Преобразователь угловых перемещений в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/04 

1

Изобретение относится к преобразователям угловых перемещений в цифровой код и может быть использовано в измерительной технике и автоматике.

Известно устройство, содержёцдее последовательно включенные синуснокосинусный преобразователь код-напряжеиие, синусно-косинусный поворотный трансформатор, фазочувствительннй выпрямитель, блок управления и регистр, выполненный, например, в виде реверсивного счетчика, подключенный к преобразователю коднапряжение 1,

Недостатком этого устройства является необходимость питания статорных обмоток СКПТ от синусно-косинусного преобразователя код-напряжение, что обусловливает наличие достаточно мощного выхода от преобразователя код-напряжение (СКПКН).

Наиболее близким техническим решением является преобразователь угловых перемещений в код, содержащий генератор опорного напряжения, синусно-косинусный поворотный трансформатор, выходы которого соединены с первым и вторым входами цифрового синусно-косинусного делителя напряжения.

выход которого через делитель подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого через последовательно включенные преобразователь напряжение-частота и блок управления соединен с входом N-pasрядного регистра (23.

Однако в этих устройствах точность измерения угла зависит от технологи10ческих погрешностей СКПТ, обусловленных неравенством активных и индуктивных сопротивлений статорных обмоток СКПТ, а также неперпендикулярностью статорных обмоток СКПТ. Кро15ме того, на точность известного устройства также влияет неравенство коэффициентов передач К и К для синусного и косинусного каналов СКДН.

По технологическим причинам уст20ранить эти погрешности невозможно, поэтому для ум.5ньшения их необходимо изменить структурную схему устройства,

Целью предлагаемого устройства

25 является повышение точности преобразователя.

