Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/00 

1

Изобретение относится к способам преобразования угла поворота в цифровой код и может быть использовано в системах управления с цифровой обработкой информации.

Известны способы с использованием сельсина для преобразования углового положения вала в цифровой коДиз трехфазного синусоидального напряжения. С помощью двух постоянных по амплитуде и противоположных по фазе опорных синусоидальных напряжений путем полного ограничения по заранее заданному постоянному уровню форрдаруют три фазных и два опорных импульса постоянной амплитуды, по широтности и временному положению которых однозначно определяют значение угла, соответствующее одному из двенадцати 30-градусному сектору оборота вала 111 .

Необходимость формирования двух опорных синусоидальных напряжений в данном устройстве требует сложного оборудования, а преобразование амплитудных отношений, изменяющихся нелинейно в пределах 30-градусного сектора, дает ограниченную точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

способ, основанный на преобразова|нии угла поворота вала в трехфазное синусоидальное напряжение 2 .

Однако необходимость формирования линейного напряжения из двух фаз вносит несимметрию в сельсинную нагрузку, что ухудшает точность преобразования. Использование сравнения амплитуд трехфазных синусоидальных напря0жений, а не мгновенных значений напряжений, также ухудшает точность преобразования из-за необходимости демодулирования, в процессе которого .вносится дополнительная погрешность,

.5 обус.ловленная дрейфом нуля, инерционностью, сложностью, а при схемном уменьшении дрейфа нуля - наличием высших гармоник. Кроме того, по данному способу невозможно преобра0зовать угол поворота вала с дискретностью меньшей, чем 15°.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается

5 тем, что согласно предлагаемому способу измеряют мгновенные значения амплитуды фазного напряжения в определенные моменты времени, сравнивают мгновенные значения напряжений, получают импульсные последовательности. фазу огибающей которых сравнивают с фазой напряжения питания, в момент смены фазы на противоположную формируют импульсы, которые составляют цифровой код. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана временная диаграмма изменения напря жений, на фиг. 2 - устройство для ресшизации способа преобразования угла поворота вала в цифровой код На временной диаграмме, представ ленной на фиг. 1 и , Ug и Uc - огибающие трех фазных напряжений сельстн-датчика; Ucj, Uc и Uc огибающие фазного напряжения, разбитого на дискретные уровни; «Л - угол пово рота ротора сельсин-датчика - области существования последователь ностей импульсов, совпадающих с пол жительной полуволной напряжения питания и отрицательной полуволной на пряжения питания (згиитрихованы соот ветственно в правую и левую стороны при сравнении мгновенных значений напряжений Од, Ug и UQ попарно межд собой и с нулевым уровнем; с Cf, стробы, формируемые из последовател ностей импульсов;Пос , Ив области существования последователь остей импульсов, совпсщающих с положительной полуволной напряжения питания (штриховка в правую сторону и отрицательной полуволной напряжения питания, (штриховка в левую сто рону) соответ.ственно при сравнении мгновенных значений напряжений Усц UCi и Ufj и и ; o(j, cfi и - углы, определяемыестробами, сформированн ми соответственно из (а, По,, .и и Пц;.иб ; о(о и ц - углы, определяемые соответственно из стробов Cj., Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код основан на преобразовании угла поворота вала fi трехфазное синусоидальное напряже ние, описываемое уравнениями: Од К Ufl . Cos с( Об KUn-Cos (о -120 ) Uc K-Un-Cos (d +120 ) . Здесь К - коэффициент передачи, Un - напряжение питания, определяембе как и„ . t, где мЗ частота напряжения питания, 3пу - амплитудное значение напряжения питания, Напряжения Од, и и Uc представл ют с4брй переменные напряжения с ча тотой напряжения питания, модулированные по амплитуде по косинусоидал ному закону углом поворота вала, причем из-за пространственного сдви га в 120° закон модуляхщи каждого напряжения имеет один и тот же ха.рактер, только со сдвигом в 120 „ Мгновенные значения фазного напр жения Од, Uft и Uc разбивают на диск ретные уровни в зависимости от номера 30-градусного сектора углового положения вала. Число уровней определяется требуемой точностью преобразования. Для упрощения рассмотрения способа на фиг. 2 изображено (три дискретных уровня напряжения Uc , Uc, и Uc,. Код угла формируют циклами грубого и точного отсчетов. Цикл грубого отсчета осуществляется сравнением мгновенных значений напряжений фаз А, В и С попарно между собой и нулевым уровнем, в результате которого получают импульсные .последовательности, фазу которых сравнивают с фазой напряжения питания, а затем формируют импульсы . Так например, при сравнении мгновенных значений напряжений фазы В с .фазой С (напряжения Ug и Ц-) получают импульсные последовательности, область существования которых IIj , совпадающие с положительной полуволной напряжения питания в пределах углового положения вала от О до 180° и противоположные в пределах от 180 до 360°. Для этого разность напряжений Оц и и усиливается с последующим ограничением по напряжению. За счет большого усиления достигается высокая крутизна фронтов импульсов последовательности, т.е. формируются почти прямоугольные импульсы. Последовательность импульсов меняет свою фазу на противоположную относительно фазы напряжения питания (имеется в виду -совпадение с его положительной полуволной - прямая фаза и отрицательной - противоположная фаза при значениях углов О или 360°и 180) Смена фазы происходит резко даже при относительно низкой скорости вращения из-за большого усиления разности напряжений. В момент смены фазы формируется импульс с . Аналогично формируют стробы Cj- Cg. Стробы Cj - Cj однозначно определяют 30-градусный сектор углового положения вала. В пределах бО-градусного сектора только одна определенная фаза имеет относительно линейный (с 2%-ым отклонением) закон изменени.я амплитуды в зависимости от угла вращения: фаза В в секторах 0-60, фаза А - 60-120°, фаза С 120-160°, фаза В - 180, 240°, фаза А - 240-30.0°, -фаза С - 300-360 . (0°) . Фазное напряжение, разбиваемое на дискретные уровни, определяется также стробами с, - Cg : в секторе 0-30 разбивается фаза С, 30-60° фаза А, 60-90° фаза В, 90-120 фаза С, 120-150° фаза А, ISO-ISO фаза В, 180-210° фаза С, 210-240° фаза А, 240-270° фаза В, 270-300 фаза С, .300-330° фаза А, 330-360 (О) раз|бивается фаза В. Соответствующим выором числа дискретных уровней можно скомпенсировать имеющиеся отклонения от линейности. Цикл точного отсчета осуществля ется сравнением мгновенных значений напряжений фаз А, В и С с мгновенны ми значениями напряжений дискретных уровней определенного фазного напря жения, в результате которого получа ют также импульсные последовательно ти, фазу которых сравнивают с фазой напряжения питания, а затем фор мируют импульсы (на фиг. 1 не показаны) . Так например, при сравнении мгновенных значений напряжения фазы В с мгновенными значениями напряжений Lt , Ug и Uej дискретных уровней фазного напряжения Ug формируются импульсные последовательности соответственно Пис,Лв, « Пис,Л в пределах секторов 0-30 и 180-210 которые меняют свою фазу на противо положную относитель.но фазы напряжен питания при значениях углове, ,2 riCj в пределах сектора 0-30. В момент смены фазы формируются стробы (на фиг. 1 не показаны), однозначно определяющие угловое положение в пределах 30-градусных секторов, в данном случае с дискретностью 7,5°. Аналогично происходит формирование стробов в пределах других 30- гргшус ных секторов. Таким образом код угла поворота формируется циклами грубого (с диск ретностью 30°) и точного (в данном случае с дискретностью 7,5.) отсчетов.. Устройство преобразования угла поворота вала в цифровой код, регши зующее данный способ (фиг.2) содержит, сельсин-датчик 1, блоки 2 и 3 компараторов, ключи 4 и 5, делитель 6, дешифраторы 7 и 8. Трехфазное напряжение сельсиндатчика 1 поступает на вход блока 2 компараторов в соответствующих парных сочетаниях друг с другом и с нулевым уровнем. В блоке 2 компараторов в результате сравнения мгновенных напряжений между собой и с нулевым уровнем формируются импульс ные последовательности. Полученные импульсн|ае последовательности с большой крутизной фронтов ограничиваются по амплитуде для сопряжения с работой последующих логических схем. Приближающиеся к прямоугольным импульсные- лоспедовательности имеют фазу, совпадающую с- фазой напряжения питания или противоположную в зависимости от сравниваемых напряже1НИЙ и определенного 30-градусного сектора. Из импульсных последовательноетей Информируются стробы Ci - Cg, однозначно определяющие напряжение (А UB или .УС ) , разбиваемое на диск ретные уровни делителем б. Положение ключей 4 и 5 однозначно определяется дешифратором 7. Код грубого отсчета определяется также дешифратором 7. Ключи 4 имеют шесть положений, а ключи 5 только два в зависимости от четности или нечетности номера 30градусного сектора. Наличие ключей 5 обусловлено возрастающим или убывающим в зависимости от четности сектора характером напряжений, сравниваемых с дискретными уровнями, при возрастании угла f в одну сторону. Полученные в результате сравнения импульсные последовательности уже существуют в пределах 30-градусных секторов, смена их фазы по отношению к напряжению питания однозначно определяет угол в пределах 30градусных секторов. Блок 3 компараторов работает аналогично блоку 2. Стробы Cf - Сд формируются из импульсных последовательностей. Дешифратор 8 однозначно определяет код точного отсчета. Ключи 4 и 5 могут быть построены на базе бесконтактных элементов, например полевых транзисторов. Предложенный способ позволяет преобразовывать угловое положение вала в цифровой код с большой точностью, что достигается исключением формирования линейного напряжения и.з двух фаз, вносящего нессиметрию в сельсинную нагрузку, а также сравнением мгновенных значений напряжений фаз, а не огибгиощих. Данный способ позволяет преобразовать угол поворота всша в код с дискретностью меньшей, чем 15°. Дискретность преобразования определяется количеством дискретных уровней, на которые разбиваются мгновенные значения определенного фазного напряжения. Перечисленные преимущества предлагаемого способа расширяют сферу его использования. Формула изобретения Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код, основанный на преобразовании угла поворота вгша в трехфазное синусоидальное напряжение, отличающийся тем, что, что, с целью повышения точнрсти преобразования, измеряют мгновенные значения амплитуды фазного напряжения в определенные моменты времени, сравнивают мгновенные значения напряжений, получсцот импульсные последовательности, фазу огибающей которых сравнивают с фазой напряжения питания, в момент смены фазы на противоположную формируют импульсы, которые составляют цифровой код. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №310280, кл. G 08 С 9/00, 1.969. . 2.Авторское свидетельство СССР 472360, КЛ-. G 08 С 9/00, 1973.

в

Фиг,.2