Способ преобразования перемещения в код и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками, в системах управления телескопами.

Цель изобретения - повышение точности преобразования перемещения в код.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для преобразования перемещения в код1, на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство для преобразования перемещения в код содержит измерительный диск 1, индикаторный диск 2, источник 3 излучения, фотоприемники

4-7, дифференциальные усилители 8.9

i

аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, регистр 11, блок 12 сравнения, формирователь 13 импульсов, блок вычитания кода, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 14, блоки преобразования кода, выполненные в виде постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)

о

оэ

-J

К

О

15, 16, инвертирующий усилитель 17, коммутатор 18, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 19 и 20, сумматор 21 и блок 22 формирования кода. Измерительная дорожка измерительного диска 1 выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, образующих растр.

Устройство для преобразования пе- ремещения в код реализует способ преобразования следующим образом.

При перемещении измерительного А диска 1 относительного индикаторного диска 2 излучение источника 3, модулированное сопряжением растра измерительного диска 1 со щелями индикаторного диска 2, попадает на фотоприемники 4-7. Так как щели индикаторного диска 2 сдвинуты друг относительно друга на величину W(k+ Н/4), где W - шаг растра, k - целое число, то на выходах фотоприемников 4-7 формируются гармонические сигналы, сдвинутые друг относительно друга на величину, близкую к и/2, поступающие на входы дифференциальных усилителей 8, 9, на выходах которых формируются симметричные относительно нуля первый и второй аналоге- вые электрические сигналы U sinQ и Umcos(0 ±Ц) (фиг.2), где Um- амплитуда сигнала, Q - фазовый угол, соответствующий перемещению (в данном случае он равен углу поворота в пределах шага растра измерительного диска 1), Ц - фазовый сдвиг, обусловленный технологическими погрешностями, такими, как несоосность центра индикаторного диска 2 с осью враще- ния, биение измерительного диска 1, неточности изготовления дисков 1,2.

Допустим, что в конкретном случае второй аналоговый электрический сиг-- нал отстает по фазе от идеального на величину Lf , т.е. он равен Umcos(0 - Ц) . Этот сигнал преобразуют с помощью АЦП 10 в код NX Кмаксси8(6 - Cf) , где NMQKC - максимальный код на выходе АЦП 10. Одновременно первый и второй аналоговые электрические сигналы сравниваются в блоке 12 сравнения и в моменты их равенства (углы в, и б на фиг. 2) формирователь 13 формирует импульс записи, по которому в регистр 11 запи

N значению второго

соответствующий аналогового электрического сигнала Um cos (0 -If). В

n Q

ПЗУ 14, кону )

запрограммированном по за5

5

0

N; - N; - NV

где N - код, соответствующий функции

л/л ,

arcsin У,

N - код, соответствующий функции arccus(0 +(0),

по значению кода Мх формируется код N(, соответствующий сдвигу фаз Ц), обусловленному технологическими погрешностями. Код Ny) в ПЗУ 15 преобразуется в код, соответствующий функции

Гт 1 гДе выражением cus Nfn

cos

обозначен код, соответствующий costf, а в ПЗУ 16 код Nqj преобразуется в код, соответствующий функции tg NU, где выражением tg Nq обозначен код, соответствующий tgtp. Первый аналоговый электрический сигнал инвертирующим усилителем 17 преобразуется в третий аналоговый электрический сигнал, который вместе с первым поступает на информационные входы коммутатора 18, на управляющий вход которого поступает логический сигнал с выхода знакового разряда ПЗУ 14, который равен нулю при Мц, 0 и единице при . В рассматриваемом случае , так как Q -(0-(J) Cf О,

Поэтому на управляющем входе коммутатора 18 будет присутствовать сигнал логической 1, пропускающий на вход третий аналоговый электрический сигнал с выхода инвертирующего усилителя 17, т.е. , поступающий на аналоговый вход ЦАП 19, на цифровые входы которого с выходов ПЗУ 15 поступает код tg N(p, соответствующий tgU . При этом на выходе ЦАП

19 формируете пятый аналоговый электрический сигнал

X tg tf.

Второй аналоговый электрический сигнал Umcus(0-t) с выхода дифференцированного усилителя 9 поступает на аналоговый вход ЦАП 20, на цифровой вход которого поступает код с выхода ПЗУ 16 и формируется четвертый аналоговый электрический сигнал

-Um sin 0

U

ЦАПа

(e-cf)

Сигналы с выходов ЦАП 19, 20 и сигнал -С) с выхода дифференциального усилителя 9 поступает на входы сумматора 21, на выходе которого формируется шестой аналоговый электрический сигнал

( +iy:«eO-(f) (-1-jj,- 1)-Umsin0 tgC| U cosfi.

