Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1988 года по МПК H03M1/48 

J

ND

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя путем снижения погрешности дискретизации без увеличения длительности цифроана- логовых перемножителей и преобразова- телей кодов.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - диаграммы работы преобра- эователя.

Преобразователь угла поворота вала в Код содержит первый и второй генераторы 1, 2, синусно-косинусный датчик 3 угла, первый 4 и второй 5 цифреаналоговые пвремножители, преобразователи 6, 7 кодов, сумматор 8, ключ 9, интегратор 10, блок П управления , устройство 12 выборки-хранения Первый двоичный сумматор 13, вьтрямигель 14, блок 15 определения знака, преобразователь 16 напряжение - частота, реверсивный счетчик 17, элемент И 18, второй двоичный тор 19,

Блок 11 управления (фиг. 2) содержит первый и второй ключи 20, 21, нуль-коьтаратор 22, первый и второй зяементы И 23, 24, первый, второй и третий одновибраторы 25-27, D-триг- гер 28, первый и второй Т-триггеры 29, 30.

На диаграммах фиг. 3 позициями i. обозначено: 31, 32 выходные сигналы первого и второго генераторов 1, 2; 33 - напряжение на прямом выходе второго Т-триггера 30; 34 - выходной сигнал нуль-компаратора 22; 35 - выходное напряжение D-триггера 28; 36- выходной сигнал первого элемента И 23 37 - выходное напряжение первого Т- триггера 29; 38-40 - выходные сигналы соответственно первого, второго и третьего одновибраторов 25-27.

Преобразователь работает следукэдим образом.

На входы синусно-косинусного датчика угла 3 (СКДУ) от первого и второ го генераторов 1, 2 подаются напряжения одинаковой амплитуды, отличаю- щиеся по частоте в два раза (фкг. 3, поз. 31, 32):

и

If

и 8in W t;

и,, и, (wt + f ),

где 1-р произвольный фазовый сдвиг. Сигналы на выходах СКДУ 3 можно представить в виде

ii и,, и , sine/ ;

и

,, и , Sin « - и JJ cos (/

где «у - угол поворота ротора СКДУ 3. Перед очередным циклом преобразо- ваш1я все триггеры блока I1 управления находятся в нулевом состоянии, и на второй вход второго разряда первого двоичного сут матора 13, а также на первый вход элемента И 18 поступает сигнал О с выхода второго Т-триггера 30 фиг. 2). Выходные коды первого и второг о двоичных с.у мато1Юв 13, 19 при этом равны их входным кодам, и на входы преобразователей 6 и 7 кодов, осуществляющих преобразование кода угла соответственно в коды синуса и косинуса угла, подается п- разрядный код N, равный выходному ко ду N р, преобразователя угла бе м.чар:а 1 о (п + Пто разряда, а напряжение ня выходе сумматора 3 описьгоаетс выражением

и U,cos N + и sin N.

После подстановки соотношений для и, и Uj преобразования получим

и2 и,„ sin (2wt f- 0 sin (rf- К) + Um sin - cos ( ot N) .

(I)

В начале цикла преобразования единичным потенциалом с инверсного выхода Бторо го Т-триггера 30 открывается первьп1 ключ 20 блока 1 1 управления и сигнал второго генератора 2 поступает на вход нуль компарато- ра 22.

При положительной полуволне сигнала и, (фиг. 3, поз. 32) на выхода нуль-компаратора 22 будет устанавливаться единичный потенциал (фиг. 3, поз. 34). При первом переключении куль-компаратора 22 из нулевого состояния в единтшое D-триггер 28 установится в единичное состояние и на выходе первого элемента И 23 устаио- вится едикич}сый потенциал (фиг, 3, поз, 35,, 36) при г. , . потен 1

циалом отпирается ключ 9, и па вход интегратора 10 в течение двух положительных полупериодов сигньола U,j второго генератора 2 будет поступать выходное напряжение 1, сумматора 8. Такое управление ключом 9 обеспечивает полное подавление гармога1Ческой составляющей частоты а.,- и первого Генератора I, так как на данном эта- пе преобразования интегрировашш выходного сигнала сумматора 8 происходит в течение двух равных промежутков времени, сдвинутых один относи- телно другого на величину ТГ/и, по- этому к моменту времени t tj выходное напряжение интегратора 10 будет пропорционально амплитуде сигнала частоты w, 2(л) второго генератора 2 см, (1):

U,, К

sin (и/ - N).

