Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/48 

два кодовых преобразователя 16,17, третий регистр 7 последовательных приближений, третий прейбразователь 11 кода в напряжение. В пиковых детекторах рпределяются sin и cos, выходные напряжения СКД2 сравниваются с полученными на выходах ПКН 16,17 напряжениями. Сигнал рассогласования формируется блоками 18, 19 сравнеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с ЦВМ.

Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение преобразователя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 структурная схема пикового детектора; на фиг. 3 - структурная схема блока определения максимума; на фиг. 4 - структурная схема блока определения квадранта; на фиг. 5 - структурная схема блока управления регистрами; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Преобразователь содержит: блок 1 опорного напряжения, синусно-косинус ный датчик 2, блок 3 эталонного напряжения, регистр 4, пиковые детекторы 5,6, регистр 7 последовательных приближений, блок 8 определения максимума напряжения, блок 9 определения квадранта, блок 10 управления регистрами, кодовый преобразователь 11 регистры 12, 13 последовательных приближений, кодовые преобразователи 14,15, кодовые преобразователи 16,17 блоки 18,19 сравнения. Каждый пиковый детектор содержит регистр 20 последовательных приближений, преобразователь 21 кода в напряжение, блок 22 сравнения, коммутатор 23, элемент ИЛИ 24.

Блок 8 определения максимума напряжения содержит триггер 25, элемент И 26, генератор 27 импульсов, счетчики 28,29, дешифраторы 30,31, элемент

ния, управляет процессом /торазрядно- го уравновешивания выходных кодов в регистрах 12, 13 в зависимости от кода квадранта через блок 10 управления регистрами. Корректировка изменения опорного напряжения осуществляется с помощью блока 3 эталонного напряжения, преобразователя II и регистра

7. 4 3.п. ф-лы, 6 ил.

I

0

Ь

0

ИЛИ 32. Блок 9 определения квадранта содержит три нуль-компаратора 33,два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34,35.Блок 10 управления регистрами содержит инвертор 36, три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37-39, элемент ИЛИ 40.

Преобразователь работает следующим образом.

С одного вьгхода генератора 1 синусоидальное напряжение определенной неизменной амплитуды (фиг. 6а) поступает на статорную обмотку си- нусно-косинусного датчика 2. С синусной и косинусной обмоток датчика 2 на входы пиковых детекторов 5 и 6 подаются переменные напряжения, ампли-. туда которых соответственно пропорциональна синусу и косинусу угла поворота датчика 2 (фиг.6 Ь,с) и опи- сьшается в виде следующих выражений:

5

и

Sin ц|

и.

sino t sin cf

Ucosqi где и„„

(О

Ugn sin u t . cosc.

0

to

ц-амплитуда опорного напряжения, снимаемого с генератора 1 и поступающего на статорную обмотку датчика 2;

-частота этого напряжения;

-угол поворота оси датчика;

Sinif t COSCf

35

40

- мгновенные значения сигналов, снимаемых соответственно с синусной и косинусной обмоток датчика 2. Пиковые детекторы 5,6 вьтолнены в виде преобразователя кода в напряжение последовательного приближения (фиг.2). Работа регистра 20 последонательных приближений, а соответствено, и всего пик-детектора, тактируется блоком 8 определения максимума.До момента времени t (фиг,6 Ь,с) все выходы регистра 20 установлены в 1, кроме выхода старшего разряда. Такое исходное положение регистра 26 определяется импульсом предустановки (фиг.бЬ), по окончании которого при тактировании синхроимпульсами (фиг.6т) начинается уравновешивание напряжения преобразователя 21 и напряжения обмоток датчика 2, которые сравниваются блоком 18. В результате уравновешивания на выходе преобразователя 21 к моменту времени t формируется напряжение, равное по амплитуде величине напряжения обмоток датчика 2, и остается неизменным до прихода следующего импульса предустановки (фиг. 6Ь,с). Для обеспечения уравновешивания разнополярных сигналов коммутатор 23 осуществляет подачу опорного напряжения положи- тельной либо отрицательной полярности на преобразователе 21, для чего на управляющий вход коммутатора 23 через элемент ИЛИ 24 подается сигнал

on ОП т

ер , , т.е. угол поворота вала датчика преобразуется в искомый код.

Для формирования напряжений (3)

(фиг.бе или f) с блока 9, определяе- зо получаем tf мый полярностью сигнала с обмоток датчика 2. Причем по окончании строб- импульса (фиг. 6k), поступающего на второй вход элемента 24 с выхода блока 8, полярность опорного напряжения . регистры 14,15 по окончании импуль- становится отрицательной, а выходной са предустановки с выхода блока 8 сигнал преобразователя 21 положительным (фиг.6с).

