Способ преобразования перемещения в код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Целью изобретения является повышение точности путем компенсации погрешностей высших гармонических составляющих и упрощение способа путем уменьшения вычислительных операций.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит синусно-косинус- ный датчик (СКД) 1, блок 2 преобразования синусно-косинусных сигналов в код фазы,

вычислительный блок 3 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4.

Способ преобразования перемещения в код осуществляется следующим образом.

СКД 1 преобразует перемещение в синусно-косинусные сигналы Кс,норми- рованные значения которых Us и Uc могут быть представлены следующим образом:

Us т sin Д8;(1)

Jo

Uc jp Ac,(2)

Uo

Оч

oo

о

O

о

00

где

As bso + asi sin p + bsi costp + + 32 + 02 cos + аз sin +

+ Ьзсоз 3 + a4 sin Aip+ b4 cos (3) Ac bco + aci sin p + bci cosy +

+32 Sin 2 (p+ т)+b2COS 2fy + 77) +

+ аз sin 3(# + TJ) + bscos3fy + TJ) +

+ a4sln4(y + 2) + b4COs4(p+ TJ): (4)

p реальное значение пространственной фазы сигналов СКД, пропорциональное перемещению;

Uo - номинальное значение амплитуды первой гармоники сигналов СКД;

As, Ac относительная величина искажения сигнала Us, Uc соответственно;

bso,asi,bsi,aci,bci,a2,...a4,b2....b4 - амплитуды гармонических составляющих искажений.

Здесь учтены наиболее значительные высшие пространственные гармоники (до четвертой включительно) сигналов СКД. Кроме того, принято, что искажения формы сигналов СКД этими гармониками одинаковы.

Затем определяют измеренное значение V пространственной фазы р по измеренным амплитудным значениям сигналов СКД

V р+ Ay arctg --,(5)

где А р - погрешность преобразования, обусловленная наличием искажений сигналов СКД.

При этом величина погрешности с учетом выражений (1) - (5) после соответствующих преобразований может быть в первом приближении представлена следующим образом;

2 bs1 - Эс1 + (32 - D2 - 2ЬСО) X

х sin р + (Ьг + 82 + 2bso) cos p + + (asi -bci) sin + (bsl + aci) x x cos + (32 + 34 + 02 f ) sin + + (b2 + b4 - Э2 - 34) cos 3ip + 2аз sin 4ун- + 2Ьз cos 4 p(a4 - b4) sin 5y + (a4 + + b4) cos .(6)

Затем подвергают Фурье-анализу в функции V корректирующий сигнал Us($ с выхода АЦП 4, который в функции Щ согласно выражениям (1),(3),(5),(6), можно представить следующим образом:

Os(t/fl {2bso - b2 - 32 + (4 + 3asi +

+ bci) (bsi + ari)cosi/J + 4 (2bco + 2a2 - a/j - b4) sin 2 + + (2ba - 2bso + 34 - Ы) cos ) + + (bd +2a3-asi)sin3i/ +(2b3-bsi - aci) cos 3l/J f (2a4 - 32 -b2) sin + (2b4 - 32 b2) cos 4 -2аз sin 5 -2Ьзсо8 5ty + (b4-34) Sin Щ - (34 + Ь4) .(7)

В результате выполнения дискретного преобразования Фурье (ДПФ) последова- тельности из п равномерно распределенных по периоду отсчетов функции .Us($ вычисляются коэффициенты ДПФ

А D US(V к) sin I r/v;

n , 0 „ n-1

B| rT 2n 0(V 0 cos I Vk, где V

.0

2ЯК

n

(8)

(9)

(Ю)

I-26; n 12.

Затем формируют корректирующий код в виде тригонометрического ряда и суммируют его с соответствующими фазовыми значениями if)

р V+ 2(А2 + А4 - 2В4 + ЗАб -2Be)sln V + (B2 + 2A4+ 84 + + 2Ае + ЗВе) cos V + (Аз + As) sin 2ty + + (Вз + Bs) cos 2 + (A4 + Ae +2Be) x x sin 3V + (B4 - 2Ae + Be) cos 3V4+ As sin 4V + 85 cos 4V+ Ae sin 5V+ + Be cos 5V.(11)

Справедливость полученного выражения можно обосновать следующим образом. Найденные коэффициенты ДПФ выражаются согласно выражению (7)

А2 (2ЬСО + 232 - 34 - Ь4); Аз (Ьс1 + 2аз-а51);

А4 - (2з4 - 32 - Ьг): аз.

А5 - 1

2

Аб (Ь4 - 34);

В2 {2Ь2 - 2bso + 34 - Ь4);

B3(2b3-bsl-aci);

B4(2b4 + 32-b2);

50

B5

Be - (a4 + b4).

