Преобразователь угол - код Советский патент 1992 года по МПК G08C19/04 H03M1/64 

нении температуры окружающей среды, что. в конечном счете, не позволяет получить высокую точность преобразования.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код.

Для достижения этой цели в преобразователь введены фазовый детектор, блок преобразования напряжение-код, фазосд- вигающая цепь и цифровой сумматор, причем вход фазосдвигающей цепи соединен с выходом фильтра, а выход соединен с входом формирователя фазового импульса и одним входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя, а выход соединен с одним входом блока преобразования напряжение-код, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен с одним входом цифрового сумматора, другой вход которого соединен с выходом регистра памяти, а выход является выходом преобразователя угол-код.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь угол-код содержит ге- нератор Гимпульсов, делитель 2 частоты, дешифратор 3, формирователи 4 и 5 импульсов, фазовращатель 6, фильтр 7, фазосдви- гающий узел 8, формирователь 9 фазового импульса, регистр 10 памяти, цифровой сумматор 11, фазовый детектор 12, состоящий из фазоинвертора 13, аналогового сумматора 14, фильтра 15, фазосдвигающих цепей 16 и 17 и фазочувствительного выпрямителя 18, и блок 19 преобразования напря- жение-код.

Преобразователь работает следующим образом.

Импульсы, вырабатываемые генератором 1, поступают для счета в делитель 2 и для синхронизации в дешифратор 3, на выходах которого появляются импульсы. Временной интервал между импульсами на первом и втором выходах дешифратора 3

Т

равен -х , где Т - период последовательности кодов на выходе делителя 2. Аналогично временной интервал между импульсами на третьем и четвертом выходах дешифратора

Т

3 равен -г- , Временной интервал между

импульсами на первом и третьем выходах равен - . Такого временного соотношения

можно достичь, например, если формиро- вать импульсы на выходах дешифратора 3 в следующих случаях:

на первом выходе при ,

., Nmax +1 на втором выходе при ,

на третьем выходе при N на четвертом выходе при N

Nmax + 1

3 ( Мпж f 1)

где N - значение выходного кода делителя 2;

Nmax - максимальное значение выходного кода N делителя 2.

С первого и второго выходов дешифратора 3 импульсы поступают на входы формирователя импульсов 4, а с третьего и четвертого выходов дешифратора 3 импульсы поступают на входы формирователя импульсов 5. При появлении импульса на первом выходе дешифратора 3 на выходе формирователя 4 устанавливается напряжение Uo. При появлении импульса на втором выходе дешифратора 3 напряжение на выходе формирователя 4 сбрасывается в ноль. Таким образом, на выходе формирователя 4 образуется напряжение типа меандра с пе- риодом Т. Аналогичным образом на выходе формирователя 5 образуется напряжение типа меандра с периодом Т, но это напряжение сдвинуто на временной интервал - от носительно напряжения на выходе формирователя 4.

Таким образом, на выходах формирователей 4 и 5 имеются квадратурные напряжения типа меандра с периодом Т.

На выходе фазовращателя 6 имеется периодическое напряжение Ue с периодом Т, первая гармоника U o которого сдвинута по фазе относительно нулевого момента последовательности кодов на выходе делителя 2 на величину, равную углу р поворота вала фазовращателя 6, т.е. равна:

U 6 Uosln(yt+p),(1)

где со - круговая частота;

р - угол поворота вала фазовращателя б.

Фильтр 7 выделяет первую гармонику U e, однако сдвигает ее по фазе на угол

(а + а), характеризующий данный фильтр 7. Таким образом, напряжение на выходе фильтра 7 равно:

( У t + p -f a + a),(2)

где а, - постоянная составляющая фазы фильтра 7;

а - переменная составляющая фазы фильтра, зависящая от температуры окружающей среды.

Фазосдвигающий узел 8 сдвигает напряжение U, поступающее на ее вход на угол (- о). Таким образом, на выходе фазос- двигающего узла 8 напряжение равно:

( (a t -f p + a ).(3)

Формирователь 9 фазового импульса формирует импульс перехода через ноль гармонического напряжения Us. В момент появления указанного импульса, идущего на управляющий вход регистра 10 памяти, на выходе делителя 2 имеется код, характеризующий угол (р + а). Этот код и записывается в регистр 10 памяти. Код с выхода регистра 10 памяти поступает на один вход цифрового сумматора 11.

Напряжение Us через фазоинвертор 13 идет на один вход аналогового сумматора 14, на другой вход которого поступает напряжение lie. На выходе аналогового сумматора 14 напряжение равно:

Ui4 U6-U8 U 6+U 6-U8,(4)

где -сумма высших гармоник напряжения Ue.

