Преобразователь угла в код Советский патент 1976 года по МПК G08C9/04 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в цифровых системах управления и устройствах аналогичного назначения щгя получения цифровой информации об угле поворота быстро вращающегося вала, когда датчиком угла служит фазовращатель.

Преобразователи угловых перемещений в код, использующие з качестве датчика утла фазовращатель, осуществляют преобразование в два этапа. Сначала угол поворота оси фазовращения преооразузтся в пропорциональный фазовый сдвиг синусоидального напряжения относительно опорного синусоидального напряжения, получаемого на форлтрователе синусоидального напряжения, а затем формируется кодовьш эквивалент вьвделенного фазового сдвига, пропорциональный кодируемому угл поворота вала.

Фазовый сдвиг между опорным напряжением и выходным напряжением фазовращателя с помощью устройства вьщеления нуля (формирователя фазового импульса) представляется в виде временного интервала, а временной интервал преобразуется в цифровую форму либо с помощью счетчика, на котором подсчитьшается число импртьсов за этот временный интервал, либо с помощью временной

писалы, формируемой на делителе частоты, по которой определяется кодовый эквивалент фазового сдвига.

Точность работы преобразователя определяется двумя компонентами: погрещностью вследствие квантования по времени ( динамическая погрешность) и статической погрешностью.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является преобразователь угла в код, содержащий генератор импульсов, подключенный непосредственно к счетчику и через последовательно соединенные делитель частоты и формирователь синусоидального напряжения - к фазовращателю, выход которого через формирователь фазового импульса подключен к одному из входов элемента И, другой вход которого соединен с делителем частоты, а выход элемента И подключен к реверсивному счетчику и через последовательно соединенные блоки приращения угла и коэффициентов - к счетчику.

Однако динамическая ошибка преобразования в любой момент считывания информации может превьпнать единицу дискретности преобразования.

Целью изобретения является повышение точности преобразования, т.е. выходной информации в

интервале време ш между соседними фазовыми импульсами.

Это достигается введением в преобразователь элементов И, НЕ триггера, причем нулевой вход трштера соединен с формирователем .фазового импульса, а первый и второй выходы через дополнительные элементы И - с реверсивным счетчиком, блок приращешш подключен к одному дополнительному элементу И непосредственно и через элемент НЕ - ко второму дополнительному элементу И, а счетный вход триггера соединен со счетчиком.

Блок-схема предложенного преобразователя приведена на чертеже.

Преобразователь состоит из последовательно соеддненных генератора 1 импульсов, делителя 2 частоты, формирователя 3 синусоидального напряжения, фазовращателя 4, выход которого соединен с формирователем 5 фазового импульса. Выход формирователя 5 соединен с элементом И 6, второй вход которого соединен с единичным выходом делителя 2 частоты. Выходы элемента И 6 соединены с разрядными входами записи реверсивного счетчика 7 и с блоком 8 приращения угла, который соединен через блок 9 коэффициентов со счетчиком 10, коэффидиент пересчета которого изменяется блоком 9 коэффициентов, триггер 11 и дополнительные элементы И 12 соединены с импульсным входом реверсивного счетчика 7, а знаковый выход блока 8 приращения угла через дополнительный элемент И 12 и последовательно соединенные элементы НЕ13иИ12-с суммирующим и вычитающим входом реверсивного счетчика 7. Вход счетчика 10 соединен с генератором импульсов 1.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Импульсы с генератора 1 с частотой f поступают на вход делителя 2 частоты. На делителе 2 частоты развертьшается во времени я - разрядная двоичная шкала преобразователя. С выхода делителя 2 частоты меандр с частотой f/2 поступает на формрователь 3 синусоидального напряжения, питаюыирго фазовращатель 4. С выхода фазовращателя 4 синусоидальное напряжение, сдвинутое по фазе относительно входного на угол, пропордиональный развороту вала фазовращателя 4, поступает на формирователь 5 фазового импульса. Формирователь 5 фазового импульса вьщеляет момент перехода через нуль синусоидального напряхсения от положительного значения к отрицательному. Этот имг(ульс, поступая на элемент И 6, списывает код со ижальг, развертьшающейся на делителе 2 частоты, в реверсивный счетчик 7, фиксируя код, пропордиональный углу поворота вала в данный момент времени. Следующий фазовый импульс сойдет с формирователя фазового импульса 5 через Т сек, где период напряжения питающего фазовращатель 4.

