Устройство для выполнения обратных тригонометрических преобразований Советский патент 1989 года по МПК G06G7/22 

Btii(od

Фиг А

РО

10

Изобретение относится к вычислительной технике.

Цель изобретения - повьшение точности за счет компенсации произвольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг,2 - схема источника опорных напряжений; на фиг.З - схема блока коммутации; на фиг.4 - схема преобразователя временных интервалов в напряжение.

Устройство содержит (фиг.1) дат- ,чик I синуса и датчик 2 косинуса уг- 5 ла, первый компаратор 3, сигнал 1 на выходе которого появляется в случае, когда напряжение на втором входе вьше напряжения на первом входе, двухпороговый компаратор 4, сигнал 1 на выходе которого вырабатывается в случае, если величина входного напряжения находится в зоне значений между его порогами,вто- рой компаратор 5, .источник 6 опорных колебаний, блок 7 коммут-ации, счетчик 8, шину 9 нулевого потенциала, аналоговьй перемножитель 10,

ника 6 опорных колебаний через аналоговый перемножитель 10, на который поступают колебания генератора 12 синусоидального напряжения. Сигнал 1 с выхода двухпорогового компаратора 4 возникает, когда

О -K,U,iU« sin |- sinc,

где U, - напряжениеj с выхода преобразователя 1 1; Uj - амплитуда генератора 12 синусоидального напряжения К ,д - коэффициент передачи аналогово го перемножителя 10.

Сигнал 1 с выхода компаратора 5 возникает, когда

21Г

т

и .COS 0 K,IT,U , sin - t

20

За период изменения синусоидального, напряжения генератора 12, компа ратор 4 вырабатывает два строб-импул

са длительностью -;:; arcsin f sitio ка 25и с

где сО -----г, а компаратор 5 f-i.i i один строб-импульс длительностью

Т

f .arccos ((Tcosod , причем длительность

.л d J, vy S f /-V - ij.4.4 k u

преобразователь 11 временных интерва- .строб-импульса с выхода компаратора лов в напряжение. Источник 6 содер- жит генератор 12 синусоидального напряжения, формирователь 13 прямоугольных импульсов, импульсньй фазо4 зависит от угла , задаваемого только датчиком 1 синуса угла, а длительность строб-импульса с выхода компаратора 5 зависит от угла о( задаваемого только датчиком 2 косинуса угла.

вый дискриминатор 14, 4 1пьтр 15 нижних частот, управляемый генератор 16 импульсов, делитель 17 частоты. Блок 7 коммутации содержит элементы И 18-21, элемент ИЛИ 22, логический инвертор 23о

Преобразователь II содержит источ ник 24 положительного, и источник 25 отрицательного опорных токов, первый и второй ключи 26,27, разрядный ключ 28, операционный усилитель 29, интегрирующий конденсатор 30, фильтр 31 нижних частот, источник 32 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом, .

Напряжения синуса и косинуса измеряемого угла of поступают с выхода датчиков синуса и косинуса 2 углов на вторые входы компараторов 4 и 5 соответственно. Компараторы 4 и 5 осуществляют сравнение поступающих напряжений с значениями опорнь1Х напряжений, поступающих на первые входы компараторов 4 и 5 с выхода источ

ника 6 опорных колебаний через аналоговый перемножитель 10, на который поступают колебания генератора 12 синусоидального напряжения. Сигнал 1 с выхода двухпорогового компаратора 4 возникает, когда

О -K,U,iU« sin |- sinc,

где U, - напряжениеj с выхода преобразователя 1 1; Uj - амплитуда генератора 12 синусоидального напряжения; К ,д - коэффициент передачи аналогового перемножителя 10.

