Преобразователь угол-фаза-код Советский патент 1981 года по МПК G08C9/04 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-ФАЗА-КОД

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код с использованием фазовращателей.

Известны преобразователи угол-код фазового типа, содержащие в качестве датчика угол-фаза индукционный фазовращатель, например синусно-косинусный.вращающийся трансформатор (СКВТ) или индуктосин, работакицие в режиме вращакнцегося кругового магнитного поля, и квадратурный формирователь синусоидальных напряжений, запитывшощий . датчик двумя равными по амплитудеt но сдвинутыми на 90 по фазе напряжениями П ....

Недостатком таких преобразователей является невысокая точность пре- у образования, обусловленная в основном отклонением от квадратуру питающих напряжений и ощибкой из-за дрейфа нуля фазы выходного напряжения

|датчика при действии различных дестабилизирующих факторов, например температуры окружающей среды, технологического разброса и естественного старения электроэлементов и блоков, в том числе датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угол-фазакод, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор, ;: елитель частоты, блок формирования синусоидального напряжения, усилители мощности, индукционный многополюсный фазовращатель, формирователь импульсов, устройство управления, .арифметическое устройство. Для повышения точности работы преобразователя в него введены редуктор и подключенные к выходной обмотке фазовращателя пассивные корректирующие элементы, каждый из которых содержит регулирующее и корректирующее звенья. Регулируюв(ее звено первого пассивного ко; ректирующего элемента жестко с ротором фазовращателя, а регулирующее звено второго пассивного корректируклцего элемента связано с ротором фазовращателя через редуктор с передаточным числом, равным коэффициенту электрической редукции фазовращателя. В качестве корректирующих звеньев могут использоваться катушки ин дуктивности или конденсаторы РЗ. В известном преобразователе фаза выходного напряжения подвергается суммарному воздействиюдвух корректирующих элементов, обеспечивающих повыиГение. точности преобразования за счет снижения фазовой погрешности, вносимой индукционным многополюсным фазовращателем. Однако при действии дестабилизирующих факторов изменяются параметры тарировбчных корректирующих звеньев, характер и величина фазовой погрешности в зависимости от угла поворота появляется дрейф нуля выходного напряжения, что может привести к увели чению погрещности преобразования. Кр ме того, не выполняется требование взаимозаменяемости датчиков для серийной аппаратуры, так как каждый да чик требует своей тарировки. При зам не датчиков в устройстве точность npe-jQ образования ухудшается. Введение дополнительных электромеханических эле ментов и катушек индуктивности или конденсаторов значительно увеличивает вес и габариты устройства. Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-фаза-код. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угол-фаза-код, содержащий фазовращатель, к входным обмоткам которого через усилитель под ключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам фор мирователя импульсов, выход которого соединен с одним входом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен с выходом кварцевого генератора, выход блока управления подключен к ари етическому блоку, введены блок сравнения амплитуд и блоки формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход делителя частоты соедй-иен с первым и вторым входами блока формирования синусоидапьного тока, третий вход которого соединен с вто14рым выходом делителя частоты, а четвертый вход - с одной входной обмоткой фазовращателя, третий выход делителя частоты соединен с первым и вторым входом блока формирования косинусоидального тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу - другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с входами формирователя синусоидальных напряжений, ,а вторые выходы - с соответствующими входами блока сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формировани-к синусоидальных и косинусоидальньк токов. Кроме того, каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, управляемую линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования синусоидальгю о и косинусоидального тока, к другому входу которого через формирователь импульсов подключен первый вход уп ргвляемого вентиля и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход, компаратора фаз подключен к одному входу управляемой линии задержки, другой вход которой соединен со вторым входом блока формирования синусоидального или KOCPiHyсоидального тока, выход управляемой линии задержки соединен с одним входом регулируннцего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, .первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля и с третьим входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соотвётствунидего управляемого вентиля. На фиг. I приведена структурная схема преобразователя угол-фазл-код; на фиг. 2 - диаграмма его работы. Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов питающих входные обмотки датчика угла, выполненного в виде индукционного фазовращателя 5, блок 6 сравнения амплитуд, блок 7 формирования синусо идальных напряжений, усилитель 8, фог мирователь 9 импульсов, блок 10 управления и арифметический блок 11. Идентичные по структуре блоки 3 и 4 содержат соответственно компараторы 2 и 13 фаз, формирователи 14 и 1 импульсов, управляемые линии 16 и 17 задержки, датчики 18 и 19 токов, управляемые вентили 20 и 21, триггеры 22 и 23 с раздельными входами и регулирующие элементы 24 и 25. Компараторы 12 и 13 фаз могут быть выполнены, например, в виде синхронизируемого RC-триггера, управляемые линии 16 и 17 задержки в виде управляемых одновибраторов, управляемые вентили 20 и 21 - в виде компенсированных интегральных прерывателей, регулирующие элементы 24 и 25 - в виде каскадного усилителя, блок 6 сравнения амплитуд - в виде операционного усилителя, блок 7 формирования синусоидальных напряжений в виде активных RC-фильтров на операционных усилителях.В качестве датчиков 18 и 19 тока могут быть исполь зованы резисторы высокого класса точ ности, имеющие отклонение от номинала t0,005%. Преобразователь угол-фаза-код работает следующим образом. Кварцевый генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое делитель 2 часто ты делит в 2 раз, где п - число его разрядов, вырабатывая п импульсных . сигналов, образующих кодовую маску, ДВР последовательности опорных меанд ров частоты f/2, сдвинутые друг относительно друга на Ti/2 (фиг. 2 а , 5) и две последовательности управляющих импульсов той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на ту же величину Сфиг. 2 ft , г). С выхода делите ля 2 частоты опорные меандры поступа ют на первые входы компараторов 12 и 13 фаз в блоках 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов. Компараторы 12 и 13 фаз осу- . ществляют сравнение временных положе ний нулей фаз этих токов с фронтами опорных меандров. При несовпадении нулей фаз с фронтами опорных меяндров компараторы 12 и 13 вырабатывают управляющие сигналы, поступающие на управляющие входы линий 16 и 17 задержки, на информационные входы которых поступают опорные меандры (фиг. 2с,6). Под действием этих сигналов уп- . равляемые линии 16 и 17 задержки задерживают выходные меандры делителя 2 частопм. Одновременно с датчиков 18 и 19, включенных последовательно с соответствующей входной обмоткой фазовращателя 5, синусоидальные напряжения, пропорциональные по амплитуде и совпадающие по фазе с токами входных обмоток, поступают на формирователи 14 и 15, которые формируют импульсы (фиг. 2 л , е ) в момент перехода этих напряжений через нуль от отрицательного значения к положительному (нули фаз токов). Сформированные импульсы поступают на второй вход компараторов 12 и 13 фаз. Компараторы 12 и 13 осуществляют сравнение временных положений нуля фаз и фронтов опорных меавдров. При несовпадении нулей фаз с фронтами опорных меандров компараторы 12 и 3 вырабатывают медленно изменяющиеся напряжения ( фиг. 2,3) поступающие на управляющие входы линий 16 и 17 задержки, на информационные входы которых поступают опорные меандры ( фиг. 2а,5). Управляемые линии 16 и 17 задержки осуществляют задержку опорных меандров, обеспечивая совпадение нулей фаз питающих токов с фронтами опорных меандров во времени. При этом точность формирования временного сдвига между опорными меандрами в четверть периода (90) определяется стабильностью частоты кварцевого генератора 1 и поэтому этот временной сдвиг можно считать эталонным, независимым от дестабилизирующих факторов. Нестабильность задержек формироваелей 14 и 15 можно сделать пренебреимо малой, если в качестве форирователей использовать высокочасотные операционные усилители либо нтегральные компараторы. Таким обазом, обработка сигналов при осч-щостленни точной привязки нулем ф,т пиаю1цих токов к фронтам опорных молндов обеспечивает независимо от и.ч78действия дестабилизирующих факторов поддержание 90-градусного сдвига фаз питающих токов с погрешностьй, не пр вышающей 1-2 эл.мин. Одновременно в преобразователе производится высокоточная установка и стабилизация равенства амплитуд пи тающих токов при действии дестабилизирующих факторов, что осуществляется следующим образом. Напряжения с датчиков 18 и 19, пр порциональные амплитудам токов входных обмоток фазовращателя 5, поступа ют на информационные входы управлявмых вентилей 20 и 21, на разрешающие входы которых подаются управляющие импульсы (| фиг. 26,1 ) с выходов делителя 2 частоты. Под действием этих импульсов управляемые вентили 20 и 2 пропускают на блок 6 сравнения амплитуд сигналы в виде отрицательных импульсов ( фиг, 2 л,м) в момент достижения синусоидальными напряжениями датчиков 18 и 19 своих отрицаггельных амплитудных значений. В 6 сравнения амплитуд, общем для обоих блоков 3 и 4, производится сра нение амплитуд отрицательных импульсов , поступающих с выходов управляемых вентилей,20 и 21 с одним опорным постоянным напряжением и выдача управляющих сигналов в триггеры 22 и 23, на выходах которых образуются медленно изменяющиеся управляющие на пряжения (фиг. 2й,р.), пропорционал ные разности между опорным напряжением и напряжениями датчиков 18 и 19 Управляющие напряжения поступают на входы регулирующих элементов 24 и 25., на другие входы которых приходят задержанные меандры (фиг. 2и,к) поступанвцие с выходов управляемых ли ний 16 и 17 задержки. Под действием управляющих напряжений на вьгходе регулирующих элементов 24 и 25 образуются модулированные по амплитуде задержанные меандры (фиг. 2 гт.