Преобразователь код-угол Советский патент 1981 года по МПК G08C11/00 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД-УГОЛ

обретение относится v, автоматик и вычислительной технике, в частност к устройствам, преобразующим цифрово код в угловое перемещение, и может быть использовано в системах управления, имеющих в своем составе источ ники цифровой информации, например цифровые вычислительные машины, запоминающие устройства и др. Известен преобразователь код-угол состоящий из фазовращателя, формирователя синусоидального напряжения, подключенного к одному из входов п-тактного генератора импульсов через пересчетную схему, счетчика вход ного кода, переключателя выходов генератора, триггера строба, схемы сравнения, усилителя и исполнительного двигателя D3Однако изменение внешних условий и старение элементов приводит к возникновению дополнительных сдвигов фазы выходного напряжения фазовращателя. В связи с этим появляются дополнительные погрешности преобразования кода в угол поворота вала. Известен также преобразователь , код-угол, содержащий усилитель, подключенный по входам к выходам блока управления направлением вращения, а по выходу - к двигателю, который кинематически соединен с фазовращателем, формирователи импульсов, подключенные к выходам фазовращателя, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого соединен с входами фазовращателя и блока управления направлением вращения, другие входы которого соответственно соединены с выходом старшего разряда регистра, с тремя выходами дискриминатора временных интервалов и с выходом первого формирователя импульсов, который, кроме того, соединен с первыми входами блока формирования временных интервалов и дискриминатора временных 3 интервалов, второй и третий входы ко торого соответственно соединены с вы ходом второго формирователя импульсов и с первым выходом блока формиро (вания временных интервалов, соответствующие входы которого соединены с выходами младших разрядов регистра Г23. Недостаток этого преобразователя заключается в том, что погрешности от изменения внешних условий и от старения элементов практически трудн полностью исключить. Цель изобретения - повьппение точности преобразователя код-угол. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь код-угол, соде жащий последовательно соединенные ге нератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого соединен со вх дом фазовращателя и с первым входом блока управления направлением вращения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствую щими выходами дискриминатора временных интервалов, пятый вход блока управления направлением вращения соеди нен с выходом старшего разряда регистра, выходы блока управления направлением вращения через усилитель соединены с двигателем, который кинематически соединен с валом фазовращателя, фазосдвигающий блок, триг гер и формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом блока формирования временных интервалов , цифровой вход которого соединен с выходами младших разрядов регистра, а.первый выход - с первым входом дискриминатора временных интервалов, введены сумматор и переклю чатель , управляющие входы которого соединены с выходами триггера, а сиг нальные входы - с выходами фазовращателя, первьй выход переключателя соединен со входом фазосдвигцющего блока, выход которого соединен с одним входом сумматора, второй,вход которого соединен со вторым выходом переключателя, а выход - со входом формирователя импульсов, второй выход блока формирования временных интервалов соединен с первым входом триггера, вторым входом дискриминатора временных интервалов и шестьм входом блока управления направлением вращения, третий вьсход блока формиро вания временных интервалов соединен СО вторым входом триггера, третьим входом дискриминатора временных интервалов и седьмым входом блока управления направлением вращения, восьмой вход которого соединен с четвертым выходом блока формирования временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов. На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя код-угол; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. Преобразователь код-угол содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, блок 3. формирования синусоидального напряжения, фазовращатель А, переключатель 5, фазосдвигающий блок 6, сумматор 7, триггер 8, формирователь 9 импульсов, блок 10 формирования временных интервалов, регистр П, .