После прохождения пик-детекторов 5,6 переменные сигналы, снимаемые с обмоток датчика 2, преобразуются в сигналы, постоянные в течение цикла

(фиг. 6k) формируют код угла tp, чего через блок 10 замыкается обратная связь с выходов блоков 18,19 на

40 информационные входы регистров 14,15 После преобразования кода угла ср, в код sinq,, сов ср, в кодовых преобразователях 18,19 они поступают на цифровой вход преобразователей 16,17

преобразования, величины которых соответствуют амплитудам переменных сигналов (фиг. 6Ь,с):

и.

sinq ;

cos ( .

Сигналы с выходов пик-детекторов 5,6 сравниваются на блоках 18, 19 с выходными напряжениями преобразователей 16,17, соответственно описываемыми следующим образом:

и

sin ср,т

Uon,,-K

cosqi- T

sinq,; (3)

COStf, ,

49005

где

152025

вы«1в выl,т

on ,т

амплитуда сигналов на выходе преобразователей 16,17; амплитуда эталонного опорного напряжения, снимаемого с выхода блока 3 опорного напряжения;

К - коэффициент, характеризующийнестабильности опорного напряжения генератора I, изменение коэффициента трансформации датчика 2,нестабильности входных каскадов и т.д.;

Cf - искомое значение угла в двоичном коде.

Таким образом, при U

и.

К

on ОП т

ер , , т.е. угол поворота вала датчика преобразуется в искомый код.

получаем tf регистры 14,15 по окончании импуль- са предустановки с выхода блока 8

Для формирования напряжений (3)

учаем tf истры 14,15 по окончании импуль предустановки с выхода блока 8

зо получаем tf . регистры 14,15 по окончании импуль- са предустановки с выхода блока 8

(фиг. 6k) формируют код угла tp, чего через блок 10 замыкается обратная связь с выходов блоков 18,19 на

40 информационные входы регистров 14,15. После преобразования кода угла ср, в код sinq,, сов ср, в кодовых преобразователях 18,19 они поступают на цифровой вход преобразователей 16,17

45 соответственно, В качестве опорного на вход преобразователей 16,17 подается напряжение, равное К- Uon,T выхода преобразователя 11, на опорный вход которого поступает Uon,T вы- хода источника 15 постоянного тока, выбираемое из соотношения U 5 оп t а на цифровой вход преобразователя 11 поступает код К с выхода регистра 13 поиска. Код угла ср, , полученный в регистрах 12,13 и равный углу поворота оси датчика (f , по фронту строб-импульса из блока 8 (фиг.бЬ) записывается в регистр 4 совместно с разрядами 90° и 180°, формирующими50

55

ся в блоке 9 определения квадранта (фиг.4),

Значение разрядов 90° и 180° зависит от соотношения фаз гармоничес- ких сигналов, следующих с выхода генератора 1, синусной и косинусной обмоток датчика 2 на входы нуль-органов 33 блока 9, причем при совпадении фаз сигналов с выхода генера- тора 1 и синусной обмотки датчика 2 (фиг. бе) разряд 180 принимает нулевое значение, а при несовпадении - 1, что реализуется на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34, Разряд 90° прини мает нулевое значение при совпадении фаз сигналов синусной и косинусной обмоток датчика 2 и равен 1 при несовпадении фаз, что реализовано на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35. Для слу

чая, представленного на фиг. 6,

разряд 180 О

о

разряд 90 1

2-й квадрант,

19. 90°

Уравновешивание сигналов с выходов пик-детекторов 5,6 и преобразователей 16,17 происходит следующим образом.

Сравнение этих сигналов осуществляется блоками 18,19, сигнал с вы- хода которых поступает на входы элементов ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 39,38 блока 10 управления регистрами (фиг.5), а сигнал с выхода блока 19 через инвертор 36 поступает на вход элемента ИСКЛЮ- ЧАКЯЦЕЕ ИЛИ 39. На вторые входы элементов 38,39 поступает разряд 90° с выходаОблока 9. Таким образом, при нулевом значении разряда 90 на информационные входы регистров 12,7, определяющих направление поиска,поступает сигнал, соответствующий сигналу с выхода блока 18, а на информационный вход регистра 13 - инверсное значение сигнала с выхода блока При единичном значении разряда закон прохождения сигналов на информационные входы регистров 7,12,13 меняется на обратный. Коррекция опорного напряжения, поступакнцего с пре- образователя 14, производится лишь при необходимости, когда Ф оп ,,- Коэффициент К, определяющий величину опорного напряжения, формируемого преобразователя 11, поступает в виде двоичного кода с выхода регистра 7 последовательных приближений на цифровые входы преобразователя 11. Регистр 7 устанавливается в состоя

