Двухотсчетный преобразователь угол - код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в ци1)ровых системах автоматического, управления манипуляторами,: роботами и в измерительной технике для преобразован я угла поворота вала в цифровой код.

Цель изобретения - расширение оР- Ла(:ти применения путем осушествления фазовой автоподстройки тока в обмотках точного отсчета датчика угла.

I На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - функциональная схема корректора фазы; на фиг.З - схема блока запитки датчика.

Преобразователь содержит генератор I импульсбв, делитель 2 частоты, счетчик 3, первый формирователь 4 импульсов, корректор 5 фазы, блок 6 запитки датчика, двухотсчетный синус- но-цосинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 7, второй формирователь 8 импульсов, фильтр 9, первый нуль- орган 10, первый блок 11 синхронизации, регистр 12 точного отсчета (ТО), ече.тчик. 53 грубого отсчета (Г0),вто- |)ой нуль-орган 14, второй блок 15 синхронизации, блок 16 согласования и синхронизации и выходной регистр 1 7.

Корректор. 5 фазы включает первый датчик 18 тока, первый нуль-орган 19, первь1й фазовый детектор 20, второй датчик 21 тока,, второй нуль-орган 22, второй фазовый детектор 23, с первого по четвертый кйючи 24-27 два делителя 28 и 29 частоты.

, Блок 6 запитки датчика содержит управляемый аттенюатор 30, первый фильтр 31, первый усилитель 32 мощности, элемент 33 сравнения, второй усилитель 34 мощности, второй фильтр 35 и интегрирующий усилитель 36.,.

Преобразователь работает следукз- щим образом.

Стабильная по частоте последовательность прямоугольных импульсов f.д, вырабатьшаемая генератором 1 импульсов (см. фиг.1), поступает иа входы делителя 2 частоты и В горого формирователя 8 импульсов. Второй формирователь 8 импульсов формирует из входных прямоугольных импульсой две последовательности выходных коротких импульсов, поступающих в корректор 5 фазы, на входы д, е (см. фиг.2). Частоты следования этих импулвсов совпадают с частотой сигнала f , а фазы сдвинуты одна относительно дру15 по фазе на 90 и поступающих на входы в, г корректора 5 фазы (см.фиг.2). Частота опорных меандров соответствует частоте переключения старшего разряда п счетчика 3 и равна частоте

20 питающих напряжений СКВТ 7.

Корректор 5 фазы и блок 6 запйтки датчика совместно представляют собой систему стабилизации фаз тоКов в обмотках точного отсчета СКВТ 7 с

- Одновременной стабилизацией амплитуд питающих напряжений СКВТ 7. На входы а и б корректора 6 фазы поступают токи, протекающие по входным обмоткам точного отсчета СКВТ 7. Фазы токов

30 во Входных обмотках точного отсчета СКВТ 7 Определяются фазами питающих- напряжений, формируемых блоком 6 за- питки датчика из выходных меаКдров. корректора 5 фазы. Корректор 5 фазы

35 формирует входные меандры для устройства 6 запитки датчика таким образом, чтобы обеспечивалось равенство фаз токов в обмотках точного отсчета с фазами опорных меандров, поступающих

40 из первого формирователя 4 импульсов.

гой на 180 . 2 частоты пониНазначением блока 6 запитки датчика являются формирование синусоидальных напряжений питания СКВТ 7 Из

чтобы за период работы преобра- входных меандров и стабилизации ам- зователя счетчиком 3 была сформирова- плитуд этих напряжений, на кодовая маска определенной разряд- Сигналы с выходных обмоток СКВТ 7,

жает частоту сигнала f до частоты сигн апа frt, которая выбирается такой,

. .-

кости N. С выхода делителя 2 частоты импульсы f поступают на вход двоичного счетчика 3, на вьтходах которого формируется временная кодовая маска. Число N (-O.i.n) выходных разрядов счетчика 3 определяется ко11кретным применением двухотсчетного преобразователя угол - код. Сформированная кодовая маска подается на вход параллельной записи регистра 12 ТО и вход параллельной записи счетчика 13 ГО. Причем пи входы параллельной записи

