Преобразователь угол-код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/48 H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для автоматического измерения угловых перемещений.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счет того, что изменение состояний коммутаторов происходит параллельно по импульсу на одном из входов счетчика.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - диаграмма работы преобразователя.

Преобразователь содержит синусно-косинусный датчик 1 угла с синусным 21 и косинусным 22 выходами, инверторы 3,4, первый аналоговый коммутатор 5, второй аналоговый коммутатор 6, делитель 7 напряжения, третий и четвертый аналоговые коммутаторы 8 и 9, первый и второй компараторы 10 и 11, элемент НЕ 12, элемент И 13, генератор 14 прямоугольных импульсов, элемент И 15, первый и второй реверсивные счетчики 16 и 17, первый и второй D-тригге- ры 18, элемент 19 задержки.

Преобразователь работает следующим образом.

При повороте объекта (вала) на угол фна выходах 2.1 и2.2 датчика 1 формируются сигналы, пропорциональные соответственно sin ip и cos p (или близкие к ним). На фиг.2 сверху показаны сигналы с датчика 1, а также сигналы на выходах инверторов 3 и 4 в зависимости от угла поворота р.

Предположим, что вначале вал неподвижен, а коды на адресных входах коммутаторов 6,5,8 и 9 таковы, что при коммутациях их информационных входов пороговые уровни на первом и втором входах соответственно

О

о ел ел о

N5

компараторов 11 и 10 по отношению к опорному сигналу с выхода коммутатора 6 обеспечивают сигналы лог.О на выходах компараторов 10 и 11, т.е. опорный уровень находится между нижним и верхним порогами компараторов 11 и 10. При этом с помощью D-триггеров 18 элементы И 13 и 15 заперты и счетчик 16 не изменяет своего содержимого. Такое состояние преобразователя при данном постоянном положении вала является устойчивым.

Предположим также, что в этом исходном состоянии преобразователя разворот вала соответствует некоторому углу (фиг.2а), а на выходе счетчика 16 присутствует нулевой код. Опорный сигнал для компараторов 10,11, формируемый коммутатором 6 при нулевом коде на его адресном входе, пропорционален sin p0 , так как к выходу подключен первый информационный вход коммутатора 6. Сигнал на выходе коммутатора 5, используемый для формирования пороговых уровней компараторов 10 и 11, пропорционален - cos po (активизирован первый информационный вход коммутатора 5). Сигнал с выхода коммутатора 5 поступает на вход делителя 7 напряжения, коэффициент Кп деления n-го канала которого для рассматриваемого случая гармонических сигналов вычисляется по формуле

- (5-n), где п 1-4,

которая получена из условия равномерности шага дискретизации по углу р , В рассматриваемом случае гармонических сигналов нижний порог (сигнал, подаваемый на первый вход Компаратора 11) равен -Ki-cosЈ o - cos po, а верхний порог (сигнал на первом входе компаратора 10) равен -К2 cos ро - 0,67 cos p0. Нужные коэффициенты Кп обеспечиваются порядком подключения информационных входов коммутаторов 8 и 9 к выходам делителя 7 (см. фиг1), а выбор требуемых функциональных зависимостей для ро - подключением информационных входов коммутаторов 5 и 6.

На фиг.2а нижний и верхний пороги, соответствующие данному , изображены линиями А и В соответственно, при этом опорный уровень (sin po ) находится между этими порогами. В этом случае, как отмечалось, компараторы 10,11 формируют сигналы лог.0, элементы И 13 и 15 заперты и импульсы генератора 14 не проходят на счетные входы счетчика 16. Таким образом, до тех пор пока вал неподвижен ((р о), состояние счетчика 16 не меняется.

При движении вала опорные и пороговый сигналы изменяются согласно соответствующим функциональным зависимостям. Пока опорный сигнал находится между по- . рогами, содержимое счетчика 16 не изменя- ется. Ситуация нарушается, когда опорный сигнал пересекает один из пороговых. Например, при движении от р0 вправо по фиг.2а опорный уровень при некотором угле

0

5

0

5

р превышает верхний пороговый уровень, запирается элемент И 13 и разрешается прохождение импульса от генератора 14 через элемент И 15 на первый вход счетчика 16, при этом код на выходе счетчика 16 увеличивается на единицу в младшем разряде, что приводит к изменению состояния коммутаторов 8 и 9: к их выходам подключаются вторые информационные входы, что означает смену пороговых сигналов на втором и первом входах соответственно компараторов 10 и 11. С этого момента уровень сигнала на втором входе компаратора 10 пропорционален -Кз cos (p , а на первом входе компаратора 11 -Ка cos p . После завершения коммутаций на выходах коммутаторов 10 и 11 вновь присутствует лог. О, запирающий элементы И 13 и 15, так как опорный сигнал с выхода коммутатора 6 вновь оказывается между пороговыми сигналами с выходов коммутаторов 8 и 9. Преобразователь вернулся в устойчивое состояние (ожидание изменения разности между пороговыми и опорным сигналом), счетчик 17 зафиксировал приращение угла (его содержимое увеличилось на единицу).

При дальнейшем движении вала в том же направлении состояние преобразователя (т,е, содержимое счетчиков 16 и коммутации) изменяется в соответствии с таблицей на фиг.2,б, показывающей, в каком порядке коммутируются сигналы с выходов 2.1 и 2.2 при увеличении кода счетчика 16.

