Преобразователь угла поворота валаВ НАпРяжЕНиЕ пОСТОяННОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК H03M1/22 G01B7/30 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА ке первого CfjBT, выходной обмотке второго СКВТ с заторможенным ротором и выходу косинусного функционального преобразователя, соответствующие входы дру гого - к косинусной обмотке первого СКВТ, выходной обмотке второго СКВТ с заторможенным рогором и выходу синус ного функционального преобразователя, а выходы - ко входам дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого, являющийся также , выходом всего устройства, подключен ко входам обоих функциональных преобразова телей 2, з. Это устройство (с подключенным к дифференциальному операционному усилителю стандартным АДП) проще по конструкции и надежнее в работе, чем устройство D-J , однако его функциональные возможности ограничены так как оно. преобразует угол поворота вала в напряжение постоянного тока (код). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. С этой целью в преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока, срдержащий СКВТ, обмотка возбуж дения которого подключена к источнику напряжения питания, первый и второй блоки фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами цифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого соединен со входом синусного и косинусного функциональных преобразователей, выход косинусного преобразователя соединен с одним из входов первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, и регулируемый источник напряжения постоянного тока, введены двухпозиционный переключатель, выпрямители и коммутаторы, синусная и косинусная обмотки СКВТ соединены со входами выпрямителей и. первым и вт рым входами первого и второго коммутаторов, третьи входы которых соединены с выходом источника напряжения питания, а выход - с первым и вторым входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжени Первый и второй входы третьего коммутатора соединены с выходами выпрямите лей, третий вход - с выходом регулируе мого источника напряжения постоянного тока, четвертый вход - с выходом синус ного функционального преобразователя, а выход - с третьим входом второго блок иксации и запоминания мгновенного значения апр51жения,выход которого соединен с размыающимся контактом двухпозиционного ереключателя. Выход источника напряжеия питания и синусная обмотка СКВТ оединены со вторым и третьим входами ервого блока фиксации и запоминания гновенного значения напряжения. Выход дифференциального операционного усилителя постоянного тока соединен замыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, подвижный контакт оторого соединен с выходом преобразоателя. На чертеже показана структурная схеа преобразователя угла поворота вала напряжение постоянного тока. Преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока содержит СКВТ 1, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения U питания, а выходные синусная и косинусная обмотки - ко входам выпрямителей 2,3 и коммутаторов 4,5, третьи входы которых также подключены к источнику напряжения питания, коммутатор 6, входы которого соединены с выходами выпрямителей, регулируемого источника напряжения Е постоянного тока и синусного функционального преобразователя 7, два блока 8, 9 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения. Входы блока 8 подключены к выходам, коммутаторов 4,5 и 6, соответствующие входы блока 9 - к выходу источника напряжения питания, синусной обмотке СКВТ 1 и выходу косинусного функционального преобразователя 10, а выходы блоков 8 и 9 - ко входам дифференциального операционнбго усилителя постоянного тока 11, выход которого подключен ко входам обоих функциональных преобразователей. Входы двухпозиционного переключателя 12 соединены с выходами б,лока 8 и усилителя 11, а выход - с выходом устройства. В состав идентичных блоков фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения входят компаратор 13, ключ 14 и элемент 15 аналоговой памяти. В зависимости от того, в каком положении находятся ключи коммутаторов 4-6, устройство работает в одном из следующих режимов: а/в режиме вьш&шнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота вала; б) в режиме выполнения мно58366446

жительной операции с преасгавлениемс выхода коммутатора 5, равное в зависиобоих сомножителей в виде тригонометри- мости от положения коммутатора U (.1), веских функций угла поворота вала иU (2) илии,2(3). Мгновенное значение

в) в режиме преобразования угла поворо- этого напряжения запоминается элемен

та вала в напряжение постоянного тока. В режиме выполнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота вала рабочим является блок 8 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого через перекгПочатель 12, установленный в положение {1), соединен с выходом устройства. При этом KOMiviyTa- тор 6 находится в положении (2) и к одному из входов компаратора 13 блока 8 подключается напряжение с выхода регулируемого источника напряжения постоянного тока, отображающее значение первого сомножителя. На другой вход ком-20 паратора подается напряжение с выхода коммутатора 4, которое (в зависимости от положения коммутатора) равно U-j (1) , Ц, (2.) или Ut,(i) , где U- , и к О - соответственно напряже- 25 ния выходных косинусной и синусной обмоток СКВТ 1 и его обмотки возбуждения, подключенной к источнику напряжения питания

-Sinuyt- COS 9 U-U. Sin out--Sin9 в скобках здесь и далее указано положение коммутатора где - амплитудное значение и круговая частота напряжения и питания СКВТ 1 k - коэффициент трансформации постоянный для данного ти па датчика; 9 - угол поворота ротора СКВТ, соответствующий углу поворота вала. В момент равенства напряжений Уц и на входах компаратора 13 последний срабатывает, формируя импульс, в соответствии с которым к элементу 15 аналоговой памяти через кратковременно (на время действия импульса) замкнутый ключ 14 подключается напряжение URJ

том 15 и отображает результат множительной операции с представлением второго сомножителя в виде тригонометрической функции угла поворота 9 .