несущие информацию об угле поворота ci входного вала СКВТ 7 в виде фазе- вых сдвигов относительно питающих напряжений, поступают с обмотки грубого отсчета на второй нуль-орган 14, - с обмотки точного отсчета - на фильтр 9 и затем на первый нуль-орган 10. Первый 10 и второй 14 нуль-органы фор- мируют из входных синусоидальных сигналов прямоугольные импульсы, фронты, которых соответствуют моментам перехода входных сигналов через ноль.

1496606

регистра 12 ТО поступают асе N разрядов кодовой, маски, а на вход параллельной записи счетчика 13 ГО разряды с Пр по п, при этом

log

г. .р

где K-jp - коэффициент электрической редукции двухканального СКВТ 7.

Старшие два разряда (п-1) ti с выхода счетчика 3 подаются также на первый формирователь 4 импульсов, который обеспечивает формирование двух опорных меандров, взаимно сдвинутых

по фазе на 90 и поступающих на входы в, г корректора 5 фазы (см.фиг.2). Частота опорных меандров соответствует частоте переключения старшего разряда п счетчика 3 и равна частоте

питающих напряжений СКВТ 7.

Корректор 5 фазы и блок 6 запйтки датчика совместно представляют собой систему стабилизации фаз тоКов в обмотках точного отсчета СКВТ 7 с

Одновременной стабилизацией амплитуд питающих напряжений СКВТ 7. На входы а и б корректора 6 фазы поступают токи, протекающие по входным обмоткам точного отсчета СКВТ 7. Фазы токов

во Входных обмотках точного отсчета СКВТ 7 Определяются фазами питающих- напряжений, формируемых блоком 6 за- питки датчика из выходных меаКдров. корректора 5 фазы. Корректор 5 фазы

формирует входные меандры для устройства 6 запитки датчика таким образом, чтобы обеспечивалось равенство фаз токов в обмотках точного отсчета с фазами опорных меандров, поступающих

из первого формирователя 4 импульсов.

входных меандров и стабилизации ам- плитуд этих напряжений, Сигналы с выходных обмоток СКВТ 7,

несущие информацию об угле поворота ci входного вала СКВТ 7 в виде фазе- вых сдвигов относительно питающих напряжений, поступают с обмотки грубого отсчета на второй нуль-орган 14, - с обмотки точного отсчета - на фильтр 9 и затем на первый нуль-орган 10. Первый 10 и второй 14 нуль-органы фор- мируют из входных синусоидальных сигналов прямоугольные импульсы, фронты, которых соответствуют моментам перехода входных сигналов через ноль.

Фильтр 9 повышает помехозащишен- ностЬ канала точного отсчета и представляет из себя активный избирательный фильтр с двойным Т-мостом в цепи обратной связи, настроенный на частоту, равную частоте питающих напряжений СКВТ 7.

Первый 11 и втйрой 15 блоки синхронизации вырабатывают из прпмо- угольйых импульсов, поступающих из первого 10 и вторрго 14 нуль-органов на входы блоков синхронизации, короткие импульсы, синхронизируемые сигналом f

L, которые поступают на входы записи регистра ТО 12, и счетчика ГО 13 и списывают из счетчика 3 в ре- гистр ТО 12 и в счетчик ГО 13 кодовую маску двоичного кода. Эти же импуль

25

сы поступают также в блок 16 согласо- 20 последовательность (пюрпыг. меппдроп, вания и синхронизации. Синхронизация сформированная первым формирователем

