Преобразователь кода в угловое положение вала Советский патент 1989 года по МПК H03M1/66 

4

QD СО СП

12 частоты. Импульсы с первого выхода генератора 1 постзппают на вход СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла поворота. Старшие разряды входного кода управляют коммутацией в селекторе 3, а младшие разряды входного тригонометрического кода перемножаются в ЦАП 4 с большими по модулю выходными сигналами селектора 3, В блоке 5 сравнения вырабатывается сигнал рассогласования между входным кодом и углом поворота СКВТ 2, В усилителе 7 формируется сигнал о наличии и знаке рассогласования между входным кодом и углом, В зависимости от выходного сигнала усилите

ля 7 формирователь 10 вырабатьшает импульсы с дискретно изменяющейся частотой. Формирователь 11 вместе с делителем 12 частоты выполняют функции цифрового фильтра, зт 1еньшая случайную составляющую погрешности преобразователя. Компенсация изменения напряжения смещения дифференциального усилителя 7 рс тцествляет- ся блоком 8 путем измерения напряжения смещения в паузе ме жду импульсами питания СКВТ 2 и суммирования измеренного напряжения смещения с входным сигналом во время действия импульса питания, 2 з,п,ф-лы, 2 ил,, 1 табл.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств с исполнительными устройствами. Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих погрешности. Для этого в преобразователь кода в угол поворота вала, содержащий генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октантов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, блок 5 сравнения, дифференциальный усилитель 7, формирователь 9 зоны равенства, формирователь 11 сигналов рассогласования, шаговый привод 13, первый 14 и второй 15 регистры, введены фильтр 6 верхних частот, блок 8 компенсации, формирователь 10 импульсов и делитель 12 частоты. Импульсы с первого выхода генератора 1 поступают на вход СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла поворота. Старшие разряды входного кода управляют коммутацией в селекторе 3, а младшие разряды входного тригонометрического кода перемножаются в ЦАП 4 с большими по модулю выходными сигналами селектора 3. В блоке 5 сравнения вырабатывается сигнал рассогласования между входным кодом и углом поворота СКВТ 2. В усилителе 7 формируется сигнал о наличии и знаке рассогласования между входным кодом и углом. В зависимости от выходного сигнала усилителя 7 формирователь 10 вырабатывает импульсы с дискретно изменяющейся частотой. Формирователь 11 вместе с делителем 12 частоты выполняют функции цифрового фильтра, уменьшая случайную составляющую погрешности преобразователя. Компенсация изменения напряжения смещения дифференциального усилителя 7 осуществляется блоком 8 путем измерения напряжения смещения в паузе между импульсами питания СКВТ 2 и суммирования измеренного напряжения смещения с входным сигналом во время действия импульса питания. 2 з.п. ф-лы, 2ил.

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной т.ехнике и может быть использовано для связи цифровых вычислительных устройс гв с исполнительными устройствами.

Целью изобретения является повьше ние точности преобразователя путем уменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих погрешности.

На фиг, 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 временная диаграмма его работы.

Преобразователь кода в угловое положение вала содержит генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октан тов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, блок 5 сравнения, фильтр 6 верхних частот, дифференциальный усилитель 7, блок 8 компенсации, формирователь 9 зоны равенства, формирова тель 10 импульсов, формирователь 11 -сигналов рассогласования, делитель 12 частоты, шаговый привод 13, первый 14 и второй 15 регистры. Блок 8 компенсации содержит делитель 16 напряжения, ключи 17 и 18, запоминающий элемент 19 и токоограничива- ющий элемент 20,. Формирователь 11 сигналов рассогласований содержит регистр 21 элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 22, формирователи 23 и 24 временных интервалов.

Преобразователь работает следуг гадим образом.

5

0

0 д

0

Импульсы с периодом Т с первого выхода генератора 1 (фиг, 2а) поступают на обмотку возбуждения СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла d поворота вала СКВТ 2,

Старшие разряда входного кода с выхода регистра 14 поступают на цифровые входы селектора 3 октантов, в котором производится коммутация выходных обмоток СКВТ 2. С выхода селектора 3 на входы ЦАП 4 и блока 5 сравнения поступают ра знополярные импульсы в соответствии с таблицей. При этом на аналоговый вход ЦАП 4 поступают большие по модулю импульсы.