В момент времени t t. по отрицательному перепаду сигнала на выходе первого элемента И 28 первый Т-триг- гер 29 устанавливается в единичное состояние (фиг. 3, поз. 37), а в момент времени t t, по второму отрицательному перепаду на Т-входе первый Т-триггер 29 устанавливается в нулевое состояние и по отрицательному перепаду сигнала на его выходе второй Т-триггер 30 устанавливается в единичное состояние (фиг. 3, поз. 33). При этом первый ключ 20 блока 11 управления закрывается, а второй ключ 21 блока 1 управления открьгеается и на вход нуль-компаратора 22 поступает сигнал и,, первого генератора I. По отрицательному перепаду выходного сигнала первого Т-триггера 29 (фиг. 3, поз. 37 при t tj) Также запускается первый одновибратор 25, выходной сигнал которого (фиг. 3, поз. 38) уста- навливает в нулевое- состояние D-триг гер 28 (фиг. 3, поз. 35 при t tj) и удерживает его в этом состоянии.

Единичный потенциал с выхода вто- рого Т-триггера 30 поступает на второй вход второго разряда двухразрядного двоичного сумматора 13 и на пер- вьй вход элемента И 18 (фиг. 1). При этом код, поступающий на входы преоб- разователей 6 и 7 кодов, увеличивается на | /2 + , q по сравнению с кодом, поступившим на первом этапе преобразования. Напряжение на выходе

2i

cyM faTOpa 8 в этом случае описывается

формулой

,«-1

и,., и,, cos (N -ь - + а 1„) -н и 2 sin (К у a,q,,)

которая после преобразования принимает вид

и и sinu t-sinCot -(N - a, qj - U sin (2ui t Ц) cos e. - (N + a,, q/Л,

(3)

IQ 15 20

25ЗОо40 цс,

Q gg

где а, - значение (п+О-го разряда

выходного кода; q , 360° 2 величина дискреты

п-го разряда выходного

кода.

При переходе напряжения U,, первого генератора 1 через нулевое значение из области отрицательных в область положительных значений (фиг. 3, поз. 31 при t tp) на выходе нуль- компаратора 22 устанавливается еди- ничньш потенциал. Прн этом единичный потенциал устанавливается также на выходе D-триггера 28 и на выходе первого элемента И 23, открьшается ключ 9 и на вход интегратора 10 поступает выходное напряжение Ъ сумматора 8, По окончании положительного полупериода сигнала U, первого генератора 1 (фиг. 3, поз. 31 при t ty) на выходе нуль-компаратора 22 и, следовательно, на выходе первого элемента И 23 устанавливаются нулевые потенциалы. Ключ 9 запирается, отключая интегратор 10 от выхода сумматора 8, На рассматриваемом этапе интегрирования выходного сигнала сумматора 8 полностью подавляется гармоническая состав вляюшая частота oJf 2ш второго генератора 2, так как время интегрирования (интервал at tj - t на фнг. 3) здесь равно периоду изменения этого сигнала. В соответствии с выражениями (2) и (3) выходное напряжение интегратора 10 к моменту времениt tj

( N) + К-81пГо(

hti

Яп)1(A)

Составляюоц1е погрешности, содержащиеся в выходном сигнале сумматора 8 и обусловленные неравенством коэф a. i o- T-: - , :/. - т Ире- .:. лсго-т ло yc-ta

Т агг; . У- .-. , ..: Ч;|; ,,:;. : ,, :,,: .ttx- Lii - .i .. i-p;rrr-)p,;. И) И7- - N , I, , ;;; ; . ;i),: ti, roiT:i::, о ; редиого

: , -.яоЕ : ; ;-; yi JV , по:1гому

Р ,y гло ; гоБорота ра . -. . . ,:.,:: . ,;|,|,, , n;i-i 1,,.; р 1 ЙЛЯ

- . . .- i . ; у S -. HM : (ч) . ; Гт;1ЯБ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. С целью повьппения точности преобразователя, содержащего два генератора 1, 2, синусно-косинусный датчик 3 угла, цифроаналоговые перемножители 4, 5, преобразователи 6, 7 кодов, сумматор 8, ключ 9, интегратор 10, устройство 12 выборки-хранения, блок И управления, выпрямитель 14, блок 15 определения знака, преобразователь 16, счетчик 17, первый двоичный сумматор 13, в него введены элемент И 18 и второй двоичный сумматор 19. В отличие от устройства-прототипа второй двоичный сумматор 19 совместно с элементом И 18 на одном из двух этапов преобразования добавляет к п-му раз- ряду входного кода преобразователей кодов значение (п + 1)-го разряда реверсивного счетчика, При этом угол поворота вала преобразуется в (п + 1)-разрядньш код на выходе счетчика 17 при п-разрядном входном коде преобразователей кодов, что позволяет повысить точность преобразования за счет снижения в два раза погрешности дискретизации без увеличения разрядности преобразователей кодов и цифро- аналоговых перемножителей. 3 ил. I (Л

. i Ч;, , :. -. ГЯ ЙЕ Лг,

: , - -; ;г;- - .л - , ч ус-НУ

. . . ( . .. : 1 .. : Р ) i:t :.Mri,i

,,,.,--,-, ::-,;,,;--Tjiit-. - ИХОД; - ЯЛ V : - : , , .,. ., -,.:iHp;r; ;jni P СООТЯеТС

i , Г :-i)cr;, , ,.,, ,-..- г;,:-угно--к-с 1; угпог - - : : : , ; ; С е 1ит м :.1 с ; ;:1ЛО1 : 1 ыми ioco

