Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1977 года по МПК G08C9/04 

На чертеже показана блок-схема преобразователя угла поворота вала в код.

Схема содерЖИТ генератор напряжения 1 низкой частоты, синусно-косинуоный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, функциональный -преобразователь 3, .низкочастотный фазовый детектор 4, преобразователь 5 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 6, заградительный фильтр 7, настроенный на частоту наиряжения генератора 1, высокочастотный фазовый детектор 8, дифференцирующий блок 9, постоянная времени которого выбирается равной постоянной времени низкочастотного фазового детектора 4, цифровой сумматор 10, преобразователь 11 напрялсения в код, генератор напряжения 12 высокой частоты и сумматоры 13, 14.

Работа Преобразователя происходит следующим образом.

Синусоидальные напряжения низкой и высокой частоты генераторов 1 и 12 через сумматор 13 поступают на вход СКВТ 2. С синусного и косинусного -выходов СКВТ 2 промодулированные по амплитуде синусоидальные сигналы низкой и высокой частоты поступают на соответствующие входы функционального преобразователя 3, передаточная характеристика которого зависит от кода реверсивного счетчика 6. На выходе функционального преобразов1ателя 3 образуются два сигнала низкой и высокой частоты, амплитуды которых зависят от углового положения вала СКВТ 2 и кода реверсивного счетчика 6. Эти сигналы поступают на входы заградительного фильтра 7 и низкочастотного фазового детектора 4, на выходе которого формируется сигнал постоянного тока. Амплитуда этого сигнала пропорциональна амплитуде входного сигнала переменного тока низкой частоты. Высокочастотный сигнал, поступающий на вход фазового детектора 4, отфильтровывается фильтром низкой частоты (входящим в состав фазового детектора 4) и через фазовый детектор 4 не проходит. С выхода низкочастотного фазового детектора 4 сигнал постоянного тока поступает на первый вход сумматора 14 и на вход преобразователя 5 напряжения в частоту, на выходах которого в зависимости от -полярности входного сигнала формируются управляющие импульсы, поступающие соответственно на суммируюЩИЙ или вычитающий входы реверсивного счетчика 6.

Высокочастотный сигнал с функционального преобразователя 3 проходит через заградительный фильтр 7 и поступает на вход высокочастотного фазового детектора 8. Низкочастотный выходной сигнал функционального преобразователя через заградительный фильтр фазового детектора 8, настроенный на частоту низкочастотного сигнала, не проходит. На выходе высокочастотного фазового детектора 8 формируется сигнал постоянного тока, амплитуда которого пропорциональна амплитуде входного сигнала переменного тока высокой частоты. С выхода высокочастотного фазового детектора 8 сигнал постоянного тока поступает на дифференцирующий блок 9, а затем после дифференцирования на второй вход сумматора 14. Амплитуда выходного сигнала сумматора 14 преобразуется с помощью преобразователя 11 в код, который поступает на,вторые разрядные входы цифрового сумматора 10, на первые разрядные входы которого поступает выходной код реверсивного счетчика 6. В статике (при неподвижном положении вала СКВТ 2) выходной код реверсивного счетчика 6 равен угловому положению вала СКВТ 2, при этом на выходе функционального преобразователя 3 сигнал

переменного тока низкой частоты равен нулю, сигнал переменного тока высокой частоты вследствие наличия дополнительных погрешностей в узлах преобразователя, возникающих при запитке СКВТ 2 высокочастотным яапряжением, не равен нулю.

Однако так как дифференцирующий блок 9 не пропускает сигнал постоянного тока, не изменяющийся во времени, то е этом случае сигнал постоянного тока с выхода вътсокочастотного фазового детектора 8 не проходит через дифференцирующий блок 9, и сигнал на выходе сумматора 14, а следовательно, и код на выходе преобразователя 11 напряжения в код )равны нулю.

Работа преобразователя в динампке, в частности, при ступенчатом изменении угла поворота вала СКВТ 2, происходит следующим образом. При ступенчатом изменении угла поворота

измеряемого вала амплитуда сигнала постоянного тока на выходе низкочастотного фазового детектора 4 в промежутке времени ДГ}, равном постоянной времени низкочастотного фазового детектора 4, по экспоненте увеличивается от нуля до установившегося значения t/ycT, пропорционального угловому приращению измеряемого вала.

