Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1988 года по МПК H03M1/64 H03M1/50 

(Л

с

ч

81 )

цифровой вычислительной машиной Целью изобретения является повьппение точности в динамическом режиме. Преобразователь угла поворота вала в код содержит многополюсный фазовра- Iщатель 7, формирователи 5, 6 старт- |И стоп-импульсов, генератор 8 тактовых импульсов, распределители 13, 14 импульсов, триггеры 24-36, элементы И 31-44, элементы ИЛИ 45-48, элемент НЕ 49, реверсивный счетчик 50 грубо- 1 го отсчета, реверсивньш счетчик 51 I tO4Horo отсчета, регистр 52, схему 53 сравнения, триггеры, элементы И, элемент ИЛИ, шину 2 сброса, шину 3 I опроса. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе использующем классический метод последовательного счета, при котором преобразуемый временной интервал, ограниченный старт- и стоп-импульсами, заполняется импульсами от генератора кварцованной частоты (точный отсчет), аппаратно организуется грубый отсчет путем постоянного измерения и анализа двух соседних значений точного отсчета (N и N 7 ), что позволиТа, ло в раз (где Т„ - цикл управ -Wj/ft

ления, - цикл измерения).увеличить скорость движения измеряемого вала. 6 ил.

Изобретение относится к автома- тике и вычислительной технике, а именно к двухотсчетным преобразователям угол - фаза временной интервал - код, и может быть использовано для связи аналоговых источников информации систем управления с управляющей

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к двухотсчетным преобразователям угол - фаза - временной интервал - код, и может быть использовано дпя связи аналоговых источников информа- ции систем управления с управляющей цифровой вычислительной машиной.

Целью изобретения является повьше- ние точности преобразования временной интервал - код путем организации в преобразователе измерения каждого временного интервала в течение цикла управления и запоминания в регистре текущего значения кода в конце каждого цикла измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 функциональная схема распределителя импульсов; на фиг. 3-6 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь 1 угла поворота вала в код (фиг. 1) с входами 2-4 содержит первый 5 и второй 6 формирователи импульсов, многополюсный фазовращатель 7, четырехфазный генератор 8 импульсов с первым 9, вторым IО третьим 11 и четвертым 12 выходами, первый 13 и второй 14 распределители импульсов с первым 15, вторым 16, третьим 17 и четвертым 18 управляющими входами, с информационным входом 19, входом 20 сброса, а также

с первым 21, вторым 22 и третьим 23 выходами: с первого по седьмой триггеры 24-30; с первого по четырнадца- тый элементы И 31-44; с первого по четвертый элементы ИЛИ 45-48; элемент НЕ 49, реверсивные счетчики грубого 50 и точного 51 отсчетов, регистр 52, элемент 53 сравнения. Распределитель

импульсов (фиг. 2) содержит элемент ИЛИ 54, триггеры 55 н 56, элементы И 57-59.

Вход 2 устройства 1 предназначен для подсоединения сигнала Начальный

сброс к распределителям импульсов, триггерам 24 и 25, элементу 46 и входу сброса счетчика 50, вход 3 - для подключения сигнала Опрос к второму управляющему входу регистра 52 и

элементу 49, а вход 4 - 1 для подключения эталонного кода, равного поло-г вине максимального значения периода

/1 Г ч следования старт-сигналов ( - Т, ).

к элементу 53.

Устройство работает следующим образом.

В начале работы (включение источника питания) на вход 2 устройства 1

поступает аппаратный сигнал Начальный сброс, по которому триггеры устройства 1 и все разряды счетчиков грубого и точного отсчетов устанавли ваются в нулевое состояние. В момент

действия сигнала Начальньш сброс на выходе генератора 8 имеется частота Fj.,,F.. На обмотку возбуждения фазовращателя подается синусоидальное

напряжение. С фазовращателя снимаются опорное напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, и напряжение фазовращателя, изменяющееся по косинусоидальному закону. Синусоидальное напряжение подается на формирователь 5 импульсов, а косинусо- идальное - на формирователь 6 импульсов .

