Способ преобразования угла поворота вала в код Советский патент 1993 года по МПК H03M1/46 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи измеряемой аналоговой величины, представленной в виде угла поворота входного вала, с цифровым вычислительным устройством, в частности, для передачи информации об углах поворота осей командно-гироскопического прибора в БЦЗК.

Цель изобретения - повышение точности преобразования путем компенсации систем о тических мультипликативных погрешностей.

Способ состоит из следующих операций.

Преобразуют угол поворота в первый и второй сигналы переменного тока, модулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса соответственно.

Преобразуют эти сигналы в первый и второй фазомодулированные сигналы переменного тока.

Преобразуют фазомодулированные сигналы в соответствующие сигналы постоянного тока.

Формируют третий сигнал, пропорциональный сумме первого и второго сигналов постоянного тока.

Формируют первый сигнал, пропорциональный амплитуде и фазе пространственных гармоник, который определяют по значению третьего сигнала постоянного тока в равноотстоящих углах.

Формируют сигналы погрешности в виде суммы гармоник, причем каждая гармоника сдвигается пс флзе на л/2.

XI

со

О

Os

о

ю

Формируют второй сигнал путем вычитания погрешности преобразования из сигнала, пропорционального значению измеренного угла.

Формируют сигнал значения угла, про- порциональный разности фаз первого и вто- рого фазомодулированных сигналов переменного тока, равноотстоящие углы задают в диапазоне 360°.

Структурная схема одного из возможных вариантов преобразователя, реализующего способ, приведена в чертеже.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит блок 1 синусоидального пита- ния, подключенный к синусно-косинусному вращающемуся трансформатору (СКВТ) 2, выходы которого соединены с входами преобразователя 3 амплитудно-модулируемых напряжений в два фазомодулированных на- пряжения. Выходы преобразователя 3 соединены с входами преобразователя 4 фазы в угол поворота, пропорциональный сдвигу фаз, и через выпрямители 5 и 6 с входами аналогового сумматора 7, выход которого соединен с одним из входов блока 8 памяти, другой вход последнего соединен с выходом блока 9, определяющего моменты равноотстоящих углов при повороте вала, вычислительный блок 10, выход которого со- единен с блоком 11 выработки поправок, выход которого соединен с входом сумматора 12.

Способ реализуется следующим образом.

Блок 1 вырабатывает переменное синусоидальное напряжение, поступающее на входную обмотку СКВТ 2. на выходе которого формируются два напряжения

h E-cos р a Sin со t;

l2 Е sin p a-Sin o t, где а-угол поворота вала;

р - число пар полюсов СКВТ;

а) - круговая частота питания СКВТ;

Е - максимальная амплитуда выходного сигнала.

Эти напряжения поступают на вход преобразователя 3. на выходах которого формируются два фазомодулированных напряжения

cos (tot + ра);

L)2 E-cos (ш + pa).

Разность фаз Дуз 2 pa фазомодулированных напряжений преобразуется в преобразователе 4 в угол N, пропорцио- нальный разности фаз

,

где KN - масштабный коэффициент преобразования фаз.

Пусть какие-либо технологические отклонения при изготовлении СКВТ 2 вызывают погрешность в одном из его выходных сигналов вида

2 Е sin р а sin cai + + Еу sin (у a ) sin cot f где Ej , 1р - амплитуда и начальная фаза гармоники погрешности порядка у.

Тогда на выходах преобразователя 3

Ui Е-cos (cot - pa) +

+ Еу sin (у a + i/J) sin a) t

Ua E-cos(. (w t + p a) -

+ Ey sin (ya+ -sinwt, а на выходе преобразователя 4

N Км2ра+- sin (у - p) a + y; +

+ -Ј sin(y + p)a+Y;

Последние два слагаемых определяют погрешность преобразования.

Фазомодулированные напряжения с выхода преобразователя 3 поступают на выпрямители 5 и б, а и с их выхода на аналоговый сумматор 7. на выходе которого постоянное напряжение имеет вид

Е+2 Еу cos (у - р) a 4- V- - - 2 Еу cos (у + р) a + y;J.

Сравнивая последнее выражение с предыдущим, видим, что напряжение на выходе сумматора 7 изменяется с аналогичным составом гармоник, при этом гармоники изменения напряжения сдвинуты на п /2 относительно гармоник погрешности преобразователя.

