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

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах для пр образования угловых перемещений рото ра электрических микромашин типа сел сина в цифровой код. Известны преобразователи угол-код в которых выпрямленное выходное напряжение сельсина сравнивается по амплитуде с его напряжением питания. Оба напряжения изменяются по синусоидальному за:кону. Время от момента перехода через нулевое зна 1ение напря жения питания сельсина до момента равенства сравниваемых напряжений пропорционально углу поворота ротора сел сина I. Такой преобразователь содер жит сельсин, вход которого подклгбЧе н к источнику напряжения питания, а выходы через выпрямители и переключатели - к одному из входов первого компаратора, другой вход которого пЬдключен к источнику .напряжения питания, а выход - к триггеру, формирователь кода грубого отсчета, входы Которого соединены С выходами сельсйНа и источником напряжения питания, а быходы - с управляющими входами переключателей и входами старших разрядов счетчика, второй .компаратор, вход которого подключен к источнику напряжения питания, а выход через первый вентиль - к триггеру, выход которого соединен С управляющим вхбдом второго вентиля, другой вход которого подключен к генератору импульсов, а выход - ко входам младших разрядов счетчика, и блок управления, вход которого соединен с источником напряжения питания, а выход - с формирователе1у1 кода грубого отсчета, управляющим входом первого вентиля и установочным входом счетчика. В таком преобразователе максимальный временный интервал д t между импульсом начала счета, соответствующим моменту перехода через нуль напряжения питания сельсина, и импульсcw окончания счета, соответствующим моменту равенства орав нива емЕлх напряжений (напряжения питания Un и выпрямленного выходного напряжения Ue сельсина в точке 0 бО угловой оси) , составляет 3,3 м.сек. для частоты f 50 Гц напряжения питания сельсина (вычисляются по формуле .д t ffl ) Такое время измерения не позволяет получить высокое быстродействие. Наиболее близким техническим решением к изббретению является преобразователь угла поворота вала в код 2, содержащий источник напряжения питания подключенный к сельсинУ)формирователю кода грубого отсчета, перрому и BTopoiy компаратору и блоку управления, и элементы И, ИЛИ. Выход сельсина подключен ко вторым входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, один выход которого подключен к другому входу первого К9мпа; йтора, выход которого подключен к одному входу триггера. Второй компаратор через первый элемент И подключен к другому входу триггера, который через второй элемент И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, подключен к счетчику. Выходы счетчика подключены к преобразователю кодов, выходы которого и одни выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к цифровому блоку другие выходы формирователя хода гру бого отсчета подключены к блЬкУ элементов ИЛИ, выходы которого подключены к управлягацим входам коммутатора. Выходы блока управления подключены к установочному входу счетчика и к управляющему входу первого элемента И. Такое построение преобразователя позволяет уменьшить время измерения до At 1,66 м.