; 1 . Т Т--: ГСТР И nf/15 Uiro V ТОрОГО

. f.j,. - , - . ;. ;чч . Н т :Г Л .1Х |Т --Кг ЧОЛ-И ГеЛе , -.ГКО1Фе «i ; ,.: , л : . . ,. .; - , лходал сум аyc rpoilt j-v; , . (.- : ... ii/ . ;i г ,. - 1 : ;. IXOJ Л О С ПОДН iTJOTel-f к 1Ш-цу очере;..,.:- ; о ; ; . - , ,ч ::.ч- /;. i;: lixof ;, : ,1н:г Л, въшо ; ко:.1ТШЧИО v; , uyn.;:, , - ii, :, i i : - ;p- .i :, ,r- 4j i:: 4 К )i Г ialViOHHOM;;

BbUipH; U-i r , Л:. . jiov. ..:.. -,; i:V .}и-;:ил;/ lU V рЗТОр Я, -1;--ОД KOTOpOr:j

. ;. :ГП ,,,; . ;, ч;; iV .... к ИНф;. |Зма)5,ЧОН НОМу BXi;,4y

с: С ..;j.:: ,; ;. ..- ... . ::. .- ., г ,1 г . ЬЛ Л : i,4r a ic- :ti7H 5 ; ыход

НО : J fi:-ui,f , i-c-ii, : :1- -я ... , ,f-г..; ey-;i3 блкж огтредс - пп я анаt iч,.и:;i .; ,. ;,. ч, ..: . - одкк:о-,;н к управ u;K«vvry oxoAV ре

;.. .-л , . .. :. - . ;:; : , :: ;1е: - 1 :i ; . :У i v .,. И КрЮЭ ИОСПеДО

: 1Л i,ic, ; . .-, :, . , :, , ч: С- :: UTil. : ;: гтпгт;. и

Hi:. iji,,. тд: „ ..i ;..:. , --. ич м ..: ,л ,-, --г/ /..-т-;, : ..-uini: - Уг1С ПC4 i i - ji.i; , / .: .а-:..; е ; .,i;1: . i г - i . ..ЧОЧу ,,-); ; :;..i O

С:ИГгГ.:,П;- J . -: . , . -Сч;,- . : -. .i -)ч .; , . ,,:-,; :;,,рт,,,., ,, ,;): рОГО

и-.,, .;;,,, л; ; ;.:: ро.Ч ;-япа

Р. Ч: + ; . ;; НГр ,.- i , ,: . :: ;-: . ,-Ч;АИ:- --ОД

: j . I . ; J L..

, ,. X ,. п , т ;1 :

,; / ; И ; :/ : Г,: .-Г Г : Т

:-г,-г Мг . Ч 1 : 1-рО- .).; ) i ..- ; J ,

--- :.; i ; г,-- ГГ - П ЛЧи,-

: .. ,. 1- М :i4i-i: CTb

f,. ;., , - , ;, - ,, jp. -т; - ;, :r В

: .,; ;. , i,: , , T ,j ; .- . г-, .и:о .,, погр Ч Г ; ,- : : .: : гД.-г- ГЛП.

714

генераторов подключены к соответствующим входам блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены к управляющим входам клю- ча, интегратора, устройства выборки- хранения соответственно, выходы двух старших разрядов реверсивного счетчика подключены к первым входам соответственно первой и второй групп входов первого двоичного сумматора, второй вход второй группы входов пер вого двоичного сумматора подключен к Четвертому выходу блока управления второй вход первой группы входов пер- вого двоичного CiH MaTopa соединен с общей шиной, преобразователи кодов, выходы которых подключены к цифровым входам соответствующих цифроаналоговых перемножителей, выходы реверсив- ного счетчика являются выходами преобразователя, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности преобразователя, в него вве

/// о-Ч

1 О-

2ДВ

дены элемент И и второй дво1гчный сумматор, Четвертью выход Злока управления и выход младтего разряда реверсивного счетчика подключены к входам элемента И, выход которого подключен к первому входу первой группы входов второго двоичного сумматора, второй вход которой подключен к выходу предпоследнего младшего разряда реверсивного счетчика, выходы первого двоичного сумматора подключены к первым входам второй и треть ;й групп входов второго двоичного сумматора, остальные выходы реверсивного счетчика подключены к первым входам остальных групп входов второго двоичного сумматора, вторые входы групп входов второго двоичного сумматора, кроме первой, соединены с общей шиной, выходы второго двоичного сумматора подключены к входам первого и второго преобразователей кодов.

фиг. 2

НО

Pi/ff Э