Сигнал 1 с выхода компаратора 5 возникает, когда

21Г

т

и .COS 0 K,IT,U , sin - t

За период изменения синусоидального, напряжения генератора 12, компаратор 4 вырабатывает два строб-импуль

са длительностью -;:; arcsin f sitio каждый и с

где сО -----г, а компаратор 5 f-i.i i один строб-импульс длительностью

Т

f .arccos ((Tcosod , причем длительность

.л d J, vy S f /-V - ij.4.4 k u

.строб-импульса с выхода компаратора

.строб-импульса с выхода компаратора

35

4 зависит от угла , задаваемого только датчиком 1 синуса угла, а длительность строб-импульса с выхода компаратора 5 зависит от угла о( , задаваемого только датчиком 2 косинуса угла.

С выхода источника 6 опорных колебаний 7 генерируются импульсы, частота следования которых в К раз .„ выше частоты генератора 12. Это достигается тем, что петля ФАЛ с делителем 17 представляет собой умножитель частоты импульсов, поступающих на первый вход импульсного фазового дискриминатора 14. В установившемся режиме кольцо ФАП следит за частотой импульсов с выхода формирователя 13, задаваемой генератором 12.

45 Г

Компаратор 3 вырабатывает напря- жение I, когда косинус больше синуса. Строб-импульсы с компараторов 4 и 5, импульсы с частотой следоваNOНИЛ -- и сигнал управления с выхода

компаратора 3 поступают на блок 7 коммутации, который формирует для последующего счета счетчиком 8 пачки импульсов с частотой заполнения

N

15082486

ния общего уровня сигнала с датчиков 1 и 2 или увеличения амплитуды тельностью строб-импульса.

Элементы И 18 и 19 блока 7 коммутации пропускают на свои выходы им-- и длительностью, определяемой длии вследствие нестабильности ампли- 12. Ь

туды генератора iz. Ь этом случае суммарная длительность строб-импуль сов с выхода компаратора 4 меньше дл ддительности строб-импульса с выход компаратора 5, вследствие чего исто

чNO

пульсы с частотой заполнения --только во время дейс твия строб-импульса с компараторов 4 и 5. Элементы И 20 и 21 пропускают на свои выходы сформированные пачки импульсов в зависимости от величины управляющего сигнала с выхода компаратора 3.

Пачки импульсов с выхода блока 7 коммутации поступают на счетный вход счетчика 8. За время Т между двумя обнуляюсщми импульсами счетчик В подсчитывает количество импульсов двух пачек, сформированных строб-импульсами компаратора 4, равное

N N . -;,- arcsin (c/ sin /),

(I

или одной пачки, сформированной строб-импульсом компаратора 5, равное

N -- arccos (ffcos с/).

. f

Как видно из формул, при cf 1, т.е. когда амплитуда перемножителя 10 равна амплитуде сигналов с выходов датчика 1 и 2, в конце периода счета Т счетчик 8 накопит количество импульсов, пропорциональное определенному углу ci , выраженному в радианах. При желании иметь угол с, выраженный в градусах, достаточно выбрать NJ 180. В случае равенства 1 1 суммарная длительность за период Т строб-импульсов с выхода ком паратора 4 равна длительности строб-импульса с выхода компаратора 5. За счет этого напряжение с выхода операционного Усилителя 29 за половину периода Т принимает симметричную форму. Таким образом, за время между двумя импульсами, обнуляющими интегратор, среднее значение напряжения на его выходе также равно

Uo.

Фильтр 31 за несколько .периодов счета Т выработает напряжение Uo на своем выходе.

В случае f«i 1 амплитуда сигнала синуса и косинуса с выхода датчиков 1 и 2 ч казывается меньше амплитуды синусоидального напряжения с выхода аналогового перемножителя 10. Это может случиться вследствие уменьше

ния общего уровня сигнала с датчиков 1 и 2 или увеличения амплитуды

и вследствие нестабильности ампли- 12. Ь

туды генератора iz. Ь этом случае суммарная длительность строб-импульсов с выхода компаратора 4 меньше дли- ддительности строб-импульса с выхода: компаратора 5, вследствие чего источник 24 положительного опорного тока заряжает конденсатор 30 большее время, чем источник 25 отрицательного опорного тока, подключаемый через ключ 27. За счет этого форма напряжения с выхода усилителя 29 оказывается несимметричной, а напряжение накопленное конденсатором 30 к концу половины периода Т, оказывается меньшим Uj) и вследствие отсутствия

