Преобразователь код-угол Советский патент 1979 года по МПК G08C11/00 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД - УГОЛ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к промежуточным системам связи между цифрами и аналоговыми устройствами, и может найти применение в системах управления, имеющих в своем составе цифровые вычислительные машины (ЦВМ), для сопряжения ЦВМ с потребителями информации в виде угла поворота вала.

Известен преобразователь код-угол, содержащий фазовращатель,- генератор синусоидального напряжения, генератор импульсов высокой частоты, два счетчика импульсов, фазовый дискриминатор, усилитель и исполнительный двигатель 1. В этом преобразователе устраняется погрещность неопределенного положения вала внутри интервала дискретности.

Наиболее близким техническим рещением к данному является преобразователь кодугол, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого подключен ко входу фазовращателя, регистр, усилитель, соединенный с шаговым двигателем, который

кинематически соединен с фазовращателем 2 .

В названных преобразователях происходит сравнение фазы выходного напряжения фазовращателя относительно опорного с фазой напряжения, задаваемой счетчиком. Счетчик формирует фазу относительно опорного напряжения пропорционально входному (заданному) коду. В обоих устройствах изменение внешних условий и старение элементов приводит к возникновению дополнительных сдвигов фазы выходного напряжения. Фаза выходного напряжения, т. е. величина .действительного положения вала, определяется со значительной погрещностью. Это в конечном итоге приводит к возникновению погрешности преобразователя заданного кода в угол поворота вала.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что 0 в преобразователь код-угол введены блок преобразования кода во временной интервал, дискриминатор временных интервалов, блок управления направлением вращения фазовращателя и формирователи, выходы фазовращателя через соответствующие формирователи соединены с первыми входами блока преобразования кода во временной интервал, блока управления направлением вращения фазовращателя и дискриминатора временных интервалов и вторым входом дискриминатора временных интервалов, третий вход которого соедине-н с выходом блока преобразования кода во временной интервал; а выходы соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока управления направлением вращения фазовращателя, выходы которого соединены со входами усилителя, выход блока формирования синусоидального напряжения соединен с пятым входом блока управления направлением вращения фазовращателя, выходы младщих разрядов регистра соединены с соответствующими входами блока преобразования кода во временной интервал, а выходы старщих разрядов регистра подключены к соответствующим входам блока управления направлением вращения фазовращателя и тем, что блок управления направлением вращения фазовращателя выполнен из элементов И и ИЛИ, интвертора, формирователя опорного напряжения и триггера, первые входы первых четырех элементов И объединены и подключены к первой входной клемме, вторые входы второго и третьего элементов И через инвертор соединены со вторыми входами первого и четвертого элементов И и через формирователь опорного напряжения - с пятой входной клеммой, третьи входы первого и третьего, второго и четвертого элементов И объединены и подключены соответственно к входным клеммам старших разрядов, выходы всех четырех элементов И соединены со входами триггера, первый выход которого соединен с первыми входами пятого и девятого элементов И, а второй - с первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И, вторые входы пятого и восьмого элементов И и шестого и девятого объединены и подключены соответственно ко второй и третьей входным клеммам, второй вход седьмого элемента И подключен к четвертой входной клемме, выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого через соответствующие элементы ИЛИ подключены. к выходным клеммам. Kai известно, на выходах фазовращателей с двойной НС-цепью, активно-реактивными мостами, с одной емкостью и двумя резисторами при питании напряжением Uo )t и выполнении соответствующих условий появляются напряжения: и, (ш t + tp - 45° + Д /J), Ui - ((,) t - р + 45° + Д /J), Ф-УГОЛ поворота ротора, к - коэффициент трансформации, А - погрещность фазовращателя, Un,- амплитудное значение напряжения. СО круговая частота, Т - период питающего напряжения. Если начало отсчета угла перенести на величину +45°, т. е. заранее ротор фазо-, вращателя повернуть на -f45°, и принять это положение за исходное, то выходные напряжения будут выражаться: Ui KUffiSin((i)t+(+A;), Uz (), гдеоС - фазовый сдвиг напряжений относительно входного напряжения, соответствующий углу поворота в новой системе отсчета. Разность фаз этих напряжений не .содержит погрещность фазовращателя. Действительно, 5f-o) t -ь о( + А б - (w t - of +aW 2ct. Фазовый сдвиг ot и соответствующий временной интервал связаны соотнощением , с. Отсюда t, 4J-Можно найти временной интервал, соответствующий разности фаз у напряжений U е%т,.Ш-(.).... Так как временной интервал между ближайшими фазовыми импульсами двух напряжений не может быть больще Т, то е ,: при л е A,iТ при л of 2д Следовательно, при изменении угла поворота в новой системе отсчета от О до л, а также от л до 2л, временной интервал изменяется от О до Т, т. е. за один оборот ротора фазовращателя временной интервал дважды изменяется от О до Т. Если входной код преобразовать во временной интервал, то, используя разность двух временных интервалов для управления исполнительным двигателем, можно более точно преобразовать код в угол поворота, чем в известных устройствах. Ибо во временном интервале, характеризующем действительное положение вала, исключаются погрещности от изменения внешних условий, от старения элементов. Кроме того, повышается разрещающая способность преобразователя за счет изменения масщтаба, ибо временной интервал действительного положения соответствует удвоенному углу поворота. На фиг. 1 изображена схема преобразователя код-угол; на фиг. 2 - блок управления направлением вращения. Преобразователь код-угол содержит генератор I импульсов, связанный через счетчик 2 с блоком 3 формирования синусоидального напряжения, выходное напряжение которого поступает на питание фазовращателя 4. Выходы его подключены к первому и второму формирователям 5 и 6 импульсов. Формирователь 5 импульсов связан с блоком 7 преобразования кода, наход щ,егося в младщих разрядах регистра 8, во временной

