Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых; источников информации с цифровым вы- числительным устройством.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя при отработке больших рассогласований между углом и кодом.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - структурная схема формирователя коэффициента пересчета; на фиг.З - структурная схема реверсивного счетчика; на фиг,4 - структурная схема блока управления; на фиг.З - временная диаграмма его работы,

Преобразователь угла поворота вала в код (фиг,1) содержит синусно-коси- нусный датчик угла (СКДУ) 1, источник 2 опорного напряжения, цифроаналого- вые преобразователи (ЦАП) 3 и 4, блок 5 инверторов, блок 6 нелинейного преобразования кодов, блок 7 пре- образования напряжения в частоту (ПНЧ), блок 8 выборки-хранения, блок 9 управления, коммутатор 10, усилитель 11, реверсивный счетчик 12, интегратор 13 и формирователь 14 коэф- фициента пересчета. Формирователь 14 коэффициента пересчета (фиг,2) содержит выпрямитель 15, шины 16 и 17 напряжений смещения, компараторы 18 и 19, элементы К 20 и 21, инверторы 22 и 23, элемент ИЛИ 24, реверсивный счетчик 25, Реверсивный счетчик (фиг.З) содержит реверсивные счетчики 26 - 28 и блоки 29 и 30 памяти, являющиеся блоками нелинейного пре- образования кодов. Блок 9 управления (фиг,4) содержит компаратор 31, элементы Исключающее ИЛИ 32 и 33, одно- вибраторы 34 и 35,

Преобразователь работает следующим образом.

На выходе СКУД-1 формируются сигналы переменного тока, модулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса угла 0 поворота ротора СКДУ-1, которые в ГАП 3 и ЦАП 4 умножаются на на прямые |3 или инверсные (1-/3) коды отработки угла в пределах-квадранта, поступающие с выходов блока Ь,

Выходное напряжение ЦАП 4 подает- ся через коммутатор 10 в зависимости от номера квадранта угла отработки /3 на суммирующий (во 2-м, 4-м квадранте) или вычитающий (в 1-м, 3-м квад

е

5

4

0 5 0 ,Q

Q

5

5

ранте) вход суммирующего усилителя

11,Номер квадранта определяется кодом старших п и (п-1) разрядов реверсивного счетчика 12, который изменяется от 00 в первом квадранте

до 11 в четвертом квадранте.

Выходной сигнал суммирующего усилителя .11, равный °

UH () sinei-JicosuTju sinot, подается в блок 8. в KOTODOM по импульсу выборки с блока 9 управления производится запоминание амплитуды Un.

В соответствии с полярностью и величиной выходного напряжения интегратора 13, импульсы, вырабатываемые в блоке 7 ПНЧ, поступают на прямой или инверсный вход реверсивного счетчика

12.Импульсы управления блоком 8 вырабатываются в блоке 9 управления в соответствии с номером квадранта угла отработки В таким образом, что если угол В расположен в первом или четвертом квадранте, то момент выборки совпадает с положительной полуволной опорного напряжения источника 2;если угол & расположен во втором или тре-, тьем квадранте, то момент выборки приходится на отрицательную полуволну опорного напряжения, Этим обеспечивается 0 отработка по кратчайшему расстоянию в одну сторону при , расположенном в первом или втором квадранте, или в другую сторону при ui, расположенном в третьем или чет- ; вертом квадранте.

Сведение методической погрешности преобразования

л

Snp Р - arctg -pp

к нулю осуществляется блоком 6 нелинейного преобразования кодов, выполненным в виде блока постоянной памяти, на адресные входы которого поступает код (п-2) младших разрядов реверсивного счетчика 12, а на выходных шинах вырабатывается откорректированный код р угла поворота вб ,

Если угол oi изменяется с постоянной скоростью, то код р отрабатывается без отставания, если не превышена максимальная частота выходных импульсов блока 7 ПНЧ. При ограниченной частоте блока 7 скорость изменения угла об может Сыть увеличена за счет уменьшения разрешающей способности преобразователя изменением коэффициента пересчета реверсивного счетчика 12.

Выработка необходимого коэффициента пересчета осуществляется в формирователе 14.

Выходное напряжение интегратора 13 после выпрямления в выпрямителе 15 подается на компараторы 18 и 19, пороги которых определяются напряжениями на тинах 16 и 17 и равны соответственно ,5 UBM, ,25UBM, где U &м - максимальное выходное напряжение выпрямителя 15 (коэффициент передачи выпрямителя 15 принимаем равным единице). Изменение коэффициента пересчета, определяемое состоянием реверсивного счетчика 25, происходит при напряжении выпрямителя U1S- Um или в моменты, определяемые изменением номера квадранта угла отработки по отрицательному фронту импульса на выходе (п-2) разряда реверсивного счетчика 12, Если скорость изменения угла поворота СКДУ-1 такова, что Uni U15 UBM , то срабатывает компаратор 18 и открывает элемент 20. Импульс с выхода (п-2 разряда реверсивного счетчика 12 проходит через инвертор 22 и элемент И 20 и на вход сложения С1 реверсивного Счетчика 25. Соответственно с увеличением числа на выходе реверсивного счетчика 25 происходит уменьшение разрядности реверсивного счетчик 12 на один младший разряд, что соответствует увеличению в два раза цены единицы младшего разряда угла преобразования. Скорость отработки увеличивается.

Максимальное число, которое может быть записано в реверсивном счетчике 25, равно 0111, так как появление 1 на выходе 4-го разряда счетчика 25 вызывает через инвертор 23 по входу L запись информации 0111, присутствующей на входах ОА-АЗ счетчика 25, что соответствует коэффициенту пересчета .

