ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «УГОЛ — КОД» Советский патент 1973 года по МПК H03M1/64 

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.

Известны преобразователи угла в цифровой код, основанные на использовании электростатических генераторов переменного тока двух близких частот.

Недостатком таких преобразователей является наличие двух механических вращений кодирующего элемента; вращение ротора вспомогательным двигателем и вращение считывающего устройства кодового ротора, соединенного с осью, угол поворота которой подлежит преобразованию.

Это усложняет конструкцию кодирующего элемента и исключает возможность дистанционного расположения кодирующего элемента и генератора щкалы.

Целью изобретения является исключение вращения считывающего устройства кодирующего элемента, упрощение конструкции кодирующего элемента и возможность дистанционного расположения кодирующего элемента и генератора шкалы.

Предлагаемый преобразователь угла поворота в цифровой код основан на считывании импульсов с двух роторов генератора щкалы и с двух роторов кодирующего элемента неподвижными считывающими устройствами. Непрерывно вращаются только роторы генератора щкалы, число пар полюсов которых

равно Р и 1 (генератор с Р парами полюсов- датчик щкалы, генератор с одной парой полюсов - датчик питания кодирующего элемента), а непрерывное вращение кодового ротора, имеющего число пар полюсов Р и 1, заменено вращением вектора магнитного поля в статорах кодирующего элемента за счет питания его выходными напряжениями генератора шкалы, ротор которого имеет одну пару полюсов, поэтому скорость вращения вектора магнитного поля кодирующего элемента р.авна и синхронна скорости непрерывного вращения роторов генератора шкалы.

Скорость изменения выходных напряже5 НИИ, снимаемых с кодирующего элемента (с обоих каналов: канал, имеющий Р пар полюсов - канал точного отсчета, канал, имеюихий 07лну пару полюсов - канал грубого отсчета), равна и синхронна скорости изменения напряжений, которыми запитывается кодирующий элемент, синхронна и в Р раз меньше скорости изменения выходных напряжений, снимаемых с генератора шкалы, ротор которого имеет Р пар полюсов.

За один оборот вала вспомогательного двигателя выдается Р импульсов с формирующего устройства датчика шкалы и по одному импульсу с формирующих устройств датчика питания и двух датчиков кодирующего элемента. - Временное положение импульса.

снимаемого с формирующего устройства датчика точного отсчета, относительно импульса, снимаемого с формирующего устройства датчика питания, определяется углом .разворота ротора кодирующего элемента в пределах любого полюсного деления. При этом число импульсов, снимаемых с формирующего устройства датчика шкалы, которое укладывается между двумя указанными импульсами, определяет код точного отсчета, щаг

2it

квантования которого равен -р-р,а- временное расположение импульса, снимаемого с формирующего устройства датчика грубого отсчета, относительно импульса, снимаемого с формирующего устройства датчика питания, определяется полным углом разворота ротора кодирующего элемента относительно нулевого положения измеряемого вала, ,и число -импульсов, снимаемых с датчика щкалы, эквивалентное число пройденных нар лолюсов датчика точного отсчета от его исходного положения, определяет код грубого отсчета, щаг

2ir квантования :которого равен -р

На чертеже приведена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит двигатель 1, который вращает сдвоенный ротор генератора щкалы; генератор щкалы 2, датчик щкалы 3, датчик питания 4 кодирующего элемента, кодирующий элемент 5, датчик точного отсчета 6, датчик грубого отсчета 7, формирователи импульсов 8-11 и блок формирования кода 12.

Основными узлами преобразователя являются два генератора: генератор шкалы и кодирующий элемент. В генераторах используются Индукционные мащвны типа спнуснокосинусных поворотных трансформаторов.

Роторы обоих датчиков генератора щкалы 2 вращаются ненрерыв-по со скоростью двигателем, а роторы кодирующего элемента 5 жестко соединены с входной осью, угловое положение которой необходимо определить.

За один оборот ротора генератора щкалы вектор магнитного поля датчика питания поворачивается на 2 9,1. град.

С синусной и косинусной обмоток статора датчика снимаются два напряжения Vi

/Cll/m sin at sin nt и У2 KtVm Sin «/ COS t,

где и - скорость вращения вала вспомогательного двигателя;

и - круговая частота напряжения питания;

KI-К.2- коэффициенты передач, аргумент которых по огибающей за один оборот вала (2я угл. град.) вспомогательного двигателя изменяется от О до 2я эл. град (один период на оборот вала).

