Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/64 H03M1/10 

Os

ю

Ч

ю о VI

одновибратора 10 и 11, реверсивный счзт- чик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13. С помощью введенных элементов автоматически устанавливается и поддерживается такое значение опорного напряжения на аналого-цифровых преобразователях, которое обеспечивает наибольшую точность преобразования выходных сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора а коды синуса и косинуса. По соот- ношению аргументов этих функций, представляющих собой коды угла поворота синусно-косикусного вращающегося транс- Форматора, вырабатывается сигнал для соответствующей коррекции величины опорного напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразователя. Для достижения поставленной цели а преобразователь, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, преобразователи 2-4 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6. шину 14 переменного напряжения, введены арксинусный 7 и аркхосинусный 8 преобразователи кода, цифровой компаратор 9, два

Изобретение относится автоматике и вычислительной технике и может быгь использовано для связи синусно-косичусных вращающихся трансфоргиаторов, применяемых в качестве датчиков углов с цифровы- ми вычислительными устройствами.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг 2 - временные диаграммы его в работы

Преобразователь содержит синусно-ко- синусный вращающийся трансформатор I, преобразователи 2-4 переменного налря- жения в постоянное, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, арксинусный преобразователь 7 кода, арксинусный преобразователь 8 кода, цифровой компаратор 9, одновибраторы 10 и 11, реверсивный счет- чик 12, цифроаналоговый преобразователь 13 и шину 14 переменного напряжения, блок синхронизации (не показан).

На фиг. 2а изображены графики возбуждающего переменного напряжения U0 на шине 14, а также выходных сигналов СКВТ Us и Uc. Для упрощения они изображены в виде одной синусоиды, гак как отличаются только амплитудами.

На фиг, 26 изображены выходные на- пряжения преобразователей 2-4 перемеп- . иого напряжения в постоянное, т.е. напряжения Us, Uc . Up. Эти напряжения также отличаются только амплитудами (изображены в виде одной кривой),

На фиг. 2в условна изображены выходные логические сигналы аналого-цифровых преобразователей 5 и б, представляющие собой многоразрядные коды N(S) и IM(C). От- ключенное состояние выходов аналого-цифро- вых преобразователей, состояние высокого импеданса показано пунктиром.

На фиг. 2г условно изображены выходные многоразрядные коды преобразователей 7 и 8 кода, т.е. коды Ns(a) и Nc(cc).Третье, отключенное, состояние их выходов также показано пунктиром.

На фиг, 2д показан сигнал на выходе Больше цифрового компаратора 9, обозначенный на фиг. 2е - сигнал на выходе Меньше цифрового компаратора 9, обозначенный на фиг. 2ж и з - выходные сигналы одноаибратбров 10 и 11, обозначенные Uio и Un; на фиг. 2и - выходной многоразрядный код реверсивного счегчика 12, обозначенный U12; на фиг. 2к - выходное напряжение цифрозналогового преобразователя 13, обозначенное Uis.

Преобразователь осуществляет преобразование угла поворота вала в код в пределах отО доя/2, т.е. в пределах одного квадранта.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, запитанный напряжением переменного тока Uo, вырабатывает электрические сигналы переменного тока Us и Uc, амплитуды которых пропорциональны соответственно синусу и косинусу угла а его поворота (фиг. 2а).

Напряжения Us, Uc и U0 поступают на преобразователи 2-4 переменного напряжения в постоянное, осуществляющие преобразование напряжений Us. Uc и Uo к виду, который позволяет использовать их для работы аналого-цифровых преобразователей, т.е. к постоянным напряжениям, равным амплитудам переменных напряжений,

Вид сигналов на выходах преобразователей 2-4 переменного напряжения в постоянное Us, Uc и Uo зависит от конкретной реализации этих элементов. В случае, если они представляют собой устройства выборки и хранения, форма указанных сигналов соответствует фиг. 26. В каждом периоде переменного напряжения устройства выборки и хранения осуществляют выборку входного переменного напряжения, начиная с моментов времени 0, t3, te и т.д., т.е. выходное напряжение повторяет входное, а с моментов времени ц, t4, П и т.д., формируемых блоком синхронизации, когда значение переменного напряжения достигает положительного максимума, устройство выборки и хранения переводится в режим хранения, в котором напряжение на его выходе сохраняет постоянное значение, равное амплитудному, Режим хранения продолжается до начала следующего периода, после чего устройство выборки-хранения снова переводится в режим выборки блоком синхронизации,

С выходов преобразователей 2 и 3 переменного напряжения в постоянное выпрямленные напряжения Us и Uc поступают на информационные входы аналого-цифровых преобразователей 5 и 6, на входы дня опорного напряжения которых подается сигнал с выхода цифроаналоговогопреобразовагеля 13, для которого опорным напряжением является выходное напряжение Ь0 пресб- разователя 4 переменного напряжения ь постоянное. График выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 13 повторяет график выходного напряжения преобразователя 4 переменного напряженит в постоянное с учетом коэффициента деле ния цифроаналогового преобразователя (фиг. 2к).

