Преобразователь угла поворотаВАлА B КОд Советский патент 1981 года по МПК G08C9/04 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных и навигационных системах для выполнения двух операций: преобразования угла поворота вала в код и Преобразования полярных координат движущегося объек та в прямоугольные. Известно устройство, содержащее синусно-косинусный вращающийся транс форматор (СКВТ), синусная и косинус ная обмотки которого через коммутатор и постоянные резисторы подключен к последовательно соединенным цифровым управляемым резисторам, общая точка соединения которых через усили тель сигнала рассогласования подклю чена к блоку преобразования напряжения в код, выходы разрядов которого соединены с управляющими входами цифровых управляемых резисторов ij . Ближайшим по технической сущности к изобретению является устройство содержаицее СКВТ, синусная и косинус ная обмотки которого через коммутатор подключены к последовательно соединенным цифровым управляекым резисторам, общая точка соединения которых подключена ко входу блока преобразования напряжения в код, выходы разрядов которого подк.шочены к управляющим входам цифровых управляемых резисторов, соединенных параллельно с постоянными резисторами f2j . Эти устройства предназначены только для выполнения операции преобразования угла поворота вала в код, что ограничнвает класс решаемых им задач. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет выполнения (дополнительной к Основной) операции преобразования полярных координат в прямоугольные. Поставленная цель достигается за счет того, что в преобразователь угла поворота ваша в код, содержеиций СКВТ, синусная и косинусная обмотки которого соединены через KOhe yxarop с первой и второй питания резистивного блока преббразования напряжения и блок преобразования напряжения в код, введены блок передачи кода, регистр и переключатель, размыкающий контакт которого соединен с первым выходом резйстивнсго блока преобразования напряжения, замыкающий контакт - с аналоговым

входом преобразователя, а подвижной контакт - со входом блока преобразования напряжения в код, выход которого соединен с первым входом блока передачи кода. Вход регистра соединен с цифровым входом преобразователя, а выход - со вторым входом блока, передачи кода, выход которого соединен с управляющим входом резистивного блока преобразования напряжения, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими выходами преобразователя.

Кроме того, в резистивный блок преобразования напряжения,содержащий первый постоянный резистор и первый цифровой.управляемый резистор,первые выводы которых соединены с первой шиной питания резистивного блока преобразования напряжения, вторая шина питания которого соединена через второй постоянный резистор с первым выходом резистивного блока преобразования напряжения управляющие входы первого и второго цифровых управляемых резисторов соединены с управляющим входом резистивного блок преобразования напряжения,введены переключатели и дополнительные цифровые управляемые резисторы. Первый вывод первого дополнительного цифрового управляемого резистора соединен со второй шиной питания, второй вывод - с подвижным контактом первого переключателя., размыкающий контакт которого соединен с первым вькодом резистивного блока преобразования напряжения, а замыкающий контакт соединен со вторым выходом резистивного блока преобразования напряжения, и через второй цифровой управляемый резистор с общей шиной. .Первый вывод второго дополнительного цифрового управляемого резистора соединен с подвижным контактом второго переключателя, размыкающий контакт которого соединен с первой шиной питания, а замыкающий контакт - с общей шиной. Второй вывод второго дополнительного цифрового управляемого резистора соединен с подвижньам контактом третьего переключателя, размыкающий контакт которого соединен с первьом выходом резистивного блока преобразования напряжения, а замыкающий контакт - со вторым выводом первого цифрового управляемого резистора и с третьим выходом резистивного блока преобразования напряжения. Второй вывод первого постоянного резистора соединен через размыкающий ключ с первым выходом резистивного блока преобразования напряжения .

На чертеже показана структурная схема предложенного устройства.

Преобразователь содержит СКВТ 1, синусная и косинусная обмотки которого через коммутатор 2 подключены

