Способ преобразования угла поворота вала в код Советский патент 1976 года по МПК G08C9/04 

Цель изобретения - повышение точности иреобразова шя. Для ее достижения процесс преобразования осуществляют итеративно, причем на первой итерации алгебраически суммируют в пределах найденного квадранта синусное и косинусное выходные напряжения датчика угла поворота, сравнивают знак фазы результирующего напряжения со знаком фазы синусного напряжения датчика угла поворота и по результату сравнения формируют третий разряд кода, четвертый и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного и результирующих напряжений, соответствующих углам поворота 5ё (где п - номер формируемого разряда) и образованных путем суммирования двух напряжений, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предьщущей итерации и взятое с соответствующем коэффициентом, а другим - одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации. На фиг. 1 приведены кривые, иллюстрирующие процесс преобразования у глав 132°; на фиг. 2 показан в масштабе участок угловой оси в окрестности указанной точки; на фиг.З - блок-схема для осуществления предлагаемого способа, вариант. Как известно, напряжения синусной и косинусной выходных обмоток ВТ, используемого в качестве датчика угла поворота, определяются еле дующим образом: и s)шt ; Ug K U s nuuts nS, где Uf Щ- амплитудное значение и круговая частота напряжения питания Up; 0 - угол поворота ротора ВТ; K;j - коэффициент, постоянный для данного типа ВТ и характеризующий его свойства (). Напряжения фазных обмоток сельсина посредством расщепляющего трансформатора (трансформатора Скотта) могут быть преобразованы и приведены к виду (1). Напряжение Uj однозначно определяет, в каком из секторов 0- 180° или 180- 360 находится искомьй угол © . Для этого достаточно сравнить фазу этого напряжения с фазой напряжения питания Up : в секторе указанные напряжения синфазны, а в секторе - противофазны. По результату сравнения формируется первьш старпшй разряд кода. Аналогично по результату сравнения фаз напряжений U2 и Ui формируют второй разряд кода. В дальнейщем процесс преобразования ос ацествляется по итерационной схеме. На первой итерации алгебраически суммируют синусное и косинусное напряжения ВТ, при этом результирующее напряжение (в зависимости от значения второго разряда кода) принимает вид и , KjU s nuuts n() или U,j U2 Lr --KjU sinu/tSin(35-6) (2) где ,4К. По результатам сравнения фаз напряжений з и Ui формируют третий разряд кода. Четвертью и последующий разряды кода формируют по одной и той же схеме: на i-и итерации суммируют напряжения, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предыдущей, (i- 1) - ой, итерации и взятое с постоянным для этой итерации коэффициентом К,, а другим - одно из суммируемых напряжений предьщущей итерации; сравнивают фазы напряжений Uj и Ui, по результату сравнения формируют соответствующий п-й разряд кода (п t + 2). По результатам формирования всех разрядов кода определяют двоичный код, соответствующий преобразуемому углу поворота б . Пример. 0 132°. Сравниваются фазы напряжений Ui и Up: синфазность указанных напряжений (точка а см. фиг. 1) указьшает на то, что искомый угол находится в секторе С (здесь и далее синфазности напряжений ставятся в соответствие значение О соответствующего разряда кода, а противофазности - значение 1). Таким образом, значение первого старшего разряда кода равно О. Аналогично сравниваются фазы напряжений U2 и и, , противофазности указанных напряжений (точка Ь), ставим в соответствие значение 1 второго разряда кода. Два старших разряда кода определяют квадрант измеряемого угла 0 90-М80°. Суммируются напряжения (первая итерация), изменения фазы огибающих которых происходят в точках угловой оси, соответствующих гращщам квадранта 90 180° , т.е. Uj и Uj: U,,U2 + (35- Q), где ,4К. По результату сравнения фаз этого напряж . 1л и напряжения Ui формируется третий разряд кода: синфазности указанных напряжений (точка с) ставим в соответствие значение О данного разряда. Три старших разряда кода определяют октант измеряемого угла 0 (см. фиг. 2). На второй итерации суммируются напряжения, изменение фазы огибающих которых происходит в точках угловой оси, соответствующих границам октанта 90 -f 135°, т.е. УЗ (результирующее напряжение предыдущей итерации) и УЗ (одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации), при этом напряжение Us берется с учетом коэффициента Кз 1,4 К: U Uj/-/,4 Uз (2,-0), где ,85К.

По результату фавнения фаз напряжений U и Ui формируется четвертый разряд кода: противофазности указанных напряжений (точка d,) ставим в соответствие значение 1 данного разряда.