сек за счет получения в каждсм-60-ти градуснрм секторе информации о той его половине, в которой находится искомый угол поворота. Однако и это время измерения в ряде практических случаев, когда требуется высокая скорость отработки угла поворота, оказывается неприемлемым. Целью изобретения является повыше нйе быстродействия преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в предложенный преобразователь рведейы вычитатели и ключи. Входы двух вычитателей попарно подключены к выходам сельсина, а выходы ко входам третьего вычитателя. Выходы вычитателей подключены к третьим входам формирователя кода грубого от счета и коммутатору, другой выход ко торого подключён к другому входу тре тьего компаратора и входу первого ключа. Один выход коммутатора подклю чен ко входу второго ключа. Другие входы первого и второго ключей срединень с выходами третьего компаратора а выходы ключей объединены и прдключень) к выпрямителю. Другие выходы фо мирователя кода грубого отсчета через одни элементы ИЛИ подключены к одним входам элементов И, другие вхо Йы которых соединены с выходами третьего компаратора, а выходы через другие элементы ИЛИ подключены к уп равляющим входам преобразователя коСтруктурная схема преобразователя представлена на чертеже. Преобразователь содержит сельсин 1, вход которого подключен к источнику 2 напряжения питания, а выходы к рдним входам коммутатора 3, в.ычитатели (блоки вычитания напряжений) 4, 5 и 6. Входы вычитателей (4 и 5) попарно подключены к выходам сельсина 1, входы вычитателя 6 - к выхрцам первых двух Вычитателей 4 и 5, а выходы всех вычитателей - к другим входам коммутаторд 3. Входы формирователя 7 кода Грубого отсчета подключены к источнику 2 напряжения питания, вхоДам сельсина 1 и вычитателей 4, 5 и 6, а выходы,- ко вхрдам старших разрядов цифрового отсчетного блока 8 и через блок 9 элементов ИЛИ к управляющим входамкоммутатора 3... Входы компаратора 10 соединены с выходами коммутатора 3, а выходы со входом выпрямителя 11 через ключи 12 и 13, выходы которых объединены, а управляющиевходы подключены к выходам этого компаратора. Один вход компаратора 14 подключен к выходу выпрямителя 11, другой вход - к источнику 2 напряжения Питания, а выход - к одному из входов триггера 15. Вход компаратора 16 подключен к источнику 2 напряжения питания, а выход через первый элемент И 17 - к другому входу триггера 15, выход которого соединен с управляквдим входом второго элемента И 18, другой вход которого подключен к генератору 19 импульсов, а выход через счетчик 20 и преобразователь 21 кода - кр входам младших ра зрядов блока 8. Вход блока управления 22 подключен к источнику 2 напряжения питания, а выхрцы - к управляющему вхрду элемента И 17 и установочному входу счетчика 20. Выходы формирователя 7 через элементы ИЛИ 23 подключены к элементам И 24, другие входы которых соединены с выходами компаратора 10, а выходы через элементы ИЛИ 25 подключены к управляющим входам преобразователя 21 кодов. Напряжения фазных обмоток сельсина 1 определяются следующим образом. и, KUn,sinw t sin в, и„ t sin (в - 120 U KU sincot sin (8 где u, 10 - амплитудное значение и кру говая частота напряжения и питания сельсина; - угол поворота ротора сельсина;- коэффициент трансформации, постоянный для данногр типа сельсина. Наличие напряжений (1) позволяет измерить угол поворота 0 с необходимой точностью в каждетл из двенадцати 30-ти градусных секторов угловой оси за время, не превышающее 1,66 м.сек при f 2к - 50 ГЦ. Для уменьшения этого времени формируются дополнител ные напряжения, изменение знака фазы которых происходит в точках угловбй оси, соответствующих углам . .: . где п 0,1, 2, 3,.4, 5. Условию (2) удовлетворяют напряже ния, полученные путем выполнения опе раций вычитания Vw(.)