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

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть исиользовано для сопряжения датчиков и счетно-решающих элементов поворотного типа с цифровыми вычислительными устройствами и машинами различного назначения.

Известны преобразователи угла поворота вала в цифровой код, в том числе и преобразователи, в которых угловое положение вала посредством функциональных датчиков преобразуется в промежуточную аналоговую величину, например сдвиг фазы и;ш напряжение, с последующим преобразованием иоследней в код углового положения вала. В качестве таких датчиков наиболее часто используются различные фазовращатели, и в иервую очередь вращающиеся трансформаторы высокого класса точности, так как они достаточно просты, обеспечивают высоку 0 точность, надежны в работе, помехоустойчивы, могут быть размещены на большом расстоянии от электронных блоков 1 и 2.

Однако такие преобразователи имеют невысокую точность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является иреобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно еоедииенные генератор, «-разрядный двоичный счетчик, формирователь синусоидальных напряжений, фазовращатель и иреобразователь угла в фазу, первый выход которого соединен с первым входо.м олока элементов «И, к второму входу которого подключен «-разрядный двоичный счетчик 3.

Этот преобразоватео1ь практически не может обеспечить высокую точность преобразования в условиях его повседневной эксплуатации, особенно в тех случаях, когда постоянство внешних условий его работы не может быть создано по тем или иным обстоятельствам. Это обусловлено по меньшей мере двумя причинами. Во-первых, выходной код угла преобразователя определяется по временному положению фазового импульса, вырабатызасмому в блоке выделения и формирования фазового импульса в момент перехода синусоидального напряжения с выхода фазовращателя от его отрицательных значений к положительным и поэтому как возникновение искажений формы этого напряжения, так и нестабильность срабатывания элементов сравнения напряжений в блоке выделен ;я и формирован; я фазового импульса приводит к дополнительному смещению фазового импульса, а следовательно икпоязлению ошибок преобразования. Устранение причин возникновения этих ошибок, особенно второй, технически сложно и может быть дост 1гнуто применением специальных высокостабильных элементов и зиачительиого усложнеиия схемы иреобразователя.

Во-зторых, вследствие того, что при вращении входного вала преобразователя фазовый

импульс смещается во времени непрерывно, а следовательно он может занимать любое положение относительно импульсов собственного генератора преобразователя, нестабильность длительности фазового импульса и импульсов генератора может приводить либо к потере импульсов съема кода угла со счетчика, либо к появлению двух (или более) импульсов съема, что безусловно приводит к нарушению работы преобразователя и возникновению дополнительных ошибок. Стабилизация длительности фазового импульса и импульсов генератора суш,ественно усложняет схему преобразователя.

Цель изобретения -- повышение точности преобразователя.

Это достигается тем, что в иредлагаемый преобразователь введены блоки задержки, регистры, блок сравнения, блоки из п и элементов «И, первый вход блока из п элементов «И подключен к выходу п-разрядного двоичного счетчика, а второй вход - к второму выходу преобразователя тла в фазу, который через первый блок задержки подключен к первому входу блока /г+1 элементов «И и к второму блоку задержки, выход которого соединен с одним из входов регистров, выходы блоков из п и элементов «И через регистры иодключены к входам блока сравнения и к входам соответствуюш.их разрядов сумматора, вход старшего разряда которого соединен с выходом блока сравнения, выход сумматора подключен к второму входу блока из /г+1 элементов «И.

Преобразователь угла в фазу ВЕЯполнен в виде ограничителя-нормирователя, например, по схеме переключателя тока, триггера, входы которого соединены с прямым и инверсным выходами ограничителя-нормирователя и через второй элемент задержки с выходом генератора; и двух элементов «И, входы которых соединены непосредственно и через третий и четвертый элементы задержки с прямым и инверсным выходами триггера.

На чертеже показана функциональная схе.ма преобразователя.