Формирователи импульсов вырабатывают старт- и стоп-сигналы при прохождении фазы подаваемого на них си- нусно-косинусного напряжения через нуль. Временной интервал, ограничен- ;кый старт- и стоп-сигналами, пропорционален сдвигу фаз между опорным напряжением и напряжением фазовращателя. Устройство I решает задачи преобразования последовательности времен- ных интервалов в дроичный код (точны отсчет) и подсчета пройденных полюсных делений (грубый отсчет), О прохождении полюса свидетельствует изменение максимального значения временног интервала на минимальное значение или изменение максимального значения временного интервала на максимальное значение. Максимальному значению временного интервала соответствует временной интервал между соседними старт-сигналами. Для преобразования временных интервалов в код устройство 1 использует классический метод .последовательного счета, при котором преобразуемый временной интервал, ограниченный старт- и стоп-сигналами, заполняется импульсами от генератора По старт-сигналу элемент 13 формирует три управляющих импульса. Импульс на выходе 21 элемента 13 устанавливает триггер 24 в единичное состояние, разрешая прохождение через элемент 31 последовательности одно- тактных импульсов с выхода 9 на суммирующий вход счетчика 51 точного отсчета (фиг, 3), Импульс на выходе 22 элемента 13 устанавливает триггер 25 в нулевое состояние. Импульс на вькоде 23 элемента 13 используется для анализа состояния триггера 24, По любому пришедшему стоп-сигналу элемент 14 формирует три управляющих импульса. Импульс на выходе 21 эле

5

10

20

25 ,«

35

мента 14 устанавливает триггер 25 в единичное состояние (фиг, 3)„ Импульс на выходе 22 элемента 14 устанавливает триггер 24 в нулевое состояние. Импульс на вькоде 23 элемента 14 используется для анализа состояния триггера 25. Появление подряд двух старт-сигналов на выходе элемента 5 (фиг. 5) соответствует изменению максимального значения временного интервала на минимальное (прохождение полюса в сторону увеличения угла), Устройство 1 улавливает эти парные сигналы и формирует на их основе импульс на выходе элемента 34, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика грубого отсчета. Появление подряд двух стоп-сигналов на выходе элемента 6 (фиг, 6) соответствует изменению минимального значения временного интервала на максимальное значение (прохождение полюса в сторону, уменьшения угла). Устройство 1 г- улавливает эти парные сигналы и формирует их на основе импульс на выходе элемента 33, поступающий на вычитающий вход реверсивного счетчика грубого отсчета.

В зависимости от взаимного расположения старт- и стоп-сигналов устройство 1 работает в четырех режимах по организации точного отсчета угловой величины.

; В первом режиме стоп-сигнал рас- положен в первой половине максимального периода следования старт-сигнала, т.е. измеряемьй временной интер

вал лежит в пределах О

1- «i - Т

2 макс

гпе Т Т

, иом

+ А t, В дальнейшем середину максимального периода следо- 1вания стар-сигналов будем называть Метка середины или Метка, Работа преобразователя в первом режиме отра- жена на временной диаграмме фиг. 4. Йо старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состо- :яние. Триггеры 25 и 27 по сигналу ; Начальный сброс устанавливаются в нулевое состояние, т,е. на инверсном выходе триггера 27 присутствует логическая единица. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с вькода элемента 31 поступают счетные импульсы F, , По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение счетных импульсов 7 на сум

51 A

мирующий вход счетчика точного отсчета; триггер 25 устанавливается в еди ничное состояние; импульс на выходе 21 элемента 14, пройдя через элементы 44, 42 и 48, устанавливает тригге I 29 в единичное состояние под такт и в случае отсутствия сигнала Опрос на входе 3 организует заттсь содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт Fy, подтверждающего нулевое состояние триггера 27 и устанавливающего триггер 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом F триггер 29 устанавливается в нулевое состоя- ние и схема замирает до прихода сле- цующего старт- или стоп-сигнала.

Во втором режиме стоп-сигнал расположен за Меткой, т.е. временной интервал лежит в пределах25

J. т f 2 г -акс Т, где Т Т„„ ± А t

Работа преобразователя во втором режиме отражена на временной диаграмме фиг. 5, По старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единич- jioe состояние. Триггеры 25 и 27 по сигналу Начальньй сброс устанавли- зается в нулевое состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 27 появля- (гтся логическая единица. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы F-/ . Выход счетчика точного отсчета заведен на фход А элемента 53 сравнения. К входу $ элемента 53 сравнения подключена 11шна 4, на которую программным способом или жесткой запайкой подается ; талонный код числа, соответству1Ъщего 1|1оловине максимального периода следования старт-сигналов. В момент ра- 1 енства содержимого счетчика точного Отсчета и эталонного кода на выходе (|А В) элемента 53 появляется им- г|ульс, при с овпадении которого с 4четным импульсом на элементе 35 вы- i:fa6атьшается импульс Метка, уста- к авливающий триггер 26 в единичное фстояние. Триггер 26, установленный Е| единичное состояние, разрешает про- х|ождение через элемент 37 одного им0

