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

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД .

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. Известны преобразователи угла, содержащие синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, а выходные синусная и косинусная обмотки - к сигнальным входам аналого-цифровых преобразователей отнощения напряжения, сумматор, входы которого подключены к выходам источника опорного напряжения и декодирующего преобразователя, а выход - к опорным входам преобразователей отношения напряжений, выходы которых подключены к выходам устройства и первым входам цифровых интегр торов, соединенных между собой перекрестными связями, так что выход первого интегра тора подключен ко второму входу второго интегратора, а выход второго - ко второму входу первого интегратора. Выход одного цифрового интегратора через дешифратор нуля подключен к стробирующим входам шифратора приращения кода и генератора импульсов, выход которого соединен с третьими входами цифровых интеграторов, а выход другого интегратора через последовательно соединенные шифратор приращения кода и запоминающий блок - ко входу декодирующего преобразователя 1. Известное устройство формирует цифровые значения тригонометрических функций угла поворота вала СКВТ. Его недостатком является сложность конструкции и невысокая точность, обусловленная наличием промежуточных преобразований (аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования) и выполнением ряда вычислительных операций (цифровое интегрирование, аналоговое суммирование и др.). Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является функциональный преобразователь угла поворота вала в код, который содержит синусно-косинусный датчик, обмотка возбуждения которого подключена к источнику питания, а выходные синусная 3 и косинусная обмотки через фильтры - ко входам амплитудных демодуляторов и блока формирования опорного напряжения, выход которого через генератор развертки подключен к одним входам компараторов, другие входы которых подключены к выходам соответствую щих амплитудных демодуляторов, а выходы через элементы И - ко входам двух счетчиков 2. Недостатком этого устройства является невысокая точность, обусловленная неидентиЧностью характеристик двух компараторов и, в частности, неравенством и нестабильностью их порогов срабатывания. Целью изобретения является повышение точ ности устройства. Поставленная цель Достигается тем. Что в преобразователь, содержащий синус но-косинусный вращающийся трансформатор, входная обмотка которого подключена к источнику напряжения питания, а выходные синусная и косинусная обмотки через фильтры сигнальным входам демодуляторов, опорные входы которых подключены к источнику напряжения питания, блок формирования опорного напряжения, входы которого соедине ны с выходами фильтров, а выход - со входом генератора линейно изменяк)щёгося напряжения, выход которого подключен к одному из входов компаратора, генератор импульсов, . подключенный через первый и второй злемен.ты И к двум счетчикам, селектор октантов, входы которого соединены с входом и выходами синусно-косинусного вращающегося трансформатора, введены коммутатор, два три гера, четыре элемента ИЛИ и четыре дополнительных элемента И, одни входы первого и четвертого дополнительных элементов И подключены к одному выходу селектора октантов, а второго и третьего - к другому вы ходу селектора октантов, другие входы второго и четвертого дополнительных элементов И подключены к ошгому выходу первого триггера, а первого и третьего - к другому выходу первого триггера, счетный вход которого соединен с выходом компаратора, выходы демодуляторов подключены к коммутатору, один управляю1Щ1Й вход которого через первый элемент ИЛИ соединен с выходами первого и второго дополнительных элементов И, другой управляющий вход через второй элемент ИЛИ соединен с выходами третьего и четвертого дополнительных элементов И, а выход коммутатора подключен к другому вхо ду компаратора, выходы первого, второго и третьего дополнительных элементов И через третий элемент ИЛИ подключены к второму входу первого элемента И, выходы первого, третьего и четвертого дополнительных элементов И через четвертый элемент ИЛИ подключе ны ко второму входу второго элемент; И, один вход второго триггера соединен с источником команды ПУСК, другой вход -- с одним выходом первого триггера, один выход подключен к третьим входам первого и второго элемента И и к одному управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, а другой выход подключен к другому управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения. Структурная схема преобразователя представлена на чертеже. Преобразователь содержит СКВТ 1, выходные синусная и косинусная обмотки которого через фильтры 2 и 3 подключены к сигнальным входам демодуляторов 4 и 5, а выходы демодуляторов через коммутатор 6 подключены к одному из входов компаратора 7, блок формирования опорного напряжения 8,входы которого подключены к выходам фильтров обмоток СКВТ 2 и 3, а выход - ко входу генератора линейно-изменяющегося напряжения 9, выход которого подключен к другому входу компаратора 7, селектор октанта 10, входы которого подключены к входным и выходным обмоткам СКВТ, а выходы попарно - к одним входам элементов И 11-14, выходы которых через элементы ИЛИ 15 и 16 соединены с первыми входами элементов И 17 и 18, а через элементы ИЛИ 19 и 20 - с управляющими входами коммутатора 6, триггер 21, счетный вход которого подключен к выходу компаратора 7, а выходы - к другим входам элементов И 11-14, и триггер 22, один из входов которого подключен к единичному выходу триггера 21, другой вход - к источнику команды ПУСК 23, а выходы - к управляющим входам генератора линейно-изменяющегося напряжения 9 и вторым входам элементов И 17 и 18, третьи входы которых подключены к выходу генератора импульсов 24, а выходы - ко входам счетчиков 25 и 26. Входная обмотка СКВТ 1 и опорные входы демодуляторов 4 и 5 подключены к источнику 27 напряжения питания. Преобразователь работает следующим образом. Выходные напряжения СКВТ 1, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота Э, проходят через фильтры обмоток 2 и 3 и поступают на сигнальные входы демодуляторов 4 и 5, которые выделяют их огибающие в виде сигнапов. постоянного тока V , амплитудное значение напряжения источника 27 питания СКВТ; К - коэффивдент трансформадии ||С сопз11. 57 Эти сигналы поочередно в зависимости от положения ключей коммутатора 6 подключаются к одному из входов компаратора 7, на дру гой вход которого подается линейно-изменяющееся с выхода генератора 9, выполненного на основе интегратора с управляемым циклом заряда-разряда. На вход генератора 9 поступает опорное напряжение, пропорциональное Vm с выхода блока 8. Этот блок может быть выполнен, например, с помощью двойной фазодвигающей цепочки с последующим детектированием и суммированием. В исходном состоянии триггеры 21 и 22 находятся в положении 0. При этом на управляющий вход ключа, установленного в цепи обратной связи интегратора генератора 9, подается высокий потенциал с нулевого выхода триггера 22, поэтому этот ключ замкнут, а интегрирующий конденсатор полностью разряжен. На управляющий вход ключа, установленного на входе интегратора генератора 9 - подан низкий потенциал с единичного выхода триггера 22, поэтому этот ключ разомкнут, а выход бл(;ка 8 отключен от входа генератора 9. На управляющие входы элементов И 11, 13 и 12, 14 поданы высокий и низкий потенциалы соответственно с нулевого и единичного выходов триггера 21, причем высокий потенциал подготавливает элементы И 11, 13 для прохождения сигнала с выхода селектора октанта 10,определяющего последовательность срабатывания ключей коммутатора 6. Селектор октанта 10 по результатам анализа соотнощения амплитуд выходных напряжений СКВТ 1 и фазовых соотнощений между этими напряжениями и напряжением источника 27 формирует код NQ октанта, в котором находится искомый угол поворота Q и выходной сигнал, соответствующий выполнению одного из неравенств V « V или V V) Если У| V2то угол 0 находится в одном из октантов (1, 4, 5 или 8). Сигнал с одного выхода селектора октанта 10 проходит через элементы И 11 н ИЛИ 19 на управляющий вход коммутатора 6, замыкая тот из его ключей, который подключает меньшее из выходных напряжений демодуляторов 4, 5, т.е. V к одному из входов компаратора 7. 3 начале to цикла измерения подается команда ПУСК с источника 23 на единичный вход триггера 22, который одновременно запу кает генератор 9. Выходное линейно-изменяющееся напряжение V t генератора 9 подается на другой вход компаратора 7. На входы счетчиков 25 и 26 через И 17, 18 поступают импульсы генератора 24. В момент времени t , когда линейноизменяющееся напряжение Vf|,t с выхода генератора 9 становится равным V , компаратор 7 срабатывает и перебрасывает триггер 21 в положение 1. Высокий потенциал с единичного выхода триггера 21 появляется на управляющих входах элементов И 12, 14. Элемент И 14 пропускает сигнал с одного выхода селектора октанта 10 через элемент ИЛИ 20 на другой управляющий вход коммутатора 6. Напряжение V отключается, .и ко входу компаратора 7 подключается напряже.