Это достигается тем, что в преобразователь угловых перемещений в код введены oднoвибpaтopы,фopмиpoвiaтeль 30 импульсов и двухразрядный сумматор. ВЫХОДЫ генератора опорного напряжения через одновибраторы подключены к входам синусно-косинусного поворотного трансформатора,выходы одного одновибраторы соединены через формирователь импульсов с одним входом двухразрядного сумматора, другие входы которого подключены к N-1 и N выходам N разрядного регистра, выходы двухразрядного сумматора соединены с N-1 и N выходами синусно-косинусного делителя напряжения, остальные входы которого подключены к остальным выходам N разрядного регистра. На фиг.1 дана структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 показаны диаграммы его работы. Преобразователь состоит из генера тора 1 опорного напряжения с двумя выходами, одновибраторов2 и 3 посл довательно включенных синусно-косину ного поворотного трансформатора 4 (СКПТ), цифрового синусно-косинусног делителя напряжения 5 (СКДН), усилит ля 6, фазочувствительного выпрямител 7, преобразователя 8 напряжение-частота, блока 9 управления, N-разрядного регистра 10, двухразрядного сум матора 11 и формирователя 12 импульсов. СКПТ имеет две первичные и две вт ричные квадратурные обмотки. Регистр 10 выполнен, например, в виде N-pasрядного реверсивного счетчика, а одноразрядный сумматор выполнен по обратной схеме. Первый выход генератора 1 через первый оцновибратор 2 подключен к перви-чной синусной обмотке СКПТ 4, а второй выход генератора 1 через второй одновибратор 3 подключен к первичной косинусной обмотке СКПТ. Предпоследний (N-1) разряд регистра и выход второго одновибратора 3 (через формирователь импульсов) подключены соответственно к шинам первого и второго входов 1-ых разрядов цифрового сууматора 11, а выход N (стар шего) разряда регистра подключен к шине первого входа второго разряда цифрового сумматора 11, Выходы перво го и второго разрядов цифового сумматора 11 подключены соответственно к входам (N-1) и N разрядов цифрового СКДН 5, Остальные разрядные входы СКДН 5 подключены к соответствующим разрадным выходам регистра 10, Предлагаемое устройство работает следующим образом. На выходе генератора 1 опорного напряжения формируются два инверсных (сдвинутых на 180°) синусоидальных напряжений равной частоты (см,фиг.2 а, б). Из положительных полуволн эти напряжений с помощью однотипных одн вибраторов 2 иЗ формируются группы оцнополярных импульсов положительно ( на выходе одновибратора 2)и отриц ельной ( на выходе одновибратора 3) олярностей с амплитудами ) длительностью .,(ti,V..nr. С2) де ,pT электромагнитная постоянная времени СКПТ, Электромагнитная постоянная времеи определяется по формуле , где и - индуктивность обмоток СКПТ; R - сопротивление первичной обмотки; Причем входные напряжения одновибраторов 2 и 3 сдвинуты на 180®, поэтому и входные импульсы сдновибраторов 2 и 3 так же сдвинуты на 180°. Выходные импульсы одновибраторов 2 и 3 положительной и отрицательной полярности поступают на запитку соответствующих первичных обмоток СКПТ 4, на выходных обмотках которых при выполнении условия также будут индуктироваться прямоугольные импульсы с длительностью t t (см. фиг,2в,д и фиг,2г,ё) равной t.xtb, При этом амплитуды выходных импульсов СКПТ 4 будут изменяться в функции от угла поворота ротора СКПТ по законам синуса и косинуса, т.е. -для импульсов одновибратора 2 (поступакщих на первичную синусную обмотку СКИТ): JG, -ф 1 ()sin () гр,(( где Uj. , U) - амплитуды импульсов на выходе синусной (1с-2с) и косинусной (1к-2к) вторичных обмоток СКПТ, образованных импульсами одноаибратора 2; -для импульсов сздновибратора -3 (поступгиощих на вторичную косинусную обмотку СКПТ): Cj-Чр aCl t U) C.OC.(oi,) 1 ,y sin(o(-.aS)J , C5) где Upn , К)2 - амплитуды импульсов на выходе синусной (1с-2с) и косинусной (1к-2к) вторичных обмоток СКПТ, образованных импульсами одновибратора 3; угловая погрешность СКПТ 4, обусловленная неперпендикулярностью статорных (вторичных) п.обмоток СКПТ; , амплитудная относительная погрешность СКПТ, обусловленная неравенством активных и индуктивных обмоток СКПТ. Группы выходных импульсов СКПТ 4 с с1мплитудами Uci и Uj (4) и груп пы выходных импульсов СКПТ с амплиту дами Uc(2. i.4 (5) проходят чере цифровой СКДН -5, который управляется кодом 1Ч-разрядного регистра 10. При запитке первичной синусной об мотки СКПТ импульсами одновибратора 2 на втором входе 1 (младшего) разряда сумматора 11 будет нулевой сигнал, так как сигнал на выходе одновибратора 3 равен нулю. В этом случае дискретные сигнгшы (N-1 и N разрядов регистра 10), проходящие через сумматор 10, на выходе цифрового сумматора 11 не изменяются по модулю и выходной код регистра 10 без изме- нения проходит на цифровой вход СКДН 5, при этом амплитуда импульсов на выходе СКДН 5 с учетом выражения.