с

0

5

0

5

0

5

0

5

пульса под такт F . Импульс на выходе элемента 37 устанавливает триггер 27 в единичное состояние и, пройдя через элемент 45, устанавливает все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние После этого тактовым импульсом F триггер 26 устанавливается в нулевое состояние. По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, триггер 25 - в единичное, импульс на выходе 23 элемента 14, пройдя через элемент 39, поступает на вычитающий вход счетчика 51 точного отсчета. После того, как триггер 25 установится в единичное сос гояние, тактовые импульсы F с выхода 11

генератора 8 через элементы 41, 40 и

47поступают на вычитающий вход счетчика 51. По старт-сигналу, пришедшему после стоп-сигнала, организуются установка триггера 24 в единичное состояние и подтверждение единичного состояния триггеров 28 и 30; установка в нулевое состояние триггера 43 и

48переводит триггер 29 в единичное состояние и в случае отсутствия нала Опрос на шине 3 организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленньй в единичное состояние, разрешает прохождение через элемент 36 и 46 одного импульса под такт ., устанавливающего триггера 27 и 28 к все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние, после чего тактовым импульсом

F т риггер 29 устанавливается в нулевое состояние и схема замирает до прихода следующего старт-сигнала.

I

В третьем режиме появляются подряд два старт-сигнала.

Работа преобразователя в третьем режиме отражена на временной диаграмме фиг. 6. По старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состояние, а триггер 25 - в нулевое. Триггер 27 в конце предыдущего измерения устанавливается в нулевое состояние. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы F. . В момент равенства содержимого счетчика точного отсчета и эталонного кода вырабатывается импульс Метка, устанавливающий триггер 26 в единичное состояние. Импульс на выходе элемента 37 устанавливает

71411977

триггер 27 в единичное состояние и, пройдя через элемент 45, устанавливает все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом F триггер 26 возвращается в нулевое состояние. По следующему старт-сигналу организуется подтверждение единичного состояния триггеров 24, 28 и 30 и нулево- ю го состояния триггера 25, Импульс на выходе 23 элемента 13, пройдя через элемент 34, поступает на суммирующий вход счетчика 50 грубого отсчета и

8

выходе 21 элемента 14 подтверждает единичное состояние триггера 25 и, пройдя через элементы 44, 42 и 48 устанавливает триггер 29 в единичное состояние под такт F и организует

запись содержимого счетчика грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт F, подтверждающего нулевое состояние триггеров 27 и 28, после чего тактовым импульсом F , триггер

. пройдя через элементы 43 и 48, уста- 29 возвращается в нулевое состояние

навливает триггер 29 в единичное состояние и организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, устаи схема замирает до прихода следующего старт-сигнала.

При возникновении у пользователя необходимости в информации о величиновленный в единичное состояние, раз- 20 угла, в устройство 1 по входу 3 решает прохождение через элементы 36 поступает сигнал Опрос, по которому код последней измеренной угловой величины вводится в управляющую ЦВМ,

и 46 одного импульса под такт F4 устанавливающего триггеры 27 и 28 в нулевое состояние, после чего тактовым импульсом F, триггер 29 уста- навлив ется в нулевое состояние и схема находится в ожидании прихода следующего старт-сигнала,

В четвертом режиме появляются под- ряд два стоп-сигиала.

По старт-сигналу триггеры 24, 28 и 3D устанавливаютсяв единичное состояние. Триггеры 25 и 27 установлены в нулевое состояние (фиг, 6), Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемен та 31 поступают счетные импульсы F, По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение счетных импульсов F на суммирующий вход счетчика точного отсчета; триггер 25 устанавливается в единичное состояние и организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса, подтверждающего нулевое состояние триггера 27 и устанавливающего триггер 28 и все разряды счет-, чика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом F триггер 29 возвращается в нулевое состояние. По следующему стоп-сигналу импульс на выходе 23 . элемента 14, пройдя через элемент 33, поступает на вычитающий вход счетчика 50 грубого отсчета. Импульс на

25

35

40

Во время опроса запись содержимого счетчиков 50 и 51 в регистр 52 запрещается ,

Распределитель импульсов (фиг, 2) работает следующим образом,

В начале аботы на вход 20 посту-.