ние У с выхода демодулятора 5. Через элемент ИЛИ 16 открывается элемент И 18. Счетные импульсы генератора 24 поступают на счетчик 26. Одновремешо прекращается поступление счетных импульсов генератора 24 на счетчик 25, содержимое N которого оказывается пропорциональным только синусу угла поворота 8. Действительно, в момент времени Ь., выполняется равенство: (t.-t).ne, откуда N,,(2) где t - частота счетных импульсов генератора 24. В момент времени -t , когда линейно изменяющееся напряжение / t с выхода генератора 9 становится равным V2 , внрвь срабатывает компаратор 7, импульс с выхода которого возвращает триггер 21 в положение 0. Одновременно задним фронтом импульса с единичного выхода триггера 21 триггер 22 возвращается в исходное состояние. Прекращается поступление счетных импульсов генератора 24 на счетчик 26, содержимое N которого оказывается пропорциональным только косинусу угла поворота 0 . Действительно, в момент времени 2 выполняется равенство: ,:Vm(t2-to)-ICVmCOSe(3) .K.cose при V угол Э находится в одном из октантов (2, 3, 6 или 7). Сигнал с другого выхода селектора октанта 10 проходит через элементы И 13 и ИЛИ 20 на управляющий вход коммутатора 6, замыкая тот из его ключей, который подключает напряжение VT. выхода демодулятора 5 к одному из входов компаратора 7. Одновременно этот же сигнал с выхода селектора октантов 10 проходит через элементы ИЛИ 15 и 16 на одни входы элементов И 17 и 18, пропускающих счетные импульсы генератора 24 на входы счетчиков 25 и 26 при наличии разрещающего потенциала с единичного выхода триггера 22, который формируется в начале цикла измерения аналогично рассмотренному вьпие. Таким образом в обоих случаях сначала кодируется меньшее напряжение, а потом большее. В счетчи- ке 25 формируется код синуса угла, а в счетчике 26 - код косинуса угла. Таким образом, в предложенном преобразователе в формировании кода синуса и косину утла участвует только один компаратор/что уменьшает погрешность от неидентичности характеристик двух компараторов. Экономический эффект от использования такого преобразователя определяется его техн ческим преимуществом. Формула изобретения Функциональный преобразователь угла пово рота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращаюшлйся трансформатор, входная обмотка которого подключена к истс)чнику Напряжения питания, а выходные синусная и косинусная обмотки через фильтры - к сигнальным входам демодуляторов, опорные входь которых подключены к источнику на- пряжения питания, блок формирования опорного напряжения, входы которого соединены с выходами фильтров, а выход - со входом генератора линейно изменяющегося напряжения вьЙюд icoTopcro подключен k Ъдному из входов компаратора, генератор импульсов, подключенный через первый и второй элементы И к двум счетчикам, селектор октантов, входы которого соедине1п 1 с входом и выходами синусно-косинусного вращающегося трансформатора, отличающийся тем, что с целью повышения точности преобразователя, в него введены коммутатор, два триггера, четыре элемента ИЛИ и четыре дополнительны элемента И, одни входы первого и четвертого дополнительных элементов И подключены к одному выходу селектора октантов, а второго и третьего - к другому выходу селектора Октантов, другие входы второго и четвертого дополнительных элементов И подключены к эдному выходу первого триггера, а первого 1 третьего - к другому выходу первого триггера, счетный вход которого соединен с выходом компаратора, выходы демодуляторов подключены к коммутатору, один управляющий вход которого через первый элемент ИЛИ соединен с выходами первого и второго дополнительных элементов И, другой управляющий вход через второй элемент ИЛИ соединен с выходами третьего и четвертого дополнительных элементов И, а выход коммутатора подключен к другому входу компаратора, выходы первого, второго И третьего дополнительных элементов И через третий элемент ИЛИ подключены ко второму входу первого элемента И, выходы первого, третьего и четвертого дополнительных элементов И через четвертый элемент ИЛИ подключены. ко второму входу второго элемента И, один вход второго триггера соединен с источником команды ПУСК, другой вход - с одним выходом первого триггера, один выход подключен к третьим входам первого и второго элемента И и к одному управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, а другой выход подключен к другому управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения. Источники информащш, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 506890, кл. G 08 С 9/00, 1974. 2.Патент США № 3918044, кл. 340-347, опублик. 1973.