ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ - КОД Советский патент 1995 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки данных.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразователя.

Структурная схема преобразователя угол - код приведена на фиг. 1; структурная схема блока управления - на фиг. 2.

Преобразователь угол - код содержит синусно-косинусный трансформаторный датчик 1, источник 2 напряжения, первый 3 и второй 4 переключатели, первый 5 и второй 6 интеграторы, преобразователь 7 код - напряжение, функциональный преобразователь 8 отношения напряжений в код, вычитающий усилитель 9, компаратор 10, реверсивный счетчик 11, генератор 12 импульсов, элемент И 13 и блок 14 управления.

Блок 14 управления содержит первый 15, второй 16 и третий 17 компараторы, элемент НЕ 18, первый 19 и второй 20 элементы задержки, первый 21 и второй 22 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ 23, первый 24, второй 25 и третий 26 элементы И, триггер 27 и счетчик-распределитель 28.

Преобразователь угол - код работает следующим образом.

Напряжения с синусно-косинусного трансформаторного датчика 1, пропорциональное sin α и cosα , поступают на второй и третий входы блока 14 управления, на первый вход которого подается переменное опорное напряжение U_оп, непосредственно и через первый 3 и второй 4 переключатели соответственно подключаются к входам первого 5 и второго 6 интеграторов. Первый 5 и второй 6 интеграторы интегрируют входные напряжения, пропорциональные sin α и cos α , в течение половины периода сигнальных напряжений, что обеспечивается блоком 14 управления (первым 15, вторым 16 и третьим 17 компараторами, элементом НЕ 18, первым 19 и вторым 20 элементами задержки, первым 21 и вторым 22 элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементом ИЛИ 23, первым 24 и вторым 25 элементами И и триггером 27) и позволяет исключить ошибку от квадратурной составляющей и высших гармоник, кратным двум.

В результате интегрирования на выходе первого 5 и второго 6 интеграторов получаются напряжения
U_sinα = SU_m·sinωt·sinαdt ~ sinα;
U_cosα = SU_m·sinωt·cosαdt ~ cosα, (1) где U_m - амплитудное значение входных сигнальных напряжений;
α - угол поворота датчика 1;
S₁ - значение крутизны синусного интегратора 5 ;
S₂ - значение крутизны косинусного интегратора 6.

Напряжение, пропорциональное sin α , с выхода первого 5 интегратора поступает на синусный вход функционального преобразователя 8 отношения напряжений в код, а напряжение, пропорциональное cos α , с выхода второго 6 интегратора поступает на аналоговый вход преобразователя 7 код - напряжение, выход которого соединен с косинусным входом функционального преобразователя 8 отношения напряжений в код, который преобразует напряжения, пропорциональные sin α и cos α , в код угла.

В соответствии с формулами (1) разница между реальными значениями U_sin α и U_cos α на выходах первого 5 и второго 6 интеграторов определяется как
ΔU = U_cosα-U_sinα = (S₂-S₁)(U_m·sinωt·cosα·dt -U_m·sinωt ×
× sinα·dt) = ΔS(U_m·sinωt·cosα·dt -U_m·sinωt·sinα·dt), (2) где S₂-S₁= ΔS - разница между крутизной второго 6 (косинусного) и крутизной первого 5 (синусного) интеграторов.

В течение цикла режима коррекции интеграторов 5 и 6, задаваемого блоком 14 управления (триггером 27, счетчиком-распределителем 28 и третьим 26 элементом И), на входы первого 5 и второго 6 интеграторов через первый 3 и второй 4 переключатели соответственно поступает напряжение от источника 2, что соответствует эталонному углу α = 45^о. При этом теоретическое значение
U_sinтеор. α =45^о=U_cosтеор. α = 45^о (3)
а разница между реальными значениями напряжений на выходах первого 5 и второго 6 интеграторов эталонного угла α =45^о в соответствии с формулой (2) определяется как
ΔUα = 45^°= U-U= ΔSU_m·sinωt· dt. (4)
Напряжение с выхода первого 5 интегратора, пропорциональное sin α 45^o, поступает на синусный вход функционального преобразователя 8 отношения напряжений в код и на первый вход вычитающего усилителя 9, а напряжение с выхода второго 6 интегратора, пропорциональное cos α 45^о, поступает через следящую систему, состоящую из преобразователя 7 код - напряжение, компаратора 10, реверсивного счетчика 11, генератора 12 импульсов и элемента И 13, на косинусный вход функционального преобразователя 8 отношения напряжений в код и на второй вход вычитающего усилителя 9.

По переднему фронту каждого импульса (сигнала) с второго выхода блока 14 управления, соответствующего циклу режима коррекции и интеграторов 5 и 6, все разряды реверсивного счетчика 11 устанавливаются в единичное состояние, так как его информационные входы соединены с шиной логической "1" преобразователя и так как его выходы соединены с цифровыми входами преобразователя 7 код - напряжение, последний полностью открыт, т.е. его коэффициент деления равен единице и напряжение на его выходе в первоначальный момент определяется как
U_вых ПКН=U_cos45^o K_д(К_д=1)=U_cos45^о (5) где К_д - управляемый коэффициент деления преобразователя 7 код - напряжение.