(4) будет равна ) SJbp,-Cb 5;VcosCo6 -A VViL (per., С) где К - коэффициент передачи косинусного канала СКДН; Ко - коэффициент передачи синусного канала СКДН; - двоичный код регистра, поступающий на вход . цифрового СКДН, равный углу поворота ротора СКДП (полный код N-раз рядного регистра равен 3600) , Для идеально выполненного СКДН К К После преобразования (6) может быть представлено в виде cкAH vЧ -PmV- n -( t(54 -binoi jbpg -cTu cosc o-bin ibpg C7) При запитке первичной косинусной обмотки. СКПТ импульсами одновибратора 3 на втором входе первого (младшего) разряда цифрового сумматора 11 появится единичный сигнал (см.фиг,2, с длительностью ., который суммируется в цифровом сумматоре с кодом, представленным (N-1) и N разрядами регистра 10, В результате код, представленный (N-1) и N разрядами регистра 10, изменяется на выходе цифрового сумматора на единицу первого (младшего) разряда и, вследствие этого, код, поступающий на вход цифрового СКДН 5, будет отличаться от кода регистра 10 на единицу (N-1) разряда регистрё(, т.е. по углу на 90° . В этом случае амплитуда импульсов на выходе СКДН 5 с учетом (5) бу дет равна Чр 1 cV S-cosCo - P. J {,i-cfuj-K,-s.n(oto PpV obPper или после преобразований К.| К„ cKAH- 2-Sp « i(° o-|bper)( -сГи.соъЫд-6т Ьрр(Уи.ЫпЫо.сОб|Ър5 (S) Группы импульсов положительной и отрицательной полярностей с амплитудами, выраженными равенствами (7) и (8), после усиления в усилителе 6 поступают в фазочувствительный выпрямитель 7, на выходе которого формируется сигнал постоянного импульса (см.фиг.2,и), пропорциональный разности амплитуд импульсов,выраженных равенством (7),возникающих при запитке СКПТ импульсами одновибратора 2, и амплитуд импульсов, выраженных равенством (8), возникающих при запитке СКПТ импульсами одновибратора 3, т.е. Чфе,( S i K-lbperV,,,.,„.,,:,,,„,,, /bin5bper rfuit.p.inci cos|bper с«5) При и Ug , что обеспечивается выбором параметров одновибраторов 2 и 3, в уравнении выходного сигнала фазочувствительного выпрямителя 7 слагаемые обусловленные неперпендикулярностью и неравенством полных сопротивлений статорных обмоток СКПТ, будут практически равны нулю, а выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 7 будет равен иф,х.2Ц..51п(, (10) Этот сигнал, пропорциональный разности между измеряеким углом и кодом регистра 10, поступает через преобразователь 8 напряжение - частота в блЬк 9 управления, на выходе которого формируется управляющий сигнал, изменяющий код регистра 10 в сторону уменьшения сигнала рассогласования (см. выражение (10). При нулевом выходном сигнале фазочувствительного выпрямителя 7 преобразователь 8 и блок управления 9 отключаются, при этом как следует из вырсокения (10) код на выходе регистра 10 будет равен измерительному углу без учета технологических погрешностей СКПТ, обусловленных неперпендикулярностью и неравенством статорных обмоток СКПТ. Аналогично выражениям (6), (7) и (8), (9) можно показать, что и технологические погрешности СКДН 5, обусловленные неравенством коэффициентов передач и неперпендикулярностью синусного и косинусного каналов : СКДН 5, также не будут влиять на выходной сигнал, определенный выражением (10), фазочувствительного выпрямителя 7, а слбщовательно и на выходной код преобразователя. 7 На практике в предлагаемом устрой стве из-за нарушения равенства ампли туд и длительности выходных импульсов одновибраторов 2 и 3 не произойдет полной компенсации составляюидах технологических похтрешностей СКПТ и СКДН в сигнале, определенном выражением (9), на выходе фазочувствительного выпрямителя. Однако оставшаяся часть слагае ых, обусловленных неравенством амплитуд импульсов одно вибраторов 2 и 3, вности погрешность второго порядка малости, Формула изобретения Преобразователь угловых перемещений в код, содержащий генератор опор ного напряжения, синусно-косинусный поворотный трансформатор,выходы котс ого соединены с первым и вторым входами цифрового синусно-косинусного делителя напряжения, выход которого через усилитель подключен к вхо ду фазочувствительного выпрямителя, выход которого через последовательно включенные преобразователь напряжени частота и блок управления соединен с 8 входом N-разрядного регистра, о т личающийся тем, что,с целью повыяения точности работы преобразователя, в него введены одновибраторы, формирователь импульсов и двухразрядный сумматср, выходы генератора опорного напряжения через одновибраторы подключены к входам синусно-косинусного поворотного трансформатора, выходы одного одновибратора «соединены через формирователь импульсов с одним входом двухразрядного сумматора, другие входы которого подключены к N-1 и N выходам N разрядного регистра, выходы двухразрядного сумматора соединены с N-1 и N входами синусно-косинусного делителя напряжения,остальные входы которого подключены к остальным выходам N разрядного регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 4966581, кл. G 08 С 9/04, 1974. 2.Зверев А.Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., 1974, с.141-146, рис.67 (прототип).

S

6}

Фиг. г