Схема преобразователя угла поворота вала в код содержит задающий генератор 1, «-разрядный двоичный счетчик 2, формирующий сигналы опорного цикла преобразователя и текущий код фазы этого цикла, формирователь 3 синусондальмых напряжений запитки фазовращателя; фа:.опращатель 4, преобразующий угол поворота вала в сдвиг фазы синусоидального нанряже;Ч 1я, преобразователь 5 угла в фазу, вынолненный в виде ограничителя-нормирователя 6, триггера 7 с входной логикой, элементы 8, 9 и 10 задержки и двух элементов «И И и 12; блоки 13 и 14 из и элементов «И, осуществляющие съем кодов со счетчика 2 по фазовым импульсам преобразователя 5; регистры 15 и 16, хранящие результаты съема на время вычисления выходного кода угла, сумматор 17, выполняющий вычисление выходного кода угла; блок сравнения 18 сравнивает старшие разряды входных кодов сумматора; блок 19 из элементов «И выдачи выходного кода преобразозателя и блоки 20 и 21 задержки.

Преобразователь работает следующи.м образом.

Импульсы задающего генератора 1 непрерывно просчитываются двоичиым я-разрядным счетчиком 2, который циклически изменяет свои состояния от нулс;ю1о (начало цикла) до максимального, равного (конец цикла).

В формирователе 3 синусоидальных напряжений ио прямоугольным импульсам старших разрядов счетчика 2 вырабатывается, например, посредство.м формирователя, система смещенных но фазе синусоидальных напряжепий запитки фазовращателя 4.

Начальное положение входного вала преобразователя и положительное направлепие его вращение выбраны так, что разность фаз между выходным напряжением фазовращателя 4 при его представлении косинусоидальной функцией и циклом работы счетчика 2 в точности равна величине угла поворота входного вала преобразователя. При этом в момент прохождения выходным напряженгчем фазовращателя нулевой фазы его цикла, т. е. своего максимального положительного значения, код текущего состояния двоичного счетчика в точности равен величине угла поворота входного вала преобразователя.

Однако в пред.тагаемом преобразователе для повышения точности и стабильности его работы выходной код угла формируется не путем съема текущего кода с двоичного счетчика в мо.мент прохождения выходным напряжением фазовращателя нулевой фазы его цикла, как во всех известных преобразователях, а путем усреднения двух кодов, снимаемых с двоичного счетчика дву.мя фазовыми импульсами, расположенными симметрично относительно момента прохол депия выходным нанряжением фазовращателя нулевой фазы цикла (в данном случае его максимального значения) и формируемыми по началу и концу первичного фазового импульса, получаемого методом двухстороннего ограничения косинусоидального напряжения. При этом повышение точности и стабильности преобразователя обеспечивается тем, что как пестабильность уровней ограничения косинусоидального напряжения, так и его симметричные искажения (искажения, вызванные косинусоидальными высшими гар.мониками) приводят к симметричному изменению положения фазовых импульсов и снимаемых ими кодов, еохраняя их среднее значение постоянным.

Двухстороннее ограничение косинусоидального нанряжения с выхода фазовращателя 4 с одновременным усилением и нормированием (приведением к единичному и нулевому уровням использованных в устройстве логических элементов) полученных при ограничении сигналов осуществляется в ограничителе-нормирователе 6 преобразователя 5 угла в фазу.

Ограничитель-нормирователь & выполнен на схемах переключателей тока и имеет два выхода - прямой п ппверспып; в качестве прямого кclюльJ eтcя тот выход, на которол при положительной полуволне входного косинусоидального напряжения формируется сигнал единичного уровня (этот сигнал назван нервичным фазовым импульсом). При достаточно Оольшом коэффициенте усиления переключателей тока форма первичного фазового импульса является практически прямоугольной.

