Измеритель угла рассогласования Советский патент 1989 года по МПК H03M1/48 

О1

эо

Изобретение относится к автомат тике и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях угол-фаза-код следящего типа. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия угловых измерений. Измеритель угла рассогласования содержит генератор I импульсов, первый счетчик 2, регистр 3, формирователь 4 импульсов, синусный 5 и косинусный 6 преобразователи, первый 7 и второй 8 цифроаналоговые преобразователи, синусно-косинусный вращающийся трансформатор 9, первую 10 и вторую 11 схемы выборки-хранения, дифференциальный усилитель 12, управляемый генератор 13, второй счетчик 14, сумматор 15 по, модулю два и выходную шину 16. Сущность изобретения заключается в замене аналоговых генераторов высокоточными цифровыми генераторами, а также в фиксации кода положения дважды за период опорного сигнала. 2 ил. i сл

.i

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях угол-фаза-код следящего .типа.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия угловы измерений.

На фиг. I показана структурная схема измерителя угла рассогласЬва-:1 ния; на фиг. 2 - временные диаграммы поясняющие работу системы.

Измеритель угла рассогласования (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, первый счетчик 2, регистр 3, . формирователь 4 импульсов, синусный 5 и косинусный 6 преобразователи, первый 7 и второй 8 цифроаналоговые преобразователи, синусно-косинусный вращающийся трансформатор 9, первый 10 и второй 11 блоки выборки - хранения, дифференциальный усилитель 12, управляемый генератор 13, второй счетчик 4, сумматор 15 по модулю дв и вь1ходную шину 16.

В качестве регистра 3 используется стандартный триггерный регистр, например типа микросхемы К155ТМ8.

Формирователь 4 импульсов формирует на первом выходе короткие им- пульсы по срезу и фронту сигнала второго счетчика 14. На втором выходе сигнал должен появля-ться с задержкой, равной суммарной задержке регистра 3 и обоих постоянных запоми- нающих устройств.

В качестве синусного и косинусного преобразователей используют постоянные запоминающие устройства, например микросхемы К568РЕ1.

В качестве схемь выборки-хране- - ния могут быть использованы микросхемы КРПОО СК2.

На фиг,2 представлены диаграммы, характеризующие следующие процессы: 17 - вькод старшего разряда первого счетчика 2; 18 - выход второго счетчика 14; 19 - первый выход формирователя 4 сигналов; 20 - второй вьжод формирователя 4 импульсов; 21 - вы- ход синусно-косинусного вращающегося трансформатора 9; 22 - третий выход формирователя 4 импульсов; 23 - выход первого блока 10 выборки - хранения; 24 - четвертый вькод формирователя 4 сигналов; 25 --выход .второго блока И .выборки-хранения .1

Измеритель угла рассогласования работает следующим образом.

Импульсы генератора 1 поступают на вход первого счетчика 2, на выходе триггера старшего разряда которого формируются прямоугольные сигналы с периодом TO (диаграмма 17). Выходные сигналы второго счетчика lA (диаграмма 18) с тем же периодом имеют фазовьй сдвиг, ср относительно сигналов первого счетчика 2. По заднему фронту вькодного сигнала второго счетчика 14 формирователь 4 импульсов формирует на своем первом выходе импульс (диаграмма 9), поступающий на вход разрешения записи регистра 3, в результате чего в регистр 3 записьшается код, соответствующий фазовому сдвигу q. Через время, достаточное для установки сигналов на адресных входах синусного 5 и косинусного . 6 преоб.разователей, на их входы.поступает импульс (диаграмма 20) со второго вькода формирователя 4. На выходах синусного и косинусного преобразователей появляются коды sin ср и cos Ц) соответственно, а на выходах первого 7 и второго 8 цифроаналоговых преобразователей- прямоугольные импульсы напряжения с амплитудой соответственно U sinQ и IL cosif, где U - максимальное значение выходного напряжения. Считая для простоты, что число витков первичных и вtopичнoй обмоток синусно- косинусного вращающегося трансформатора 2 одинаково, выражение для выходного напряжения П,, (диаграмма 21) можно записать в виде