к шинам питания резистивного блока 3 преобразования напряжения, содержащего прстоянные резисторы 4 и 5, первые выводы которых соединены с шинами питания 6 и 7. Второй вывод резистора 4 соединен через размыкающий ключ 8 с выходом 9 блока 3,второй вывод резистора 5 соединен с выходом 9 непосредственно. Первый вывод цифрового управляемого резистора (ЦУР) 10 соединен с шиной 6 питания, а второй - с выходом 11 и замыкающим контактом переключателя 12, размыкающий контакт которого соединен с выходом 9, а подвижной контакт через цифровой управляемый резистор 13 - с подвижным контактом переключателя 14, размыкающий контакт которого соединен с шиной б питания, а размыкающий - с общей шиной. Размыкающий контакт переключателя 15, соединен с выходом 9, замыкающий контакт - с выходом 16 и через цифровой управляемый резистор 17 с общей шиной, а подвижный контакт - через цифрово управляемый резистор 18 с шиной 7 питания.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит переключатель 19, замыкающий контакт которого соединен с аналоговым входом 20, размыкающий контакт - с выходом 9, а подвижный контакт - со входом блока 21 преобразования напряжения в код, выход которого соединен с первым входом блока 22 передачи кода,выход которого соединен с управляющим входом блока 3. Вход регистра 24 соединен с цифровым входом .25, а выход со вторым входом блока 22 передачи кода.

Преобразователь работает в двух режимах. В первом режиме работы режиме преобразования угла поворота вала в код, с выходных обмоток СКВТ 1 снимаются сигналы следующего вида:

(1)

i niwt s i п0 ,

i niwt cosd , (2)

где и,

uu - амплитудное значение и

m круговая частота напряжения питания СКВТ;

d

-угол поворота ротора СКВТ,

-коэффициент трансформации, постоянный для данного типа датчика

(k const) .