Четыре первых разряда кода определяют 22,5°-ый сектор измеряемого угла б 112,5-135° (см.. фиг. 2).

На 3-и итерации суммируются напряжения, изменение фазы огибающих которых происходит в точках угловой оси, соответствующих границам сектора 112,5-135°, т.е. U4 (результирующее напряжение предьщущей итерации) и Us (одно из суммируемых напряжений предьщущей итерапии), при этом оба напряжения берутся с учетом соответствующих коэффициентов Uj - ,85- ,4 KjU Sinu;t лл (23,75 - в);

где К; 1,95 К.

По результату сравнения фаз напряжений Us и Ui формируется пятый разряд кода: противофазности указанных напряжений (точка е) ставим в соответствие значение 1 даршого разряда.

Пять первых разрядов кода определяют 11,25°-ный сектор измеряемого угла 0 123,75 135° и т.д. (см. фиг.2).

Последующие разряды кода формируются аналогично. В результате имеем

0 t-lgo+O 45° 22,5°tii,25+.-.

Очевидно, что погрешность определения угла поворота определяется выбором числа итераций (при , а 123,75° при i 5, Q 132,18° и т

Предлагаемьш способ может быть осзодествлен по блок-схеме (см. фиг. 3). Она содержит вращающийся трансформатор (ВТ) 1, блок логических схем 2, устройство управления 3, блок масщтабирования 4, блок сумматоров 5, блок фазочувствительных детекторов 6.

Синусная и косинусная обмотки ВТ 1 подключены к сигнальным входам соответствующих фазоЧ)вствительных детекторов, входящих в состав блока 6, при этом состояние указанных детекторов, опорные входы которых соединены с источником питания и синусной обмоткой ВТ 1 соответственно, отображает квадрант измеряемого угла поворота угла & .

Устройство построено по многоступенчатой схеме, причем состав и междуэлементные соединения каждой ступени аналогичны: на два входа сумматора второй (вторая итеращ1я) и последующих ступеней (все сумматоры входят в состав блока 5) подаются напряжения, одним из которых является результирующее напряжение с выхода сумматора предыдущей ступени (оно подается через соответствующий делитель напряжения, входящий в состав блока 4 масщтабирования), а другим - одно из суммируемых напряжений предьщущей ступени (оно выбирается соответствующими ключами переменного тока, входящими в состав блока 3 управления) . На входе сумматора первой ступени (первая итерация) одним из действующих напряжений является напряжение косинусной обмотки ВТ 1, а другим (в зависимости от состояния фазочувствителного детектора второго разряда - напряжение Uj или -Ui.

К выходу каждого сумматора подключен фазочувствительный детектор, входящий в состав блока 6, причем опорньш вход этого детектора соединен с синусной обмоткой ВТ 1 так, что в зависимости от фазы результирующего напряжения данной ступени относительно Ui он устанавливается в то или иное состояние, определяющее значение соответствующего разряда кода.

Выход блока 6 фазоч}вствительных детекторов связан с устройством управления 3 через блок 2 логических схем, назначением которого является выбор правильного направления поиска искомого угла, что выражается в подключении необходимого напряжения на вход соответствующего сумматора.

Предложенный способ преобразования угла поворота вала в код обеспечивает высокую точность преобразования, при простой его реализации.

Форм у.па изобретения

Способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на преобразовании выходных синусного п косинусного напряжений датчика угла поворота, формировании из них двух старших разрядов кода и определении квадранта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, процесс преобразования осуществляют итеративно, причем на первой итерации алгебраически суммируют в пределах найденного квадранта синусное и косинусное выходные напряжения датчика угла поворота, сравнивают знак фазы результируюидего напряжения со знаком фазы синусного напряжения датчика угла поворота и по результатам сравнения формируют третий разряд кода, че-иертый и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного и результирующих напряжений, соответствующих углам поворота (где п - номер формируемого разряда) и образованных путем суммирования двух напряжений, одним из которых является результирующее напряжение, пол ченное на предьщущей итерации и взятое с соответствующим коэффициентом, а другим - одно из суммируемых напряжений предьщущей итерации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Преснухин Л. Н. и др. Муаровые растровые датчики положения и их применения. 1969 г., стр. 73-80.

2. Electronic Design. vol 18 № 6, 1970 стр. 178-183.

3.Авторское свидетельство СССР№ 385304 М. Кл. G 08 С 9/04, 04.05.71.

и

90

«

11

ъ

CSJ

405°

105 120

Фиг. 2

Л

П

Фиг. 5