ние, соответствующее К при поступлении на его вход установки импульса предустановки (фиг.6k). Если U опэт ° напряжения с выходов блоков 18, 19 сравнения не равны. Следовательно, на вьпсоде элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 37 блока 10 будет формироваться 1, что определит наличие 1 на выходе элемента ИЛИ 40 блока 10, т.е. синхроимпульсы (фиг.6k) с выхода блока 8 не будут проходить на тактовый вход регистра 7, его состояние останется неизменным, т.е. коррекция опорного напряжения не производится. Если и. - и,

- оп,т I o напряжения с выходов блоков 18,19 сравнения на определенном такте работы регистров 12,13 станут равны, и, следовательно, на выходе элемента 37 блока 10 будет формироваться О,что разрешит прохождение тактирующих импульсов на выход элемента ИЛИ 41 и на тактовый вход регистра 7, который из- менит свое состояние в соответствии с сигналом на информационном входе таким образом, что сигналы с выходов блока 18,19 станут неравными, т.е. опорное напряжение будет откорректировано. Регистры последовательных приближений последовательно меняют состояние разрядов до младшего при поступлении импульсов на тактовый вход, а затем фиксируют это состояние до прихода импульса на вход установки, т.е. до следующего цикла преобразования.

В результате уравновешивания получаем :

и

on

sincf Uon,T К sincp,

cosq UOB,,-K cosCf f.

Ha тактирующий вход регистров 7,12 поступают синхроимпульсы (фиг.6m) с выхода блока 8 определения максимума, формирование которых происходит следующим образом. Триггер 25 блока 8 (фиг.З) формирует строб, в течение которого тактирующие импульсы с генератора 27 через элемент И 26 поступают на вход счетчика 28. Передний фронт строба (фиг.6§) определяется временем t прихода импульсов с блока 9 определения квадранта (фиг.бе,f) на вход зле- мента ИЛИ 32, задний фронт строба формируется по окончании строб-импульса (фиг.6,Ь) с выхода дешифратоpa 30.Момент времени t соответ- ствует 1/4 периода несущей частоты, а весь цикл преобразования не прерзы- шает 1/2 периода несущей частоты.Эти временные соотношения определяют выбор частоты генератора 27 и разрядность счетчика 28, который формирует на выходах дешифратора все необходимые устройству синхронизации сигналы (фиг.6 h, k, 1, m).

Формула изобретения

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-коси- нусный датчик, блок определения квадранта, первый и второй регистры последовательных приближений, первый и второй преобразователи кода в напряжение, выходы которых подключены к одним входам первого и второго блоков сравнения соответственно, блек опорного напряжения один выход которого подключен к входу синусно-ко- синусного датчика, блок эталонного напряжения, регистр, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения преобразователя, в него введены блок опре- 30 напряжение, выходы блока опорного деления максимума напряжения, два пи- паг11)яжения соединены с пятым и шестым ковых детектора, блок управления ре- нхолтами пиковых детекторов, второй и

третий выходы блока управления регистрами подключены к информационным

35

гистрами, два кодовых преобразователя, третий регистр последовательных приближений, третий преобразователь кода в напряжение, аналоговый вход которого подключен к выходу блока эталонного напряжения, а выход соединен с аналоговыми входами первого и второго преобразователей кода в напряже- 40 довательных приближений подключен к иие, один выход блока опорного напря- входам младщих разрядов регистра, жения подключен к первому входу блока определения квадранта, второй и третий входы которо,го подключены к пернходам второго и первого регистров последовательных приближений, третий вькод блока определения максимума подключен к управляющему входу регистра, выхо;;ы второго регистра после2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что пиковый детектор содержит элемент ИЛИ,

вому и второму выходами синусно-коси- 45 коммутатор, регистр последовательных нусного датчика соответственно, кото- приближений, преобразователь кода в рые подключены к первым входам первого и второго пиковых детекторов соотнапряжение, блок сравнения, тактовый и установочный входы регистра после- |довательных приближений являются втоветственно, первый и второй выходы

бпоЛа определения квадрантов подклю- Q рым и третьим входами пикового детек- чены к соответствующим входам блока тора, а выход подключен к цифровым определения максимума напряжения,третий и четвертый выходы блока определения квадранта подключены к входам двух старших разрядов регистра, первый выход блока определения максимума напряжения подключен к первому входу блока управления регистрами.

55

входам преобразователя кода в напряжение, выход которого является выходом пикового детектора и подключен к одному входу блока сравнения, другой вход которого является первым входом пикового детектора, а выход соединен с информационным входом регистра последовательных приближений.

