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

1341721

относится к электроме5 от ем н п 0 ни с с

ханике и автоматике и может быть использовано в устройствах преобразования перемещения вала вращающихся и линейных трансформаторов, индуктоси- нов в числовой код.

Цель изобретения - повьпиение точности -преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - диаграммы токов в обмотках вращающегося трансформатора.

Преобразователь содержит роторную обмотку 1 вращающегося трансформатора, статорные обмотки 2 и 3 вращающегося трансформатора, компенсационные статорные обмотки 4 и 5 вращающегося трансформатора, избирательный усилитель 6, фазочувствительный выпря1ми- тель 7, управляемый генератор 8, ге- нератор 9, реверсивные счетчики 10 и 11, ключи 12-21, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 22-25, блоки сравнения кодов (ВСК) 26-29, счетчик 30, элементы И 31-40, RS-триггер 41, Т-триггер 42, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43, элемент НЕ 44, источники 45 52 постоянного тока.

Преобразователь работает следующим образом.

В преобразователе используется .. компенсационный принцип измерения угла. С этой целью во вращающемся трансформаторе формируется вращающееся электромагнитное поле с возможностью изменения его пространственного положения. Это достигается за счет питания статорных обмоток 2 и 4 током Г sin (u)t + d(. ), а обмоток 3 и 5 током I cos (bJt +ol) , Изменяя значение угла об , добиваются, чтобы фаза выходного напряжения на роторной обмотке совпадала с фазой опорного напряжения, Для возможности реализации импульсного питания вращающегося трансформатора, работающего в режиме вращающегося поля, магнитный поток в направлении обмоток 2 и 4 создается статорной обмоткой 2 и компенсационной обмоткой 4, При этом результирующий ток можно представить как сумму токов двух обмоток 2 и 4

I sin (wt + t ) - I sinixit X X coso(. + I coswt sinot. .

Анс шогично для тока в направлении обмоток 3 и 5

0

I cos (wt +«:) cosivt X X cos J. - I sin 00 t sin of. Таким образом, задавая четыре со- ответствующих тока в обмотках 2-5, формируют вращающиеся поля с изменяемой фазой пространственного положения с помощью четырех пульсирующих полей. Синусно-косинусные распределе- ния токов в статорных 2 и 3 и компенсационных 4 и 5 обмотках формируются с помощью широтно-импульсной модуляции (фиг. 2).

Модуляция импульсов двойная. Для 5 формирования временной модуляции последующий импульс модулируется по ширине по синусному или косинусному закону с учетом интервала дискретизатдии формы питающего тока. Для осуществления пространственной модуляции вектора потока все импульсы модулируются пропорционально синусно-косинусной функциональной зависимости от угла поворота вала (на фиг. 2 указано стрелкой).

На фиг. 2 показаны 1/4 периодов формирования синусных и косинусных зависимостей, в которых временные составляющие токов формируются 16-тью элемента ми дискретизации. Время каждой дискретизации разбито на два ных интервала. В первом интервале формируются, например, токи обмоток 2 и 4

5 I . sin i. t . cos с/ 5 I.- cos wt sinj., обмоток 3 и 5 cos с/ , I i sinoi. Это применено с той целью, чтобы о.су0 ществлять первичнзпо компенсацию магнитного потока. Для этого при подаче тока на обмотки 2 и 4 обмотки 3 и 5 замыкаются накоротко и наоборот, что позволяет улучшить .форму поля и ис5 1шючить его элиптичность.

Реализация данного алгоритма работы осуществляется следующим образом.

Функциональные зависимости )( X cosoL; sinu)t -sinct, x

0 X sin oi , cosujt, cos I/, реализованы в виде числовых кодов на ПЗУ 22-25 соответственно. Емкость ПЗУ 22-25 определяется необходимой точностью преобразования и количеством элементов

55 дискретизации тока. В каждом из ПЗУ 22-25 записана информация о модуляции на 1/4 периода (фиг. 2). На младшие разряды ПЗУ 22-25 поступает код угла оС, а на старише - код интервала дис0

I sin to t а во втором I . сов 10 t

кретизации. Так при дискретизации питающего тока 16-тью элементами и преобразовании угла «(- в двоичный 10ти разрядный код емкость ПЗУ 22-25 определяется 2 десятиразрядными слоями, каждое из которых соответствует одной из указанных функциональных зависимостей при текущих значениях , t. Выходной код с ПЗУ 22-25 поступает на блоки 26-29 сравнения кодов соответственно.

Процесс формирования тока в обмотке 2 протекает следующим образом.

Тактовые импульсы генератора 9 переключают счетчик 30, разрядность которого равна количеству информационных разрядов ПЗУ 22-25. Блок 26 сравнения кодов реализует функцию Меньше и Равно. До тех пор, пока код счетчика меньше кода ПЗУ 22 на выходе блока 26 присутствует сигнал логической единицы, а в противном случае - логического нуля.

Время заполнения счетчика опре- деляет интервал временной дискретизации. Затем импульс старшего разряда заполняет реверсивный счетчик 11 и на выходе ПЗУ 22. появляется код, соответствующий следующему ин- тервалу дискретизации. Количество интервалов дискретизации на 1/4 периода определяется емкостью реверсивного счетчика 11.

После заполнения счетчика 11 сиг- нал, появляющийся на счетном выходе счета Вперед или Назад, в зависимости от того, в каком направлении осуществляется счет, меняет состояние RS-триггера 41, что приводит к изменению направления счета за счет переключения элементов И 31 и 32, При этом формируются интервалы дискретизации, соответствующие части периода от .50 до 180 . Затем анало- гично от 180 до 270° и т.д.