За один оборот ротора генератора щкалы вектор магнитного поля датчика щкалы поворачивается на 2я эл. град.

С обмотки статора датчика щкалы снимается напряжение

(V ,гsmoJt smPnt), аргумент которого по огибающей за полный оборот вала вспомогательного двигателя изменяется от О до 2я эл. град. Р раз (Р периодов на один оборот вала).

Напряжение питания генератора шкалы подается на его роторные обмотки.

Выходные иапряжения Vi и Vz вспомогательного генератора подаются на синусные и 5 косинусные обмотки датчиков кодирующего элемента. Напряжение Vi подается на синусные обмотки обоих статоров кодирующего элемента, а напряжение 2 - на косинусные обмотки.

За один оборот ротора генератора щкалы вектор магнитного ноля статоров кодирующего элемента поворачивается на 2л эл. град.

Напряжения, снимаемые с роторных обмоток кодирующего элемента, описываются следующими выражениями:

У4 /CsVm sin . sin (fit + Ф,);

V KsV,, sin . cos (fit + Ф1);

sin fot . sin (.i + Фг);

Vo K/m sin u)/ . cos (fit + 2) ,

где и 1/5 - выходные напряжения каналов точного и грубого отсчетов кодирующе. 5 го элемента соответственно, снимаемые с синусных роторных обмоток;

Vi и УБ - выходные напряжения каналов точного ,н грубого отсчетов кодирующего элемента соответственно, снимаемые с коси0 пусных роторных обмоток;

Кг, К.ъ, Ki, К - коэффициенты передач.

При построении преобразователя «угол - код используются, например, выходные напряжения V4 и 1/5. 5

В исходном состоянии (при угле поворота ротора кодирующего элемента а 0) ротор кодирующего элемента должен быть установлен таким образом, чтобы на синусных обмотках его были нулевые значения выходных папряжений (в точках, где доза равна О, а не 180°) при нулево.м значении напряжения питания Vi (где доза также равна 0) и максимальное значение напряжения питания Уд. При этом, одно из нулевых значений выходного иапряжения УЗ датчика щкалы совмещено с нулевым значением напряжения питания УЬ Это положение совмещается с нулевым значением угла измеряемого вала, и в этом случае выходные напряжения, снимаемые с роторных обмоток кодирующего элемента, запишутся как:

V K2V,nSinat зтЩ; V, . .

При повороте ротора кодирующего элемента на угол а происходит сдвиг по фазе между напряжением питания -и выходными напряжениями каналов.

В виде выражения выходных напряжений каналов точного и грубого отсчетов кодирующего элемента будут:

(зУ™5Ш«г . sin (й + ФО; Vs sin t . sin (t + F.). При повороте ротора кодирующего элемента на угол, равный одному полюсному делению сдвиг фаз между напряжением питанля и выходным напряжением канала точного отсчета составит fi 2 эл. град., а сдвиг фаз между напряжением плтания и выходным нап.ряженлем канала грубого отсчета составит

2я.

Р2 -о-эл. град. (таК .как масщтао между каналами кодирующего элемента равен Р, то

., -).

За один период напряжения питания фаза выходного напряжения датчика щкалы из.меняется «а 1я . Р ,

Примем за единицу измерения сдвиг по фазе между напряжением питания и выходными напряжениями каналов кодирующего элемента 2 эл. град, щкалы.

При повороте ротора кодирующего элемента на угол, соответствующий одному полюсному делению, сдвиг ио фазе между нанапряжением V составит Р единиц щкалы, а сдвиг по фазе между напряжением питания и выходным напряжением l/s - одну единицу щкалы.

Таким образом, число единиц (число периодов щкалы) между нулевыми значениями напряжения питания и выходного напряжения канала точного отсчета при угле поворота ротора кодирующего элемента на одно полюсное деление равно Р, а между нулевыми значениями напряжения литания и выходного напряжения канала грубого отсчета равно 1.

При угле поворота ротора кодирующего элемента, равном 2 угл. град., число периодов шкалы между нулевым значением напряжения питания и нулевым значением выходного напряжения канала грубого отсчета составляет Р. Следовательно, разрещающая способность преобразователя, построенного по иредлагаемому способу, составляет Р единиц.

