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

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД

Изобретение относится к системам автоматического преобразования перемещений в код, а именно к преобразователям угла поворота вала в код, Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно косинусный вращанвдийся трансформатор (СКВТ) и блок формирования кодового сигнала, выполненный в виде многофазного трансформатора, к обмоткам кото рого подключена фазочувствительные элементы с триггерным выходом .j , Недостаток этого устройства - его сравнительно низкая точность. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала .в код, содержсцций последовательно включенные М-разрядный блок синусно-косинусного преобразования коДа в напряжение (СКПКН), выполненный, например в виде генератора импульсов, формирователя симметричной треугольной функции и двух цепочек из последовательно включенных блока сравнения, фазоинвертора и усилителя мощности, СКВТ избирательный фазочувствительный выпрямитель и блок формирования полезного сигнала, выполненный из последовательно соединенных- реверсивного счетчика и блока преобразования напряжения в частоту, а выходы реверсивного счетчика соединены с цифровыми входами N-разрядного блока синуснокосинусного преобразования кода в напряжение {2 , Недостатком известного устройства является невысокая точность преобразования, обусловленная нестабильностью амплитудных и фазовых характеристик усилителей м61цнбсти7 Цель изобретения - повышение точности устройства за счет исключения влияния погрешностей усилителей мощности на точность преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код введены генератор низкой частоты, два ключа и цифровой сумматор, выход генератора низкой частоты соединен с первым входом цифрового сумматора и с управляющими входами ключей, сигнальные входы которых подключены к роторным квадратурным обмоткам СКВТ, выходы ключей соединены со входами фазочувствительного выпрямителя, второй и третий входы цифро-вого сумматора соединены с (N-l)-HM и с N-ым выходами реверсивного счетчика, выходы цифрового сумматора содинены с (N-l)-HM и с N-ым входами N-разрядного блока СКПКН.

На чертеже приведена структурная хема преобразователя угла поворота ала в код.

Преобразователь содержит N-разрядый блок 1 СКПКН, СКВТл, фазочувствиелгьный выпрямитель 3, реверсивный счетчик 4, блок 5 преобразования напряжения в частоту, усилители б и 7 мощности, ключи 8 и 9, цис ровой сумматор 10, генератор 11 низкой частоты.

С первого по (N-2) разрядные выхоы реверсивного счетчика 4 подключены 1к соответствую1цим с первого по {N-2) разрядным входам блока 1, выходы которого через усилители S и 7 мощности подключены к синусным и косинусным обмоткам СКВТ 2, расположенным на статоре, роторные обмотки которого через ключи 8 и 9 подключены ко входу фазочувствительного выпрямителя 3. Выход фазочувствительного выпрямителя подключен ко входу блока 5 преобразования напряжения в частоту.

Выходы генератора 11 подключены ко вторым входам соответствукжцих ключей В и 9, а один из выходов генератора 11 подключен к младшему разряду второго входа цифрового сумматора 10, первый и второй разряды первого входа сумматора 10 подключены соответственно к (N-1) иМ-разряднымйькод амсчетчика 4, а разрядные выходы сумматора 10 подключены соответственно к (N-1) и N-разрядным входам блока 1 СКПКН.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

На выходе генератора 11 формируется прямоугольный сигнал типа меандр который поступает на управляющие входы ключей 8 и 9, а также на вход младшего разряда второго входа цифрового сумматора 10. Прямоугольный сигнал на выходе генератора 11 имеет два уровня: нулевой и единичный. Конструкция ключей 8 и 9 выбирается таким образом, что при нулевом уровне управляющего напряжения-, поступающего на управлягмцие входы ключей 8 и 9, один КЗключей, например ключ 8, находится в открытом положении, а другой ключ 9 в закрытом положении. При единичном уровне управляю11дего напряжения ключ 8 находится в закрытом положений а ключ 9 находится в открытом положении.

Конструкция цифрового сумматора 10 выбрана таким образом, что при нуле.вом уровне выходного напряжения генератора 11 код N- и (м-1)-разрядов реверсивного счетчика.4 проходит через двухразрядный сумматор 10 без изменения, при этом М-разрядный код ни входе блока 1 СКПКН равен N-разрядному коду реверсивного счетчика 4. При |вДйничном уровне выходного напряжения генератора 11 в цифровом сумматоре JO

781866

от кода N и (N-1) разрядов реверсивного счетчика 4 отнимается единица младшего разряда, соответствующая единичному коду (N-1) разряда реверсийного счетчика 4. В этом случае N-разрядный код на входе блок 1 СКПКН отличается рт N-разрядного кода реверсивного счетчика 4 на величину равную .

В соответствии с числовым эквива-. лёнтом 11-раз рядного кода, поступающего на цифровой вход блока 1 СКПКН, на его синусном и косинусном выходах формируются периодические сигналы, с амплитудами первых гармоник

2

5 и,

S i п (q.- -jc-) s i n (w t) ;

и

Г wm °

cos (( --i- ) sin (Wfjt ) ,

UK

2

Qm °

и2 - амплитуды выходных сиггде и налов на синусном и косинусном выходах блока СКПКН

числовой эквивалент полного N-разрядного кода Qm 2;

q - текущее значение N-разрядного кода, поступающего на цифровой вход блока СКПКН;

VIQ - частота повторения пери-, одических сигналов на

выходах блока СКПКН,

WQ W ц .