30 пает аппаратный сигнал Начальный сброс, по котррому триггер 55 устанавливается в нулевое состояние. По переднему фронту старт- или стоп-сигнала триггер 55 устанавливается в единичное состояние. Триггер 56 отслеживает состояние триггера 55 с помощью последовательности тактовых импульсов, подключенных к входу 15 и заведенных на вход С триггера 56, При установке триггера 56 в единичное состояние организуется следующая последовательность импульсов на выходах распределителя импульсов: импульс на выходе 23 появляется при совпадении на элементе 58 последовательности импульсов, подключенных к входу 16, и единицы на прямом выходе триггера 56; импульс на выходе 21 появляется при совпадении на элементе 59 последовательности импульсов,

подключенных к входу 18, и единицы на .прямом выходе триггера 56;,выход 22 является прямым выходом|триггера 56.

Таким образом, введение реверсивного счетчика точного отсчета и признака Метка, соответствующего середине полюсного деления, позволяет аппаратно получать значения полного

45

55

8

выходе 21 элемента 14 подтверждает единичное состояние триггера 25 и, пройдя через элементы 44, 42 и 48 устанавливает триггер 29 в единичное состояние под такт F и организует

запись содержимого счетчика грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт F, подтверждающего нулевое состояние триггеров 27 и 28, после чего тактовым импульсом F , триггер

29 возвращается в нулевое состояние

и схема замирает до прихода следующего старт-сигнала.

При возникновении у пользователя необходимости в информации о величи

25

35

40

Во время опроса запись содержимого счетчиков 50 и 51 в регистр 52 запрещается ,

Распределитель импульсов (фиг, 2) работает следующим образом,

В начале аботы на вход 20 посту-.

30 пает аппаратный сигнал Начальный сброс, по котррому триггер 55 устанавливается в нулевое состояние. По переднему фронту старт- или стоп-сигнала триггер 55 устанавливается в единичное состояние. Триггер 56 отслеживает состояние триггера 55 с помощью последовательности тактовых импульсов, подключенных к входу 15 и заведенных на вход С триггера 56, При установке триггера 56 в единичное состояние организуется следующая последовательность импульсов на выходах распределителя импульсов: импульс на выходе 23 появляется при совпадении на элементе 58 последовательности импульсов, подключенных к входу 16, и единицы на прямом выходе триггера 56; импульс на выходе 21 появляется при совпадении на элементе 59 последовательности импульсов,

подключенных к входу 18, и единицы на .прямом выходе триггера 56;,выход 22 является прямым выходом|триггера 56.

Таким образом, введение реверсивного счетчика точного отсчета и признака Метка, соответствующего середине полюсного деления, позволяет аппаратно получать значения полного

45

55

9

угла при преобразовании угловой личины во время вращения ротора вращателя.

Обычно максимальное значение чины точного отсчета, соответст одному полюсному делению грубогсчета, равно числу с основанием т,е, Т

HЛ(Л

менного интервала точного

In,

меньшее - измеряется

равно числу

- 2 о Поэтому значение отсче от ст

сигнала до стоп-сигнала и равно t. Значение временного интервала точного

большего - ,

определяется как разность между уменьшаемым Тцр и вычитаемым, соответствующим временному интервалу от стоп-сигнала до старт-сигнала, и равно THOAI - (TMOM i А t) - t , где t - значение временного интервала, измеренное от старт-сигнала до стоп-сигнала. I Следовательно, изобретение позвопит повысить точность преобразования, 25 У R-входу второго триггера, третий значительно упростить программу обработки точных и грубых значений угловой величины и уменьшит время ее ис- Ьолнения ЦВМ.

выход первого распределителя импульсов подключен к второму входу четвер того элемента И, шина сброса подключена к входам сброса первого и второ го распределителей импульсов, реверсивного счетчика грубого отсчета, вторым R-входам первого и второго триггеров, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счетчика точного отсчета, выход которого подключен к вторым информационным входам регистра, первый выход генера тора импульсов подключен к второму входу первого элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования уг ловой величины, в него введены с пятого по четырнадцатый элементы И, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, с третьего по седьмой триггеры, элемент сравнения,,шина эталонного кода, выход счетчика точного отсчета соединен с первой группой входов эле мента сравнения, вторая группа входов которого подключена к щине эта-

