Функциональный преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1977 года по МПК G08C9/04 G06G7/26 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении функционального преобразователя для ввода информации от СКВТдатчиков в цифровую вычислительную машину.

Известны преобразователи угол-код, выполняющие кодирование информации, поступающей от СКОТ-датчиков в виде синуснокосинусных напряжений l. Указанные уст- ройства обеспечивают в соответствии с использованными при,ближенными зависимостями непосредственное кодирование угла поаорота или его синусной (косинусной) функции с некоторой методической ошибкой, прин ципиально ограничивающей точность преобразования.

Известен функциональный преобразовател угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, соединенные че- рез коммутатор каналов с входами первых двух операционных усилителей, соединенные между собой коммутаторы компенсационного и входного напряжений, выходы которых соответственно через третий и четвертый

операционные усилители соединены с первым и вторым входами преобразователя код-напряжение, выход четвертого операционного усилителя через блок сравнения подключен к первому входу первого регистра управления, второй вход которого соединен с одним из выходом распределительного устройства, один из выходов первого регистра управления подключен к первому входу регистра хранения кода, а другие выходы соединены с входами преобразователя код-напряжение, последовательно соединенные синхронизирующее устройство и делитель тактовых сигналов подключены к входу распределительного устройства 2.

Недостатком устройства является наличие методической прогрешности за счет но пользования приближенной зависимости.

Целью изобретения является повышение точности преобразования синусно-косинусных напряжений в пропорциональные коды.

Это достигается тем, что в преобразователь введены дополнительные операционные усилители, преобразователь код-напряжение и регистры управления, выходы перво го из которых подключены соответственно к входу регистра хранения кода и к коммутатору входного напряжения, а вход первого Дополнительного регистра управления соединен с другим выходом распределифельного устройства, первый вход второго дополнительного регистра управления соединен с выходом блока сравнения, а второй вход соединен с первым выходом распределительного устройства, выходы второго до полнительного регистра управления соединены с входами дополнительного преобразователя код-напряжение, выходы которого через первый и второй дополнительные операционные усилители подключены к входам коммутатора компенсационного напряжения, выход первого операционного усилителя непосредственно соединен с входом дополнительного преобразователя код-напряжение и с первым входом коммутатора входного напряжения и через третий дополнительный операционный усилитель подключен к входам второго дополнительного операционного усилителя и ко второму входу коммутатора входного напряжения, выход второго операционного усилителя подключен через четвертый дополнительный операционный усилитель к третьему входу и непосредственно к четвертому входу коммутатора входного напряжения.

На чертеже приведена структурная схема функционального преобразователя.

Преобразователь содержит синусно-коси- нусные датчики 1 (СКВТ), коммутатор 2 каналов, операционные усилители 3-6, дополнителбные усилители 7-10, регистр управления 11, дополнительный преобразователь 12 код-напряжение, коммутатор 13 компенсационного напряжения, коммутатор 14 входного напряжения, регистр 15 управления, преобразователь 16 код-напряжение, блок 17 сравнения, синхронизирующее устройство 18, делитель 19 тактовых сигналов распределительное устройство 20, регистр 21 управления, регистр 22 хранения кода.

Функциональный преобразователь угла поворота СКВТ в код состоит из нескольких СКВТ-датчиков 1, соединенных синусно-косинусными обмотками с коммутатором каналов 2. Выходы коммутатора 2 поступают на инвертирующие операционные усилители 3, 4 и 9, 10, обеспечивающие подключение к остальной схеме прямых и инверсных значений синусного и косинусного напряжений. От операционных усилителей 3 и 9 прямое и инверсное синусное напряжение поступает через дополнительный преобразователь 12 код-напряжение непосредственно к операционным усилителям 7 и 8, на выходах которых вырабатываются произведения синусного напряжения на код с взаимно-противоположными знаками. Указанные усилители связаны с коммутатором 13. компенсационного напряжения, соединенным через операционный усилитель 5 с преобразователем 16 код-напряжение, представляющим управляемую цепь компенсационной части преобразователя напряжение-код. Одновременно усилители 3, 4 и 9, 10 соединены с коммутатором 14 входного напряжения, который через операционный усилитель 6 соединен с входной цепью преобразователя напряжениекод. Входная и компенсадионная цепи замыкаются на блок сравнения 17.