интервал, с первым входом дискриминатора 9 временных интервалов и с блоком 10 управлением вращения вала фазовращателя. Выходы преобразователя 7 код-временной интервал и формирователя 6 импульсов соединены со вторым и третьим входами дискриминатора 9 временных интервалов, три выхода которого поданы на блок 10 управ,ления направлением вращения, последний соединен также по входам со старщим разрядом регистра 8 и входом фазовращателя 4, а по выходам - с усилителем 11. Усилитель 11 вызывает вращение вала фазовращателя через кинематически связанный с ним щаговый двигатель (ШД) 12.

Предлагаемый преобразователь код-угол работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов вьграбатывает импульсы высокой частоты, которые поступают на вход счетчика 2. Блок 3 формирования синусоидального напряжения из прямоугольного выходного напряжения счетчика 2 формирует напряжение для питания фазовращателя 4. С выходов фазовращателя снимаются два синусоидальных напряжения, фазы которых сдвигаются в противоположные стороны при изменении углового положения вала. Первый формирователь 5 импульсов из выходного напряжения sin (w t- + d) формирует импульс при переходе синусоиды через нуль из отрицательных значений к положительным. Этот импульс является началом временного интервала, соответствующего действительному положению вала, а также началом временного интервала заданного положения вала, так как запускает блок преобразования 7 код-временной интервал. Второй формирователь 6 формирует импульсы аналогично формирователю 5 из второго выходного напряжения фазовращателя sin( -). Этот импульс является концом временного интервала действительного положения вала. Временной интервал между импульсами с выходов формирователей 5 и 6 может иметь длительность от О до Т. Этой длительности можно сопоставить величину углов от О до п. Как было сказано, временной интервал между импульсами формирователей 5 и 6, т. е. между фазовыми импульсами, дважды изменяется от О до Т при изменении угла поворота от О до 2л.

На выходе блока преобразования 7 формируется временной интервал заданного положения вала как ч результат преобразования кода в младщи разрядах регистра 8. В регистр 8 записывается преобразуемый код. При максимальном значении кода в младщих разрядах блок преобразования 7 выдает временной интервал, равньш Т. Код в регистре может отображать угол от О до 2л, соответственно младшие 1 - (п-1) разряды отображают угол от О до л. Следовательно, временной интервал на выходе преобразователя 7 длительностью от О до Т эквивалентен углам от О до . Наличие нуля в старшем п разряде регистра 8 указывает на то, 4TQ преобразовательный угол должен быть в зоне (половина) окружности от О до , а наличие единицы указывает зону от ло 2f.