дискриминатор 12 временных интервалов, блок 13 управления направлением вращения, усилитель 14, двигатель 15. Блок 10 формирования временных интервалов содержит счетчик 16 на (п 2) разрядов, устройство J7 совпадения кодов в (п - ) младших разрядах регистра 11 и со второго по п разрядах счетчика 16 и элементы И 18-20. Преобразователь код-угол работает следующим образом. Генератор 1 импульсов вырабатывает импульсы высокой частоты, которые поступают на вход счетчика 2. С выхода счетчика 2 снимается прямоугольное низкочастотное напряжение, из которого блок 3 формирования синусоидального напряжения формирует напряжение питания фазовращателя 4. Это напряжение (диаграмма 1, фиг. 2) используется также в качестве опорного. Первое и второе выходные напряжения фазовращателя 4 через переключатель 5 соответственно поступают на фазосдвигающий блок 6 и сумматор 7 при первом положении триггера 8 переключения. При втором положений этого триггера, т.е. после переключения переключателя 5, выходные напряжения изменяют свое направление. Если вал фазовращателя 4 заранее повернуть на угол Э/4,и принять это положение за начало .отсчета угла, то напряже1ше на выходе сумматора 7 при первом положении переключателя 5 выражается следующим образом 5;8 i slnu)tsin(d-«T)-cosuyt cosfcL- f -cos(«;t+- i f) sin(uJt ), где d.- угол поворота вала датчика. При. втором положении переключателя 5 напряжение на выходе сумматора 7 равно S i nuJtcos (el |-) -cosiwt s I п (ot-I ) (wt ). Причем эти напряжения соответствуют углу oL О (диаграммы 2 и 3, фиг. 2). Фазы этих напряжений сдвига ются в противоположные стороны при изменении углового положения вала. Временной интервал, соответствующий разности фаз напряжений , wfxn выражается в 2oL -::r-, где Т - пе риод напряжения питания фазовращателя 4. После переключения выходных напряжений возникают переходные процессы в переключателе и в датчике. Поэтому минймалып.гй временной интервал не должен быть меньше некоторой величины. Для определенности эта величина принята равной Т, Тогда Т при , при ЗГ: cL 2 j . При изменении угла поворота d. от и до ЗГ , а также от ЗГ до 2ТГ, временной интервал действительного положения вала t изменяется от Т до 2Т. За один оборот вала датчика временно интервал дважды изменяется от Т до 2Т. Соответственно с этим должен быть преобразован во временной интервал код заданного положения вала. Формирователь 9 формирует фазовые импульсы при переходе напряжения на выходе сумматора 7 через нуль из , отрицательных значений в положительные. При первом положении триггера 8 фазовые импульсы формируются из напряжения sin (lot ,). Импульсы с выхода формирователя 9 поступают на входы элементов И 19, И 20 блока 10. Счетчик 6 блока 10 постоянно считает импульсы генератора 1. Количество разрядов в счетчике 16 на два разряда больше, чем в регистре 11 преобразуемого кода, так как на переходные процессы вьщеляется время не менее длительности одного периода Т питающегЬ напряжения. При наличии кода 11 в старших (п+1) и (п+2) разрядах счетчика 16 элемент И 19 пропускает фазовый импульс как ФИ1, сформированный из sin {out д ). Этот импульс .является началом временных интервалов действительного и заданного входным кодом положений вала (t и tj) (импульс ФИ1 для углаоЬ О обозначен диаграммой 4, фиг. 2). Знаки , обозначают окрестность точки с большей или с меньшей стороны. Импульс ФИ1 устанавливает счетчик 16 в нулевое состояние,перебрасывает триггер 8, которьш через переключатель 5 переключает выходные напряжения фазовращателя 4, а также постуттает на дискриминатор 12 и на блок 13. Код на счетчике 16 возрастает по мере поступления импульсов на его вход. Выходы с 2 по п разрядов этого счетчика и выходы с I по п-1 разрядов регистра I1 поданы на устройство 17. При совпадении кодов на выходе устройства 17 появляется импульс и поступает на вход элемента И 18. Разрешение на элементах И 18, И 20 возникает при коде 10 в (п+1) и (п+2) разрядах счетчика 16. Через промежуток времени после импульса ФИ1, равный Т, возникает код 10 в (п+1) и (п+2) разрядах счетчика 16. Элементы И 18, И 20 открываются. В младших п разрядах счетчика 16-снова начинает возрастать код. В некоторый момент появляется второй импульс с выхода устройства i 7 и проходит через И 18 на дискриминатор 12 как импульс конца временного интервала заданного положения вала t. Длительность этого интервала может быть в пределах Т-2Т и выраьжает величину угла от О до J . Нулевое состояние старшего п разряда регистра 11 указывает на то, что заданный угол находится в пределах от О до J , а единичное состояние соответствует углам в пределах от J до 2J. Временной интервал заданного положения вала tj изображен на диаграмме 7, фиг. 2. . Пунктирной линией обозначена возможная длительность временного интервала от минимального значения до максимального. При коде 10 в (п+1) и (п+2) разрядах счетчика 16 через элемент И 20 проходит второй фазовый импульс ФИ2, который сформирован от напряжения