4 импульсов. Фазопый детектор 20 производит сравнение входного сигнала с фазой опорного меандра на входе п. Сравнение происходит один раз за период меандра и результат сравнения вырабатывается в виде импульса либо на одном выходе (при otte- режении фазы контролируемог о сигнала по отношению к опорному меандру), либо на другом выходе (при отставании фазы) . При совпаде(:ии фаз сигналы на выходах фазового детектора 20 отсутствуют. Выходные сигналы с выходов фазового детектора 20 (названные соответственно - Опережение и Отставание) поступают на одни входы первого 24 и второго 25 ключей. На другие входы этих ключей с входов д, е корректора 5 фазы поступают последовательности коротких импульсигналом f, поступающим на входы блоков синхронизации, необходима для исключения неопределенности считывания кодовой маски, вызываемой

переходными процессами в счетчике 3. Блок 16 согласования и синхронизации анализирует состояние двух старших выходных разрядов (п-1),п регистра ТО 12 и младшего выходного разряда п гд счетчика ГО 13 и вырабатывает сигналы, поступающие либо на суммирующий, либо на вычитающий входы счетчика ГО 13. По завершении согласования отсчетов блок 16 согласова- .и синхронизации формирует сигнал записи, по которому двоичный код из регистра ТО I2 и счетчика ГО 13 перепнсьюается е выходной регистр 17. На вход параллельной записи младших разрядов выходного регистра 17 поступают выходные раз.ряды 0...(п-1) из регистра ТО 12. а на вход парал- .лельнрй записи старших разрядов - выходные разряды п ...п из счетчика ГО 13.

.Более подробно работа отдельных

.узлов преобразователя рассматривается ниже.

Корректор 5 фазы (см.фиг,2) содержит два идентичных канала. Первый канал включает первый датчик 18 тока, первый нуль-орган 19, первый фазовый детектор 20, первый 24 и второй 25 ключи, второй делитель 28 частоть. Второй канал содержит узлы 21, 22, 23, 26, 27, 29. Вследствие идентич-- ности каналов описывается работа ., только первого канала.

30

35

40

45

50

55

сов: последовательность f на первый ключ 24, последовательность f на второй ключ 25.

I

Первый ключ 24:

а)При отсутствии сигнала на входе сих Нала Опережение пропускают импульсы последовательности f без изменения на выход;

б)при поступлении переднего та импульса сигнала Опережение на вход запрещает прохождение одного из импульсов последовательности i, на выход.

Второй ключ 25:

а) при отсутствии сигнала на вход{$ сигнала Отставание запрещает прохождение сигналов па выход;

Ток, прот(. Кающий пп одной ич Входных обмоток СКВТ 7, чере.з вход а корректора 5 фазы поступает на первый датчик 18 тока. Датчиком тока является РезындуктивпыГ) резистор, па котором формируется папрпжение., пропорциональное протеклющему через него току. Сформкропапиое напряжение поступает на нуль-оргпи 19, которьпЧ преобразует пходноГг сигнал п последовательность прямоугольных импульсон, фронты которых совпадают с момонтпми перехода входного напряжения через нулеб ой уровень. Полученпап последовательность импульсов поступает на вход первого фазотюго детектора 20. На вход фа-.зо1юго Д1 тгктора 20 через вход в корректора i ijuraw поступае.т

25

30

35

40

5

0

5

сов: последовательность f на первый ключ 24, последовательность f на второй ключ 25.

I

Первый ключ 24:

а)При отсутствии сигнала на входе сих Нала Опережение пропускают импульсы последовательности f без изменения на выход;

б)при поступлении переднего та импульса сигнала Опережение на вход запрещает прохождение одного из импульсов последовательности i, на выход.

Второй ключ 25:

а) при отсутствии сигнала на вход{$ сигнала Отставание запрещает прохождение сигналов па выход;

71496606

б) при поступления переднего фронта импульса сигнала Отставание пропускают на выход один из импульсов

послед,овательности f.

С выходов ключей 24 и 25 (см, фиг.2) импульсы подаются на вход второго делителя 28 частотны. Коэффициент деления этого делителя выбирается

paBHbiM отноиению частоты последова 10 работает следующим образом.