30

35

40

формула изобретения

I Преобразователь угла поворота вала b код, содержащий многополюсный фазо- ращатель первый выход которого Ьодключен к входу первого формирова- геля импульсов, а взозрой выход - к ходу второго формирователя импуль- |;ов, первый триггер, выход которого Подключен к первому, вхаду первого Элемента И, второй элемент И, выход Которого подключен к первому управля- Ьщему входу регистра, шину опроса, ко- : оторая подктаочена к второму управля- входу регистра и через элемент IjiE к..первому. входу второго элемента И, первьй, второй, третий и четвертый :&ыходы генератора импульсов подключе- йы соответственно к первому, второму, 1гретьему и четвертому управляющим ;&ходам первого распределителя импуль- 0 лонного COB, первый, второй. третий и четвер- входы второго распределителя им- йульсов подключены к третьему, чет- ;6ертому, первому и второму, выходам Генератора соответственно первый и :Ьторой формирователи импульсов, вы,-, ;);оды которых подключены к -информаци- (Ьнным входам соответственно,первого

45

55

выход п сов под того эл чена к го расп сивного вторым триггер ИЛИ под ка точн подключ входам тора им входу п чающ повышен ловой в того по второй, ИЛИ, с элемент кода, в соедине мента с дов кот

ния под элемент к S-вход которог ходу ге входу ш торого рого эл

10

и второго распределителей импульсов, первый выход второго распределителя импульсов подключен к S-входу второго триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемен- тд И, второй выход второго распределителя импульсов подключен к первому R-входу первого триггера, третий выход второго распределителя импульсов подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика грубого отсчета, выход которого подключен к первому информационному входу регистра, первый выход первого распределителя импульсов подключен к S-входу первого, триггера, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика грубого отсчета, второй выход первого распределителя импульсов подключен к перво25 У R-входу второго триггера, третий

30

35

40

0 лонного

5

5

выход первого распределителя импульсов подключен к второму входу четвертого элемента И, шина сброса подключена к входам сброса первого и второго распределителей импульсов, реверсивного счетчика грубого отсчета, вторым R-входам первого и второго триггеров, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счетчика точного отсчета, выход которого подключен к вторым информационным входам регистра, первый выход генератора импульсов подключен к второму входу первого элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования угловой величины, в него введены с пятого по четырнадцатый элементы И, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, с третьего по седьмой триггеры, элемент сравнения,,шина эталонного кода, выход счетчика точного отсчета соединен с первой группой входов элемента сравнения, вторая группа входов которого подключена к щине эта-

кода, выход элемента сравнения подключен к первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к S-входу третьего триггера, R-вход которого подключен к четвертому выходу генератора импульсов и первому входу шестого .элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к шине сброса, выход второго элемента ИЛИ подключен к R-входам четвертого и пятого триггеров и первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с S-входом четвертого триггера и подключен к выходу седьмого элемента И, первый вход которого подключен к выходу третьего триггера, а второй вход - к второму выходу генератора импульсов, выход пятого триггера подключен к третьему входу первого элемента И и первому входу восьмого эле- мента.Л, выход которого подключен к первым входам девятого и десятого элементов И, второй вход десятого элемента И подключен к выходу одиннадцатого элемента И, выходы девятого и десятого элементов И подключены с соответственно к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика точного отсчета, суммирующий вход которого подключен к выходу первого элемента И и второму входу пятого элемента И, четвертый вход первого элемента И подключен к инверсному выходу четвертого триггера и первому входу двенад- цатого элемента И, прямой выход четвертого триггера подключен к второму входу восьмого элемента И и первому

входу тринадцатого элемента.И, выходы двенадцатого и тринадцатого элементов И подключены соответственно к первому и второму входам четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к S-входу шестого триггера и второму входу второго элемента И, R-вход шестого триггера -подключен к первому выходу генератора импульсов, выход шестого триггера подключен к второму входу шестого элемента И, S-вход пятого триггера подключен к второму входу тринадцатого элемента И и третьему выходу первого распределителя импульсов, второй вход девятого элемента И подключен к третьему выходу второго распределителя импульсов, первый вход одиннадцатого элемента И подключен к третьему выходу генератора импульсов, второй вход одиннадцатого элемента И подключен к выходу второго триггера, второй вход двенадцатого элемента И подключен к выходу четырнадцатого элемента И, первый вход которого подключен к первому выходу второго распределителя импульсов, второй вход четырнадцатого элемента И подключен к прямому вы- : ходу седьмого триггера, R-вход которого подключен к шине сброса, а S-вход - к первому выходу первого распределителя импульсов.

Фиг. 2