Таким образом, на выходе сумматора 21 формируется сигнал, сдвинутый относительно первого аналогичного сигнала на /fi /2. В том случае, когда фазовый сдвиг второго аналогового / сигнала равен нулю (Cf 0), код К(л на выходе ПЗУ 14 равен нулю. Следовательно, равны нулю коды на выходах ПЗУ 15, 16 и соответственно напряжение на выходах ЦАП 19, 20. Поэтому на входы сумматора 21 и на вход блока 22 формирования кода поступает сигнал U cosfi. В случае, когда фазовый сдвиг второго аналогового электрического сигнала положителен, т.е. он равен Umcus(8- + (|) (фиг. 2), на выходе знакового разряда будет присутствовать сигнал логического О на выход сумматора 18 пройдет-первый аналоговый электрический сигнал U sin 8с выхода дифференциального усилителя 8.

Следовательно, на выходе ЦАП 19 сформируется сигнал

и,

Um sin&tgtf,

ЦАгн

тогда на выходе сумматора 21 сформируется сигнал

.cus(0-KJ) +U cos (Q +(Й (-Цт -1) + г. hi т m i cosu

tglj Umcus0.

Сигналы IL.CUS 0 с выхода сумматора

Л

21 и U :зтО с выхода дифференциального усилителя 8 поступают на блока 22 формирования кода, на выходах которого формируется код, соответствующий перемещению. Блок 22 формирования кода представляет собой известный преобразователь синусно- косинусных сигналов в код и выполнен по принципу следящего уравновешивания.

Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют из сигналов с фазовым сдвигом, отличным от /ii/2, автоматически сформировать гармонические сигналы, сдвинутые строго на 1Г/2, что приводит к повышению точности.

0

5

5

Формула изобретения

Способ преобразования перемещения в код, основанный на преобразовании перемещения в первый и второй аналоговые электрические сигналы, сдвинутые друг относительно друга на угол

(Г/2 + tf, - фазовый сдвиг, обусловленный технологическими погрешностями, формировании третьего аналогового электрического сигнала, сдвинутого относительно первого аналогового электрического сигнала на угол Г , преобразовании второго аналогового электрического сигнала в код Мд, соответствующий функции сиз ( & + СР) , где 0 - фазовый угол первого анало- 0 гового электрического сигнала, соответствующий перемещению и формированию кода перемещения, о т л и ч a join, и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, сравнивают первый и второй аналоговые электрические сигналы между собой, код Ny, соответствующий моменту их равенства, преобразуют в код Ктх , соответствующий функции arcsinO , и в код N, соответствующий функции arccus(Q +Cf), вычитанием кода Ny кода N у формируют код NQ, который преобразуют в код Nq,, соответствующий

функции (---- - 1), ив код NJ., соответствующий функции tg(/), формируют четвертый аналоговый электрический сигнал, пропорциональный произведению кода N(oи второго аналогового электрического сигнала, формируют пятый аналоговый электрический CHI- нал, пропорциональный произведению кода NJ,, первого аналогового электрического сигнала при отрицательном значении кода и произведению кода Njn и третьего аналогового электрического сигнала при положительном значении кода NH,, формируют шестой аналоговый электрический сигнал, пропорциональный сумме второго, четвертого и пятого аналоговых электрических сигналов, а формирование кода перемещения осуществляют преобразованием в код первого и шестого аналоговых электрических сигналов.

2. Устройство для преобразования перемещения в код, содержащее источник излучения, оптически соединенный через растр измерительного диска,

5

0

5

0

5

и расположенные на расстоянии W(k + + 1/4), где W - шаг растра измерительного диска, k - целое число, щели индикаторного диска с первым и вторым фотоприемниками, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, выход первого из которых непосредственно и через инвертирующий усилитель соединен с информационными входами коммутатора, третий и четвертый фотоприемники, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения, первый блок преобразования кода и блок формирования кода, отличающее- с я тем, что, в него введены блок вычитания кода, второй блок преобразования кода, два цифроаналоговых преобразователя, сумматор, формирователь импульсов и регистр, третий и четвертый фотоприемники установлены против соответствующих щелей индикаторного диска, выход первого дифференциального усилителя соединен с первым входом блока формирования

кода и с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго дифференциального усилителя, который соединен с аналоговым входом первого цифроаналогового преобразователя, первым входом сумматора и входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соедийены с информационными входами регистра, выход блока сравнения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом записи регистра, выходы которого соедийены с входами блока вычитания кода, знаковый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, выход которого соединен с аналоговым входом второго цифроаналогового преобразователя, числовые выходы блока вычитания кода соединены с входами первого и второго блоков преобразования кода, выходы которых соединены с цифровыми входами соответственно

первого и второго цифроаналоговых

преобразователей, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока

Формирования кода.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками, в системах управления телескопами. Целью изобретения является повышение точности преобразования перемещения в код. Цель изобретения достигается з.а счет исключения влияния технологических погрешностей, таких как несоосность центра индикаторного диска и оси вращения, биение измерительного диска, неточность изготовления дисков, которые приводят к отклонению фазового сдвига между первым и вторым аналоговыми электрическими сигналами, снимаемыми с дифференциальных усилителей, от идеального значения, равного 1JV2. Для этого в процессе преобразования из первого и второго аналоговых электрических сигналов формируют шестой аналоговый электрический сигнал, сдвинутый относительно, первого аналогового электрического сигнала строго Hafr/2, из этих двух сигналов формируют код перемещения. 2 ил. I- . U9 (Л

Фиг.1

UmCQSB

Фиг. 2