Способ измерения угла поворота вала Советский патент 1992 года по МПК H03M1/64 H03M1/00 H03M1/50 H03M1/22 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи источников аналоговой информации с цифровым вычислительным комплексом (ЦВК).

Известен способ измерения угла пово- рота вала, в котором устанавливают вал в нулевое положение и определяют нулевые значения грубого и точного отсчетов, вычисляют поправку грубого отсчета в виде дополнения нулевого дискретного значения

грубого отсчета до максимального дискретного значения грубого отсчета, которую запоминают, вычисляют поправку точного отсчета в виде дискретного значения смещенной на четверть шкалы точного отсчета суммы нулевого значения точного отсчета и дополнения нулевого дискретного значения грубого отсчета до нулевого значения грубого отсчета, которую запоминают, вычислют поправку согласованного отсчета в виде дискретного значения разности между четверо о о

тью шкалы точного отсчета и дополнением нулевого дискретного значения грубого отсчета до нулевого значения грубого отсчета, которую запоминают, текущие дискретные значения грубого и точного отсчетов суммируют с запомненными поправками грубого и точного отсчетов соответственно, при нулевых значениях старшего разряда точного отсчета и согласующего разряда грубого отсчета, суммарное значение грубого отсчета увеличивают на единицу, а выходной код формируют путем суммирования скорректированного кода грубого отсчета, суммарного кода точного отсчета с запомненной поправкой согласующего отсчета. Недостатком известного способа является его сложность, вызванная необходимостью устанавливать вал в нулевое положение для определения поправок, необходимостью измерения нулевого значения грубого отсчета с меньшей дискретностью, чем при измерении текущих значений, большим количеством поправок и сложностью их вычисления, сложностью формирования текущих значений выходного кода, а также малым диапазоном допустимого рассогласования отсчетов, что вызвано использованием одного согласующего разряда, Известный способ сложен в реализации, поскольку требует дополнительные средства для определения нулевого значения грубого отсчета с малой дискретностью, дополнительные средства для вычисления поправок и дополнительные блоки для их хранения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения угла поворота вала, основанный на независимом формировании значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним 1 младшего отсчета, коррекции по результатам сравнений старшей части единого значения предыдущих И старших отсчетов, формировании единого текущего значения i отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего I младшего отсчета, при этом производится механическая юстировка отсчетов, в процессе которой каждый последующий грубый отсчет сдвигается относительно соседнего точного отсчета на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов (2). Недостатком такого способа является сложность, вызванная необходимостью предварительной взаимной юстировки отсчетов, а также малый диапазон допустимого рассогласования отсчетов из-за погрешностей юстировки.

Цель изобретения - упрощение и расширение диапазона допустимого рассогласования отсчетов путем исключения предварительной взаимной юстировки отсчетов.

Структурные схемы двух возможных устройств для осуществления способа представлены на фиг. 1,2; на фиг.З представлена структурная схема управляемого сумматора.

Устройство (фиг. 1) содержит преобразователи 1, 2 и 3 угла поворота вала в код, частично перекрывающихся соответственно первого, второго и третьего отсчетов, сумматоры 4...7, блоки 8, 9 памяти, сумматоры ТО...15, кодовые шины 16 и 17 смещения. Устройство (фиг.2) содержит датчики 1, 2 и 3 перемещений, управляемые сумматоры 4- 7, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 8-10, усилители 11, 12, сумматоры 13

и 14, компараторы 15 и 16, блоки 17 и 18 памяти, ключи 19 и 20, цифровые сумматоры 21 и 22, шины 23 и 24 смещения, шину 25 управления, выходные шины 26, 27 и 28. Управляемый сумматор (фиг.З) содержит

многовходовой аналоговый сумматор 29. компаратор 30, ключ 31,

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Преобразователи 1, 2 и 3 преобразуют

угол поворота вала е трехотсчетный код NI, N2, N3. При этом щ младших согласующих разрядов кода NI с некоторым смещением по углу повторяют ги старших разрядов кода NZ, а П2 младших согласующих разрядов кода N2 с другим смещением по углу повторяют nz старших разрядов кода N3. В произвольном угловом положении вала в сумматоре 4 суммируют значения Nao угла с кодом Мсм1, соответствующим половине зоны перекрытия отсчетов преобразователей 1 и 2, а в сумматоре 5 суммируют значение NSO угла с кодом МСм2, соответствующим половине зоны перекрытия отсчетов преобразователей 2 и 3. Коды Мсм1 и 1МСм2

определяются по формулам:

- 1 2п2 - 1 Newt g NcM2

В результате в сумматорах 4 и 5 формируют смещенные коды Маем и Ызсм соответ- ственно: №см №(гМСм1, NSCM Мзо-Мзсм2. Знаки кодов №см и Мзсм маскируют (не учитывают).