р), которые поступают на блок 7 формирования синусоидальных напряжений. При этом степень не.равенства амплитуд оп ределяется только неодинаковыми сопротивлениями управляемых вентилей 2 и 21. Применение в качестве управляe sыx вентилей компенсированных интегральных прерывателей обеспечивает равенство питающих токов с точностью не менее 0,03-0,05%. Блок 7 формиров ния синуг.оидальш1тх напряжений преоб1разует меандры в синусоидальные напряжения, которые усиливаются усилителем В и поступают на входные обмотки фазовращателя 5. В выходной обмотке фазовращателя 5 образуется напряжение (фиг. 2 ), фаза которого пропорциональна углу поворота зала, на котором закреплен ротор фазовращателя. , Последовательное включение датчиков 18 и 19 тока со входными обмотками фазовращателя 5 обеспечивает отсутствие дрейфа нуля фазы выходного напряжения-. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 5 поступает на вход формирователя 9 импульсов, который вырабатывает фазовый импульс (фиг. 2 ,) в момент перехода этого , напряжения через нуль. Фазовый импульс поступает в блок 10 управления.одновременно в этот блок приходят импульсные напряжения делителя 2 частоты, которые образуют временную кодовую маску. В блоке 10 управления образуется временной интервал At (фиг. 2 ф) между фазовым импульсом формирователя 9 и началом преобразования, определяемым делителем 2 частоты, пропорциональный углу поворота рала. Этот временной интервал с помощью кодовой маски делителя 2 преобразуется блоком 10 управления и арифметическим блоком 11 в двоичный код. Таким образом, в предлагаемом преобразователе поддерживается 90-градусный сдвиг по/фазе между питающими фазовращатель синусоидальными токами с точностью 1-2 эл. мин и равенство а.нщ1итуд этих токов с точностью 0,05-0,06% при действии дестабилизирующих факторов, что обеспечивает су арную точность преобразования 15-20 угл. с. Формула изобретения 1. Преобразователь угол-фаза-код, содержащий фазовращатель, к входным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам 4)ормярователя импульсов, выход которого соединен с одним входом , блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен с выходом кварцевого генератора, выход блока управления подключен к арифметическому блоку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в не го введены блок .сравнения амплитуд и блоки формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока формирования синусоидального тока, третий вход которого соединен с вторым выхо дом делителя частоты, а четвертый вход - с одной входной обмоткой фазо вращателя, третий выход делителя час тоты соединен с первым и вторым входом блока формирования косинусоидаль ного тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу - другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с входами формирователя синусоидальных напряжений, а вторые выходы - с соответствующими входами блока сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым вхо дам блоков формирования синусоидальных и косинусоидальных токов. 2. Преобразователь по п. 1, о тлич ающи и с я тем, что в нем каждый блок формирования синусоидаль ного и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, управляемую линию задержки, формирователь импульсов, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального тока, к другому входу которого череэ( формирователь импульсов подключен первый бход управляемого вентиля и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидальиого тока, выход компаратора фаз подклочен к одному входу управляемой линии задержки, другой вход которой соединен со вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход управляемой линии задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к вьсхрду триггера, первый вход которого соединен с вторым входом управляемого вентиля и с третьим входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выход каждого.нз которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соответствующего управляемого вентиля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дроздов Е,А. и Пятибратов А.П. Автоматическое преобразование и кодарование информации. М., Советское радио, 1964, с. 201. 2.Авторское свидетельство СССР fN 409268, кл. G 08 С 9/04, 1973 (прототип).

ъ

WJ

71

i

Л

3E

л