Амплитуды этих сигналов 1) и U2 с учетом амплитудных погрешностей усилителей 6 и 7 мощности s общем случае неравны друг другу. Эти сигналы поступают на запиТку синусной и косинусной обмоток СКВТ 2 и наводят в роторных обмотках СКВТ 2 ЭДС значения которых при отключении генератора ц -низкой частоты определяются из соотношений

1 о / U Uo-Kn-s n(ao-4o i:S 2 o sincoot-,

/ Г)Л.

Upa--Uo-KnC03foCo-|-K -A4r-S n2o6Js na)oti

4ff|

ДФ5: йФосн А с«втг о

где л - основная погрешность преобразования, обусловленная неравенством амплитуд сигналов и.( и Uo ;

MocN- Tf ( Atfgj. дополнительная погрешность преобразования, обусловленная технологическими погрешностями СКВТ - амплитудной и угловой неортогональностью статорных обмоток СКВТ.

При включенном генераторе 11 низкой частоты за первый полупериод равный j TI - прямоугольное напряжение имеет нулевой уровень, при этомкак 6ыло показано выше выходной код q реверсивного счетчика проходит без изменения через сумматор 10, т. . q q, а на вход фазочувствительног выпрямителя 3 через ключ 8 поступает сигнал с выхода роторной обмотки СКВТ. При О г . + Atf, S n2tfo)s4nOo За второй полупериод - Т прямоугольное напряжение генератора И принимает единичный уровень, при этом выходной koA реверсивного счетчика в сумматоре 10 изменяется на еди ниц, т. е. q q - , а на вход фавочувствительного выпрямителя 3 че рез ключ 9 поступает сигнал с выхода синусной обмотки СКВТ 2, определяемый уравнением Up5,UQKnS4h oto-4l5 fL2 2 o s o За счет периодической коммутации сигналов с роторных обмоток СКВТ и за счет периодического изменения выходного кода реверсивного счетчика 4 на величину равную происходит периодическая амплитудная модуляция угловой погрешности с частотой равной w. Суммарный сигнал на входе избирательного фазочувствительного выпрямителя равен l ol n s K-4Q-)))c кдц) j.)ot (2 к и) сОкН. Так как комбинационные гармоники с частотой (WQ + (2K-l)), определяющие суммарную погрешность &(fj npeo6paзователя при WQ W) отличаются по частоте от основного полезного сигнала, то эти гармоники в фазрчувствйтельном выпрямителе 3 отфильтровывают ся от полезного сигнала как помеха и не влияют на выходной управляющий сигнал, сформированный на выходе фазг чувствительного выпрямителя. Выходной сигнал рассогласования Ла зочувствйтельного выпрямителя 3, равныйьых о 5(«о -qfj поступает на вход блока 5 преобразования напряжения в частоту, в котором с помощью блока 5 и реверсивного счет чика 4 осуществляется изменение выходного кода q до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю. При Ugj,, О числовой эквивалент qN-разрядного выходного кода счетчи-. ка 4 равен измеряемому углу л о при.чем агдплнтудные погрешности усилителей ,7 мочирсти, а также некоторые погрешности СКВТ 2 не влияют на точность измерения. Таким образом, преобразователь угла поворота вала в код позволяет повысить точность преобразования измеряемого угла в цифровой код, за счет .исключения влияния амплитудных погрешностей усилителей мощности. Экономический эффект от использования преобразователя угла поворота вала в код обусловлена отмеченными выше его техническими преимуществами,. формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий N-разрядный блок синусно-косинусного преобразования кода в напряжение, выходы которого через усилители мощности подключены к синусной и косинусной обмоткам синусно-косинусного врав:5анжчегося трансформатора, реверсивный счетчик, управляквдйй вход которого через бл6к,прёобразования напряжения в частоту соединён с выходом фазочувствительного вьитрямителя, (N-2) выхода реверсивного счетчика подключены к (N-2) входам N-разрядного блока синусно-косинусногчэ преобразования кода в напряжение, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены генератор низкой частоты, два ключа и цифровой сумматор, выход генератора низкой частоты соединен с первым входом цифрового сумматора и с управляющими входами ключей, сигнальные входы которых подключены к роторным квадратурным обмоткам синусно-коси нусного вращающегося трансформатора, в.ыходы ключей соединены со входами фазочувствительного выпрямителя, второй и третий входы цифрового сумматора соединены с (Н-1)-ым и с N-ым выхОдами реверсивного счетчика, выходы цифрового сумматора соединены с (М-1)-Ы-ым и с N-ым входами N-разрядиого блока синусно-косинусного преобразования кода в напряжение. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Свчарник Д. В. дистанционные передачи, 1974, с. 193-196. 2.Авторское свидетельство СССР .496581, кл. G 08 С 9/04, 1967 (прототип).