Для компенсащш динамической опшбки преобразователя при скоростях вращения вала, превышающих со 27Г/2 т на суммирующий или вычитающими вход реверсивного счетчика 7 в зависимости от направления вращения, поступает число импульсов, соответственно пропорциональное приращению угла. Приращения угла определяются как разность текущего и предьщущего N i-1 значения угла AN Ni-Ni-l. Знак приращения угла положительньш, если N i N i-1 и отрщательный при .-).Co схемы выявления величины и знака приращения угла 8 величина приращения угла ДМ поступает на блок 9 коэффициентов, представляющий собой дешифратор.

Коэффициент перерасчета К, поступающий с блока 9 коэффициентов И на счетчик 10, для1-того момента равено

-

С выхода счетчика 10 поступают равномерно распределенные по периоду Т импульсы, число которых за период равно 4 W , суммируется или вычитается в реверсивном счетчике 7.

При этом динамическая опшбка преобразования ( в промежутке времени мехсду соседними фазовыми импульсами) будет складьшаться из опшбок определения величины приращения и ощибки дискретности ( квантования по уровню),равной

да бО|Т4 - (2) где Wj - скорость i - того момента времени;

7( - время, в течение которого величина выходного кода изменяется ня единицу младщего разряда;

f;-частота, с которой изменяется выходной код преобразователя.

Выразим частоту формируемого на счетчике 10 импульса fi через величину приращений кода ДМ .. AN f. .

f N (З)

Из выражения (1) определим йЫ

И)

.Ni---i

Представим выражение (3) и (4) в вьфажение (2) и получим выражение: CJi

да

(5)

/S f

Из этого выражения уже видно, что при уменьщении коэффициента пересчета в 2 раз уменьпиется динамическая опшбка преобразования. Для частоты, получаемой на выходе счетчика Ш, имеем следующее выражение

(6)

f (ANi+i),

ft а опшбка дискретности уменьшается в 2 раз, при

этом необходимо ввести г дополните;п ных последовательно соединенных триггеров, выходы которых будут использоваться в качестве дополнительных разрядов выходного кода преобразователя. В преобразователе, показанном на чертеже г 1.

При приходе фазового импульса триггер 11 устанавливается в положение О, а в реверсивном счетчике 7 переписывается информация фазовым импульсом с делителя частоты. Частота импульсов, поступающих со счетчика 10 увеличивается в два раза.

Импульсы с выхода счетчика 10 подаются на счетный вход триггера 11, нулевой сигнал триггера 11 через дополнительный элемент И 12, управляемый знаковьпи выходом блока 8 приращения угла подается на суммирующий вход реверсивного счетчика 7, а единичнью сигнал через дополнительный элемент И 12 управляетсяпроинвертированным элементом НЕ 13, выходом блока 8 приращения угла подается на вычитаюащй вход реверсивного счетчика 7.

Таким образом, благодаря введению триггера, информация, снимаемая в любой момент времени с триггера и реверсивного счетшка, имеет меньшую динамическую ошибку.

Формула изобретения

Преобразователь угла в код, содержащий генератор импульсов, подлюченный непосредоъенно к счетчику и через последовательно соединенные делитель частоты и формирователь синусоидального напряжения - к фазовращателю, выход которого через формирователь фазового импульса подключен к одному из входов элемента И, другой вход которого соединен с делителем частоты, а выход элемента И подключен к реверсивному счетчику и через последовательно соединенные блоки приращения угла и коэффициента - к счетчику, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент НЕ, триггер и дополнительные элементы И, нулевой вход триггера соединен с формирователем фазового шотульса, а первый и второй выходы через дополнительные элементы И - с реверсивным счетчиком, блок приращения угла подключен к одному дополнительному элементу И непосредственно и через элемент НЕ - ко второму дополнительному элеменTJ И, а счетный вход триггера соединен со счетчиком.