Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/04 

I

Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах и системах обработки ин(}юрмации для преобразования угла поворота ротора электрических микромашин типа синуснокосинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ) в ци фовой код.

Известно устройство, в состав которого входят преобразователь напряжение-код, выход которого через преобразователь кода соединен с выходной клеммой устройства, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к выходу блока питания, а синусная и косинусная обм(угки через даухпозиционный переключатель - ко входу преобразователя напряжение-«од, и селектор октанта, входы которого подключены к выходным (синусной и косинусной) обмоткам СКВТ и выходу блока питания, а выходы - к управляющему входу двухпозиционного переклю2

чатепя к к преобразователю кода непосредственно и через блок констант, кратных 45° си.

Это устройство имеет невысокую линейность характеристики преобразования изза наличия значительной методической погрешности при аппроксимации синусоиды отрезком прямой линии на ее начальном 45-ти градусном участке, прилегающем к угловой оси.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является преобразователь угол-код, содержащий СКВТ, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, а выходные (синусная и косинусная) обмотки через преобразователи напряжение- од, коммутатор и преобразователь кода в код - к выходной клемме устройства, блок определения квадранта угла поворота, входы которого подключены к источнику напряжения питания и выходным (синусной и косинусной) обмоткам СКВТ, и логический блок, входы которого подключены к выходам блока определения квад ранта угла поворота и коммутатора, а выходы - ко входам гфеобразователя ко аа Е код непосредственно и через блок констант, сратных 45 .

Недостатком этого преобразователя является невысокая линейность характеристики преобразования, обусловленная наличием значительной методической по грешности при аппроксимации синусоиды отрезком прямой линии на ее начальном 45-ти градусном участке, прилегающем к угловой оси.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя, что достигается повышением линейности характерис тики преобразования. Для этого в устройство введены ключи, компараторы, суммирующий и вычитающий блоки, выход ные обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора под1шюче гы не посредственно ко входам первого комца« ратора, суммирующего и вычитающего блоков к к первым входам первого к второго ключа, выходы которых сбъединень. и подключены к первым входаг-л второго компаратора и третьего ключа, выходы суммирующего и вычитающего блоков под ключены к первытл входам соответственно четвертого и пятого ключей, Е.ЫХОДЫ которых объединены и подключены к второму входу второго компаратора и перво му входу шестого ключа, выходы третьего и шестого ключа объединены и: Г одклю чены ко входу преобразователя капряже ния в код, второй и третий выходы блока определения квадранта угла поворота подключены ко вторым входам соответственно четвертого н пятого ключей, первый и второй вых.одь5 первого компараторе; подключены к второму и третьему в сояам логического блока и вторым входам пер- вого к второго ключа соответственно, первый и второй выходы второго компа- ратора подключены к четвертому и пято му входам логического блока и вторым входам шестого и третьего ключа соответственно.

На фиг. 1 приведена структурная схем преобразователя; на фиг. 2 показан гра фик, поясняющий принцип формирования дополнительных, напряжений, изменение знака фазы которых происходит в точках у1 ловой оси, соответствующих углам + а-90°. .где «.-О, 1, 2, 3.

Устройство содержит преобразов тель 1 напрялсение-код, выход которого через преобразователь 2 кода в код сое динен

с выходной клеммой устройства, СКВТ 3, обмотка возбуждения которого подключена к источнику 4 напряжения питания, синусная и косинусная oбмoтк - ко входам компаратора 5 непосредстьенко, а через ключи 6 и 7, выходы которых объе динены , « к одному из входов компарато- ра 8 иепосредственно и ко входу преобразователя напряжении в код через ключ 9,

суммирующий 10 и вьтчитающкй 11 блоки, входы которых подш1ючены к выходиым синусной к кос «1усной обмоткам СКВТ, а выходы через ключч 12 и 13. выходы которых объединены, - к друг-ому входу

компаратора 8 непосредствеьно и ко входу преобразователя непряжение коц через ключ 14, блок 15 Офадчленкя }свадракта угла поворота, входы которого поаключе™ ны к выходным {синусной и косинусной

обмоткам СКВТ и источнику 4 напряже- ния питания, а выходы - к управлрощим входам ключей 12 к 13, а также , одному из входов аогкпеского блока 16, дру- гие входы когороч; соед;шепы с зыхода.

ми компараторов -л ;уара1зляющими вкода ми ключей В, 7. 9 и 14, а выходы со входами преобразоиателя коца в коя не-

посзепственно и через блок 17 констант,

о

крвтных 22.5 . В состав преобразователя

2 кода в код входят блок 18 передачи кода и схема 19. сложепня кодов.