5in{uJt - - dt-) . Импульс ФИ2 являете концом временного интервала действиНа

тельного положения вала t.

иг.2 линия 5 изображает диаграмму повления импульса ФИ2 для угла о/.д , 6 - длительность 1ддляо6 0.

Импульс ФИ2 поступает на дискриинатор 12, блок 13, а через триггер 8 и переключатель 5 переключает выходные напряжения фазовращателя 4.

При коде 11 в (п+1) и (п+2) разрядах счетчика 16 снова появляется мпульс ФИ1 и начинается новый цикл.

С четвертого выхода блока 10 формирования временных интервалов, т.е. с нулевого выхода п разряда счетчика 16, снимается временной интервал t в виде положительного потенциала (диаграмма 8, фиг. 2), который поступает на блок 13. Длительность временного интервала t равна Т/2, периодичность Т.

В принципе длительность временного интервала t .ожеу равняться длительности возможного относительного изменения от внешних факторов положения опорного напряжения и фазового импульса. При этом временной интервал t нужно формировать с помощью элемента И, входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика 16.

На фиг. 2 диаграммы 9-18 изображают аналогичные диаграммы 4-8 для углов csL 7Г и oL .5 .

При изменении угла поворота вала фазовращателя от О до 5 и от 5Г до 2 длительность временного интервала 1д (диаграммы 6, 11 и 16 «а фиг. 2) изменяется от О до Т. Возникает неопределенность в определении действительного положения вала. Для устранения неопределенности используется знак опорного напряжения в момент появлекия импульса ФИ1 или импульса ФИ2. Если значение сАд находится в пределах от О до J/2 и от JT до 3/2 , т.е. импульс ФИ2 появляется при наличии временного интервала t, то значение оЬд определяется знаком опорного напряжения (диаграмма 1, фиг. 2) в момент появления ФИ2. В этом случае изменение относительного положения ФИ2 и опорного напряжения от внешних изменяющихся условий не приводит к ошибкам в определении угла с1д (диаграммы 1, 5 и 15, фиг. 2). Если импульс ФИ2 не

«совпадает с временным интервалом t, то значение о1д определяется знаком опорного напряжения в момент появления ФИ1, в этом случае также не возникает ошибка в определении (диаграммы 1 и 9, фиг. 2).

Дискриминатор 12 сравнивает временные интервалы 1д и tj и выдает сигнал по одному из трех выходов. По первому выходу сигнал появляется тогда, когда временной интервал t больше, чем временной интервал 1з() по второму выходу - при 1д tj, а по третьему выходу - при t tj. Эти сигналы поступают на блок 13, который коммутирует их соответствующим образом и вьщает на усилитель 14 сигнал вращения Право с первого выхода или Лево со второго выхода. Усилитель 14 управляет двигателем 15, кинематически связанным с валом фазовращателя 4. При отсутствии сигналов Право и Лево вал фазовращателя находится в покое. Это соответствует отработке рассогласования между углами с1-д и d, g , т.е. концу преобразования кода в угол поворота; вала.

На Соответствующие входы блока 13, кроме сигналов с выхода дискриминатора 12 временных интервалов, поданы опорное напряжение, импульсы ФИ) и ФИ2, временной интервал t и выход старшего п разряда регистра 11. Блок 13 представляет собой в основном логическое устройство, которое анализирует комбинацию входных сигналов и вьщает на выходы сигналы Право и Лево. В блоке 13 должны быть триггеры, так как нужно обеспечить логические операции между сигналами в разных циклах формирования сигналов Право и Лево.

В предлагаемом преобразователе код-угол, в отличие от известного, фазовые импульсы, определяющие начало и временного интервала действительного положения вала, формируются; с помощью одной и той же группы элеентов. Изменение внешних условий одинаково влияет на временное распоожение первого и второго фазовых импульсов, поэтому во временном интервале действительного положения полностАю отсутствуют ошибки от изменения внешних условий, от старения элеентов. Следовательно, предлагаемый реобразователь код-угол имеет более высокую точность по сравнению с известным. Формула изобретения Преобразователь код-угол, содерж щий последовательно соединенные гене ратор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения выход которого соединен со входом фа зовращателя и с первым входом блока управления направлением вращения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами дискриминатора временных ин тервалов, пятый вход блока управления направлением вращения соединен с выходом старшего разряда регистра, выходы блока управления направлением вращения через усилитель соединены с двигателем, который кинематически соединен с валом фазовращателя, фазосдвигающий блок, ipurrep и формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом блока формирования временных интервалов, цифровой вход которого соединен с выходами младших разрядов регистра, а первый выход - с первым входом дискриминатора временных интервалов, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности преобразовате ля, в него введены сумматор и пере3 .ключатель, /управляющие входы которого соединены с выходами триггера, сигнальные входы - с выходами фазо вращателя, первый выход переключатьля соединен со входом фазосдвигакяцего блока, выход которого соединен с одним входом сумматора, второй вход которого соединен со йторым выходом переключателя, а выход - со входом формирователя импульсов, второй вы ход блока фор срования временных интервалов соединен с первым входом триггере, вторым входом дискриминатора временных интервалов и шестым входом блока управления направлением вращения, третий выход блока формирования временных интервалов соединен со вторым входом триггера, третьим входам дискриминатора временных интервалов и седьмым входом блока управления направлением вращения, восьмой вход которого соединен с четвертым выходом блока формирования вреНенных интервалов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов . Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 410433, кл,; G 08 С 9/00, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР о заявке № 2406816,,кл. G 08 С Я/ОО, 976 (прототип).

М