Аналогично при уменьшении скорост изменения угла поворота и соответствующем уменьшении выходного напряжения выпрямителя 15 /U, Un2 срабатывает компаратор 19, к импульс с выхода (п-2) разряда реверсивного счетчика 12 через инвертор 22 и элемент И 21 проходит на вход С2 вычи- тания реверсивного счетчика 25. Коэффициент пересчета уменьшается в два раза, разрядность реверсивного счет

0

5

0

5

0

5

0

5

чика 12 увеличивается, скорость слежения уменьшается.

При дальнейшем уменьшении скорости изменения угла поворота происходит уменьшение состояния счетчика 25 до 0000, которое подтверждается импульсом переноса при вычитании с выхода Р2 реверсивного счетчика 25, поступающим через элемент ИЛИ 24 на вход сброса реверсивного счетчика 25. Нулевому состоянию реверсивного счетчика 25 соответствует максимальная разрядность реверсивного счетчика 12.

При внезапной остановку СКДУ-1, который вращался со скоростью, превышающей скорость слежения на минимальной дискретности, становится равным нулю выходное напряжение интегратора 13, которое через элемент ИЛИ 24 поступает на вход сброса реверсивного счетчика 25, устанавливая его в нулевое состояние, соответствующее коэффициенту пересчета , т.е. отработка угла поворота производится с максимальной разрешающей способностью преобразователя.

В реверсивном счетчике 12 с переменным коэффициентом пересчета (фиг.З) подсчет импульсов ПНЧ 7 производится с помощью двух четырехразрядных реверсивных счетчиков 26 и 27 и блока 28 реверсивных счетчиков, а изменение разрядности кода отработки в соответствии с требуемым коэффициентом пересчета - с помощью ПЗУ 29 и 30, на адресные входы А6 - А8 которых поступают сигналы с формирователя 14 коэффициента пересчета. Программирование ПЗУ 29 и 30 осуществляется согласно табл.1 и 2, где используют младшие и старшие разряды соответственно.

Формула изобретения

1, Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-коси- нусный датчик угла, вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а первый и второй выходы соединены с аналоговыми входами соответственно первого и второго цифро- аналоговых преобразователей, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первым суммирующим входом усилителя, выход второго цифроаналогового преобразователя соединен с информационным входом коммута

тора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым суммирующим и вычитающим входами усилителя, выход усилителя соединен с информационным входом блока выборки-хранения, блок преобразования напряжения в частоту, выход которого соединен с информационными входами реверсивного счетчика, вьгходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с входами блока нелинейного преобразования кодов и информационными входами блока инверторов, а выходы старших разрядов - с группой входов блока управления, один вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход соединен с управляющим входом блока выборки-хранения, выход младшего из старших разрядов реверсивного счетчика соединен с управляющим входом коммутатора и блока инверторов, первая и вторая группы выходов которого соединены с цифровыми входами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя при обработке больших рассогласований между углом и кодом, в него введены формирователь коэффициента пересчета и интегратор, вход которого подключен к выходу блока выборки-хранения, а выход интегратора соединен с входом блока преобразования напряжения в частоту и одним входом формирователя коэффициента пересчета, другой вход которого подключен к выходу старшего из младших разрядов

5

0

0

5

0

5

реверсивного счетчика, а выходы соединены с управляющими входами реверсивного счетчика.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что формирователь коэффициента пересчета содержит выпрямитель, два компаратора, две шины напряжений смещения, два элемента И, элемент ИЛИ, два инвертора и реверсивньй счетчик, вход выпрямителя и первого инвертора являются соответственно одним и другим входами формирователя коэффициента пересчета, выход выпрямителя соединен с первыми входами компараторов и элемента ИЛИ, вторые входы первого и второго компараторов подключены соответственно к первой и второй шинам напряжения смещения, а выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу первого инвертора, а выходы соединены соответстванно с первым и вторым счетными входами реверсивного счетчика, выходы трех разрядов реверсивного счетчика являются выходами формирователя коэффициента пересчета, выход четвертого разряда реверсивности счетчика через второй инвертор соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, выход переноса реверсивного счетчика соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса реверсивного счетчика.

Таблица 1

| 2 | з I 1 5 I & | 7 I 8 У 9 | Ю

11

13

{ НГ 5 | «6 1

П

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышения быстродействия при обработке больших рассогласований между углом α и кодом β в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла (СКДУ) 1, источник 2 опорного напряжения, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 3 и 4, блок 5 инверторов, блок 6 нелинейного преобразования кодов, блок 7 преобразования напряжения в частоту (ПНЧ), блок 8 выборки - хранения, блок 9 управления, коммутатор 10, усилитель 11, реверсивный счетчик 12, введены интегратор 13 и формирователь 14 коэффициента пересчета. Выходные сигналы СКДУ 1, промодулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса угла α, поступают на аналоговые входы ЦАП 3 и ЦАП 4, на цифровые входы которых поступают через блок 5 прямые и инверсные коды реверсивного счетчика 12. В суммирующем усилителе вырабатывается сигнал рассогласования между углом α и кодом N. В блоке 7 вырабатываются импульсы с частотой, пропорциональной выходному напряжению интегратора 13. Выходные импульсы блока 7 ПНЧ поступают на вход реверсивного счетчика 12. В зависимости от величины выходного напряжения интегратора 13 блок 14 вырабатывает код коэффициента пересчета реверсивного счетчика 12, изменяя при этом скорость отработки угла поворота и разрешающую способность преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 2 табл.

1 а С л и ц а 2

fli-Mp

m-Dp

tze 7T#/f-7j/2tt

Фиг.5