Многоканальный преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1978 года по МПК G08C9/04 

Изобретение огносится к авгомагике и вычислигельнрй технике и может быть иопопьэовано для связи цифровых вьгчислигель ных устройств., с с ъектами, информация с которых представлена в виде угла поворота вала. Известны многоканальные преабразоваг& пи угла поворота синусно-косинусных вращающихся трансформаторов в двоичный код up СП орци овальный углу, Построенные с npjfrменением приближенных зависимостей, которые позволяют выполнять кодирование ур ла с методической ошибкой от 0,5 до О,О2 % L-Q Наиболее б шзким к изобретению техническим решением является функ циональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные дагчики, первичные обмэтки которых соеди&ены с источником напряжения питания, а вторичные обмотки через побледовательно соединенные коммутатор каналов, блоки усилителей коммутатор напряжения н перШ.1Й сшераиионный усилитель подключевы а одному из входов блока сравнения, выход которого подключен к первс гу входу первого преобразователя код-напряжение к к одному из входов блока управления, другой вход котррого соединен с источником напржн жения питания, а один иэ выходов блока управления подключен ко второму входу nepBOieo преобразователя кo -нaпpяжeниe, одному из входов второго преобразователя код-напряжение и одному из входов определителя октантов, один выход которого подключен к коммутатору напряжения, а другой - к одному из входов регистра кода угла, другой вход которого соединен с одним из выходов первого преобразователя код-напряжение, другой выход первого преобразователя код-напряжение соединен с другим входом блока сравнения, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с третьим входом первого преобразователа код-напряжение Однако иалнчие двух приближенных аависвмостей функционального преобразователя препятствует унификадаи првобрааунмпих устройств на основе типовык элементов, а также дальнейшему повышению точности в линейности преобрааоватепя. Целью изобрегения является повышение гочносги. В описываемом п ре об раз ова голе эго достигается гем, чго в него введены дополнигепьные операционные усилигели, масштабные резисторы и перекдючатеijH, выходы первого блока усилителей сое- динены соогвегсгвенно через первый и вто рой переключатели с одним из входов второго преобразователя код-напряжение, а выходы второго блока усилителей соединены соответственно через третий и чет вертый переключатели с масштабными резисторами, один из которых непосредственно, а другой - через пятый переключатель соединены со входом первого дополнительного операциснного усилителя и прямым выходом второго преобразователя код-напряжение обратный выход которого через последовательно включенные второй дополнительный операционный усилитель и шестой переклю. чатель соединен с входом первого дополнительного операционного усилителя и входом второго операционного усилителя, а уп равляющий выход блока управления подключен к дополнительным переключателям. На чертеже представлена-схема описываемого преобразователя. Он содержит синусно-косинусные датчики 1, вторичные обмотки которых соед нены через коммутатор 2 каналов с блоками 3 и 4 усилителей, выходные сигналы которых через переключатели подключены к масштабным резисторам 6 и входу преобразователя 7 код-напряжение.: Один из масштабных резисторов непосредственно, а второй через переключатель 5g соединены со входом допопнительноЬо операционного усилителя 8 и прямым входом преобразователя 7. Обратный выход преобразователя 7 через последовательно срединенные дополнительный операционный уси.литель 9 и переключатель 5 соединен со входом дополнительного операционного усилителя 10. На вход усилителя 1О подаются также и выходные сигналы операционного усилителя 84 Выход усилителя 10 подключен ко входу, первого преобразователя 11 код-напряжение, выходное напряжение когорог подается на вход блока 12 сравнения. Кроме того, выходы блоков 3 н 4 усилителей через коммутатор 13ч,напряжения соединены со входом опера ционного усидигеля 14, рыход которого подключен ко входу блока 12 сравкения. Выходной сигнал блока 12 поступает на блок 15 управления, преобразователь 11, определитель 16 октантов, управляющий работой коммутатора 13 напряжения. и 11. Код угла с учетом кода старших азрядов определителя 16 формируется в егистре 17, Ключи 18-21 составляют оммутатор 13 напряжения. Работа преобразователя происходит в оследовательности, разделяющей преобгазование на два цикла. Первый цикл явяется подготовительным и служит дпя реобразования синусно-коси1гусных ений в код фущсции тангенса половинноо утла, П|Я1 этом кодирование выполняетя в соответствии с зависимостью Щ btg fучетом