строб-импульсов во вторую часть периода остается меньшим по величине Up до момента обнуления интегратора

в конце периода Т. Фильтр 31 вырабатывает . среднее управляющее напряжение, величина которого, тем меньше Ujj, чем больше отличны длительности строб-импульсов с компараторов 4 и 5 (чем меньше значение сГ). Таким образом, -при умножении постоянного

напряжения U меньшего уровня на

40

синусоидальное напряжение U, увеличенной амплитудь уменьшается рассогласование амплитуд с выхода перемножителя 10 и амплитуды сигналов с 25 выходов датчиков 1,2. При этом с каждым периодом Т величина рассогласования будет стремиться к нулю .,(/-).

Б случае 1 суммарная длительность строб-импульсов с выхода компаратора 4 больше длительности строб- импульса с компаратора 5, вследствие чего источник 24 положительного опор45 кого тока, подключаемый к входу операционного усилителя 29 через ключ 26, дважды за половину периода заряжает конденсатор 30. За счет этого среднее значение напряжения, нйкоп50 ленного за период Т, оказывается больше величины U, что приводит к синхронному увеличению сигнала с выхода перемножителя 10, при этом величина рассогласования ,f , как и

55 в первом случае, будет стремиться

к 1. В случае, когда cos e(sino(, -, устройство работает аналогично.

Таким c6J3a30M, аналоговый перемножитель 10, компараторы 4,5 и пре

.образователь 1 1 длительностей в напряжение образуют цепь автоматического регулирования, которая стремится свести до минимзт а величину рассогласования длительности строб-импульсов и амплитуд . сигналов с выходов датчиков 1,2 и аналогового перемножителя 10.

Возможная ошибка в измерении угла 0, возникающая в устройстве-прототипе из-за изменения амплитуды входных сигналов или амплитуды синусоидального опорного генератора, в устройстве в установившемся режиме будет све- дена до минимума. Увеличивая коэффициент усиления по петле регулирования, ее можно сделать пренебрежимо малой. Для того, чтобы-устройство успевало отслеживать измерения уров- ня входных сигналов, необходимо, чтобы постойн ная времени фильтра 31 нижних частот была.достаточно-. малой.,

Формула из обрете.ния

Устройство для выполненная Обратных тригонометрических преобразований по авт.св. № 1256051, отличающееся тем, что с целью повыше1 ия точности за счет компенса- ции произвольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса, в него введены аналоговый перемножитель и преобразователь временных интервалов в напряжение, содержащий

0

0 5

источники положительного и .отрицательного опорных токов, первьй и второй ключи, разрядный ключ, операционный усилитель, источник опорного напряжения, фильтр нижних частот, и интегрирующий конденсатор,.включенный между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом параллельно с разрядным ключом, выходы источников положительндго и отрицательного опорных токов подключены соответственно через первьш и второй ключи к инвертирующему входу операционного усилителя, выход источника, опорного напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого через фильтр нижних частот соединен с первым входом аналогового перемножителя, выход генератора синусоидального напряжения источ- - ника опорных колебаний соединен с вторым входсгм аналогового перемножителя , выход которого соединен с пер- выми входами второго и двухпорогово- го компараторов, выходы которых соединены с управляющими входа ми соответственно второго и первого ключей преобразователя временных интервалов в напряжение, а выход формирователя прямоугольных импульсов.источника опорных напряжений соединен с управляющим входом разрядного ключа преобразователя временных.интервалов в напряжение.

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации произвольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса. Устройство содержит датчик 1 синуса, датчик 2 косинуса, компаратор 3, двухпороговый компаратор 4, компаратор 5, источник 6 опорных колебаний, блок коммутации 7, счетчик 8, шину 9 нулевого потенциала, аналоговый перемножитель 10, преобразователь 11 временных интервалов в напряжение. При изменении амплитуды сигналов аналоговый перемножитель 10 компенсирует изменение. 4 ил.

нЮ

(риг. 2

arU

.Ъ „,s

orZ

Фи&Л