Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/00 

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для преобразования угловых перемещений в код.

Известен преобразраатель уголкед, содержащий фазовращатель,блок питания фазовращателей, генератор импульсов, делитель частоты, формирователи, элементы И, дешифратор и триггер, и решающий задачу преобразования угловых перемещений в код путем измерения временного интервала, соответствующего фазовому сдвигу , пропорциональному входному угловому перемещению 11 .

Однако такой преобразователь уголкод имеет недостаточную помехоустойчивость, которая снижается по мере повышения точности измерения, так как измерение фазового сдвига производится методом прямого счета импульсов, то для получения более высокой точности измерения угла необходимы более высокочастотный генератор эталонные импульсов и более быстродействующие делитель, дещифратор и элементы И, но, как известно, с повышенным быстродействием более чувствительны к воздействию различного рода помех, наводок, что снижает

помехоустойчивость устройства. Таким образом, область применения такого устройства существенно ограничена.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, который является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и содержит последовательно соединенные генератор импульсов и дели10тель частоты, блок питания, фазовращатель, формирователь импульсов,вентили, регистр и блок сравнения и так, же решает задачу преобразования угла поворота вала в код 2.

15

В этом устройстве импульсы генератора через делитель частоты поступают в блок питания, который вырабатывает cи ycoидaпьнoe напряжение для питания фазовращателя. Выходное сину20соидальное напряжение фазовращателя, сдвинутое по фазе по отношению к напряжению питания на величину, пропорциональную углу поворота вала, посту.пает на формирователь, который фор25мирует импульоа в момент перехода сигнала через нуль отрицательного значения к положительному. Импульсы формирователя, пройдя вентиль, разрешает перезапись мгновенного значения

30 кода делителя через вентили в регистр. в блоке сравнения производится непрерывное сравнение выходных кодов делители и регистра. Блок сравнения вырабатывает управляющий сйгНёш на открывание вентиля, когда разность между сравниваемыми кодами не превышает определенной величийы.

В этом преобразователе измерение сдвига фаз производится также методом счета импульсов генератора, поэтому ему присуищ недостаточная помехоустойчивость и сложност в настройке, ограничивающие область его применения.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и, как следствие, рас ширение области применения.

Сущность изобретения заключается в формировании по каждому сигналу от.счета последовательности импульсов, фазовый сдвиг которых относительно импульсов эталонной частоты пропорционален входному угловому перемещению, и в измерении фазового сдвига методом нониуса (путем сравнения временного положения импульсов сформированной последовательности с временным положением импульсов эталонной частоты), при этом заданнаяпомехоустойчивость обеспечивается выбором периодов повторения сравниваемых импульсов (которые могут быть выбраны в пределах от единиц до сотен микросекунд) , а заданная точность обеспечивается установкой соответствующей разности между периодами повторения упомянутых импульсов и и прекращении процесса измерения в момент совпадения передних фронтов импульсов. . .

Поставленная цель достигается тем что в предлагаемый преобразователь угла поворота вала в код-введены генератор ударного возбуждения, блок сложения по модулю 2, счетчики, элементы ИЛИ и сумматор, выход генератора эталонных импульсов соединен с первым входом блока сложения по моду лю 2, второй вход котррого соединён с выходом нуль-органа,выход делителя частоты соединен с одним из входов генератора ударного возбуждения, выход которого соединен со входом фазовращателя, счетный и сбросовый входы одного счетчика соединены соответственно со сбросовым и счетным входами другого счетчика и подключены к соответствующему выходу блока сложения по модулю 2, выходы счетчиков через элемент ИЛИ соединены со вторым входом управления ключевого элемента и с первым входом блока сравнения, один из выходов которого соединен с другим входом генератора ударного возбуждения, выход генератора, эталонных импульсов подключен к сигнальному входу ключевого элемен та, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, другие выходы блока управления соединены со

входами сумматора, выходы которого соединены с третьими входами блока сравнения.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого преобразователя/на фиг. 2- - временной график сигналов в различных точках устройства.

Блок 1 сложения по модулю 2 первшд входом подключен к выходу нульоргана 2, а вторым входом соединен с выходом генератора 3 эталонных импульсов, с входсад делителя 4 и с сигнальным входом ключевого элемента 5. Первый выход блока 1 подключен к счетному входу счетчика 6 и к входу сброса счетчика 7, второй выход блока 1 подключен к счетному входу счетчика 7 и.к входу сброса счетчика 6, выходы счетчиков 6, 7 через элемент 8 ИЛИ связаны с входом выключения ключевого элемента 5, с входом управления блока 9 сравнения и с входом остановки генератора 10 ударного возбуждения, выход которого через фазовращатель 11 связан с входом нульоргана 2. Вход запуска генератора 10 соединен с выходом делителя 4 и с входом включения ключевого элемента 5, подключенного к сигнальному входу блока 9 сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом сложения и вычитания сумматора 12, выходы которого соединены с входами разрядов блока 9 сравнения и являются выходами устройства.