Задавая условие S₂ > S₁, имеем U_cos45^oU_sin45^o, и в результате на выходе вычитающего усилителя 9 получаем
U_cos45^o-U_sin45^o= Δ U₄₅^о , (6) так как на выходе вычитающего усилителя 9 присутствует положительное напряжение Δ U₄₅^о, компаратор 10 вырабатывает напряжение, соответствующее уровню логической "1", по которому частота с выхода генератора 12 импульсов через элемент И 13 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 11. В силу того, что вход выбора режима "сложение-вычитание" реверсивного счетчика 11 соединен с шиной логического "0" преобразователя, последний работает в режиме вычитания, т.е. его код с каждым тактом частоты генератора 12 импульсов уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента деления преобразователя 7 код - напряжение.

Другими словами для цикла режима коррекции интеграторов правомерно выражение
U_sin45^o=U_cos45^o ˙K_д (7) тогда
K_д = = . (8)
Выражая значение крутизны косинусного интегратора 6 через значение крутизны синусного интегратора 5, а именно S₂=S₁+ ΔS, формулу (8) можно записать в виде
K_д = , тогда
= 1 + =
Cледовательно, коэффициент деления преобразователя 7 код - напряжение определяется как
K_д =
Таким образом, коэффициент деления преобразователя 7 код - напряжение уменьшается до тех пор, пока напряжения на входах вычитающего усилителя 9 не сравняются, и остается неизменным на весь дальнейший цикл преобразования до следующего цикла режима коррекции интеграторов. Тогда реальное значение косинусного напряжения на входе функционального преобразователя отношения напряжений в код в течение всего цикла преобразования определяется как
U_cosреал·K_д = (S₁+ΔS)U_m·sinωt·cosα·dt =
= SU_m·sinωt·cosα·dt.

Cледовательно, включение управляемого делителя напряжения, входящего в состав преобразователя код - напряжение, со следящей системой, состоящей из вычитающего усилителя, компаратора, реверсивного счетчика, генератора импульсов и элемента И, в цепь косинусного интегратора позволяет исключить ошибку, вносимую в устройстве-прототипе функциональным преобразователем отношения напряжений в код, а также обеспечить выравнивание крутизны интеграторов за один цикл режима их коррекции.

Изобретение относится к вычислительной технике и позволяет за счет введения в преобразователь, содержащий синусо-косинусный трансформаторный датчик 1, источник 2 напряжения, первый 3 и второй 4 переключатели, первый 5 и второй 6 интеграторы, преобразователь 7 код - напряжение, функциональный преобразователь 8 отношения напряжений в код, реверсивный счетчик 11 и блок 14 управления, вычитающего усилителя 9, компаратора 10, генератора 12 импульсов и элемента И 13 исключить погрешность, вносимую функциональным преобразователем отношения напряжений в код в процесс (результат) выравнивания крутизны синусного и косинусного интеграторов 5 и 6, и тем самым повысить точность преобразователя, а также осуществлять выравнивание интеграторов за один цикл режима коррекции, тем самым в значительной степени повысить быстродействие режима коррекции интеграторов преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ - КОД, содержащий синусно-косинусный трансформаторный датчик, первый и второй выходы которого подключены к первым входам первого и второго переключателей соответственно, вторые входы которых объединены и подключены к выходу источника напряжения, а выходы подключены к входам первого и второго интеграторов соответственно, выход первого из которых подключен к первому входу функционального преобразователя отношения напряжений в код, а выход второго - к аналоговому входу преобразователя код - напряжение, цифровые входы которого подключены к входам реверсивного счетчика, а выход подключен к второму входу функционального преобразователя отношения напряжений в код, выход которого является выходом преобразователя, блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены вычитающий усилитель, компаратор, элемент И и генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И, при этом первый и второй входы вычитающего усилителя подключены к выходам первого интегратора и преобразователя код - напряжение соответственно, а выход подключен к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к общей шине, а выход подключен к второму входу элемента И, первый вход блока управления соединен с шиной переменного опорного напряжения, а второй и третий входы подключены соответственно к первому и второму выходам синусно-косинусного трансформаторного датчика, первый выход блока управления подключен к управляющим входам интеграторов и функционального преобразователя отношения напряжений в код, а второй выход подключен к управляющим входам переключателей, к входу разрешения установки реверсивного счетчика и к третьему входу элемента И, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, вход выбора режима "сложение-вычитание" которого подключен к шине логического "0" преобразователя, а информационные входы - к шине логической "1". 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит три компаратора, элемент НЕ, два элемента задержки, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, три элемента И, триггер и счетчик-распределитель, причем первые входы компараторов являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока управления, а вторые входы объединены и подключены к общей шине, выход первого компаратора подключен к первому входу первого элемента И непосредственно и через элемент НЕ к первому входу второго элемента И, выходы второго и третьего компараторов подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ непосредственно и через первый и второй элементы задержки к вторым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены к соответствующим входам триггера, выход которого является первым выходом блока управления и подключен к первому входу третьего элемента И и к счетному входу счетчика-распределителя, установочный вход которого подключен к шине логического "0", а один из выходов подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого является вторым выходом блока управления.