ьследстиие непрерывности п.менения входного угла преооразователя, а следовательно и фазы выходного напряжепня фазоврапдателя Чг, начало и ко.чец нервичных фазовых .чьсов .мо1ут занимать любые положении относительно импульсов генератора 1, ii поэтому для устранения ошиоок нрн съе.1е кодов с счетчика 2 первичные фазовые пл-шульсы нормируются по положению. Мор.мнрование осуществляется известным сиосооом и состоит в том, что прямое и пнверспое значения первичных фазовых импульсов, снимаемые с прямого и инверсного выходов ограничителя-пормирователя Ь, подаются на первые входы соответствуюгцих элементов «И входной логики триггера 7, на вторые входы которых постуиают смещенные элементом 8 задержки и.мнульсы генератора 1. Величина смещения импульсов определяется временем перехода счетчика 2 от одного состояния к другому и в первом приближении равна половине периода их следования. При этом триггер 7 переходит от нулевого состояния в единичное по перво.му задержапному импульсу генератора, следующему после начала первичного фазового импульса, и возвращается в нулевое состояние по первому задержанному и.мпульсу генератора, следующему после окончания первичного фазового импульса. Снимаемые с выходов триггера 7 нормированные первичные фазовые импульсы с точностью до периода следования импульсов генератора 1 повторяют ненормированные первичные фазовые импульсы, формируемые ограничителем-нормирователем 6, но их начало и конец всегда расположены точно между имну.тьсамн генератора 1.

Выходные фазовые импульсы преобразователя 5, по которым производится съем кодов е двоичного счетчика 2, формируются по началу и концу нормированных первичных фазовых импульсов способом формирования коротких сигналов из потенциальных импульсов неопределенной длительности. Фазовый импульс по началу первичного фазового импульса - первый фазовый и.мпульс - получаетея логическим иеремиожеппем на элементе «И 12 прямого нор.мированного первичного фазового импульса с задержанным на элементе 10 задержки его ииверсным значением, а фазовый импульс по концу первичного фазового импульса - второй фазовый импульс - логическим перемпожепием на элементе «И 11 инверсного значения нормированного первичного фазового импульса с задержанным на элеме1гге 9 задержки его прямым значениед.

первый фазовый илипльс посредством блока эле.мептов «ii ib снимает текущее значение кода счетчика м заносит его на регистр 15. Аналогнчно BTopoii фазовый )L птyльc посредством блока э.1сментов «ii 14 снимает текущее значение кода счетчика и заносит его на BTOpoii регистр 16.

Усреднение нолученных кодов осуществляется путем их су.ммировання на колюииациои1ЮМ сумматоре 17 и делеп1:я иолучеппого реоультата на два путе.м условной фиксацни занятой перед младщнм разрядом кода, сиимаемого с сумматора посредством блока 19. Съем кода с сумматора производится вторым фазовыл ими -льсом, задержанным блоком 20 задержки на ве.тичпиу, необходимую для заиерщения переходных режимов в сумматоре

после подачи на его вгорон вход кода Л 2 (после съема кода с сумматора пмпульсом съема, задержанным олоком 21 задержки, нронзвод ггся сброс регистров 15 и 16 в исходные состояния). 13ыходно11 код блока 19

является выходны.м кодом преобразователя.

Выходно код преобразователя как по.тусумма кодов в точности соответствует величине угла входного вала только в том случае, когда первый п второй фазовые импульсы лежат в пределах одного цикла работы двоичного счетчика 2.

Формула и 3 о б р е т е и п я

Преобразователь угла поворота вала в код,

содержащий последовательно соединенные генератор, «-разрядный двоичный счетчик, формирователь синусоидальных наиряжени, фазовращатель и преобразователь угла в фазу, первый выход которого соединен с первым

входо.м блока элементов «1-1, к второ. входу которого подключен д-разрядный двоичный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, в него введены блоки задержки, регистры, блок сравнения, блоки

нз п п /г-|-1 элементов «1-1, первый вход блока из п элементов «i-i подключен к выходу л-разрядного двоичного счетчика, а BTOpoii вход - к второму выходу преобразователя угла в фазу, который через первый блок задержки подключен к иервомх входу блока /1+1 элементов «11 и к вторму блоку задержки, выход которго соедииеи с одним из входов региетров, выходы блоков нз п п элемеитов «И через регистры, подключены к

входам блока сравнения и ко входам соответствующих разрядов сумматора, вход старшего разряда которого соединен с выходом блока сравиення, выход с мматора подключен к второму входу блока i3 /г-р элементов «И.

Источники 1;нформации. принятые зс БИИманне при экспертизе:

1.Авт. св. АО . G 08С 9/04, 17.05.72.

2.Авт. св. До 425197. G 08С 9/04. 04.01.72. 3. Авт. св. До 282702, G 08С 9/04, 30.05.69.

5