(e--бo°) (3) f (Ur J-ku sincotcos (e iZO°r (4) ч (8-90) (5) Операции вычитания (3), (4) и (5) реа лизуют соответственно, вычитатели 5, 4 и 6. Масштабный множитель-jy- учитывает ся при реализации первыхдвух операций путем собтветствующего выбора номинальных значений сопротивлений резисторов, включенных во входные цепи и цепь обратной связи операционных усилителей, на основе которых построены все вычитатели. Изменение знака фазы и соотношения амплитуд исходных (U , U , Uj) и дополнительных (Ug , Og) напряжеНИИ происходит теперь в точках угловой оси, которые разбивают весь диапа зон изменения угла поворота 8 на 24 сектора по 15 каждый, В каждом секто ре процесс измерения угла поворота б происходит в следуквдей последовательНОСТИ.о. Выходные напряжения сельсина 1 и вычйтателей 4, 5 и б подаются на формирователь 7 кода грубого отсчета, который по результатам анализа знака фазы этих напряжений относительно напряжения питания формирует код N гру бого отсчета, изменяющийся с дискретностью 30° (зажэсится непосредственно в старшие декады цифрового отсчетнОго блока 8) и управляющий потенциал, соответствукадий тому из 30-ти градусных секторов, в котором находится искомый угол поворота 8 . Этот потенциал чере соответствующую пару элементов ИЛИ блока 9 управляет коммутатором 3, ус.танавливая пару его ключей в замкнутое состояние, при котором ко входам компаратора 10 подключаются меньшее из исходных и меньшее из дополнительных напряжений, действующих в данном секторе. Например, в секторе 0-30 где справедливы следующие соотношения и и, , и Uj и n,j Ug, , Ug Uq,j, ко входам компаратора 10 подключаются напряжения Ц, и U, Ксмпаратор 10 сравниваетэти напря жения и выбирает меньшее из них. Еели исходное напряжение Uu меньше, чем дополнительное Ug .(lij. Ug ) , то-сигнал с выхода компаратора 10 поступает на управляющий вход ключа 12 И устанавливает его в замкнутое CIDCTOяние, при котором на вход выпрямителя 11 поступает напряжение Пц, Выпрямитель 11 преобразует поданное на его вход напряжение в сигнал Uj, постоянного тока, который подключается к одному из входов компаратора 14, На ДРУГОМ входе компаратора 14 действует напряжение развертки, в качестве которого используется напряжение питания и„, В момент перехода напряжения и„ питания через нуль из отрицательной области в положительную компаратор 16 формирует импульс с начала счета, который проходит через открытый (разрешающим потенциалом с выхода блока 22 управления) элемент И 17 и устанавливает триггер 15 в такое положение, при котором тактовые импульсы с генератора 19 через элемент И 18 поступают на вход счетчика 20. В момент времени, соответствующий равенству напряжений U и Un, срабатывает коМпаратор 14 и импульс конца счета с его выхода возвращает триггер 15 в исходное положение. При этом элемент И 18 закрывается, и поступление тактовых импульсов на вход счётчика 20 прекращается. Содержимое счетчика 20 в момент времени, соответствующий появлению импульса конца счета, пропорционально углу поворота ротора сельсина. . . Действительно, в момент равновесия выполняется б п (Ug )m sin © (Uj, )m sin w д t, где (иб)т и (U)m -: максимальное значение выпрямленного (исходного или доп(лнительного) напряжения и амплитудное значение напряжения и пита- . ния. При выполнении условия (и) (U) справедливо сЛеду сщее соотношение:Для )Чаксимального угла поворота вт в рабочем секторе, который в даном случае равен 15®, время измереия д t при f 50 ГЦ равно 0,83 мсек, то вдвое меньше, чем в прототипе,. Если, частота следования тактовых мпульсов генератора 19 равна ff , то начение кода N точного отсчета, оторажающего угол поворота 9 в предеах выбранного 15 -ти градусного секора, составит: , N e-G, де const.