Как. назестно, напряжения U и U выходных, (синусной и косинусной} обмотки СК.ЗТ 3 определяются следующим обри-

зок::

и, li и bin ш t sin в; и К, и fti h (.t) t соь e;

(1)

гйеи.си

ам17лктудное значение -и круговая частота напряжения U птггапия блока 4j угол поворота poTOf СКВТ;

q к коэффиниент трансформации, поотоякный .пля данного типа СКВТ,

По 1-)езультатам сравнения напряжений между собой компаратор 5 выбирает

(1

меньшее из них (обозначим его условно; через ): если IU.jl U.,f, сигнал с пер. .вого выхода компаратора 5 поступает на управляющий вход ключа 6 к устанавливает его в замкнутое положение, при котором напряжение J синусной бмот1 ки СКВТ-поступает на один из входов компаратора 8; если . UJ , сигнал со второго выхода компаратора 5 г:;..:тупает на управляющими вход ключа 7 и устанавливает его в аам.к.н.угое положе- 57 ние, при котором к тому же входу компа ратора 8 ( т. к. выходы ключей б н 7 объединены) поступает напряжение Uj косинусной обмотки СКВТ. Изменение знака фазы н соотношения амплитуд напряжений U н Uj, происходи в точках угловой оси, которые разбивают весь диапазон изменения угла поворота Q на 8 секторов (октантов) по 45° каж дый. В зависимости от номера сектора можно было бы выбрать и преобразовать в цифровой код меньшее из этик напряжений, т. е. , но при этом точ ность цифрового измерения угла поворота в получилась бы невысокой существенного увеличения во втором полуceRTOpe (22,5 - 45 ) доли, погрешности от нелинейности синусоидальной харак теристики угол-«апряжение. С другой стороны, чем меньше исходный сектор, тем с большей точностью начальный участок синусоиды, прилегающий к уг« ловой оси, можно считать отрезком пря™ мой линии. Это соображбние положено в основу построения предлагаемого устройства, повышение линейности характеристи ки преобразования которого связано с об разованием дополнительных напряжений, изменение знака фазы которых ироисход г в точках угловой оси, соответствую щих углам; , п п 1--.п, где п - О, 1, 2, 3. Условию (2) удовлетворяют напряжения, полученные путем выполнения опера ций алгебраического сложении и масштабирования выходных сигналов СКВТ в блоках сложения 10 и вычитания 11: з ) .гШtsmt45-e); Ч ( - ) 3) где t - постоянный масштабный коэффициент. Изменение знака фазы и соотношения амплитуд исходных и дополнительных на. пряжений (фиг. 2) происходит теперь в точках угловой оси, которые разбивают весь диапазон измерения угла та Q на 16 секторов по 22,5 каждый, причем в каждом секторе можно выбрать напряжение (исходное или дополнительное), которое изменяется почти линейно в.пределах начального участка (От22,5 синусоиды, прилегающего к угловой оси (на фиг. 2) выделено сплошной линией). 55 Участок 22,5 45° таким образом, исключается из рассмотрения. Выбор указанного напряжения, используемого в дальнейшем с целью преобразования в цифровой коц, осуществляется следующим образом. Блок 15 определения квадранта угла поворота по результатам анализа знака фазы выходных напряжений СКВТ относительно напряжения Ufi питания блока 4 формирует сигнал признак квадранта угла поворота 0 . В i-OM и 3-evi квадрантах этот сигнал поступает на управляющий иход ключа 13 к устанавливает его в замкнутое положение, подключая к другому вкоду крмпарштора 8 напряжен1;е U с выхода блока 11Еь чигания, а во и квадрантах - на управляющий вхоц ключа 12, пр:. этом г;ослецннн устаг.авливается в гамкнутое положение и к тому же входу омпаратора S ( т, к. выходы ключей 12и 13 объепмнены) подключается на- ряжгние / с выходе блока 10 сложения. По результатам сравнения напряжеHsn; Уд и UH л;:ежду собой компаратор 8 выбирает MeKiujee из ккх: ,1 11|м1, счгнаг; с первого компаратора 8 поступает на уг(рав.пяющий вход ключа J. 4 устднвБльвает его в з гмкнутое го« поженив, при котором пряженис Од по ступает на вхоц гпеобпазоватс-лп 1 нап ряженSf-KO ( ПИК); tlJwJiiU i, сигнал со BiOporo зь;хода ксмиараг-орэ 8 поступазт FU улраапяыщий вхоа хлюча 9 к усганавливает его в замкнутое положение, при котором ко входу ПНК под- к.-гючается UM ПреобрачЗователь напря- женне-гкод формирует цифро}зой эквивалент N поданного на его вход напряжения. Номер (признак) того пн иного из 16-ти 22,5 градусных, секторов опредаляется по результатам анализа фазовых соотношений между напрях ениями к U;-; (сигнал с выхода блока 15) и амплитудных соотношений между напряжениями U;,U2,Ui, , И DM (сигнал с выходов компараторов 5 и 8) логическим бло-. ком 16, уотанавгишающим блок 17 констант, кратных 22,5 , в положение, при котором к одному из входов схемы 19 сложения блока 2 подключается код N, , х) и напряжение U, liriH U , выбранное с помощью бяока 10 и действующее на одном из входов компарятора 8, подключенном к обшей тпчкс. ктючой 12 и 13, постоянный для данного сектора и соответствующий его левой границе. Как видно из фиг. 2, в нечетных 22,3-градусных секторах, где с увеличением угла поворота И амнлитуца кодируемого напряжения увеличивается,, значения цифрового кода fJj с некоторой степенью приближения отображают искомый угол поворота 8 .В четных, же 22,5- градусных секторах, где с увеличением угла поворота 0 амплитуда к6«дируемого напряжения уменьшается; гзилинейная зависимость между цифровым кодом N и углом поворота 9 наруше ется: увеличению 8 соответствует уы.е.нЬ шение N{ . Чтобы исключить возникшую неоднозначность,црстаточно в четных 22,5-градусных секторах осуществить инверсию кода N . Для этого на выходе