Аналогично можно показать, что гармонические составляющие погрешности преобразования на выходе преобразователя 4, вызываемые неортогональностью и неравенством коэффициентов передачи выходных обмоток СКВТ, наличием постоянной составляющей в огибающей выходного сигнала, отличием закона модуляции выходного сигнала от синусоиды (косинусоиды), отличием от идеальных характеристик элементов преобразователя амплитудно-моду- лированных напряжений в два фазомодулированных напряжения и т.д., имеются на выходе сумматора 8 в соответствующих гармониках такой же частоты, с такими же амплитудами, а по фазе сдвинутые на четверть периода,

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Блок 1 формирует сигналы переменного тока для питания первичной обмотки СКВТ 2, выходные обмотки которого подключены к преобразователю 3 амплитудно-модули- рованных сигналов в два фазомодулированных сигнала переменного тока.

В преобразователе 4 формируется значение угла Уизм с некоторой ошибкой, вызванной инструментальными погрешностями блоков 1, 2 и 3.

В блоке 9 значения /Изм сравниваются

360 „

с заданными значениями а гр- При совпадении Уизм и а на выходе блока 9 вырабатывается команда, по которой значение суммы выпрямленных фазомодулирован- ных напряжений с выхода сумматора 7 записывается в i-ю ячейку блока 8 и запоминается.

При повороте вала перед началом преобразования на углы а в М ячейках блока 8 записаны значения выходных напряжений с сумматора 7 для всех угловых положе- ний, равномерно расположенных в диапазоне 360°. После этого информация с блока 8 поступает в вычислительный блок 10, где для каждой i-й гармоники из заданного числа m гармоник определяют значения коэффициентов ak, bk тригонометрического ряда по формулам

. ak 2 cos .

-- г- Vi -;- К м

bkN,, sin

Определяют амплитуды Ak и пространственные фазы ( гармоник по формулам

Ak

+ bfc

bk K arctg -

и запоминают Ak и р в блоке 8 памяти. В блоке 11 определяют при каждом последующем преобразовании поправку дV по формуле

5V 4 2 Ak sin(kVM3M + pk +) zk 1

которая в сумматоре 12 вычитается из текущего значения /Изм. На выходе сумматора 12 формируется код угла.

Поскольку поправка равна систематической погрешности, т.е. имеет небольшие значения, невысоки требования к точности выпрямителей 5 и 6, аналогового сумматора 7, а также к точности задания равноотстоящих значений углов при определении дополнительных кодов.

Формула изобретения Способ преобразования угла поворота вала в код, заключающийся в том, что преобразуют угол поворота вала в первый и

второй сигналы переменного тока, модулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса соответственно, поворачивают вал на равноотстоящие углы, формируют первый сигнал, пропорциональный амплитуде и фазе, пространственных гармоник, формируют сигналы погрешности в виде суммы гармоник, сдвинутых по фазе на 90°, формируют второй сигнал путем вычитания сигнала погрешности преобразования из

сигнала, пропорционального значению угла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, преобразуют первый и второй сигналы переменного тока в первый и второй фазомодулированные

сигналы переменного тока, формируют сигнал значения угла, пропорциональный раз- ности фаз первого и второго фазомодулированных сигналов переменного тока, равноотстоящие углы задают в диапазоне 360°, преобразуют первый и второй фазомодулированный сигналы переменного тока в соответствующие сигналы постоян- ного тока, формируют третий сигнал постоянного тока, пропорциональный сумме первого и второго сигналов постоянного тока, а первый сигнал, пропорциональный амплитуде и фазе пространственных гармоник, определяют по значению третьего сигнала постоянного тока в равноотстоящих

углах.

Г

/2

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи измеряемой аналоговой величины, представленной в виде угла поворота входного вала, с цифровым вычислительным устройством, в частности, для передачи информации об углах поворота осей командного гироскопического прибора в БЦВК. Целью изобретения является повышение точное™ способа. В способе предусмотрены компенсация систематических погрешностей за счет получения информации о погрешности датчика путем преобразования фазомодулированных сигналов в два сигнала постоянного тока, суммирование этих сигналов, определение значений суммы сигналов в равноотстоящих угловых положениях вала в диапазоне 360°, определение коэффициентов ряда Фурье пространственных гармоник по значениям суммы сигналов и вычисление поправок к текущему значению угла, определяемому по амплитудам и фазам пространственных гармоник, при этом каждая из гармоник сдвинута на 90°, что позволяет повысить точность преобразования. 1 ил, СО с

S

U

J {