В сумматоре 6 определяют поправку ДМ 12 в виде рассогласования между кодом

NiMo, соответствующим младшей части (щ младших согласующих разрядов) кода NIO, и кодом N2co. соответствующим старшей части (ni старших согласующих разрядов) зна- чения угла №см в соседнем младшем отсчете, полученном в результате суммирования в сумматоре 4,

В сумматоре 7 определяют поправку Д№з в виде рассогласования между кодом №мо, соответствующим младшей части (па младших согласующих разрядов) кода N20. и кодом Ызсо, соответствующим старшей части ( старших согласующих разрядов) значения угла №см. Поправки для соседних отсчетов

ANl2 NlMO-N2co; AN23 №мО - №со,

полученные в сумматорах б и 7, запоминают в блоках 8 и 9 соответственно. Знаки кодов ANi2H А N13 маскируют.

В качестве блоков 8 и 9 используют энергонезависимые блоки памяти, например, перемычки с шинами нулевого и единичного потенциалов.

В процессе эксплуатации преобразова- тели 1, 2 и 3 вырабатывают текущие значения кодов Ni, N2 и NS. В сумматоре 10 вычитают из текущего кода NI поправку AN 12. Знак результирующего кода маскируют, Код NIM младших согласующих разря- дов сумматора 10 сравнивают в сумматоре 11 с кодом №с равнозначных старших разрядов преобразователя 2. Если 1 NiM 1№с1, то на выходе сумматора 11 формируют единичный сигнал, который в сумматоре 12 суммируют с некорректированным кодом NiH старших значащих разрядов сумматора 10. В результате на выходе сумматора 12 образуется корректированный код NiK старших разрядов. Если INiMl IN2cf , то на выходе сумматора 11 формируют нулевой сигнал и код Ni будет равен коду NiH. Коды Niu и N2 поступают соответственно на входы старших и младших разрядов одной группы входов сумматора 13. На другую группу входов сумматора 13 поступает код поправки А N23 с выхода блока 9 памяти, В сумматоре 13 из объединенного кода (NiK+N2) вычитают код АN23 поправки. Знак полученной разности отбрасывают. Код №м младшщих согласующих разрядов сумматора 13 сравнивают в сумматоре 14 с кодом NSC равнозначных старших разрядов преобразователя 3.

Если J №м INsc . то на выходе сум- матора 14 формируется единичный сигнал, который суммируют в сумматоре 15 с некорректированным кодом NSH старших значащих разрядов сумматора 13. В результате

на выходе сумматора 15 образуется корректированный код Na старших разрядов. Если I N2wlS I Nscl , то на выходе смуматора 14 формируется нулевой сигнал и код N2 будет равен коду №н. Код №к и код N3 поступают соответственно на старшие и младшие разряды выходной кодовой шины устройства. В результате формируется единый код (N2K+N3) всех трех отсчетов устройства.

Аналогичным образом формируется единый код и для большего количества отсчетов.

Устройство на фиг.2 работает следующим образом. Датчики 1, 2 и 3. установленные на одном валу, преобразуют перемещение в пилообразные напряжения с одинаковой максимальной амплитудой UM. Выходные напряжения датчиков 1, 2 и 3 отличаются друг от друга диапазоном линейно изменяющегося напряжения в функции перемещения. Например, период изменения напряжения датчика 1 соответствует всему диапазону углового перемещения (360°), период изменения напряжения датчика 2 соответствует 360°/Р2 (где Р2 - коэффициент редукции датчика 2), период изменения напряжения датчика 3 соответствует 360/РЗ (где РЗ - коэффициент редукции датчика 3). В качестве датчиков 1, 2 и 3 использованы линейные потенциометры или фазовращатели, последовательно соединенные с блоками преобразования сдвига фазы в напряжение. Нулевые значения выходных напряжений датчиков 1. 2 и 3 не совпадают.

Устройство работает в двух режимах: формирование поправки и в штатном режиме измерения. В режиме формирования по- правки определяется величина рассогласования нулевых значений выходных напряжений датчиков 1, 2, 3. По шине 25 подается сигнал, закрывающий ключи 19 и 20. Выходное напряжение датчика 1 преобразуется в АЦП 8 в код старших К1 значащих разрядов, который поступает на первую группу входов цифрового сумматора 21, С аналогового выхода АЦП 8 снимается согласующее пилообразное напряжение амплитудой Um/2K , смещенное по фазе относительно напряжения U2 датчика 2. Напряжение на аналоговом выходе АЦП 8 равно остатку от преобразования напряжения LM. Аналогичным образом выходные на- пряжения U2 и Ua датчиков 2 и 3 преобразуются в АЦП 9 и 10 в коды средних К2 и младших КЗ разрядов. На аналоговом выходе АЦП 9 формируется согласующее пилообразное напряжение амплитудой Um/2K2, смещенное по фазе относительно