В результате решения данной системы линейных уравнений определяются выра- жения неизвестных bso.bco.bsi + 3d, bci - asi,a2,...34,b2....b4 через известные значения коэффициентов ДПФ. Полученные выражения подставляются в формулу для внутри- шаговой погрешности А рв с учетом выражения (6)

Дуэв A Jbs1 -Эс1

(12)

Переход от полной погрешности ; внут- ришаговой необходим, чтобы исключить из рассмотрения не устраняемую этим спосо- бом крупнопериодную погрешность.

Подстановка выражения (12) в формулу для расчета значения фазы со скомпенсированной внутришаговой погрешностью, имеющую вид

р«. У - , позволяет получить искомое выражение

(11).

Вычисление коэффициентов ДПФ повторяют для каждого периода сигналов СКД, тем самым осуществляют процесс адаптивной коррекции погрешности при изменяющихся от периода к периоду составляющих искажений сигналов СКД.

Представленное на чертеже устройство для реализации способа работает следующим образом.

СКД формирует на своих выходах сигналы вида (1).(2), которые при помощи блока 2 (выполненного, например, в виде последо- вательно соединенных фазорасщепителя, блока стробируемых компараторов и дешифратора) преобразуются в код ip согласно (5), который поступает в вычислительный блок 3 по сигналу опроса, формируемому им циклически на первом управляющем выходе. При достижении выходного кода блока 2 значений, определяемых согласно (10), вычислительный блок 3 сигналом на своем втором управляющем выходе запускает АЦП 4 (построенный, например, на микросхеме К572ПВ1), который формирует очередной отсчет сигнала Us($ . передаваемый в вычислительный блок 3. По окончании прохождения очередного полного периода (при перемещении вперед или назад) вычислительный блок 3 вычисляет новые значения коэффициентов ДПФ согласно выражениям (8) и (9). Эти новые значения используются при прохождении следующего периода для вычисления искомого скорректированного значения р согласно выражению (11), выполняемого по запросу или циклически.

Окончание прохождения очередного полного периода сигналов СКД определяет- ся по скачкообразному изменению кода 1/ от максимальной его величины до минимальной (или наоборот).

В качестве вычислительного блока 3 используется однокристальная микро-ЭВМ типаКМ1816ВЕ48.

Предлагаемое техническое решение эффективно при использовании в канале точного отсчета многоотсчетного преобразователя перемещения в код с многопери- одным СКД (например, растрового фотоэлектрического типа), поскольку в нем искажения сигналов мало изменяются от периода к периоду, следовательно, значения коэффициентов ДПФ, полученные на предыдущем периоде, справедливы и для последующего периода, где они используются для коррекции.

Формула изобретения

Способ преобразования перемещения в код, основанный на преобразовании перемещения объекта в синусно-косинусные электрические сигналы, измерении амплитуды синусно-косинусных сигналов в дискретных пространственных положениях объекта, определении фазовых значений синусно-косинусных сигналов в тех же дискретных пространственных положениях, определении синусных AI и косинусных Bt коэффициентов дискретного преобразования Фурье корректирующего нормированного сигнала в функции фазовых значений на каждом периоде синусно-косинусных сигналов, формировании корректирующих кодов в виде тригонометрического ряда и их суммировании с соответствующими фазовыми значениями синусно-косинусных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения способа, выбирают в качестве корректирующего нормированный синусный сигнал, а синусный AJ и косинусный В) коэффициенты тригонометрического ряда корректирующих кодов определяют по формулам

A I 2 (А2 + А4 - 2В4 + ЗАе - 2 Be), 2 (Аз + А Б); Аз 2(А4 + А6 + 2В6); А 2As; As 2А6;

Bi 2(82+2 А4-В4+2А6 + ЗВе); 82 2(Вз + Be); Вз 2 (В4 - 2Аб - Be): B4 2В5, Bs 2Be,

где i 26 - номера гармоник корректирующего сигнала;

j 1 ,...,5 - номера гармоник тригонометрического ряда корректирующих кодов

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышения точности путем компенсации погрешностей высших гармонических составляющих и упрощения путем уменьшения . вычислительных операций, в способе преобразования перемещения в код, основанном на преобразовании перемещения в синусно-косинусные электрические сигналы, измерений амплитуды и фазы этих сигналов, определении коэффициентов дискретного преобразования Фурье корректирующего сигнала в функции фазовых значений на каждом периоде синусно-косинусных сигналов, формировании корректирующих кодов в виде тригонометрического ряда и их суммировании с соответствующими фазовыми значениями, выбирают в качестве корректирующего нормированный синусный сигнал, а коэффициенты тригонометрического ряда корректирующих кодов определяют по соответствующим формулам. 1 ил. СЛ