Допустим, что коммутаторы 4 и 5 находятся Б положении (1), что условно может быть записано в виде следующей коммутационной прогр ммы: 4 (1); 5(1). Тогда в момент равенства напряжений 1/) а 1/2 fJ входах компаратора 13 блока

8 выполняется условие

l. Ш±с. (4) и к элементу 15 Через кратковременно

замкнутый ключ 14 подключается напряU sinouirE

(Q} жение ш-t , мгновенное значение которого, равное с учетом (4) r ;(5) запоминается элементом 15. Допустим, что коммутаторы 4 и 5 находятся в положении 3 : 4(3); 5(3). Тогда в момент равенства напряжений на входах компаратора 13 выполняется условие и к элементу 15 через кратковременно.замкнутый ключ 14 подключается напря. жение .UmSiniwt COS 0 мгновенное значение которого, равное с . учетом (6) U;Jg KEcOs9(7) запоминается элементом 15. Рассмотрим еще один пример. Пусть коммутаторы 4 и 5 находятся в положениях 2 и 3 соответственно: 4(2); 5 (3). Тогда в момент равенства напряжений . Еу,U|,4 входах компаратора 13 выполняется условие KU,.,Sin Wtsme E (8) и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напря- жение ,, KUfY,Sinajicose мгновенное значение которого, равное с учетом (8) (r9 Ь . запоминается элементом 15. Полный перечень вариантов выполнения множительной операции вида (5), (7) или (9) при различных положениях коммутаторов 4 и 5 приведен в таблице. Таким образом, данный режим работы устройства обеспечивает выполнение множительной операции с представлением одного из сомножителей в вице любой тригонометрической функции угла поворота 0 , виц которой задается достаточно просто - путем установки в соответствую щее положение всех коммутаторов. В режиме выполнения множительной операции с представлением обоих сомножителей в вице тригонометрических функций угла поворота, как и в предыдущем, функционирует только блок 8 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения (блок 9 аналогичного назначения в процессе выполнения множительной опера ции не участвует), выход которого через переключатель 12, установленный в соот ветствующее положение, соединен с выходом устройства. При этом коммутатор 6 может находиться в одном из двух приложений (3) или (4). В положении (3) коммутатора к одному из входов компара тора 13 блока 8 подключается напряжение i4( выхода выпрямителя 2, пропорциональное амплитудному значению синусной обмотки напряжения СКВТ 1. алпв , цо) R0 - коэффициент выпрямления ( const), а в положении 4 - напряжение к.(, С выхода выпрямителя 3, пропорциональнов амплитудному значению напряженИяЦ косинусной обмотки СКВТ 1 На другой вход компаратора подается напряжение с выхода коммутатора. 4, которое в зависимости от положения коммутатора равно Ц () --f (2) или Up (3). Дальнейшая последовательность действий, аналогична рассмотренной выше для первого режима. В момент равенства напряжений Ui и U|, на входах компаратора 13 последний срабатывает, формируя импульс, в соответствии с которым к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение с выхода коммутатора 5, равное в зависимости от положения коммутатора УП (1), и (2) или и. (3). Мгновенное значение этого напряжения запоминается элементом 15 и отображает результат множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций у. поворота в / Допустим, коммутаторы 4,5 и 6 находятся в положении 3:4 (3); 5 (3);6(3). Тогда в момент равенства напряений и J(, на входах компаратоа 13 блока 8 выполняется условие U einUJt RR U 9ina (12) к элементу 15 через кратковременно амкнутый ключ 14 подключается напряение UujsU sRU Tig-fnWt COS 0мгноенное значение которого, равное с учеом (12). UjgzrU einScosQ , (3). - запоминается элементом 15.

Допустим теперь, что коммутаторы 4,5 и 6 находятся в положении (1), (2)| и (3) соответственно: 4 (1); 5 (2) и 6(3). Тогда в момент равенства напряжений kfa входах компаратора 13 выполняется условие

RU S-lnCul-fcCOsBcRRgU SinS (14)j

и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение met &1п 9мгновенное значение которого, равное с учетом (14).

(15)

где Р. RR , запоминается элементом

15.

Полный перечень вариантов выполнения множительной операции в данном режиме работы при различных положениях коммутаторов 4-6 приведен в следующей таблице.