Импульсы с выходов формирователей 5 и 6, представляющие начало и конец временного интервала действительного положения вала, а также временной интервал заданного положения вала с выхода блока преобразования 7 кода во временной интервал поступают на дискриминатор 9 временных интервалов. Он сравнивает два временных интервала и выдает импульс по одному из трех выходов на блок 10 управления направлением вращения. По первому выходу импульс появляется тогда, когда временной интервал действительного положения вала t боль,ще, чем временной интервал заданного положения вала t,. По второму выходу появляется при to. м.еньще, чем t,, и по третьему - при tq. равном t,.

Как уже было сказано, зона заданного положения угла определяется состоянием старшего разряда регистра 8. Зона действительного положения угла определяется значение.м прямоугольного опорного напряжения, формируемого из питающего фазовращатель напряжения, в момент появления импульса с выхода формирователя 5 импульсов. Появление этого импульса при низком уровне опорного напряжения указывает на то, что действительное положение вала находится в пределах от О до л, а появление при положительном значении напряжения соответствует углам от а до 2 it Анализ происходит в блоке 10 управления направлением вращения, для чего питающее фазовращатель 4 напряжение и импульс с выхода формирователя 5 поданы на его первый и пятый входы. На второй, третий и четвертый входы блока 10 поданы импульсы с выходов дискриминатора 9, а на остальные входы - «нуль и «единица старшего разряда регистра 8, а на его пятый, щестой и седьмой входы поданы импульсы с выходов дискриминатора 9 временных интервалов. Блок 10 управления направлением вращения а.нализирует комбинацию сигналов и по первому выходу выдает импульс на усилитель 11 на вращение влево, а по второ.му выходу выдает на вращение вправо. Усилитель 11 управляет ШД 12, который кинематически связан с валом фазовращателя 4.

Вращение вала фазовращателя происходит до тех пор, пока длительность импульса по первому или по второму выходу дискриминатора 9 временных интервалов не станет равной нулю и не появится импульс по третьему входу, причем при условии совпадения зон действительного и заданного углов. В этом случае временные интервалы tj

и tj равны и каждый из них выражает угол в одной и той же зоне либо от О до л, либо от л до 2л. Следовательно, действительный угол сравнивается с заданным углом и на этом преобразование кода в угол поворота вала заканчивается.

Блок 10 управления направлением вращения имеет семь входов 13, 14, 15, 16, 17 18 и 19 и два выхода 20 и 21. Состоит из формирователя 22 ойорногО напряжения, инвертора 23, триггера 24, девяти элементов И от И 25 до И 33, элементов ИЛИ 34 и 35.

Определим направление, вращения вала при всевозможных соотношениях действительного и заданного положений вала. Обозначим наличие импульсана выходе формирователя 5, т. е. на первом входе 13 блока 10, через ФИ1. Потенциал на нулевом выходе старщего разряда 8, т. е. на входе 15 блока 10, через п, соответственно на входе 16 блока 10, поступающий с единичного выхода старшего разряда, через п. Положительное значение прямоугольного опорного напряжения на выходе формирователя 22, формируемого от напряжения на входе 14 блока 10, обозначим через ОП, а низкий уровень напряжения через СП. Наличие импульса на входе .17 блока 10 через (tg t), гак как импульс с первого выхода дискриминатора 9 временных импульсов появляется тогда, когда временной интервал действительного приложения вала больше временного интервала заданного положения вала. Соответственно обозначим наличие импульса на входах 18 и 19 через (Ч, t.). и (ta tj). Импульс на первом выходе 20 блока 10 будем считать поступающим на вращение ШД влево и обозначим через ЛЕВО, а импульс на втором выходе 21 соответственно - ПРАВО.

Информация А ЗШ/7Л Ри1уоМШФИ, где знаки Л, V обозначают логическое умножение и сложение, характеризует то, что действительный и заданный углы находятся в одной и той же зоне, т. е. на одной и той же половине окружности, либо от О до л, либо от л до 2л. Эта информация запоминaefcя на триггере.

Информация А-5ТГЛПАФИ1УОПАГ ЛФИ1,

характеризует то, что действительный и заданный углы находятся в разных зонах. Первый ч;лен суммы, например, выражает то, что действительное значение угла находит ся от О до л, а заданное значение угла - от п до 2л. Эта информация также запоминается.

Соотношение AA() характеризует, что действительный и заданный углы находятся в одной зоне, причем действительный угол больше заданного угла. Для от- работКи рассогласования по кратчайшему пути вращение вала фазбвра;Щйтёля должно быть влево,

При соотношении AA.(,) вращение вала должно быть вправо, так как действительный угол меньше заданного и находится в одной зоне.