построения преобразователя как устройства с обратной связью, где сравниваются разнополярные сигналы, зависимость (1) преобразуется к виду -sme -t -{бшо6-1д 42со&«;)0 или, за №няя1б его кодовым эквивалентом {(1)уПолучаем -siwos- Q () Q(i|g|)f2co& : 0. Р указанном соотношении знаки перед составляющими сохраняются постоянными во всем диапазоне изменения угла от О до 360, вследствие инверсии сигналов. Перед вторым циклом полученное значение0(1б21кода функции тангенса половинного угла устанавливается на преобразователе 7. Использование этого функционального кода дает возможность формирования опорного напряжения, функционально представляющего константу, так как 5irTa;-Q(tg-|-)4-COS l. (3) Применение функции, выражающей константу, для формирования в конечном итоге линейной зависимости обусловлено соотношениемСоэоС -етсб ccf (4) (ig|) где К 0,2695. Эта зависимость позволяет получать линейную функцию 8д; в диапазоне О-45 с погрешностью, не превышающей 30. Расширение диапазона до полного оборота достигается его разделением на восемь октантов, что увеличивает результирующий код на три разряда. Как видно из соотношения (4), функция в знаменателе содержит константу, заменя мую соотношением (З), и дополнительно линейном преобраз она геле код-напряжеиийо Во втором цикле, учитывая таЕсже, что в преобразовагеле сравниваются разнопопяр ные сигналы, зависимость (4) преобразуется к виду (cQ©ft:©woc)-i-Q |smci-Q( 1 fei собсй t к бш л; i-Q (i ) U о. Последовательность преобразования в cooiV .тсгвии со схемой, приведенной на чергеже, происходит следующим образом, Сииуо н&-косинусные напряжения СКВТ-дагчнков 1. через коммутатор 2 поступают на блс ки 3 и 4. В каждом блоке имеется по два последовательно соединенных инвертяругощих усилителя. В результате этого к аналоговой цепи собственно преобразователя одновременно подводятся прямые и инверо;ные напряжения. В первом подготовигепьBDM цикле определяется значение функции тангенса половинного угла(1й) При этом напряжения включаются в соотвегст ВИИ с зависимостью (2), В первом гакre цикла синусное напряжение черва ключ 20 коммутатора 13 подключается к блоку 12, где определяется фаза (знак) синуоной зависимости. Во втором такте косинус ное напряжение через ключ 18 коммутато ра 13 подключается к блоку 12, где опре деляется фаза (знак) косинусной зависимости. В и последующихтактах, число которых зависит от числа выбран ных разрядов, выполняется поразрядное уравновешивание с помощью регистров преобразователей 7 и 11, При эгом для сохранения знаков, соответствующих ci отношению (2), в зависимости от номера квадранта, определенного знаками синусной и косинусной функции, переключатели подключаются в определенном порядке. Преобразователь 7 код напряжение «включен по току„ В этом включении он содержит два выхода. На первом из них ток пропорционален 8 , на втором - (1 - Q ), , где О.-код управления, поступающий на вход преобразователя. Выход по току, пропорциональному Q , подключен ко входу усилителя 8, также подключается на-г пряжение косинусной составляющей с масштабом, регулируемым переключателем 55 Синусное напряжение поступает через коммутатор 2 и инвертирующие усилители первМ о блока 3 усилителей к коммутатору 13 входных напряжений далее через тре- гни иди четвертый переключатели (в завиг :имости от знака) коммутатора 13 поступает к усилителю 14, а с его выхода на тель 5i или 52 (в зависимости от зяак на второй пресёразователь 7 код-напряи®ние, первый выход которого соединен с усилителем 8, а второй выход - с усилителем 9в Косинусное напряжение П1к:тупает через переключатель 5 или 5 (в зависимости от знака) к масштабным резисторам 6, где включенном переключателе 5g масштаб передачи равен двум. Выход усилителя 8 нодключен к усилителю 10, который в свою очередь, соединен с пр образовагелем 11 код-напряжение, замыкающим цепь-обратной связи на блок 12 сравнения. Включение цепей в изложенной последовательности позволяет рещать уравнение (2) и определять при уравновешивании код функция тангенса половинного угла. Второй ЦИКЛ отводится на определение непосредственно линейной функции углаО, Перед началом цикла кoдQiУ ycтaнaвливa.- ется в регистре преобразователя 7, Регистр преобразователя 7 обнупчегся, что приводит его в исходное положение. Первый такт второго цикла отводится на сравнение синусного и косинусного напряжений межру собой. Это обеспечивает последующее включение этих напряжений со знаками, удовлетворяющими соотношению (5) Полученное значение составляет третий разряд числа, а вместе с, раареда- liiH, полученными в первом,и втором тактах первого цикла, образует трехразрядшый КОДоктанта ,(0-45 ), т.