Таким образом, данный режим работы устройства обеспечивает выполнение множительной операции с преаставлением обоих сомножителей в виде триг.онометрических функций угла поворота 9 .

в) Режим преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного .тока.

В данном режиме работают оба блока 8 и 9 фиксации и запоминания мгновенно- го значения напряжения. Для этого достаточно установить следующую коммутационную программу: 4 (3); 5 (3); 6(1), т. е. подключить ко вкодам компаратора 13 блока 8 напряжения , с ВЬ1хода источника напряжения питания и выхода преобразователя 7,

где )( - напряжение постоянного тока на выходе усилителя 11; Яр- коэффициент преобразования

преобразователя 7.

В момент равенства указанных напряжений выполняется условие

. U «intWt ftn® J6biy Ц16)

и к элементу 15 через кратковременно .замкнутый (импульсом сработавшего

компаратора) ключ 14 подключается па пряжение Uug U2 RUtnS- nuJt COS 9, мгновенное значение которого, равное с учетом (16)

,COS9, 17

запоминается элементом 15.

Аналогично на входы компаратора блока 9 подаются напряжения с выхода источника напряжения питания и Rr,C09UBb,x/X((предполагается, что

функциональные преобразователи 7 и Ю построены по одной и той же схеме, на- пример, по схеме кусочно-линейного ап- проксиматора) с коэффициентом преобразования ТЦ, с выхода преобразователя 10, в момент равенства которых выполняется условие

Uj Sinui -fc .gj

и к элементу 15 через кратковременно замкнутый ключ 14 подключается напряжение R.U Sim шЪ Sin 9 мгновенное значение которого, равное с учетом (13)

, U R9 ca5UB,5in9 , ,(19) запоминается элементом 15. Напряжения U и с выколов блоков 8 и 9 соответственно подаются на входы усилителя 11, выход которого подключен ко входам функциональных преобразователей непосредственно и к выходу устройства через переключатель 12, устанавливаемый в данном случае в положение ( 2). При этом равновесное состояние устройства, определяющее возможность отсчета напряжения постоянного тока с выхода усилителя 11, описывает-; ся равенством .и1 J. Ua котерое выполняется . р (21). рде RP - размерный коэффициент. Из выражения (21) следует, что в рассматриваемом режиме -работы устройство обеспечивает преобразование угла поворота вала в напряжение постоянного тока.. В предложенном устройстве нет необходимости использоватьi дополнительного GKBT с заторможенным ротором, гак как фазовый сдвиг, т. е. фазовая погрешность СКВТ, является сложной функцией угла поворота 9 и изменяется с изменением 9 (3). Фиксация ротора дополнительного СКВТ в определенном положении к компенсации фазовой погрешности не приводит, а только усложняет конструкцию устройства с одновременным уменьшением его нацежносги и точности. При выполнении множительной операции вида -(9 И Ec-fc e (режим выполнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометричес кой функции угла поворота) указанная погрешность не влияет на точность измерения, так как компаратор 13 блока 8 сравнения напряжения U(,il) и Е, а в момент их равенства фиксируется {зап минается) мгновенное значение напряжения U/3i(U-|). Это свойство схемы легко может быть распространено и на режим преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока, если вместо синусного и косинусного использовать со ответственно тангенсный и котангенсный функциональные преобразователи, что с точки зрения практической реализации особых трудностей не вызьюает. Таким образом, предложенное устройс во обеспечивает выполнение множительной операции с представлением одного из омножителей в .виде тригонометрической ункции угла поворота; выполнение множительной операции представлением обоих сомножителей виде тригонометрических функций угла оворота и преобразование угла поворота в напряжение постоянного тока. Это значительно расширяет класс решаеых им задач. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания, первый и второй блоки фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого соединен со входом синусного и косинусного функциональных, преобразователей, выход косинусного преобразователя соединен с одним из входов первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, и регулируемый источник напряжения постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены двухпозидионный переключатель, выпрямители и коммутаторы, синуснаяи косинусная обмотки СКВТ соединены со входами выпрямителей и первым и вторым входами первого и второго коммутаторов, третьи входы которых соединены с выходом источника напряжения питания, а -выход - с первым И вторым входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, первый и второй входы третьего коммутатора соединены с выходами выпрямителей, третий вход - с выходом регулируемого источника напряжения постоянного тока, четвертый вход - с выходом синусного функционального преобразователя, а выход с третьим входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого соединен с размыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, выход источника напряжения питания и синусная обмотка СКВТ соединены со вторым и третьим входами первого блока фиксации и запоми-

нания мгновенного значения напряжения, выход дифференциального операционного усилителя постоянного тока - с замыкающимся контактом авухпозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ta convertes eeec-trohic no J, 1970.

J

ь

f5-}ffMi