Нетрудно увидеть, что при соотношении AA(tj tj) вращение вaлJ должно быть вправо, а при Соотнощении Ад (to t,) - влево..

Возможен случай (te t,) дА, т. е. действительный и заданный углы дают временные интервалы одинаковой длительности, но находятся на разных половинках окружности. Рассогласование между углами равно л. В этом случае можно вращать вал фазовращателя, например, влево.

Итак, ЛЕВО AA.(t,t3)VAA(t,j tj) ti)

ПРАВО АА (tg KtpVAACtj Mj

Блок 10 управления направлением вращения, изображенный на фиг. 2, реализует приведенные функции. Формирователь 22 опорного напряжения из синусоидального напряжения формирует прямоугольное напряжение, причем появление импульса ФИ1 при низком уровне этого напряжения должна указывать зону действительного значения угла от О до л. Потенциал на выходе формирователя 22 представляет ОП. С выхода инвертора 23 снимается ОП. Элементы И 25, 26, 27, 28 и Jpиггep 24 реализуют и запоминают А и А. Высокий потенциал на нулевом выходе триггера 24 означает наличие А, а высокий потенциал на единичном выходе - наличиеД.На элементах И 29, ВО, 31, 32, 33 и ИЛИ 34, 35 реализуются функции ЛЕВО и ПРАВО.

Отсутствие импульсов на выходах 20 и 21 блока 10 управления направлением вращения характеризует отработку рассогласования, т. е. окончание преобразования кода в угол поворота.

Как уже было сказано выше, временной интервал, соответствующий действительному пбло кейию вала, не содержит погрешности от изменения внешних условий, от старения элементов, поэтому предложенный преобразователь код-угол имеет более высокую точность.

Повышается разрешающая способность преобразователя, так как он работает с удвоенным временным .интервалом.

Предлагаемый преобразователь позво- ляет строить более качественнь1е системы управления объектами, что приводит к экономии материальных средств. ,

Формула изобретения

Преобразователь код-угол, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого подключен ко бходу фазовращателя, ре9гистр, усилитель, соединенный с шаговым двигателем, который кинематически соединен с фазовращателем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок преобразования кода во временной интервал, дискриминатор временных интервалов; блок управления направлением врашения фазоврашателя и.формирователи, выходы фазовраш,ателя через соответствуюш:ие формирователи соединены с первыми входами блока преобразования кода во временной интервал, блока управления направлением враш,ения фазовращателя и дискриминатора временных интервалов и вторым входом дискриминатора временных интервалов, третий вход которого соединен с выходом блока преобразо вания кода во временной интервал, а выходы соединены со вторым; третьим и четвертым входами блока управления направлением вращения фазоврйщателя, выходы которого соединены со входами усилителя, выход блока формирования синусоидального напряжения соединен с пятым входом блока управления направлением вращения фазовращателя, выходы младших разрядов регистра соединены с соответствующими входами блока преобразования кода во временной интервал, а выходы старших разрядов регистра подключены к соответствующим входам блока управления направлением вращения фазовращателя. . 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления направлением вращения фазовращателя выполнен из элементов И и ИЛИ, интвертора, формирователя опорного напряжения и триггера, первые входы первых четырех элементов И объединены и подключены к первой входной клемме, вторые входы второго и третьего элементов И через инвертор соединены со вторыми входами первого и четвертого элементов И и через формирователь опорного напряжения - с пятой входной клеммой, третьи входы первого и третьего, второго и четвертого элементов И объединены и подключены соответственно к входным клеммам старших разрядов, выходы всех четырех элементов И соединень со входами триггера, первый выход которого соединен с первыми входами пятого и девятого элементов И, а второй - с первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И, вторые входы пятого и восьмого элементов И и шестого и девятого объединены и подключены соответственно ко второй и третьей входным клеммам, второй вход седьмого элемента И подключен к четвертой входной клемме, выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого через соответствующие элементы ИЛИ подключены к выходным клеммам. Источники информации, принятые во внимание При экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 285372, кл. G. 08 С 9/00, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 410433, кл. G 08 С 9/00, 1971 (прототип).

ff

Код

фигА.

/5 f 6 /3

693416

М /Г/ЗГЗ

2f 20 .