Цифровая часть преобразователя содержит вспомогательные и управляющие устройства. Вспомогательные устройства представлены соединенными последовательно синхронизирующим устройством 18, делителем 19 тактовых сигналов и распределительным устройством 20. Распределительное устройство обеспечивает передачу поразрядных управляЮЕЩХ сигналов к регистру 21 управления коммутаторами входного и компенсационного напряжений и к регистрам 11 и 15 упра ления основным 16 и дополнительным 12 преобразователями код-напряжение. Регистр

15управления основным преобразователем

16и регистр 21 управления коммутаторами 14 и 13 связаны с регистром 22 хранения кода, куда передаются выходные кодированные значения.

Работа функционального преобразователя происходит в последовательности, разделяющей преобразование на три цикла. Первый цикл является подготовительным и служит для преобразования синусно-косинусных напряжений в код функции тангенса половинного угла. При этом кодирование выполняется в соответствии с зависимостью

Т

(1)

oL а Г

с учетом построения преобразователя, как устройства с обратной связью, где сравниваются рааиополярные сигналы, зависимость (1) преобразуется к виду

-sin c C-«-tgp - (sin oL-tg-- -200501) 0

Заменяя tg у- его кодовым эквивалентом e-Ctg- -j- ) , получим

-sin dL-fe-Cfcgr Y)tsiTid.-e(tg- Y)

(2)

В указанном соотнощении знаки перед составляющими сохраняются постоянными во всем диапазоне изменения угла (О ) за счет инверсии сигналов. Перед вторым и третьим циклами полученное значение e(tg -j-) -кода функции тангенса половинного-угла устанавливается на дополнительном линейном цифроанапоговом преобразователе, с помощью которого определяется масштабирование синусной составляющей компенсационного сигнала, представляющего в результате функционально константу. uiti oL-e-Ctg-)-«-cos oL 1 Напряжение, пропорциональное соотношению (3), поступает на цифроаналоговый преобразователь цепи компенсации в преобразователе напряжение-код. Входное синусное ил косинусное напряжение поступает непосредст венно на входную цепь преобразователя напряжение-код, образуя при уравновешивании в контуре с обратной связью соотношения d. -siTiot.- -e-gLsTndL-&(fg- )-«-cosoL O(4) или -cos«C+ si-ncL-d( Y - Cosd-l O (5) Поскольку множители в правых составляющи соотношений (4) и (5) представляют собой константу (3), то результат преобразования т.е. код e-g или e-g , образует собой синусную или косинусную зависимость соответственно. Приведенная последовательность зависимостей (2), (4) и (5) реализуется по циклам на преобразователе напряжение-код путем поразрядного уравновешивания, Рассмотрим последовательность действия устройства по циклам. Первый подготовитель ный цикл отводится на определение функции тангенса половинного угла (ig З ) -В пе вом такте подключением синусного напряжения через переключатель 23 к блоку 17 сравнения происходит определение фазы (зна ка) синусной зависимости. Во втором такте подключением косинусного напряжения через переключатель 24 к блоку 17 сравнения происходит определение фазы (знака) косинусной зависимости. В третьем и последующих тактах, число которых зависит от числа выбранных разрядов, выполняется поразрядное уравновешивание с помощью регистров 11 и 15, управляющих преобразователями 12 и 16 коднапряжение. При этом для получения знаков соответствующих соотношению (3), в зависимости от номера квадранта, определенного знаками синусной и косинусной зависимостей, переключатели подключаются вС ледую- щем порядке. Если обозначить знаки функций через а, в (положительный знак) в (отрицательный знак), то при а, в чены переключатели 25, 26 и 23; при а, в переключатели 25, 27 и 23; при а, в - переключатели 28, 27 и 29; при а, в - переключатели 28, 26 и 29. При этом переключатели 28 и 25 обеспечивают выбор составляющей sin oL-OCtg-Yl , взятой с положительным или отрицательным знаком. При fsincCc выхода усилителя 7 поступает -si-n ot--e-(ig---) , а с выхода усилителя 8 поступает -t-siTiot.-e-Cig- ) I . При - sirioL на выходах усилителей 7 и 8 составляющие меняют ЗН61КИ на обратные. Переключатели 27 и 26 обеспечивают выбор знака составляющей поступающей от усилителей 4 и 10. Аналогично переключатели 23 и 29 обеспечивают выбор знака составляющей sirroL, поступающей от усилителей 3 и 9. Второй цикл отводится на определение синусной зависимости -65 . Перед началом цикла Kou-0(tg-%) устанавливается в регистре 11 и пропорционально на преобразователе 12 код-напряжение. Регистр 15 обнуляется и приводится преобразователь напряжение-код (15, 16, 17) в исходное состояние. В процессе поразрядного уравновешивания при выбранном числе разрядов с помощью регистра 15, управляющего преобразователем 16 код-напряжение, происходит формирование кода, пропорционального синусной зависимости. Для выполнения уравновещивания следует сохранить знаки перед составляющими в зависимости (4). Для этого используются также знаки синусной и косинусной функций, определяющих номер квадранта. При а, в включены переключатели 25, ЗО и 24; при а, в - переключатели 25, 31 и 32; при а, в - переключатели 28, 31 и 32; при а, в - переключатели 28, ЗО vi 24. Масштаб передачи косинусного напряжения в зависимости (2) в первом цикле или в зависимостях (4) и (5) во втором и третьем циклах регулируется непосредственно на входе усилителя 5. При передаче напряжения через переключатели 27 и 26 масштаб равен двум, а через переключатели 31 и 30 масштаб равен единице. Подключение преобразователя 12 к усилителям 7 и 10 создает во входных цепях усилителей токи, пропорциональные -б- и (1 -&), где -в- - код управления преобразователей коднапряжение, поступающий от регистра 11 и пропорциональный в конкретном случае тангенсу половинного угла. Так как преобразователь 12 входом связан с усилителем 3, то достаточно подключить к входу усилителя 8 инверсное синусное напряжение от усилителя 9, чтобы можно было компенсировать постоянную составляющую тока (1-6).Тогда суммарный ток на входе усияйтел : 8 будет иметь величину - & , т.е.