На цифровые входы ЦАП 4 с выхода регистра 15 поступает входной тригонометрический код младших разрядов tgtf или ctgif , из которых выбирается тот, абсолютная величина которого меньше 1, Просуммированные на блоке 5 сравнения выходные сигналы селектора 3 и ЦАП 4 дают выходной сигнал и, пропорциональньш значению sin( d- ф,

Выходной сигнал блока 5 через фильтр 6 верхних частот (фиг, 2д) подается на первый вход усилителя 7, Фильтр 6 имеет такие параметры, чтббы без искажения пропускать полезный сигнал, соответствующий длительности импульса питания цьл,, Через него не проходят низкочастотникающие на тракте измерения и пре- образования от СКВТ 2-до блока 5 сравнения, В частности, при соответствующем значении временных параметров импульсов питания эффективно могут ослабляться сетевые помехи.

На второй вход усилителя 7 с выхода блока 8 компенсации подается напряжение Ug, определяющее величину зоны равенства 4 с/ , в которой система регулирования блокирует перемещение привода, фиксируя достижение заданного угла. Зона определяется двумя разнополярными напряжениями, симметричными нулю. Эти напряжения поступают на второй вход усилителя 7 от формирователя 9 зоны равенства (фиг. 2е) через замкнутый во время такта 18, делитель 16 напряжения, выполненньй на резисторах, и запоминающий элемент (конденсатор) 19. Формирователь 9 управляется импульсами с второго выхода генерато- 25 и прошедшего через фильтр 6: частота ра 1 (фиг. 26). Постоянная времени равна нулю при отрицательном значении цепи, состоящей из конденсатора 19 .напряжения U,, если это напряжение и входного сопротивления усилителя 7, находится за пределами зоны равен- намного превьппает длительность пе- ства ( ( tf - Ч ), сигнал сравнения риода Т, что позволяет считать, что ЗО Меньше), частота равна fмим 1/Т, напряжение на конденсаторе 19 остается неизменным в течение такта цзм« Следовательно, напряжение на втором входе усилителя равно сумме напряжеесли напряжение U , положительное и находится вне зоны равенства (d ( Cf + & if) t сигнал Больше), и частота равна f р 1/2Т д,о,кс/2

если напряжение U , положительное и находится вне зоны равенства (d ( Cf + & if) t сигнал Больше), и частота равна f р 1/2Т д,о,кс/2

НИИ и на выходе делителя 16 и на- , (чередуются периоды с импульсом и

пряжения и на конденсаторе 19.

Диапазон напряжений зоны равенства (фиг. 2д) обозначен штрихпун- ктирными линиями, а напряжения зоны равенства, с которыми на усилителе 7 сравнивается напряжение U фильтра 6 в определенном периоде Т в такте CHJ,, представлены сплошной линией. Когда напряжение, подаваемое на первый вход усилителя 7 с фильтра 6, находится за пределами зоны равенства, выходные сигналы усилителя 7 в конце такта, Сиг|и(когда считывается этот сигнал) остаются одинаковыми по знаку в смежных периодах питания положительными при

а у ( (jf+ u(f) и отрицательными при

0 () (фиго 2ж).

Выходной сигнал усилителя 7 побез него), если напряжение на выходе фильтра 6 находится в зоне равенства ((Ц-асс) 4 о (cf+лц), сигнал Равно)о

40 Такие фиксированные значения частот могут быть получены только при полном отсутствии помех в сравниваемых сигналах и в узлах их преобразования о В реальных условиях

45 из-за наличия помех различным зонам сигнала сравнения соответствуют определенные диапазоны частот. Блок усреднения является цифровым фильтром, служащим для выделения этих

50 диапазонов частот. Работа синхронизируется импульсами с вьгхода делителя 12 частоты.

Делитель 12 частоты формирует тактирующие импульсы шагового привода 13 ступает на информационный вход форми- путем деления на коэффициент N час- рователя 10импульсов, Этот формиро- тоты импульсов, поступаюп1их с второ- ватель перед началом каждого импуль- го выхода генератора 1, т.е. на од- са питания (в конце паузы) импульса- ном периоде тактирующих импульсов ми с третьего выхода генератора 1 Тцп размещается целое число пар пеное состояние. В конечной части импульса питания, соответствующей зоне экстремальных значений выходных сигналов СКВТ, передним фронтом импульса с четвертого вьгхода генератора 1 (фиг о 2г) в формирователь 10 заносится единица при положительном выходном напряжении усилителя 7 и нуль при отрицательном. Такой режим работы формирователя 10 ведет к формированию импульса в том периоде Т, в котором в момент считьгаания

на усилителе 7 положительное напряжение, и к отсутствию импульса при отрицательном напряжении на выходе усилителя 7. Следовательно, по частоте (числу импульсов на фиксированном интервале времени) на выходе формирователя 10 (фиг. 2и) можно судить о величине (по отношению к зоне равенства) и знаке сигнала сравнения и , сформированного в блоке 5

и прошедшего через фильтр 6: частота равна нулю при отрицательном значении .напряжения U,, если это напряжение находится за пределами зоны равен- ства ( ( tf - Ч ), сигнал сравнения Меньше), частота равна fмим 1/Т,