Для некоторых типов аналого-цифровых преобразователей опорное напряжение дол- жно иметь противоположную полярность по отношению к входному. В этом случае выходное напряжение цифр оаналогового преобразователя 13 должно иметь отрицательн ю полярность (фиг. 2к).

Аналого-цифровые преобразователе 5 л 6 начинают преобразование непосредственно после ус гановки режима хранения на преобразователях 2-4 переменного напряжения в постоянное, т.е. в моменты времени ti, t4, ty, определяемые соответствующими сигналами блока синхронизации. Во время преобразования опорное и входное напряжения на аналого-цифровых преобразователях не изменяются. При этом выходы аналоге- цифровых преобразователей переходят в отключенное состоя г, 2в, пунктир) Преобразование заканчивается в моменты времени ta, ts, ts и т д. (фиг. 2в), после чего на выходах аналого-цифровых преобразователей 5 и 6 уста- навливаются соответственно коды N(S) и N(C), пропорциональные синусу и косинусу угла поворота СКВТ и формируется сигнал Конец преобразования (КП), поступающий на управляющие входы преобразовате- лей 7 и 8 соответственно.

Коды N(S) и N(C) поступают соответственно на арксинусный 7 и арккосинусный 8 преобразователи кода, представляющие со- бой постоянные запоминающие устройства. На их выходах формируются коды угла поворота СКВТ а, обозначенные Ns(a) и («), причем код NS(CЈ ) получен путем определения арксинуса от кода N(S), пропорцмонального синусу угла поворота а , а код Nc( a) - путем определения арккосинуса от кода N(C), пропорционального косинусу угла поворота а. Выходные сигналы преобразователей 7 и 8 кода приведены на фиг. 2г, Коды Ns( «) и Nr(« ) формируются в моменты времени t2 , ts . ts и т.д., т.е. после окончания преобразования аналого-цифровыми преобразователями 5 и б с задержкой, определяемой параметрами постоянных запоминающих v тртйств. При отсутствии сигнала управчення V на входах этих пре- боззовзгелей :-vj шинах Ns(a) и Nc(«) уста- напиваются с игнапы логической единицы, когооые отключают выходы , Меньше ко аозтора 9,

Кодъ (o- и N, (а) представляют собой коды одного и того же уп-а а, полученные по независимым каналам. В идеал ь- ,, случае о ч-должны совпадать На практике они могут .-сч, но всегда ограничивают точное значение кода угла а.

Коды Ns(«) и (2) поступают на выход устройства, Одновременно, при наличии CHI нала управления V ка входах преобразователей 7 и 8 они подаются на входы циф- ооп.о компзротора 9 который сравнивает ь. -друг г другое. Цифровой компаратор |лмеет два выхода Больше и Меньше , В ходн1;е сигналы на них изображены на фиг. 2д и е. Логические сигналы на указанных выходах цифрового компаратора 9 вырабатываются только после подачи кодов Мз(й) и Nc(or) на входы, что обеспечивается блоком синхронизации

Если код N(7) больше кода Nc(a ), то логический сигнал вырабатывается нз выходе Больше, как это показано на фиг. 2д для первого периода в момент времени t2 . Если код Ns(2 ) меньше кода Nc(« ), логический сигнал вырабатывается на выходе Меньше цифрового компаратора. Этот случай изображен на фиг. 2е для второго периода (момент времени ts ).

Сигнал с выхода Больше цифрового компаратора поступает на одновибратор 10, который по фронту CIA нала вырабатывает короткий импульс (фиг, 2ж, момент времени ta ). Одиночный импульс с одновибратора 10 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика i2, котооый увеличивает свой выходной код на единицу младшего разряда, Уи личение выходного кода реверсивного с- .гчика условно показано на фиг 2и в момент времени t2 .

С выхода реверсивного счетчика код подается на цифрозналоговый преобразователь 13, который в момент времени t2 увеличивает свое выходное напряжение на

величину, соответствующую одному дискрету (фиг. 2к), В результате этого в следующий (второй) период (на фиг, 2) энапого-цифровое преобразование будет производиться при большей величине опорного напряжения, что позволит уменьшить разброс выходных кодов Ns(a) и Nc( ее, т.е. увеличить точность, преобразования угла в код.