к вторым входам первого и второго пи

корых детекторов и к тактовым входам пррпого и второго регистров последовательных приближений, первый и вто- po;i выходы блока определения квадрантов подключены к третьим входам первого и второго пиковых детекторов соотнетственно, выходы которых под- ключерты к другим входам первого и второго блоков сравнения соответственно, выходы которых подключены к второму и третьему входам блока управления регистрами, четвертый вход которого подключен к четвертому выходу блока определения квадранта, первый и второй выходы блока управления регистрами подключены к тактовому и информационному входам третьего регистра последовательных приближений, второй выход блока определения максимума напряжений подключен к установочным входам регистров последовательных напряжений и четвертым входам пи- коьых детекторов, выходы первого и второго регистров последовательных приближений через первый и второй кодовые преобразователи соответственно подключены к цифровым входам первого . и яторого преобразователей кода в

довательных приближений подключен к входам младщих разрядов регистра,

нходам второго и первого регистров последовательных приближений, третий вькод блока определения максимума подключен к управляющему входу регистра, выхо;;ы второго регистра последовательных приближений подключен к входам младщих разрядов регистра,

2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что пиковый детектор содержит элемент ИЛИ,

коммутатор, регистр последовательных приближений, преобразователь кода в

напряжение, блок сравнения, тактовый и установочный входы регистра после- |довательных приближений являются вторым и третьим входами пикового детек- тора, а выход подключен к цифровым

входам преобразователя кода в напряжение, выход которого является выходом пикового детектора и подключен к одному входу блока сравнения, другой вход которого является первым входом пикового детектора, а выход соединен с информационным входом регистра последовательных приближений.

91

первый вход элемента ИЛИ соединен с установочным входом регистра последовательных приближений, второй является четвертым входом пикового детектора, выход подключен к управляющему входу коммутатора, выход которого подключен к аналоговому входу преобразователя кода в напряжение, а информационные входы являются пятым и шестым входами пикового детектора 3. Преобразователь по п.1, о т - личающийс я тем, что блок определения квадранта содержит три нуль-компаратора и два элемента ИСК- ЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы первого, второго и третьего нуль-компараторов являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока, выходы первого и второго нуль-компараторов подключены к входам первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы второго и третьего нуль-компараторов подключены к входам второго элемента ИСК- ЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы второго и третьего нуль-компараторов являются первым и вторым выходами блока соответственно, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются третьим и четвертым выходами блока.

о т - блок

4.Преобразователь по п.1 личающийся тем, чт определения максимума напряжений содержит генератор импульсов, триггер, элемент И, два счетчика, два дешифратора, элемент ИЛИ, входы которого являются входами блока, а выход подключен к одному входу триггера, выхо

10

5

0

которого подключен к одному входу элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен к входу первого счетчика, выходы которого подключены к входам первого дешифратора, один выход которого является первым выходом блока, а другой подключен к входу второго счетчика, выходы которого соединены с входами второго дешифратора, первый выход которого является вторым выходом блока, второй подключен к другому входу триггера, а третий является третьим выходом блока. 5. Преобразователь по п.1, о т - л И ч а ю щ и и с я тем, что блок управления регистрами содержит три элемента ИСКЛЮЧ/МОЩЕЕ ИЛИ, инвертор, . элемент ИЛИ, входы первого элемента ИСК ПОЧАЮ(ЦЕЕ ИЛИ являются вторым и третьим входами блока, а выход подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого является первым 5 входом блока, а выход - первым выходом блока, первый вход второго элемента ИСКЛЮЧМЩЕЕ ЯПИ является четвертым входом блока, а вьгход - третьим выходом блока, второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через инвертор подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом второго элемента ИСКШ)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а второй вход - с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход . третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является вторым выходом блока.

0

5

13(20)

фиг. 2

Фиг.

1Э . -.1-1 T

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналотовых источников информации с ЦВМ С целью повышения быстродействия и упрощения в преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик (СКД) 2, блок 9 определения квадранта,первый 12 и второй 13 регистры последовательных приближений, первый 16 и второй 17 преобразователи кода в напряжение (ПКН), блоки 18, 19 сравнения, блок 1 опорного напряжения, блок 3 эталонного напряжения, регистр 4,введены блок 8 определения максимума напряжения, два пиковых детектора 5,6, блок 10 управления регистрами, г г ko КЛ

d e f

я

/77

ЛПППППППП

Редактор М.Циткина

Составитель М.Сидорова

Техред А. Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 5200/57 Тираж 899Подписное

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

-пшпппп--ппппппп

Фив.6