е, одного из восьми участков оборота. Порядок включения синусного и косинусного напряжений для определения большего ИЗ них связан со значениями разрядов, пощгченными в первом и втором тактах первого цикла (а,в,с и а,Б,с едийияные к нулевые значения трех старших разрядов кода): при ав включены ключи 18 и 21, при ав КЛЮЧИ 18 и 21, при & ключи 19 и 20, при ав - ключи 18 и 20. Полученный в коде Грея трехразрядный код октанта определяет в свою очередь пс рядок включения переключателей во время второго и посдедукмцйх тактов второго цикла, при aid включены перегшючателн. Sgj 5, 5 н ключи 19,2О, при авс - переключателя 5«а 5g, 5 и ключа 18, 21 при авс - переключатели Sg 4 6 19, 21, при 1эс - перекяючатеий S 5, Елючй 18, 20, при - иереклк чагели 5|, 5д, 5 и ключи 21, 18 нрн авс - перекшочагели 5, 5д, Si и клкнй 19, 2О, при авс,- аереключагепя 5j , 5, м 1 Q О Г ттгчч stvif „. rff&rtOl niriCTAn Выбор порядка включения дает воамож носгь всегда сокращать знаки перед соста пяюишми зависим осгями (. Огличие в резупьгаге связано с увеличивающейся линейной функцией в первой, третьей, пятой и седьмой октантах и уменьщающейей во второйуЧегвертой, щестой и вось мой октантах. В зависимости от октанта происходит чередование функцийСОбеСиэ гГоб так, чтобы их разность создавала на выхо де усилителя 14 перепад напряжения .рнцагельной полярности. Для этого в первой, четвертой, пятой и восьмой октантах разность представлена значением (СОЭЛ-eiwof), а во второй , третьей, щестой и седьмой октантах.- значением (в I Hoi - -00906). Подключение преобразователя код напряжение к усилителям 8 и 9 выполнен по току, как и в первом цикле. На усилителе 8 суммируются две составляющиеГсОб(+ 4SmotQ i.), а на усилителе 9, име- ющем масштаб передачи, равный К, формируется составляющая K-siTToc i-Q(. Общая сумма этих значений составляет функцию напряжения, поступающего на преобразователь 11. Логические схемы управления, входящие в блок управления, определяют порядок работы всего преобразователя. В регистре 17 хранения кода происходит формирование полного кода уг па, состоящего на кода октанта и кода в пределах октанта. Описываемый преобразователь угла по ворота СКВТ в двоичный код обеспечивает формирование линейной эавискмости кода от угла поворота вала при одном масщтабном сопротивлении с погрещностью .менее ЗО . Преобразо.вагель целиком построен на гипо№1Х интегральных схемах, чем др;тигаегся уиификация элементной базы, а также ускорение монтажа и настройки преобразоватепя. формула изобретения Многокальаый преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, первичные обморки которых соединены с источником напряжения питания, а вторичные обмотки через последовагельно соединенные комму татор канал№, блоки усилителей, коммутатор напряжения в первый операционный усилитель подключены к одному из входов блока сравнения,, выход которого подключен к первому входу первого преобразователя код-напряжение и к одному. из входов блока управления, другой вход которого соединен с источником напряжения питания, а один из выходов блока угьравления подключен ко второму входу первого преобразователя код-напряжение, одному из входов второго преобразователя код-напряжение и одному из входов определителя октантов, один выход которого подключен к коммутатору напряжения, а другой - к одному из входов регистра кода угла, другой вход которого соединен с одним из выходов первого преобразователя к од-напряжение, другой выход первого преобразователя код-налряжение Х оединен с другим входом блока сравнения, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с третьим входом первого преобразоватепя код-напр жение, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразователя, в него введены допЬлнительные операционные усилители, масштабные резисторы и переключатели, выходы первого блока усилителей соединены соответственно через первый и второй переключатели с одним из входов второго преобразователя код-напряжение, а выходы второго блока усилителей соединены соответственно через третий и четвертый переключа тели с масщтабными резисторами, один из которых непосредственно, а другой резистор через пятый переключатель соединены CD входом первого дстолнйтельн ого операционного усилителя в прямым выходом второго пресвразоватетш код-напряжение, сбратный выход которого через последовательно соеданенные второй Дополнительный операционный усилитель и щео той переключатель под1слючен ко входу первого допоянительнрго операционного усилителя и входу второго иперационЕНОго усннлителя, а управляющий выход блока управления подключен к дополнительным переключателям. Источники информации, принятые во внимание при экспергазе: 1,Авторское свидетельство СССР № 35564О, кл. GfOS С 9/О4, 197О. 2.Авторское свидетельство СССР № 367442, кл. q 08 С 9/О4, 197О.