Если код Ns(«) меньше кода Nc(2) то логический сигнал вырабатывается на выхо-- де Меньше цифрового компаратора (фиг. 2е, второй период, момент времени 1ъ ). Логический сигнал с выхода Меньше ц,иф рового компаратора подается на вход одно-вибратора 11, который по фрон.у п м.эла вырабатывает одиночный короткий импульс (фиг. 2з, момент временя СБ ), nor, гупрющнй на вычитающий вход реверса вногогче«ыкп 12, что вызывает уменьшение его состояний на единицу младшего разряда. 3 ю изм-эне ние условно показано на фиг. 1v Mo. времени tsv).

С выхода реверсивного счетчика код поступает на цифроаналоговый преобразователь 13, который в момент времени ъ уменьшает свое выходное напряжение на величину, соответствующую одному дискрету (момент времеч tsV на фиг. 2к). Поэтому аналого-цифровое преобразование в следующий (третий) период будет производиться при меньшей величине опорного напряжения, что приведет к возрастанию кода Ns(ct) и уменьшению кода Nc(i7), т.е. к. более точному приближению выходов-кодов is(ci) и Nc(e к истинному значению кода угла поворота СКВТ а.

В предельном случае код (2) слано- вится равным коду Nc( а) (фиг. 2в,третий период). При этом логический сигнал не вырабатывается ни на одном из вы кодов циф- рового компаратора 9, одновибрагоры 10 и 11 не срабатывают, состояьие реверсивного счетчика 12 и коэффициент передачи циср- раналогового преобразователя 13 ье изменяются. На аналого-цифровые преоб- разователи при следующем преобразовании будет поступать to жа самое опорное напряжение, что и в предыдущей периоде, которое в данном случае соответствует сво

ему истинному значению.

После некоторого числа циклов преобразований устанавливается требуемое значение опорного напряжения на аналого-цифровых преобразователях 5 и 6 и пи весьма близкое к нему. После этого на их выходах ьыраба- тываются коды синуса и косинуса угла поворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора, а на выходах г.рксинусно- го 7 и арккосинусного 8 рпеобразовогелуи

0 5 С

5 0 5

, 0 5

0

KOfla-Ns(o:)nNc(«)yrna а, ограничивающие точное значение кода угла а. Из кодов Ns(cc) и Nc(a) может быть выбран код, имеющий меньшую погрешность в соответствии с крутизной функций арксинуса и арккосинуса при полученном значении кода угла о,. Равенство кодов Ы5(а) и Ыс(а) означает, что преобразование угла поворота вала в код выполнено с максимально возможной точностью, и, что коды Ns(«) и Nc(a) соответствуют коду угпз а.

Синхронизация работы всех блоков преобразователя обеспечивается блоком синхронизации. Диапазон работы преобразователя 0-90°. Учитывая монотонное возрастание синуса и монотонное убывание косинуса в диапазоне изменения аргумента от 0 долг/2, -сочное значение кода угла а заключено между кодами Ns(7 ) и Nc( о) или равно им.

Таким образом, преобразователь угла поворота вела в код позволяет, используя противоположный характер изменения функций синуса и косинуса в диапазоне значений аргумента от 0 до ж/2, выявить ошибку преобразования угла поворота синусно-коси- нусногс вращающегося трансформатора в цифровой код и устранить ее путем изменения величины опорного напряжения на аналого-цифровых преобразователях. Этим преобразователь превращается в замкнутую систему с отрицательной обратной связью по результату преобразования.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вра- щающийсй трансформатор, синусный и косинусный выходы коюрого соединены с входами первого и второго преобразователей переменного напряжения в постоянное соответственно, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, шину переменного напряжения, подключенную к входу возбуждения синус н- -косинусного вращающегося трансформатора и к входу третьего преобразователя переменного напряжения в постоянное, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены арксин/сный и арккосинус- иый преобразователи кода, цифровой компаратор, два одновибратора, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с входами опорного напряжения первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами соответственно арксинусного иарккосинусного преобраi

зователей кода, выходы которых соединены соответ- ственно с первым, вторым входами цифрового компаратора, а вхбд Больше которого соединен с входом первого одновибратора, а выход Меньше - с входом второго одно- 5 вибратора, выходы первого и второго одно- вибраторов соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного сдатчика, выход которого соеди. Uo.Mc

нен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к выходу третьего преобразователя переменного напряжения в постоянное, выходы Конец преобразования первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены с управляющими входами соответственно арксинусного и ар- ккосинусного преобразователей кодов.