Подставляя в (4) значения U e и Us из выражения (1) и (3), получим:

Ui4 U0sin(o) t + y HJ0sIn(uj t + p+ a

а на выходе фазочувствительного выпрямителя 18 постоянное напряжение равно

т (

Т

Uiff / „-2U0s n ( GH+0HТ

-t-иг

а

/5)dt

(9)

После преобразования получим

Ui6 -2TU0 sin

а

л

sln(f+/f15

При I

- - . ., (10)

- 5° и 1/9-у-| 10°(что

соответствует реальным условиям эксплуатации) с точностью 0,05% можно утверж- 20 дать, что

тис

71

а -к«

(11)

HZUoSln

-|-.cos (fl)). (5)

Фильтр 15 отфильтровывает высшие гармоники напряжения Ui4, однако сдвигает по фазе напряжение первой гармоники, т.е. на выходе фильтра 15 напряжение равно:

а

а

Ui5 -2U0sJn -у -cos( a) t +

+Р+Р) ,(6)

где р - постоянная составляющая фазы фильтра 15;

/ - переменная составляющая фазы фильтра 15. зависящая от температуры окружающей среды.

Фазосдвигающая цепь 16 сдвигает напряжение U is по фазе на угол (-р) и на ее выходе напряжение будет равно

Ui6 -2U0sln - cos ( о) t + + р),

(7)

Напряжение the поступает на информационный вход фазочувствительного выпрямителя 18, на управляющий вход которого поступает напряжение с выхода фазосдвигающей цепи 17, которая сдвигает напряжение U8 U0sin( (о t -f p а) по фазе на угол 90°. Таким образом, на выходе фазосдвигающей цепи 17 напряжений равно:

Ui7-Uo-cos( wt+y + a).

40

Напряжение Uis преобразуется в цифровой код со знаком, эквивалентный велиЛ

чине (- а. ) в блоке 19 преобразования напряжение-код, и полученный код идет на 35 второй вход цифрового сумматора 11, в котором осуществляется алгебраическое суммирование кода (р+ и) регистра 10 памяти

и кода (- а ). Таким образом, на выходе цифрового сумматора 11 имеется код р , характеризующий угол поворота вала фазовращателя.

Генератор 1 импульсов может быть собран на микросхеме 133ЛАЗ, резисторах и кварцевом резонаторе.

Делитель 2 частоты может быть собран на микросхемах 133ИЕ5 и 133ИЕ7.

Дешифратор 3 можнр собрать на микросхемах 133ЛА4 и 133ЛА1. „ Формирователи 4 и 5 импульсных на- пряжений могут быть собраны на микросхемах 133ТМ2. 590КН4, 544УД2А, 1НТ251 и резисторах.

Фильтры 7 и 15 могут быть собраны на микросхемах 273ФК1.

Фазосдвигающий узел 8, фазосдвигаю- щие цепи 16 и 17 могут быть собраны на базе операционного усилителя на микросхеме 544УД2А, резисторах и конденсаторах.

Формирователь 9 фазового импульса может быть собран на микросхемах 521СА2, 133ТМ2.133ЛАЗ.

Регистр 10 памяти может быть собран на микросхемах 133ТМ2, 133ТМ5, 133ТМ7.

Цифровой сумматор 11 может быть собран на микросхемах 133ИМ1, 133ИМ2. 133ИМЗ.

Фазоинвертор 13, аналоговый сумматор 14 и фазочувствительный выпрямитель 17 могут быть собраны на базе операционного усилителя и могут быть выполнены на микросхемах 544УД2А. 284КН1А, резисторах, конденсаторах.

Блок 19 преобразования напряжение- код может иметь различное исполнение, в частности может быть построен по методу последовательного счета на микросхеме 133ЛАЗ, 133ИЕ5, 133ТМ2, 521СА2. 301НР1АВ, 544УД2А, 284КН1А.

Принципы построения делителя 2 частоты, дешифратора 3, регистра 10 памяти, цифрового сумматора 11 известны.

Формула изобретения

Преобразователь угол-код, содержащий генератор импульсов, выход которого

соединен с первым входом дешифратора непосредственно и через делитель частоты с одним входом регистра памяти и другим входом дешифратора, выходы которого попарно соединены с соответствующим формирователем импульсов, выходы которых соединены со входами фазовращателей, выход которого соединен с входом фильтра и формирователь фазового импульса, соединенный с другим входом регистра памяти, отличающийся тем. что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены фазовый детектор, блок преобразования напряжение-код, цифровой

сумматор и фазосдвигающий узел, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход - -с входом формирователя фазового импульса и с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с

выходом фазовращателя, а выход - с одним входом блока преобразования напряжение-код, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен к одному входу цифрового сумматора, другой вход которого подключен к выходу регистра памяти.