и прошедшего через фильтр 6: частот равна нулю при отрицательном значен напряжения U,, если это напряжение находится за пределами зоны равен- ства ( ( tf - Ч ), сигнал сравнения Меньше), частота равна fмим 1/Т

если напряжение U , положительное и находится вне зоны равенства (d ( Cf + & if) t сигнал Больше), и частота равна f р 1/2Т д,о,кс/2

(чередуются периоды с импульсом и

(чередуются периоды с импульсом и

без него), если напряжение на выходе фильтра 6 находится в зоне равенства ((Ц-асс) 4 о (cf+лц), сигнал Равно)о

Такие фиксированные значения частот могут быть получены только при полном отсутствии помех в сравниваемых сигналах и в узлах их преобразования о В реальных условиях

из-за наличия помех различным зонам сигнала сравнения соответствуют определенные диапазоны частот. Блок усреднения является цифровым фильтром, служащим для выделения этих

диапазонов частот. Работа синхронизируется импульсами с вьгхода делителя 12 частоты.

Делитель 12 частоты формирует такриодов Т (обычно 10-50). Тактирующий импульс привода вызьюает поворот двигателя на один шаг и соответствующее изменение угла поворота вала, который остается неизменным до следующего импульса. Между периодом Т и периодом Т питающего напряжения выдерживается соотношение Тц/п 2NT,

Цикл усреднения блока 11 совпада- ет с периодом тактирующих импульсов привода 13, т.е. усреднение производится в том промежутке времени, когда положение вала и связанного с ним ротора СКВТ 2 неизменно. Выход- ной импульс делителя 12 частоты поступает на запускающие входы формирователей 23 и 24 временных интервалов, устанавливая их в единицу. На выходе формирователей 23 и 24 появ- ляется нуль тогда,когда число импульсо на счетном входе, появившихся после запускающего импульса, достигло заданного значения. Если в промежутке между запускающими импульсами число счетных импульсов меньше заданного, выход формирователя 23 (24) останется в единице. Соотношения коэффициентов передачи формирователей 23 и 24 в преобразователе выбраны таким образом, что если в период между импульсами делителя 12 с. формирователя 10 на счетные входы формирователей 23 и 24 поступит более 1,5N импульсов, то оба формирователя 23 и 24 перейдут в состояние О к концу цикла усреднения, а на выходе элемента 22 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ устано- вится нуль.

Очередной импульс с делителя 12 частоты передним фронтом на строби- рующем входе регистра 21 занесет в него нуль с выхода формирователя 23 (выход знака), что соответствует сигналу сравнения Больше, и нуль с выхода элемента 22 (выход равенства) , что соответствует сигналу Неравенство. Цри этом на выходе регистра 2 формируется управляющий код, задающий шаговому приводу 13 движение назад (направление уменьшения угловых показаний).

Если за время цикла усреднения на счетные входы формирователей 23 и 24 поступит число импульсов более 0,5N, но менее 1,5N, то к концу цикла формирователь 23 установится в Нуль, формирователь 24 останется в состоянии 1, а на выходе элемента

Q 5 0 5 0

д с

0

5

25 установится единица (сигнал Равно), Сигнал Равно, зафиксированный по окончании цикла усреднения в регистре 21, вызовет останов привода.

В том случае, когда за время цикла, усреднения на блок 11 поступит счетных импульсов меньше 0,5N, оба формирователя 23 и 24 останутся в единичном состоянии. В результате в конце цикла усреднения по входу знака реверса в регистр 21 занесется сигнал 1 (Меньше), а по другому входу сигнал О (Неравенство), формируемый на выходе элемента 22. Это приведет к передаче на привод 13 управляющего кода, задающего вращение вала вперед (направление увеличения угловых показаний).

Рассмотренные преобразования сигналов СКВТ использовали ту часть периода Т, в которой существовал импульс питания (такт Оузи) Пауза между этими импульсами используется для компенсации напряжения смещения Uj,, дифференциального усилителя 7, выполнякнцего функции компаратора для зоны равенства, что позволяет существенно уменьшить соответствующую составляющую погрешности преобразователя. Компенсация осуществляется путем запоминания на конденсаторе 19 напряжения U, которое формируется прр 100% отрицательной обратной связи на выходе усилителя 7 при нулевых входных сигналах. Запоминание Ug производится в конечной части паузы между импульсами питания в такте коррекции f под управлением импульсов с третьего выхода генератора 1 (фиг. 2в). Эти импульсы, поступая на ключ 18, размыкают его и устанавливают на его выходе нулевой сигнал, поступающий на второй вход усилителя 7 через делитель 16 напряжения. При этом в конце паузы между импульсами питания, когда производится запоминание UCN, сигнал на первом входе усилителя 7 имеет нулевой уровень. Одновременно импульсы с третьего выхода генератора 1, воздействуя на ключ 17, приводят к замыканию выхода усилителя 7 с его вторьм (инвертирующим) входом через резистор 20-, которьй выбирается из условий устойчивости усилителя в таком режиме. При этом на выходе усилителя 7, охваченного 100%-обратной связью, устанавливается напряжение U,