726556 Б зависимости от того, в какой половине 30-ти градусного секторалевой или прзавой (в каком из 15-ти градУсных секторов четном или нечетчсм) находится искомый угол поворота в , содержимое счетчика 20 переносится в цифровой ртсчетный блок 8 через преобразователь 21 кода в прямом или обратном коде. Признак переноса кода и дополнительный разряд кода N грубогсэ отсЧсета формируются элементами ИЛИ 23, И 24 и ИЛИ 25. Элементы ИЙИ 23 объединяют определенные выходы формирователя 7 кода грубого отсчета так что в нечетных 30-ти градусных секторах (0-30, 60-90° и др. на выходе одного из элементов ИЛИ 23 появляется высокий потенциал. Он является разрешающим для пары элемен,тов И 24. Если в этих секторах Оц U сигнал с одного выхода компаратора 1 проходит через элементы И. 24 и ИЛИ 2 наОДИН управляющий вход преобразова теля 21 кода и разрешает перенос содержимого счетчика 20 в цифровой отсчетный блок 8 в прямом коде. Если Ug , Uuf то сигнал с другого выхода компаратора. 10.проходит через другие элементы И 24 и ИЛИ другой управляющий вход пре6бЕ1азователя 22 кода и разрешает перенос содержимого счетчика 20 в цифровой отсчетный блок 8 в обратном коде. Если в четных 30 градусных секторахЦц Ug, то сигнал с одного выхода компаратора 10 проходйт через соотвётствуквдиё элеме ты И 24 и ИЛИ 25 на преобразователь 22 кода и переписывает .содержимое счетчика 20 в цифровой отсчетный блок 8 в обратном коде. Если и Uj,,, то содержимое счетчика 20 переписывается в цифровой отсчетныйблок 8 в пря мом коде. В любом случае в нечетных 15-ти градусных секторах, где с увеличен ем угла поворота в амплитуда действующего напряжения {Uy или Ug) увеличивается, содержимое счетчика 20 переносится в цифровой отсчетный лок 8 в прямом коде, а в чётных 15-ти градусных секторах, где с увелич нием угла поворота 6 амплитуда дейст ющего напряжения уменьшается - в обр ном коде. Эта закономерность используется для формирования дополнительного разряда кода N грубого отсчета отображающего положения 15-ти градус нЬго сектора внутрт 30- й г1рйШ ГШг5 с помощью выходных сигналрв элементо ИЛИ 25. При этом выходной сигнал одного Элемента ИЛИ 25 соответствует левой половине любого 30-ти градусно го сектора , а выходной сигнал другого элемента ИЛИ 25 - правой). Работа устройства синхронизуется, выходными сигналами блока 21 управле НИН. Первый сигнал устанавливает сче чик 20 в исходное сойтьяниё,й1 второ пбдготавливает элемент И 17 для прохождения импульса начала счета с вы8рода компаратора 16 на вход триггера 15. Формирователь 7 кода грубого отсчета непосредственно не связан с блоком 21 управления, поэтому код N, грубого отсчета (включая и его дополнительный разр.яд) непрерывно индицируется в цифровом отсчетном блоке 8. . Время измерения 4 t в преобразователе уменьшено вдвое за счет уменьшения рабочегосектора до 15. Это позволяет увеличить быстродействие преобразователя. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник напряжения питания, подключенный к сельсину, формирователю кода грубого отсчета, первому и второму компараторам, и блоку управления, выход сельсина подключен к вторым входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, один выход которого подключен к одному входу третьего к.омпаратора, выпрямитель, подключенный к другому входу первого компаратора, выход которого подключен к одному входу триггера, второй компаратор через первый элемент И подключе.н к другому входу триггера, который через второй элемент И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, подключен к счетчику, выходы счетчика подключены к преобразователю кодов, выходы которого и одни выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к цифровому блоку, другие выходы формирователя кода грубого отсчета подключен к. блоку элементов ИЛИ, выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора, выходы блока управления подключены к установочному входу счетчика и к управляющему входу первого элемента И, и элементы И, ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены вычитатели и ключи, входы первых двух вычитателей попарно подключены к выходам сельсина, а выходы - ко вхоцам третьего внчитателя, выходы вычита елей подклк)чены к третьим входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, другой выход которого под-клк) другому входу третьего компаратора, и входу первого ключа, один выход коммутатора подключён ко входу второго ключа, другие входы перво-; го и второго ключей соединены с выходами третьего компаратора, выходы клк)чей кода объединены и подключены к выпрямителю, другие выходы формирователя кода грубого отсчета через одни элементы ИЛИ подключена к одним входам элементов И, другие ходы которых соединены с выходами третьего компаратора, а выходы - через другие

элементы ИЛИ подключены к управляющим входам преобразователя кодов.

Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе

свидетельство СССР

08 С 9/04, 1.09.72.

свидетельство СССР 08 с 9/04, 12.И .75