 импульсов, элемент И 9, инвертор 14, элемент ИЛИ 16, шину 19 первой константы, введены элемент И 10, сумматор 11, счетчик 12, дешифратор 13, инвертор 15, блок 17 эле- а ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 18 эле- ® ментов 2И-ИЛИ, шина 20 второй константы. Выходные сигналы синусно-косинус- ного датчика 1 угла, приведенные в первый октант аналоговым коммутатором 3 и определителем 2 октантов, преобразуются анашого-цифровым преобраСЛ СО о со со iu б W - IP -I