На фиг. 2 позицией 13 обозначены эталонные импульсы на выходе генератора 3, позицией 14 - импульсы на выходе делителя -4 позицией 15 - сигнал на выходе генератора 10; позицией 16 - сигнал на выходе фазовращателя 11, позицией 17 - импульсы на выходе нуль-органа 2, позицией 18 - импульсы на выходе ключевого элемента 5, позицией 19 -импульсы на первом выходе блока 1 позицией 20 - импульсы на втором выходе блока 1 и позицией 21 - импульс на выходе счетчика 6.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

Импульсы эталонной частоты,вырабатываемые генератором 3, поступают на сигнальный вход ключевого элемента 5, на блок 1 сложения по модулю 2 и на делитель 4, коэффициент деления которого устанавливается в зависимости от- максимальной скорости изменения угла. Импульсами с делителя 4 запус-. кается генератор 10 ударного возбуждения и открывается ключевой элемент 5, который по этому сигналу выдает . на блок 9 сравнения импульсы эталонной частоты. В блоке производится непрерывное сравнение числа поступающих в блок эталонных импульсов с записанным, в нём кодом предыдущего измерения. Разность, полученная в результате сравнения, поступает в сумматор 12, при этом положительная разность выдается на вход сложения, а отрицательная - на вход вычитания, В сумматоре 12 осуществляется алгебраическое суммирование кодов, поступающих на него с блока 9 с кодом,хранящимся в сумматоре 12. Генератор 10 ударног.о возбуждения по сигналу с делителя 4 генерирует синусоидальные колебания, период которых отличается от периода повторения импульсов эталонной частоты на заданный дискрет, определяемый заданной точностью измерения угл.а. Синубоидаль- ные колебания с генератора 10 поступают на фазовращатель 11, который сдвигает фазу поступающих на него колебаний на величину, пропорциональную входному угловому перемещению,и выдает сдвинутое по фазе напряжения на нуль-орган 2,

Нуль орган 2 вырабатывает из поступившего, сигнала импульсы в момент перехода сигнала через нуль от отрицательного значения к положительному и выдает их на блок 1 сложения по модулю 2.

В блоке 1 производится сравнение временных положений поступивших на него эталонных импульсов и импульсов последовательности, в результате чего с выходов блока снимаются импулсы, поступающие на счетчики 6, 7 1,на фиг. 2 изображен случай, когда длительность импульсов, поступающих на первый вход блока 1, больше длительности импульсов, поступающих на второй его вход). Импульсы с первого выхода блока 1 поступают на счетный вход счетчика б и вход сброса счетчика 7, а импульсы, снимаемые со второго выхода блока 1, поступают на вход сброса счетчика б и на счетный вход счетчика 7. Счетчики 6, 7 выполняют функции делителей на два и фиксируют- моменты поступления на их счетные входы двух импульсов подряд при отсутствии между этими импульсами импульса сброса, что соответствует моменту совпадения передних фронтов .сравниваемых импульсов, т.е. точному совпадению фаз импульсов. При этом, в случае, когда длительность импульса, поступающего на первый вход блока 1 больше длительности импульса, поступающего на второй его вход, импульс выделяет счетчик б,в противном случае импульс выделяет счетчик 7. Импульс со счетчика 6 (или 7) через элемент ИЛИ 8 поступает на вход включения ключевого элемента 5 и вход управления блока 9 сравнения. Ключевой элемент 5 по этому сигналу прекращает выдачу импульсов эталонной частоты в блок 9 сравнения. В блоке 9 по этому сигналу производится стирание хранящегося в нем кода предыдущего измерения и перезапись в него с сумматора 12

кода последнего измерения, в результате описанного взаимодействия блоков устройства в сумматоре 12 по каждому сигналу с элемента 8 ИЛИ за-. писывается код, соответствующий текущему значению входного углового перемещения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять входное угловое перемещение практически с любой точностью и при этом обладает боoлее высокой, по сравнению с известными, помехоустойчивостью, которая определяется выбранными значениями периодов повторения генератора эталонных импульсов и генератора ударно5го возбуждения, т.е. предлагаемое устройство имеет более широкую обйасть применения.

Формула изобретения Преобразователь угла поворота ва0ла в код, содержащий фазовращатель, соединенный с нуль-органом, генератор эталонных импульсов, выход которого соединен с одним из входов делителя частоты, выход делителя часто5ты соединен с первым управляющим . входом ключевого элемента, блок сравнения, о.т ли чающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости преобразователя, в него ввеDдены генератор ударного возбуждения, блок сложения по модулю 2, счетчики, ИЛИ и сумматор, выход генератора эталонных импульсов соединен с первым входом блока сложения по моду5лю 2, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, выход делителя частоты соединен с одним из входов генератора ударного возбуждения, выход которого соединен со входом фазовращателя, счетный и сбросовый

0 входы одного счетчика соединены соответственно со сбросовым и счетным входами другого счетчика и подключены к соответствующему выходу блока сложения по модулю 2, выходы счетчи5ков через элемент ИЛИ соединены со вторым управляющим входом ключевого элемента, с первым входом блока сравнения, один из выходов которого соединен с другим входом генератора

0 ударного возбуждения, вы.ход генератора эталонных импульсов подключен к сигнальному входу ключевого элемента, выход которого соединен со вторым ВХОДОМблока сравнения, другие выхо5ды блока управления соединены со входами сумматора, выходы которого соединены с третьими входами блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

1.Авторское свидетельство СССР № 46-4005, кл. G 08 С 9/04, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 488242, кл. G 08 С 9/00, 1974 (прототип) .

тг

Фиг-1

Фиг.2 .