противоположной полярности по отношению к входн му току усилителя 3. Таким образом, на выходах усилителей 7 и 8 всегда формируются напряжения взаимно противоположной полярности или фазы. Выбор соответствующих из них происходит на коммутаторе 13.

Синхронизация преобразования выполняется от сети, общей с источником питания СКВТ-датчиков, с помощью синхронизирук щего устройства 18. Синхронизирующий сигнал обеспечивает запуск делителя 19 тактовых сигналов, представляющих последовательность импульсов для выработки поразрядных сигналов на распределительном устройстве 20. Регистр 21 управления обеспечивает обработку несложных логических соотнощений для коммутации переключателей 23 32 в каждом конкретном цикле работы. Выходы регистров 15 и 21 связаны с регистром 22 хранения кода, откуда коды 9БЫХпоступают в ЦВМ.

Предложенное устройство позволяет преобразовать синусное и косинусное напряжения СКВТ-датчиков в двоичный код непосредственно в процессе кодирования без использования приближенных зависимостей с применением соотнощений, связывающих тригонометрические функции, чем обеспечивается отсутствие методической ощибки и дости гается общее повышение точности функционального преобразования, которая ограничивается только инструментальной погрешностью.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, соединенные через коммутатор каналов с входами первых двух операционных усилителей, соединенные между собой коммутаторы ког.шенсационного и входного напряжений, выходы которых соответст венно через третий и четвертый операционные усилители соединены с первым и вторым входами преобразователя код-напряжение, выход четвертого операционного усилителя через блок сравнения подключен к первому входу первого регистра управления.

второй вход которого соединен с одним из выходов распределительного устройства, один из выходов первого регистра управления подключен к первому входу регистра хранения кода, а другие выходы соединены с выдами преобразователя код-напряжение, последовательно соединенные синхронизирующее устройство и делитель тактовых сигналов подключены к входу распределительнотхэ устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования синусного и косинусного напряжений в пропорциональные коды, в него введены дополнительные операционные усилители, преобразователь код-напряжение и регистры управления, выходы первого из которых подключены соответственно к входу регистра хранения кода и к коммутатору входного напряжения, а вход первого дополнительного регистра управления соединен с другим выходом распределительного устройства, первый вход второго дополнительного регистра управления соединен с выходом блока сравнения, а второй вход соединен с первым выходом распределительного устройства, выходы второго дополнительного регистра управления соединены с входами дополнительного преобразователя код-напряжение, выходы которого через первый и второй дополнительные операционные усилители подключены к входам коммутатора компенсационного напряжения, выход первого Операционного усилителя непосредственно соединен с входом дополнительного преоб,разователя код-лапряжение и с первым входом коммутатора входного напряжения и через третий дополнительный операционный усилитель подключен к входам второго дополнительного операционного усилителя и ко второму входу коммутатора входного напряжения, выход второго операционного усилителя подключен через четвертый дополнительный операционный усилитель к третьему входу и непосредственно к четвертому входу коммутатора входного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР № 385304 М., Кл q 08 С 9/04, 04.05.71. 2.Авторское свидетельство СССР № 355640 М., Кл G 08 С 9/04, 09.01.70.

CM