напряжения Уз- В сумматорах 6 и 7 напряжения IJ2 и Ш смещаются по фазе на половину максимального значения соответствующего напряжения. Для этого в сумматоре 29 из напряжений Da и из вычитаются напряжения UCMI и Ксм2 соответственно. Если выходное напряжение сумматора 29 меньше нуля, срабатывает компаратор 30 и ключ 31 подключает напряжение Um к суммирующему входу сумматора 29. В результате выходные напряжения сумматоров 6 и 7 всегда положительные и смещены на половину периода относительно напряжений U2 и Кз. Выходные напряжения АЦП 8 и 9 передаются через усилители 11 и 12 с коэффициентами и 2 соответственно, В сумматоре 13 определяют поправку в виде рассогласования между выходным напряжением усилителя 11, соответствующим младшей части напряжения Ui, и напряжением сумматора 6, соответствующим перемещению в -соседнем младшем отсчете. В сумматоре 14 определяют аналогично поправку между младшей частью напряжения 11г и напряжением сумматора 7, соответствующим перемещению в соседнем младшем отсчете. Поправки для соседних отсчетов, полученные в виде напряжений в сумматорах 13 и 14,запоминают в блоках 17 и 18 памяти. В качестве блоков памяти могут быть использованы, например, потенциометры, напряжения на выходах которых устанавливаются равными выходным напряжениям сумматоров 13 и 14 с соответствующим знаком.

В процессе эксплуатации в штатном режиме измерения по шине 25 подается сигнал, открывающий ключи 19 и 20, В датчиках 1, 2 и 3 вырабатываются напряжения, пропорциональные текущим значениям перемещения. В сумматоре 5 вычитают из текущего напряжения U2 поправку, запомненную в блоке 20. При суммировании напряжение поправки уменьшают в 2к2 с помощью входных сопротивлений сумматора 5. В сумматоре 4 вычитают из текущего напряжения Ui поправки, запомненные в блоках 17 и 18. При этом напряжения поправок уменьшают в 2К и 2 соответственно. Сумматоры 4 и 5 выполнены аналогично сумматорам 6 и 7 (см.фиг.З). Выходные напряжения усилителя 11 и сумматора Ъ сравниваются в компараторе 15. Если IUn I IUsl . то компаратор 15 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разряда второй группы входов сумматора 21, остальные старшие разряды которой подключены к общей шине. Выходные напряжения усилители 12 и сумматора 7 сравниваются в компараторе 16. Если

Uiz l IU I , то компаратор 16 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разряда второй группы входов сумматора 22, остальные старшие разряды этой группы подключены к общей шине. Выход переноса сумматора 22 подключен к входу переноса сумматора 21. В результате на выходах сумматора 21, сумматора 22 и АЦП 10 формируются старшие,

средние и младшие разряды выходного кода.

Аналогичным образом формируют единый код и для большего количества отсчетов,

В предложенном способе исключена механическая юстировка отсчетов, что значительно упрощает реализацию способа. Кроме тогр, измерение фактической величины рассогласования между соседними отсчетами и учет измеренных рассогласований в процессе формирования единого кода исключает погрешность юстировки отсчетов, что приводит к расширению диапазона допустимого рассогласования

отсчетов при эксплуатации.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ измерения угла поворота вала,

основанный на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого

текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих М старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним f младшего отсчета,

коррекции по результатам сравнения старшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения i отсчетов из скорректированной части и полного значения

соседнего младшего отсчета, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и расширения диапазона допустимого рассогласования отсчетов, перед формированием текущих значений угла

определяют в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значение угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов,

определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью каждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете, запоминают значе- «ие поправки для соседних отсчетов, при

формировании единого текущего значения I для I и 1-1 отсчетов из единого значения 1-1 отсчетов вычитают запомненную поправку отсчетов.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным комплексом. С целью упрощения способа и расширения диапазона допустимого рассогласования отсчетов в способе измерения угла поворота вала, основанном на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним i младшего отсчета, коррекции по результатам сравнения старший части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения I отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего I младшего отсчета, перед формированием текущих значений угла определяют в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значения угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов, определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью каждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете, запоминают значения поправки для соседних отсчетов, при формировании единого текущего значения i отсчетов вычитают запомненную поправку для I и 1-1 отсчетов из единого значения 1-1 отсчетов. 3 ил. (Л С ч vj

9V 2

Фиг.З