20

25

тельностей f, и f к частоте, опорных меандров, подаваемых на входы в г корректора 5 фазы. Поэтому при отсут- ствии сигналов Отставание или Опережение на выходе а корректора 5 фа- 15 зь1 присутствуют импульсы, частота следования которых совпадает с частотой опорного меандра. При этом между этими сигналами существует неопределенный, но постоянный сдвиг фаз. При поступлении единичного импульса сигнала Опережение или Отставание на входе второго делителя 28 частоты Быре-зается или добавляемся один им пульСд в результате чего фаза выходного сигнала второго делителя 28 частоты сдвигается на величину с.

360°

i ;; 9 гДй К - коэффициент деле- к ,

ния второго делителя 28 частоты (знак -« - при наличии сигнала Отставание, знак - - при наличии . сигнала Опережение). Поэтому сдвиг фаз между опорным меандром и выходным сигналом второго делителя частоты изменяется на величину ( ,

Выходной сигнал корректора 5 фазы является входным для блока 6 запитки датчика, который преобразует прямо- угольны е входные импульсы в синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте входных импульсов. Поэтому изменение фазы сигнала на выходе а корректора 5 фазы вызьюает такой же сдвиг фазы синусоидального напряжения на выходе соответствующего ка- нала блока 6 запитки датчика и, следовательно, сдвиг фазы тока во входной обмотке точного отсчета СКВТ 7.

30

35

40

45

50

Вследствие введения обратной связи (см. фиг.О путем подключения выхода входной обмотки точного отсчета СКВТ 7 к входу корректора 5 фазы осуществляется поддержание равенства j фазы тока в соответствующей обмотке СКВТ 7 фазе опорного меандра. Учитывая идентичность :обоих каналов корг ректора 5 фазы, а также то, что на

На входы а,б блока 6 зап датчика поступают последоват прямоугольных импульсов. Эти вательности, одна нёТтосредст а другая через управляемый а тор 30, поступают на первый фильтры 3J и 35. Фильтры 31 представляют собой избирател фильтры с Высокой добротност тотой квазирезонанса, равной входных последовательностей. реализуются на базе операцио усилителей, охваченных обрат сйязью через двойной Т-мост. зование фильтров позволяет в из спектра входного сигнала гармонику и сформировать тем синусоидальный сигнал с малы содержанием высших гармоник ходов фильтров синусоидальны жения поступают на первый 32 рой 34 усилители мощности, г ваются до уровня, необходимо запитки СКВТ 7.

Для получения минимальных ностей измерения, вносимых с СКВТ 7, к напряжениям запитк предъявляется требование рав амплитуд на обеих входных об Дпя выполнения этого требова блок 6 запитки датчика введе 36, 33, 30.

Элемент 33 сравнения пред собой узел сравнения амплиту значений синусоидальных напр на выходах усилителей 32 и 3 ти и вырабатывает сигн ал, пр нальный их разности. Элемент сравнения выполнен на базе в телей переменных напряжений рами, имеющими постоянную вр много раз большую периода ср мых напряжений.

Управляемый аттенюатор 30 ет изменять амплитуду импуль ступающих на фильтр 31, и те регулировать амплитуду синус го напряжения, формируемого 31 . З правление аттенюатором

8

выходах первого формирователя 4 импульсов опорные меандры взаимно

сдвинуты по фазе на 90, такой же сдвиг поддерживается между токами во входных обмотках СКВТ 7, независимо от параметров блока 6 запитки датчика, а также параметров СКВТ 7.