Преобразователь «угол - код является циклическим преобразователе,м.

Цикл преобразования равен одному периоду напряжения питания кодирующего элемента, т. е. времени одного оборота вала вспомогательного двигателя. При этом старщие разряды цифрового эквивалента угла разворота ротора кодирующего элемента (целое число пар полюсов канала точного отсчета кодирующего элемента) фиксируются по грубому отсчету.

Фиксация производится подсчетом числа периодов щкалы между нулевым значением напряжения питания кодирующего элемента и нулевым значением выходного напряжения канала грубого отсчета. Младщие разряды кода (дробная часть полюсного деления, т. е. квантование угла в пределах полюсного деления) фиксируются по точному отсчету подсчетом числа периодов щкалы между нулевым значением напряжения питания л нулевым значением выходного напряжения канала точного отсчета.

Шаг квантования канала точного отсчета

2- 2я равен „ „ ; а канала грубого отсчетар-.

Диапазон измерения канала точного отсчета- угол, равный полюсному делению щкалы точного отсчета кодирующего элемента, т. е. 2я

угол равный

Р

Коэффициент электрической редукции преобразователя равен Р , т. е. увеличивается в Р раз но сравнению с коэффициентом электрической редукции ко.дирующего элемента.

Папрял ения, снимаемые с выходных обмоток генератора щкалы 2 и кодирующего элемента 5, подаются на формирователи, лсоторые в моменты перехода огибающих выходных сигналов через нулевое полон ение от отрица0тельных значений к положительным формируют импульсы.

За один оборот ротора генератора шкалы выдается Р импульсов шкалы с формирователя 8 и один импульс с формирователя 9, мо5мбнт формирования которого является началом цикла преобразования угла в код.

С формирователей выходных напряжений кодирующего элемента за один оборот ротора генератора шкалы выдается по одному им0пульсу как по каналу точного отсчета, так и по каналу грубого отсчета.

Временное расположение импульса с формирователя 10 точного канала кодирующего элемента или сдвиг по фазе его относительно начала цикла преобразования определяется углом разворота ротора кодирующего элемента в пределах любого его полюсного деления. Временное расположение импульса с формирователя // грубого канала или сдвиг по фазе

0 его относительно начала цикла преобразования определяется полным углом разворота ротора кодирующего элемента относительно исходного положения измеряемого вала.

Таким образом, число измеряемых периодов щкалы, которое укладывается от начала цикла преобразования до появления импульса с формирователя 10 канала точного отсчета, определяет код в пределах полюсного деления, а число измеряемых периодов шкалы, ко0торое укладывается от начала цикла преобразования до появления импульса с формирователя /;/ канала грубого отсчета, определяет старщие разряды кода, эквивалентного числу пройденных пар полюсов кодирующего эле5мента, от его исходного положения.

Импульсы каналов точного и ,rpyi6oro отсчетов кодирующего элемента могут совпадать с любым импульсом шкалы. Совпадающий ,во времени импульс шкалы считается в блоке формирования кода 1-2 как единица диск,рета. Исключение составляет первый (нулевой) импульс щкалы, момент появления кото-рого совпадает с началом цикла преобразования.

Генератор шкалы (датчики генератора шкалы), индукЦИОйные кодирующие элементы, формирователи импульсов, блок формированяя кода построены по известным схемам.

Предмет изобретения

Преобразов.атель «угол - код, соде|ржащий дввгатель, коди1рующий элемент, состояший из датчика точного отсчета и датчика -грубого отсчета, формирователи импульсов, соединенные с блоком формирования кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в иего введен тенератор шкалы, состоящий из датчика шкалы и датчика питания кодирующего элемента; лричем роторы датчика шкалы и датчика :пита«ия кодирующего элемента установлены «а валу двигателя; статорная обмотка датчика шкалы соединена со входо.м первого формирователя

импульсов; статорные обмотки датчика питания соединены соответственно со статорным.и обмотками датчика точного отсчета и датчика грубого отсчета кодируюшего элемента; синусная обмотка статора датчика питания подКлючена ко входу второго формирователя импульсов; синусная обмотка ротора датчика точного отсчета соединена со входом третьего формирователя импульсов, а синусная обмотка ротора датчика грубого отсчета - со входом четвертого формирователя импульсов.