При движении вправо от р0 опорный уровень последовательно пересекает верхние пороги. Вначале содержимое счетчика 16 изменяется лишь в двух младших разрядах (коды 0,1,2 или 3), каждому такому коду соответствует определенное состояние коммутаторов 8 и 9, изменяющих пороги компараторов 11 и 10, изменяется коэффициент деления порогового сигнала, подаваемого на вход делителя 7. При увеличении содержимого счетчика 16 (начиная с 4) меняется знак опорного сигнала с выхо- да коммутатора 6 (сигнал с датчика 1 становится положительным), что приводит к необходимости смены порогового сигнала, выполняемого путем активации второго входа коммутатора 5 (на вход делителя 7 те0

5

0

5

перь подается сигнал, пропорциональный cos р).

При дальнейшем движении вала содержимое счетчика 16 изменяется последова- тельно в диапазоне , при этом меняются лишь пороговые сигналы, но уже с новым сигналом на входе делителя 7.

Начиная с кода счетчика 16, равного 8, используется новый опорный сигнал - cos р который присутствует на выходе коммутатора 6 до появления кода на счетчике 16, равного 15. Цикл переключения пороговых сигналов и выбора коэффициентов деления аналогичен предыдущему циклу (коды 8). Начиная с кода на счетчике 16, равного 16, вновь выбирается новая опорная функция, равная (- sin p) , и возобновляется цикл выбора пороговых сигналов и коэффи- циентов деления; начиная с кода 24 выбирается опорная функция cos p с аналогичными коммутациями аналоговых коммутаторов 5,8,9. При переполнении счетчика 16 и дальнейшем движении в том же направлении последний сбрасывается, и затем все коммутации периодически повторяются.

При обратном движении вала работа преобразователя аналогична рассмотрен- ному случаю, при этом содержимое счетчика 16 при пересечении опорным сигналом нижнего порога уменьшается на 1.

Формулаизобретения

Преобразователь угол-код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого аналогового коммутатора, два инвертора, делитель напряжения, два компаратора, два элемента И, генератор прямоугольных импульсов, элемент НЕ, D-триггер, элемент задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразова- теля, в него введены второй, третий и четвертый аналоговые коммутаторы, второй D-триггер и два реверсивных счетчика, синусный выход синусно-косинусного датчика угла соединен с входом первого инвертора, с третьим информационным входом первого и первым информационным входом в.то- рого аналоговых коммутаторов, косинусный выход синусно-косинусного датчика угла соединен со входом второго инвертора, с чет- вертым информационным входом первого и вторым информационным входом второго аналоговых коммутаторов, выход первого инвертора соединен с пятым и шестым информационными входами первого и третьим информационным входом второго аналоговых коммутаторов, выход второго инвертора соединен с седьмым и восьмым информационными входами первого и четвертым информационным входом второго аналоговых коммутаторов, пятый, шестой, седьмой и восьмой информационные входы второго аналогового коммутатора подключены к общий шине, выход первого аналогового коммутатора соединен со входом делителя напряжения, первый выход которого соединен с первыми информационными входами третьего и четвертого аналоговых коммутаторов, второй выход делителя напряжения соединен с вторыми и третьими информационными входами третьего и четвертого аналоговых коммутаторов, четвертые и пятые информационные входы которых подключены к третьему выходу делителя напряжения, четвертый выход которого соединен с шестыми и седьмыми информационными входами третьего и четвертого аналоговых коммутаторов, восьмые информационные входы которых подключены к общей шине, выход второго аналогового коммутатора соединен с первыми входами первого и второго компараторов, выход третьего аналогового коммутатора соединен со вторым входом второго компаратора, выход четвертого аналогового коммутатора соединен со вторым входом первого компаратора, выход которого соединен с D-входом первого D-триггера, С-вход которого объединен с С-входом второго D-триггера и подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, который через элемент задержки подключен к первому входу первого и второго элементов И, выход второго компаратора соединен с D- входом второго D-триггера, выход первого D-триггера соединен со вторым входом первого элемента И и через элемент НЕ с вторым входом второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу второго D-триггера, выход первого элемента И соединен со входами суммирования первого и второго реверсивных счетчиков, входы вычитания которых подключены к выходу второго элемента И, выходы первого, второго и третьего разрядов первого реверсивного счетчика соединены с группами адресных входов третьего и четвертого аналоговых коммутаторов, выходы третьего, четвертого и пятого разрядов первого реверсивного счетчмка соединены с группой адресных входов первого аналогового коммутатора, выходы четвертого и пятого разрядов первого реверсивного счетчика соединены с трупГ мауТаетС„НрЫаХ SK ГоГо о рГрГГ 2ST ПРе°6ра3°-Sin

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для автоматического измерения угловых перемещений. Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя путем введения параллельного изменения состояния аналоговых коммутаторов по импульсу на одном из входов счетчика. Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь угол- код, содержащий синусно-косинусный датчик 1 угла, инверторы 3 и 4, аналоговый коммутатор 5, делитель 7 напряжения, два компаратора 10 и 11, элемент НЕ 12, элементы И 13 и 15, элемент 19 задержки, D- триггер 18-1, генератор 14 прямоугольных импульсов, введены три аналоговых коммутатора 6,8 и 9, второй D-триггер 18-2, два реверсивных счетчика 16 и 17. Введение дополнительных элементов позволяет исключить избыточность коммутаций и за счет этого повысить быстродействие преобразователя. 2 ил. Ј

СЧ. 16)

ф

8

Я

КВП®

с

04

SN

tftf

«м

V.K

«а

-до

Ш/

-sin r

tlni

sin Г

-cosf

Фиг. 2

-cos

-cosf

- sin

stof

-sin

cesf

I

I

§

I