Импульсы с длительностью, соответствующей половинам периодов питающих напряжений, формируются Т-триггером 42 и используются в качестве опорно- го напряжения с фиксированной фазой. Обмотка 2 питается от двух источников 45 и 46 постоянного.тока, В зависимости от состояния ключей 14 и 15 (ключ 14 - открыт, а ключ 15 - закры ключ 14 - закрыт, а ключ 15 - открыт ключи 14 и 15 открыты) возможен реверс тока в обмотке 2 и ее закороченное состояние.

Управление реверсом тока синусных обмоток 2 и 4 осуществляется в перву и вторую четверти периода питающего напряжения, которые дешифрируются элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43. Управление реверсом осуществляют элементы 44, 33, 34, разрешая включаться ключу 14 или 15. При поступлении сигнала логического нуля с блока 26 на выходах элементов И 33 и 34 присутствуют сигналы логической единицы, ключи 14 и 15 открываются. Обмотка 2 пр при этом закорачивается. Аналогично происходит управление обмотками 3-5. Управление реверсом обмоток 3 и 5 осществляется в 2/4 и 3/4 периода выходным напряжением с триггера 42. Дп получения суммы и разности магнитных потоков обмотки 2 и 4 соединены согласно, а 3 и 5 - встречно.

Таким образом, обмотки 2-5 формируют вращающееся поле, которое наводит ЭДС в обмотке 1, Высшие гармонические составляющие, вызванные дискретизацией питающего напряжения, фильтруются избирательным усилителем 6. Если фаза выходного напряжения усилителя 6 не совпадает с фазОй опор ног О, то в зависимости от знака рассогласования открывается ключ 12 или 13. При этом происходит уменьшение или увеличение кода в реверсивном счетчике 10, что, в свою очередь, влияет на величины питающих токов и приводит к пространственному повороту магнитного поля до тех пор, пока фазы указанных напряжений не совпадают.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащ;ий вращающийся трансформатор с двумя статорными и роторной обмотками, выход последней соединен через усилитель с аналоговым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с входами управления первого и второго ключей и управляемого генератора, информационные входы ключей соединены с выходом управляемого генератора, а выходы - со счетными входами счета Вперед и Назад первого реверсивного счетчика, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности преобразователя, в него введены четьфе постоянных запоминающих уст роЖства, четыре блока, сравнения

кодов, счетчик, генератор, второй реверсивный счетчик, десять элементов И, элемент НЕ, восемь ключей, восемь источников тока, КЗ-триггер, Т-триг- гер, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, во вращающийся трансформатор введены две статорныё компенсационные обмотки, а усилитель выполнен в виде избиратель- кого усилителя, выходы первого реверсивного счетчика соединены с входами младших адресных разрядов постоянных запоминающих устройств и являются выходом преобразователя, входы старших адресных разрядов постоянных запоминающих устройств подключены к Выходам второго реверсивного счетчика, выходы каждого из постоянных запоминающих устройств соединены с первой группой входов соответствз ощего блока сравнения кодов, вторые информационные -входы блоков сравнения кодов поразрядно объединены и подключены к информационным выходам счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора, выход старшего разряда счетчика соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены со счетпыми входами счета Вперед и Назад второго реверсивного счетчика соответственно, счетные выходы суета Вперед и Назад второго реверсивного счетчика соединены с входами RS-триг- гера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, счетным входом Т-триггера,и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а унверсный - с вторым входам второго элемента И, прямой выход Т-триггера соединен с входом опорного напряжения фазочувствителъного выпрямителя, первыми входами третьего, четвертого

элементов Ни вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом элемента НЕ и с первыми входами пятого и шестого элементов И, инверсный выход Т-триггера соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход элемента НЕ соединен с первыми входами девятого и десятого элементов И, выход первого блока сравнения кодов соединен с вторыми входами пятого и девятого элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами одноименных ключей, выход второго блока сравнения кодов соединен с вторыми входами третьего и седьмого элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами одноименных ключей, выход третьего блока сравнения кодов соединен с вторыми входами шестого и десятого элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами одноименных ключей, выход четвертого блока сравнения кодов соединен с вторыми входами четвертого и восьмого элементов И, выходы которых соединены с управляющими входами одноименных ключей, аналоговые входы ключей соединены с выходами соответствующих источников постоянного тока, а выходы ключей соединены с общей шиной, первая и вторая статорныё обмотки вращающегося трансформатора включены соответственно между аналоговыми входами, пятого и девятого, третьего и седьмого ключей, между аналоговыми входами соответственно шестого и десятого, четвертого и восьмого ключей 40 включены соответственно первая и вторая статорныё компенсационные обмотки вращающегося трансформатора.

3 0 0 Ы Ж

W d у у

Т

Ы Ж

го

гЦТ 5d S

Изобретение относится к электромеханике и автоматике и может быть использовано для преобразования перемещения вала вращающихся и линейных трансформаторов, индуктосинов в числовой код. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий .вращающийся трансформатор с двумя ста- торными и одной роторной обмотками, фазочувствительный выпрямитель, управляемый генератор, первый реверсив- ньш счетчик, первый и второй клкJЧи, усилитель, введены четыре постоянных запоминающих устройства, четыре блока сравнения кодов, счетчик, генератор, второй реверсивный счетчтдк, десять двухвходовых элементов И, элемент НЕ, третий-десятый клюЧ-И, восемь источников тока, RS-триггер, Т-триг- гер, элемент ИСКПЮЧАЩЕЕ ИЛИ. Во вращающийся трансформатор введены две статорные компенсационные обмотки. Поставленная цель достигается за счет управления током статорных и компенсационных обмоток вращающегося трайс- форматора. 2 ил. с (Л со. 4 Ю

JV

ff

о N И Фиг.2 О

Составитель Е. Бударина Редактор И. Касарда Техред И.Попович Корректор И. Муска

4445/57

Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

гад

N