CM

которое

через ключ 17 и резистор 20 поступа-. ет на один из выводов замыкающего конденсатора 19, другой вьшод которо- го занулен через низкоомньи резистор делителя 16, Параметры резисторов делителя 16 и конденсатора 19 выбраны такими, чтобы за время Г заряд конденсатора 19 выходным напряжением усили- Q теля 7 завершился, В результате на конденсаторе 19 установится текущее

15

выход блока сравнения через фильтр верхних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход, формирователя зоны равенства, третий выход генератора и выход дифференциального усилителя соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока компенсации, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя, третий и четвертый выходы генератора соединены.с соответствующими входами формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов рассогласования, второй выход генератора через делитель частоты соединен с вторым входом формирователя сигналов рассогласования и входом шагового привода,

значение напряжения U.,.,, Это напряL /VI

жение, присутствуя на входе усилителя 7 в остальной части периода Т, компенсирует дрейфовую составляющую его погрешности, В паузе следующего периода Т такт коррекции повторяется, обновляя напряжение компенсации дрейфа,20

Таким образом, в преобразователе осуществляется уменьшение аддитивной и случайной составляющей погрешности, что определяет повьш1ение точности преобразователя в целом,25

Формула изобретения

первый выход которого соединен с входом синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходы которого соединены с аналоговыми входами селектора октантов, цифровые входы селектора октантов подключены к выходам первого регистра, первый и второй выходы селектора октантов соединены с обшей шиной, а третий и четвертый выходы - соответственно с первым входом блока сравнения и с аналоговым Входом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого подклю.чены к выходам второго регистра, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, второй выход генератора соединен с входом формирователя зоны равенства, дифференциаль- ньй усилитель, формирователь сигнаг лов-рассогласования, выходы которого соединены с группой входов шагового привода, кинематически соединенного с валом синусно-косинусного вращающегося трансформатора, о t л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок компенсации, фильтр верхних частот, формирователь импульсов и делитель частоты.

35

40

45

50

55

соответственно первым, вторым и третьим входами блока компенсации, выход первого ключа соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с входом запоминающего элемента, выход запоминающего элемента является выходом блока компенса- ции и соединен с одним выводом токо- ограничивающего элемента, другой вывод которого соединён с выходом второго ключа, -а управляющий вход второго ключа соединен с управляющим входом первого ключа,

Зо Преобразователь по п. 1, о т- личающийся тем, что формирователь сигналов рассогласования содержит первый и второй формирователи временных интервалов, элемент ИСКПКЬ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ и регистр, первый и второй входы первого формирователя временных интервалов являются соответственно первым и вторым входами формирователя сигналов рассогласования и соединены с соответствующими входами второго формирователя временных интервалов, выходы первого и второго формирователей временных интервалов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧЛК1)1ЕЕ ИЛИ, выход которого и выход первого

5

0

5

0

5

соответственно первым, вторым и третьим входами блока компенсации, выход первого ключа соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с входом запоминающего элемента, выход запоминающего элемента является выходом блока компенса- ции и соединен с одним выводом токо- ограничивающего элемента, другой вывод которого соединён с выходом второго ключа, -а управляющий вход второго ключа соединен с управляющим входом первого ключа,

Зо Преобразователь по п. 1, о т- личающийся тем, что формирователь сигналов рассогласования содержит первый и второй формирователи временных интервалов, элемент ИСКПКЬ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ и регистр, первый и второй входы первого формирователя временных интервалов являются соответственно первым и вторым входами формирователя сигналов рассогласования и соединены с соответствующими входами второго формирователя временных интервалов, выходы первого и второго формирователей временных интервалов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧЛК1)1ЕЕ ИЛИ, выход которого и выход первого

149950012

формирователя временных интервалов го формирователя временных интервасоединены с информационными входами регистра, синхронизирующий вход которого соединен с вторым входом перволов, а выходы регистра являются выходами формирователя сигналов рассог ласования.

fffum

СОСУТ7/ЮШ6

, Редактор И, Шулла

Составитель А.Смирнов. Техред м.Дидык

Заказ 4707/55

Тираж 884

РНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ПЗОЗЗ; Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

лов, а выходы регистра являются выходами формирователя сигналов рассогласования.

(Оог.1

Корректор Т.Колб

Подписное