например, путем считывания результата кодирования с инверсных (нулевых) выхо- дов разрядны ; триггеров оконечного регистра ПНК 1. в нечетных 22,5.грааус ных секторах блок 18 передает код Ы с выхода ПНК 1 на другой вход схемкт 19 без иэмененкй, 19 сложения кодов реал.изуг;т операцию сложения кодов Мр к Nj(fJi) . с:габр«жающкг ссотйетственно

Д- сектор и угол поворота 0 ротора СКВТ Р эго№ сектора.

Для К5г:1Шйност14 чс локвния зся послецовательность рассмотренных операций сведена в нижеследующую таблицу. логического блока 16 формируется специальный признак Р (высокий потенциал), в соответствии с которымблок 18 передачи кода гЬормкрует инверсное оначе5 ние W{ поданного на его вход кода М ,

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается повышение линейности характеристики преобразования за

счет кодирования напряжения, выбранного из числа исходных и допсянитель-ных УЗ , U4 напряжений по результатам сравнения их амшштуц, на начальном 22,5-градусном участке синусоиды, при легающем к угловой оси. По сравнению с прототипом, где изменение результирующего кода соответствует изменение кодируемого напряжения на 45-ти граду ном участке синусоиды, прилегающем к угловой оси, погрешность от нелинейности характеристики преобразования уменьшается примерно в 1,7 раза. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий преобразователь напряже ния в код, выход которого подключен к пер вому входу преобразователя кода в код, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, выходные обмотки к первому и второму входу блока определения квадранта угла поворота, третий вход которого подключен к источнику-напряжения, п тания первый выход к первому .входу лог ческого блока, первый выход которого подключен КС второму входу преобразователя кода в код, второй выхоп через блок констант к третьему входу преобразователя кода в код, отличаю « щ и и с я тем, что с целью повышения точности преобразователя в него введены 1ш;очи, компараторы, суммирующий и вычитающий блоки, выходные обмотки скнусно-косинусного вращающегося тран- 7 310 сформагора подключены ко входам первого компаратора, суммирующего и вычитающего блоков и к первым входам первого и второго ключа, выходы которых объединены и подключены к первым входам второго компаратора и третьего ключа, выходы суммирующего и вычитающего блоков подключены к первым входам соответственно четвертого и пятого .хлючей, Впгходы которых объединены к подключены к второму входу второго компаратора и первому входу шестого ключа, выходы третьего и шестого ключа объединены и подключены ко входу преобразователя напряжения в код, второй и третий выходы блока определения квадранта угла поворота подключены ко вторым входам соответственно четвертого и пятого ключей, первый и второй выходы первого компаратора подключены ко второму и третьему входам логического блока и вторым входам первого и второго ключа соответственно, первый и второй выходы. второго компаратора подключены к четвертому и пятому входам логического блока и вторым входам шестого и третьего ключа соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 59100 кл. G 08С 9/04 от 21.05.76. 2.Авторское свидетельство СССР К% 332488, кл. G 08 С 19/28 ОТ.О4.О5.7О (прототип).