Блок 6 запитки датчика (см.фиг.3)

0

5

0

5

0

5

0

j

На входы а,б блока 6 запитки датчика поступают последовательности прямоугольных импульсов. Эти последовательности, одна нёТтосредственно, а другая через управляемый аттенюатор 30, поступают на первый и второй фильтры 3J и 35. Фильтры 31 и 35 представляют собой избирательные фильтры с Высокой добротностью и частотой квазирезонанса, равной частоте входных последовательностей. Фильтры реализуются на базе операционных усилителей, охваченных обратной сйязью через двойной Т-мост. Использование фильтров позволяет выделить из спектра входного сигнала первую гармонику и сформировать тем самым синусоидальный сигнал с малым содержанием высших гармоник. С выходов фильтров синусоидальные напряжения поступают на первый 32 и второй 34 усилители мощности, где Усиливаются до уровня, необходимого для запитки СКВТ 7.

Для получения минимальных погрешностей измерения, вносимых самим СКВТ 7, к напряжениям запитки СКВТ 7 предъявляется требование равенства амплитуд на обеих входных обмотках. Дпя выполнения этого требования в блок 6 запитки датчика введены узлы 36, 33, 30.

Элемент 33 сравнения представляет собой узел сравнения амплитудных значений синусоидальных напряжений на выходах усилителей 32 и 34 мощное- ти и вырабатывает сигн ал, пропорциональный их разности. Элемент 33 сравнения выполнен на базе выпрямителей переменных напряжений с фильтрами, имеющими постоянную времени во много раз большую периода сравнивав- . мых напряжений.

Управляемый аттенюатор 30 позволя-: ет изменять амплитуду импульсов, поступающих на фильтр 31, и тем самым регулировать амплитуду синусоидального напряжения, формируемого фильтром 31 . З правление аттенюатором 30 осуществляется от интегрирующего усилителя 36, на вход которого заведен выходной сигнал с элемента 33 сравнения. Интегрирующий усилитель 36 с вьтолнен на базе операционного усилителя, включенного по схеме интегратора, и обеспечивает на выходе неизменное постоянное напряжен 1е при нулевом входном сигнале. Отклонение вход-fО ного напряжения от нуля вызывает соответствующее изменение напряжения на выходе интегрирующего усилителя 36 и, . следовательно, изменение амплитуды импульсов на выходе управляемого 15 аттенюатора 30.

Таким образом, блок 6 запитки датчика обеспечивает формирование двух напряжений синусоидальной фортчы и стабилизацию равенства амплитуд. 20

Введение элемента 33 сравнения, построенного на базе ыпрямителей с большой постоянной времени, а также ус«лителя с интегрирующими свойства- ми делает блок 6 запитки датчика не- чувствительным к импульсным помехам, находящимся в линии связи, подключенной к выходу блока 6 запитки датчика.

Формула иообретения 30

J.Двухотсчетный преобразователь угол -.код, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход которого связан с входом счетчика, Двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, первый выход которого через фильтр подключен к входу первого нуль-органа, а 40 второй выход - к входу второго нуль- органа, и регистр точного отсчета, выходы которого подключены к информа- ционнь1М входам регистра, о т л и - ч а ю щ ни с я тем, что, с целью дЗ расширения области применения путем обудествления фазовой автоподстройки тока в обмотках точного отсчета датчика угла, в него введены два формирователя импульсов, корректор с-. фазы, блок запитки датчика, два блока синхронизации, счетчик грубого отсчета и блок согласования и синхронизации, выходы разрядов с О до п счетчика подключены к информациояньм „ входам регистра точного отсчета, выходы с Па до п старших разрядов счетчика связаны с информационными вхог .дами счетчика грубого отсчета, выхО7