.Tt (sintpsinuL+cos(j)cosei.), (1)

где Т - постоянная времени синусной и косинусной обмоток (которые, как правило, одинаковы); oL угол поворота вала. Через промежуток времени, достаточный для затухания переходных процессов, вызванных наличием паразитных емкостей обмоток, на третьем вькоде формирователя 4 импульсов (диаграмм ма 22) формируется импульс, который поступает на управляющий вход первого блока 10 выборки-хранения, в результате чего фиксируется значение выходного сигнала синусно-косинусного вращающегося трансформатора 9. Напряжение с выхода первого блока 10 вы- :борки-хранения (диаграмма 23) поступает на первый вход дифференциального усилителя 12, положительный выходной

сигнал KOTOpord поступает на управляющий вход управляемого генератора 13. При нулевом сигнале на управляющем входе частота управляемого генерато- с ра 13 равна частота генератора 1 импульсов. С появлением ненулевого сигнала на выходе Дифференциального усилителя 12 частота управляемого генератора 13 изменяется. Фазовый сдвигср 10 левом значении сигнала на выходе второго счетчика 14 код старшего разряда регистра 3 проходит через сумматор 15 по модулю два без изменения, при единичном - инвертируется. Таким обра- 15 зом, с выхбда сумматора 15 по модулю два всегда поступает верное значение старшего разряда кода положения. Остальные разряды кода положения без изменения поступают в выходную шину 16 с выходов соответствующих разрядов регистра 3.

также начинает изменяться пропорционально интегралу от разности частот генераторов, что приводит к уменьшению выходного напряжения синусно-ко- синусного вращающегося трансформатора 9.

По переднему фронту выходного сигнала второго счетчика 14 на третьем выходе формирователя 4 импульсов также формируется импульс (диаграмма 19),20 по которому в регистр 3 записывается код, соответствующий фазовому сдви-. rytf +1, отличающийся от истинного значения кода положения инверсией

рого счетчика 14 код старшего разряда регистра 3 проходит через сумматор 15 по модулю два без изменения, при единичном - инвертируется. Таким обра- 15 зом, с выхбда сумматора 15 по модулю два всегда поступает верное значение старшего разряда кода положения. Остальные разряды кода положения без изменения поступают в выходную шину 16 с выходов соответствующих разрядов регистра 3.

В описанном устройстве в отличие от прототипа опорное напряжение си- нусно-косинусного вращающегося транстаршего разряда. На выходах первого 25 сформатора 9 не формируется непрерыв- 7 и второго 8 цифроаналоговых преобразователей формируются напряжения -и, sintf и -и, cos Ц) соответственно, что приводит к изменению знака напряжения на выходе синусно-косинусного вращающегося трансформатора 9 (диаграмма 21) Это напряжение фиксируется вторым блоком 11 выборки-хранё- НИН по сигналу, поступающему на управляющий вход с четвертого выхода формирователя 4 импульсов (диаграмма 24). Выходное напряжение второго блока 11 выборки-хранения (диаграмма- .25) поступает на второй вход дифно, а подается на входные обмотки дважды за период Т в виде коротких импульсов, поступающих непосредственно перед моментом фиксации выходного

30 сигнала. Период То обычно имеет величину порядка , что на три порядка больше времени срабатывания со- . временных постоянных запоминающих устройств и цифроаналоговых преобра-с зователей. Следовательно, в устройстве могут быть использованы сравнительно медленно-действующие постоянные запоминающие устройства и цифро- аналоговые преобразователи большой

ференциального усилителя 12, так что 40 разрядности. Замена аналогового гене- сигнал на управляющем входе управляв- ратора опорного сигнала, используемо- мого генератора 13 получает дополнительное положительное приращение. Фазовый сдвиге изменяется до тех пор.

го в прототипе, высокоточным источ.НИКОМ синусно-косинусных напряжений

позволяет существенно повысить точпока выходное напряжение синусно-ко- 45 измерения углового положения, синусного вращающегося трансформатора не станет равным нулю, при этом выражение (1) принимает следующий вид:

,е cos(.)(2)

Изменение соотношения между акт / тивным и реактивным сопротивлениями обмоток синусно-косинусного вращаюgQ щегося трансформатора 9, вызванное изменением температуры окружающей среды, приводит лишь к некоторому изменению постоянной времени обмоток, что не отражается на точности

Из вьфажения (2) следует, чтоср об+1Г/2, то есть фазовый сдвиг if с постоянным смещением в п/2 повторяет значение oi, - угла поворота вала.