Анализ знака фазы (относительно напряжения U питания) и соотно-. О шения амплитуд этих сигналов в коммутаторе 2 (который обычно состоит из селектора октанта и управляемых им ключей) дает возможность определить 45-ти градусный участок угловой оси (октант), в пределах которого находится искомый угол поворота; поставить ему в соответствие три старших разряда выходного кода; выделить меньший и и больший Ug из указанных сигналов (в 1,4,5 и 8-м октантах ; в остальных октантах и и ; и Ц и, наконец, подключить их с учетом полярности к мостовой схеме (и„ подключается к резистору 4, а и - к р зистору 5) . В данном режиме работы преобразователя все переключатели 12, 14, i5 и 19 установлены в положение 1, а ключ 8 замкнут. При этом в одном из плеч мостовой схемы включается первая цепочка из параллельно соединенных ЦУР 13 и резистора 4 0 1,8 X Rj II R,, 1,8+х R,-,R.R, соответственно сопротивления ЦУР 13, резистора 4 и первой цепочки из этих элементов, соединенных параллельно; полная величина сопротивления ЦУР 13; относительное значение управляющего код N (х N/N, глакс а в другое (противополох ное первому плечо- вторая цепочка из параллельно соединенных ЦУР 18 и резистора 5 (l-x)R l,8xR(4) о n о - ) 4- 2,8-х - соответственно сопротивления ЦУР 1 резистора 5 и втор цепочки из этих элементов, соедине ных параллельно; R - полная величина со противления ЦУР 18 (в данном случае можно принять R« RO RO). Общая точка соединения указанны с цепочек подключена к блоку 21 преоб разования напряжения в код, который через блок 22 передачи кода, установленный в соответствукидее положение, управляет ЦУР 13 и 18, изменяя их сопротивление таким образом,чтоб привести мостовую схему в состояние равновесия, определяемое условием (3) Так как отношение R-,/fU с учетом выражений (3) и (4) ,9х-Х -,,у г., 1.04 X ,8-0,9X-X2-4T 1,8(1-Х) 2,9-X то из выражейия (5) с учетом выражений (1), (2) и (6) следует (в 1,4,5 и 8-м октантах, где и„-и и Ug U,j) откуда . т.е. выходной код блока 21 в момент равновесия мостовой схемы пропорционален углу поворота 0 тора СКВТ. Во 2,3,6 и 7-м октантах, где и из выражения (5) и„ и. и ue с учетом выражений (1), (2) и (6) аналогично получаем ,(e; .т.е. в этих октантах углу поворота ротора СКВТ соответствует уже инверсное значение выходного кода блока 21. Вне зависимости от номера октанта .характеристика преобразования устройства линейна, что непосредственно следует из анализа выражений (7) и (8). Во втором режиме работы - режиме преобразования полярных координат в прямоугольные все двухпозиционные переключатели 12, 14, 15 и 19 установлены в положение 2 , коммутатор 2 отключен (или же установлен в одно какое-то полохсение во всем диапазоне изменения в а ключ 8 разомкнут, так как необходимости в формировании сигнала рассогласования,обрабатываемого, блоком 21, в этом режиме нет и плечи мостовой схемы, образованные определенной комбинацией основных и дополнительных ЦУР, выполняют уже другие функции независимо друг от друга. Одно плечо при указанном положении переключателей составляют дополнительный ЦУР 10 и ЦУР 13, образующие первый дискретный делитель напрях ения (ДЦН) , а другое плечо - ЦУР 18 и дополнительный ЦУР 17 (с нормально разомкнутыми ключами), образующие второй ДДН. Блок 22 передачи кода в зависимости от того, в какой форме задан радиус - вектор в полярной системе координат, устанавливается в то или иное положение. Если радиус-вектор задан в цифровой форме - в виде кода на входе 25 устройства, то он заносится в регистр 24, а блок 22 подключает выходы разрядов последнего к управлякицим входам всех ЦУР; если радиус-вектор залан в аналоговой форме - в виде напряжения на входе 20 устройства, то он предйарительно преобразуется в цифровую форму блоком 21, а блок 22 подключает выходы разрядов последнего к управляющим входам тех же ЦУР, Подключение к ДЦН соответствующих обмоток СКВТ (непосредственно или через коммутатор 2) дает с учетом выражений (1) и (2) Оу Axsin6 , (9) ,}j Axcos9 , UO) где A kU const.. Известные уравнения, описывающие преобразование полярных координат в прямоугольные, имеют вид R, S i п f R где R , Ч - радиус-вектор и аргуме в полярной системе координат;Ry , RX составляющие радиус-ве ра в прямоугольной .системе координат. Из сравнения выражений (9) и (11 (10) и (12) следует, что в данном режиме устройство обеспечивает преобразование полярных координат Rf( (радиус-вектор R задан в виде код с относитзельным значением х или напряжения; аргумент if задан в виде угла поворота Q ротора СКВТ) в пр моугольные Rу,R (выдаются в виде н пряжений Uy и U;( переменного тока с средних точек и соответствующих ДДН) . Таким образом, предложенное устройство обеспечивает выполнение двух операций: преобразования угла поворота вала в код и преобразования полярных координат объекта в прямоугольные, что расширяет класс решаемых устройством задач; Формула изобретения 1. Преобразователь угла поворота вала в-код, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, синусная и косинусная обмотки которого соединены через коммутатор с первой и второй шиной питания резис тивного блока преобразования напряжения, и блок преобразования напряжения в код, отличающийс тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок передачи кода, регистр и переключатель, размыкающий контак которого соединен с первым выходом резистивного блока преобразования напряжения, замыкающий контакт - с аналоговым входом преобразователя, а подвижный контакт - со входом бло преобразования напряжения в код, вы ход которого соединен с первым вхором блока передачи кода, вход регистра соединен с цифровым входом преобразователя, а выход - со вторым входом блока передачи кода,выход которого соединен с управляющим входом резистивного блока преобразования напряжения, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими выходё1ми преобразователя. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в резистивный блок преобразования напряжения, содержащий первый постоянный резистор и первый цифровой управляемый резистор, первые выводы которых соединены с первой шиной питания резистивного блока преобразования напряжения, вторая шина питания которого соединена через второй постоянный резистор с первым выходом резистивного блока преобразования напряжения, а управляющие входы первого и второго цифрового управляемых резисторов соединены с управляющим входом резистивного блока преобразования напряжения, введены переключатели и дополнительные цифровые управляемые резисторы, первый вывод первого дополнительного цифрового управляемого резистора соединен со второй шиной питания, .а второй вывод - с подвижным контактом первого переключателя, размыкающий контакт которого соединен с первым .выходом резистивного блока преобразования напряжения, а замыкающий контакт соединен со вторым выходом резистивного блока преобразования напряжения и через второй цифрОвой управляемый резистор с об щей шиной, первый вывод второго дополнительного цифрового управляемого резистора соединен с подвижным контактом второго переключателя, размыкающий контакт которого соединен с первой шиной питания, а замыкающий контакт - с общей шиной,второй вывод второго дополнительного цифрового управляемого резистора соединен с подвижным контактом третьего переключателя, размыкающий контакт которого соединен с первым выходом резистивного блока преобразования напряжения,а замыкающий контакт - со вторым выводом первого цифрового управляемого резистора и с третьим выходом резистивного блока преобразования напряжения, второй вывод первого постоянного резистора соединен через размыкаквдий ключ с первым выходом резистивного блока преобразования напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Schmid Н. An .electronic design practical guide for s ynch ro-to-d iq ital converters Electronic-Design, № 7, 1970, p. 57, p. 20. 2.Авторское свидетельство СССР № 502389, кл. G 08 С 9/04, 14.10.74 (прототип).

ff