ды (п-1),п старших рп:чрядоп (;ч -тчи- .ка подключены к входам перног-о форми рователя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с перпым и вторым Входами корректора фазы, третий, четвертый, плтый, шестой,входы которого попарно соедиЕ1ены с выходами второг О формирователя импульсов и третьим, четвертым выходами двухот счетног о симусно-коси гусного вращающегося трансформатора соответственно выходы корректора фазы подключены к входам блока запмтки датчика, выходы которого соединены с входами блока двухотсчетнЬго синусно-косннустюго вращающегосй трансформатора, выходы первого и Второго нуль-органов подключены соотЫетственно к первым входам первого и второго блоков синхронизации, вторые входы которых объединены и соединены.с выходом делителя частоты, выход первого блока синхронизации подключен к управляющему входу регистра точного отсчета и к первому входу блока согласования . и синхронизации, выход второго блока синхронизации подключен к управляющему вхочу счетчика грубого отсчета и к второму входу блока согласования и синхронизации, третий и четвертый входы которого соединены с выходами двух старших разрядов регистра точного отсчета, а пятый вход соединен с выходом младшего разряда счетчика грубого отсчета, выходы которого подключены к информационным входам старших разрядов регистра, управ- ляющий вход которого соединен с первым выходом блока согласования и синхронизации, второй и третий выходы которого подключены к входам сложения и вычитания счетчика грубого отсчета, выход генератора импульсов соединен с входом первого формирователя.

2.Преобразователь по п.), о т - личающийся тем, что корректор фазы содержит два датчика тока, два нуль-органа, два фазовых детектора, четыре ключа и два делителя час тоты, выход первого датчика тока через первый нуль-оргян подключен К первому входу первого фазового детектора, второй вход которого является . первым Входом корректора фазы, выход второго датчика тока через второй нуль-орган подключен к первому

ПХОДУ второго фазового детектора, второй вход которого является вторым входом корректора фазы, первые и вторые выходы первого и второго фазовых детекторов подключены к информационным входам Первого - четвертого ключей соответственно, управляющие входы первого и третьего Ключей .объединены и являются третьим входом корректора фазы, управляющие входы второго и четвертого ключей объединены и являются четвертым входом корректора фазы, выходы первого н второго ключей объединены и подключены к входу пер- вого делителя частоты, выход которого является первым выходом.корректора фазы, выходы третьего и четвертого ключей объединены и подключены к входу второго делителя частоты, выход которого является вторым выходом корректора 4)азы, входы первого и второго датчиков тока йвляются пятым и

шестым входами корректора фазы соот- ветственно.

3.Преобразователь по п,1, о т - личающийся тем, что запитки задатчика содержит последо- вательно соединенные управляемый аттенюатор, первый фильтр и первый усилитель мощности, выход которого подключен к первому входу элемента сравнения и ;|вляется первым выходом блока запитки датчика, выход второго фильтра через второй усилитель мощности подключен к второму вхоДу-элемента сравнения и является вторым выходом блока запитки датчика, выход элемента сравнения через интегрирующий усилитель подключен к первому вхду управляемого аттенюатора, второй вход которого является первым входом блока запитки датчика, вход второго фильтра является вторым входом блока запитки датчика.

Изобретение относится к -автоматике и вычислительной технике и может 6btTJb использовано в цифровых системах автоматического управления манипуляторами, роботами ив измерительной технике для преобразования угла пово-. рота в ци1)ровой код. Цель изобретения - р асгаирение области применения путем осуществления фазовой автоподстройки тока в- обмотках точного ртСТета датчиков угла. Преобразователь содержит генератор импульсов, три делителя частоты, два счетчика, два формирователя импульсов, корректор фазы, блок запитки датчика, двухот- счетный синусно-косинусный -вращающийся трансформатор (СКВТ), три фильтра, четыре нуль-органа, два блока синхронизации, два регистра, два фазовых детектора, блок согласования и синхронизации, управляемый аттенюатор и интегрирующий усилитель. Поставленная цель достнгается за счет того, , что вновь введенные корректор фазы и блок запитки датчика позволяют осуществить фа зов JTO автоподстройку тока в обмотках точного отсчета СКВТ одновременно с высокоточной стабилизацией амплитуд питающих напряжений, а также простое согласование с линией связи и обеспечивают малую чувствительность к помехам, проникающим на вход блока запитки .датчика со стороны линии связи. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. i V С

свдуи

/

(..:и

О-и

с±

AUHUJ сбйзи

фие.2 .

3ff

Вых. 2

Фие.З