Код положения фиксируется в регистре 3 дважды за период Т по заднему и переднему фронтом сигнала на выходе второго счетчика 14. Причем во-втором случае код положения отличается от истинного инверсией старшего разряда. Старпшй разряд регистра 3 соединен со старшим разрядом выходной шины 16 кода положения через сумматор 15 по модулю два, первый вход которого подключен к выходу старшего разряда второго счетчика 14. При нулевом значении сигнала на выходе вто

рого счетчика 14 код старшего разряда регистра 3 проходит через сумматор 15 по модулю два без изменения, при единичном - инвертируется. Таким обра- зом, с выхбда сумматора 15 по модулю два всегда поступает верное значение старшего разряда кода положения. Остальные разряды кода положения без изменения поступают в выходную шину 16 с выходов соответствующих разрядов регистра 3.

В описанном устройстве в отличие от прототипа опорное напряжение си- нусно-косинусного вращающегося трансформатора 9 не формируется непрерыв-

но, а подается на входные обмотки дважды за период Т в виде коротких импульсов, поступающих непосредственно перед моментом фиксации выходного

сигнала. Период То обычно имеет величину порядка , что на три порядка больше времени срабатывания со- временных постоянных запоминающих устройств и цифроаналоговых преобразователей. Следовательно, в устройстве могут быть использованы сравнительно медленно-действующие постоянные запоминающие устройства и цифро- аналоговые преобразователи большой

разрядности. Замена аналогового гене ратора опорного сигнала, используемо

го в прототипе, высокоточным источ.НИКОМ синусно-косинусных напряжений

позволяет существенно повысить точ 45 измерения углового положения,

Изменение соотношения между акт тивным и реактивным сопротивлениями обмоток синусно-косинусного вращаюgQ щегося трансформатора 9, вызванное изменением температуры окружающей среды, приводит лишь к некоторому изменению постоянной времени обмоток, что не отражается на точности

eg устройства. Это позволяет устранить из состава фазовой следящей системы цепь автоподстройки фазы тока, присутствующую в устройстве-прототипе, нестабильность которой вызывают дополнитёльные ошибки в фиксируемом коде положения.

В отличие от устройства-прототипа, где код положения фиксируется один раз за период опорного сигнала, в данном устройстве код положения фиксируется дважды за период, что обеспечивает более высокое быстродействие.

Формула изобретения

Измеритель угла рассогласования, содержащий регистр, вькод которого является выходом младших разрядов выходной шины устройства, генератор импульсов, выход которого через пер- вьй счетчик соединен с информационным входом регистра, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, управляемый генератор, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, о тличающийся тем, что, с целью повьппения точности и быстродействия угловых измерений, введены синусный и косинусный преобразователи, два цифроаналоговых преобразо-г вателя, два блока выборки-хранения, дифференциальный усилитель и сумматор по модулю два, выход которого

1451860

является выходом старшего разряда вькодной шины системы, выход регистра соединен с информационными входами синусного и косинусного преобразо вателей, выход каяадого из которых через соответствующий цифроаналого- вый преобразователь соединен с соответствующим входом синусно-косинус- 10 ного вращающегося трансформатора,

выход которого соединен с информа- цйонными входами первого и второго- блоков выборки-хранения, выходы которых соединены с соответствующими15 входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выход старшего разряда второго счетчика соеди- нен с первьм входом сумматора по мо20 ДУ-Гоо два. второй вход которого соединен с выходом старшего разряда регистра, вход разрешения записи которого соединен,с первым выходом формирователя импульсов, второй вьпсод

25 которого соединен со стробирующими входами синусного и косинусного пре - образователей, третий и четвертый выходы формирователя импульсов соединены с управляющими входами соответ30 ственно первого и второго блоков выборки-хранения.