Через временной промежуток ДГ2, превыщающий по величине A7i, на выходе преобразователя 5 напряжения в частоту появляются управляющие импульсы, которые осуществляют отработку углового рассогласования меледу валом датчика и кодом реверсивного счетчИка 6 за время

№|. ГП

Готр ,

где п - число импульсов, сформированных на выходе преобразователя 5, необходимое для отра-ботки углового рассогласования.

Амплитуда сигнала постоянного тока на выходе высокочастотного фазового детектора 8 в промежутке времени АГз, равном постоянной времени фазового детектора 8, также увеЛИЧИВаеТСЯ по экспоненте от /нач до (f/nan-b

-f-t/np) (с момента ступенчатого изменения угла поворота измеряемого вала), причем приращение Af/np сигнала постоянного тока также пропорционально угловому приращению измеряемого вала, а временной промежуток АГз в п .раз меньше постоятеной времени A7i низкочастотного фазового детектора 4

п -

где сов - частота выходного сигнала высокочастотного генератора 12; сон -частота выходного сигнала низкочастотлого генератора 1.

При rt 20-100, что обеспечивается за счет выбора частоты выходного сигнала высокочастотного генератора 12, лереходными процессами, возникающими в высокочастотном фазовом детекторе 8, практически можно пренебречь ввиду неравенства Ars-CA Образованный на выходе высокочастотного фазового детектора 8 сигнал рассогласования, пропорциональный угловому приращению изме|ряемого вала, дифференцируется в- блоке 9, в результате чего «а выходе дифференцирующего блока 9 амплитуда сигнала рассогласования уменьшается по экспоненте за временной промежуток АГд (равный постоянной времени дифференцирующего блока 9) от At/np до иуля.

Так как постоянная времени дифференцирующего блока 9 А74 выбрана равной постоянной времени АГ1 низкочастотного фазового детектора 4, то при суммировании в сумматоре 14 выходного сигнала низкочастотного фазового детектора 4 (амплитуда которого увеличивается по экспоненте за время ) и выходного сигнала дифференцирующего блока 9 (амплитуда которого уменьщается по экспоненте за время ) переходные процессы, возникающие в низкочастотном фазовом детекторе 4, практически исключаются.

Следовательно, амплитуда сигнала постоянного тока на выходе сумматора 14 будет соответствовать разности между углом поворота вала датчика и выходным кодом реверсивного счетчика 6 в любой момент времени как в установившемся, так и в переходных режимах работы преобразователя. Амплитуда выходного сигнала сумматора 14 преобразуется за время АГ5 СТотр в код (с помощью преобразователя 11 напряжение в код), который алгебраически складывается с выходным кодом реверсивного счетчика 6 (в цифровом сумматоре 10) со знаком, противоположным знаку выходного сигнала сумматора

14. В результате указанных выше операций код, Полученный на выходе цифрового сумматора 10, будет соответствовать угловому положению вала СКВТ 2 практически в любой момент .времени как в установивщемся, так и в переходных режимах работы преобразователя.

Формула изобретения

10

Прео бразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, генераторы напряжения, фазовые детекторы и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности -преобразователя, в него введены функциональный преобразователь, фильтр, преобразователь напряжения в частоту, цифровой сумматор, преобразователь напряжения в код, дифференцирующий блок и сумматоры, входы первого сумматора соединены соответственно с выходами генераторов напряжения, первые входы фазовых детекторов соединены с выходами генераторов напряжения, выход первого сумматора . через синусно-косинусный вращающийся трансформатор подключен к первым входам функционального преобразователя, вторые входы коТ0)рого соединены с одними выходами реверсивного счетчика, выход функционального

преобразов-ателя непосредственно и через

фильтр подключен к вторым входам соответствующих фазовых детекторов, выход первого

фазового детектора негтосредственно подключен к первому входу второго сумматора и через .преобразователь напряжения в частоту к входам реверсивного счетчика, второй вход сумматора через дифференцирующий блок подключен к выходу второго фазового детектора, выход второго сумматора непосредственно и через преобразователь напряжения в код подключен к одним входам цифрового сумматора, другие входы которого соединены с другими выходами реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в код. Л., «Энергия, с. 79.

2.Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., «Энергия, 1974, с. 82 (прототип).