Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1981 года по МПК G08C9/00 

Изобретение, относится к вычислительной технике и может быть использ вано в области автоматики и вычислительной техники. Известен двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла, преобразовател масштаба угла, устройство . формирова ния кода угла грубого отсчета, соеди .ненное с выходом датчика угла, устройство формирования кода точного от счета, соединенное с выходом преобра зователя, масштаба угла, и устройство согласования отсчета. Для получения однозначности измерения в пределах оборота используется канал грубого отсчета (ГО), имеющий один период из менения показаний за угол, равный 360°. Каналы грубого и точного отсче тов связаны друг с другом через коэф фициент редукции, величина которого обычно кратна числу 2, возведенному в целую степень 1. Недостатком такого преобразователя является его сложность и невысоке1Я точность. Известен также преобразователь уг ла поворота вала в код, содержащий два фазовращателя, первый из которых установлен на входном валу и яв ляется фазовращателем грубого отсчета, другой фазовращатель соединен с первым через редуктор и является фазовращателем точного отсчета, блок питания, выход которого соединен с обеими фазовращателями и с входом первого нулевого детектора, выход каждого фазовращателя соединен с входом соответствующего нулевого детектора, выход нулевого детектора каждого канала соединен с первым входом соответствующего триггера, вторые входы обоих триггеров соединены с выходом опорного нулевого детектора, выход триггера каждого канала соединен с первым входом злемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого элемента И соединен с входом первого счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора и первым входом сумматора, выхсд второго элемента и соединен с первым входом элемента объединения, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход элемента ИЛИ через последовательно соединенные второй счетчик и шифратор соединен с вторым входом сумматора, блок управления, входы которого соединены с выходами

нулевых детекторов обоих каналов, первый выход блока управления соединен с первьпи входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом дешифратора, второй выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого счетчика и вторым выходом управления, а выход - с вторым входом второго счетчика, третий вход которого соединен с третьим выходом блока управления 2 ,

Недостатком известного преобразователя является его сложность и недостаточно высокая точность.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение преобразователя угла поворота вала в код,

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий блок питания, выход которого соединен с входами двух фазовращателей, один из которых установлен на входном валу, и первого нулевого детектора, выход которого соединен с первыми входами двух триггеров формирования временного интервала, вторые входы которых через второй и третий нулевой детекторы соответственно соединены с выходами первого и второго фазовращателей, выход Первого триггера формирования временного интервала соединен с первым входом первого элемента И, выход второго триггера формирования временного интервала соединен с первым входом второго элемента И вторые входы обоих элементов И соединены с выходом генератора импульсов,, выход первого элемента И соединен с первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, первый выход которого соединен с одним входом второго счетчика, и шифратор, введены буферный регистр и запоминающее устройство, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом первого нулевого детектора, выход второго элемента И соединен с другим входом втот рого счетчика, выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого соединен с первым выходом запоминающего устройства, выход сумматора соединен с первым входом шифратора, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего устро1 ства, а третий вход - с третьим выходом устройства управления, ч етвертый выход которого соединен с первым входом буферного регистра, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, а третий - с выходом шифратора, второй фазовращатель установлен на входном валу.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - график, пояснякадий работу преобразователя.

Преобразователь содержит блок 1 питания, фазовращатели 2, 3, нулевые детекторы 4-6, триггеры 7, 8 формирования временных интервалов, элементы И 9, 10, генератор 11 импульсов, счечики 12, 13. шифратор 14, устройство 15 управления, запоминающее устройство 16, буферный регистр 17, суммато 18, входной вал 19.

Преобразователь работает следующи Образом.

При изменении углового положения входного вала 19 происходит пропорциональное изменение фазовых сдвигов выходных сигналов с фазовращателей 2, 3 относительно напряжения питания с блока 1. Коэффициент пропорциональности в канале фазовращателя 2 - N,, а в канале фазовращателя 3 - Nj. Нулвые детекторы 4-6 формируют короткие импульсы в моменты перехода своих входных сигналов через нуль с минуса на плюс. В триггерах 7 и 8, устанавливающихся в положение 1 по выходным сигналам с нулевого детектора б и сбрасывающихся в О по сигналам с детекторов 4 и 5, формируются временные интервалы, длительность которых, соответственно, пропорциональна фазовым сдвигам между выходными напряжениями с фазовращателей .2, 3 и напряжением питания с блока 1. В элементах И 9, 10 происходит заполнение сформированных временных интервалов импульсами высокой частоты с генератора 11, количество которых подсчитывается счетчиками 12 и 13.

В результате в счетчиках 12 и 13 формируются коды, пропорциональные углам поворота фазовращателей 2, 3 внутри их полюсных делений, измеренные с одной и той же для обоих каналов дискретностью отсчета.

Для получения полного кода угла oi внутри оборота необходимо провести цифровую обработку, кодов, зафиксированных в счетчиках 12 и 13. При этом следует учитывать, что однозначно определить угол в пределах оброта можно лишь в том случае, если N( и Na {числа пар полюсов фазовращателей 2, 3) - взаимно простые числа, т.е. они не имеют общих делителей, кроме 1, например, 3 и 5 или 128 и 135,в этом случае(фиг.2)системы упралений, описывающая измерение угла в первом и втором каналах,имеет вид

- 1 + R)

.

ч. Кд Хмаксг + Ra где К,, Kjj - число отрезков в перво и во втором каналах, целиком укладывающихся в измеряемый угол, макс,f маисj максимальные значения измеряемых величин (дли ны отрезков) в первом во Втором каналах, рав 2Я 360 лмаксг Hi NJ значение измеряемой ве личины в первом и во втором каналах. В счетчиках 12 и 13 на конец изме рения зафиксированы числа, пропорцио нальные R, и Число оС записано в системе остаточных классов (по мод лю Х,зкс| в счетчике 12 и по Модулю Хмакс2 в счетчике 13). Система урав нений (1) имеет единственное решение относительно К,, или К в диапазоне углов от О до 360° при условии, что N, и Ni взаимно простые числа. Таким образом, в пределах оборота система уравнений (I) имеет единстве вое решение для целых К, и Кг, т.е. если в двухотсчетном преобразователе угол-код использовать в качестве кодирующих элементов многополюсные дат чики, числа пар полюсов которых являются взаимно простыми числами, то измеряемый угол J. может быть однозначно определен в пределах всего оборота. Для нахождения угла oi по числам RI и R2 заметим, что К, и Kj могут быть -только целыми и разность (К,-Kj, может меняться только в диапазоне (О N, -Nj). Зная величины К, и R,, можно записать значение числа . Пол ный код угла oL образуется присоединением к коду числа R, кода числа Kt, причем, код числа К, пишется на месте старших разрядов, а код числа R, - на месте следующих за ними младших. Код полученный присоединением кода R, к коду числа К| или кода числа R к коду числа К2 является окончательным результатом измерения. В преобразователе весь цикл работы делится на два периода. Длительность .каждого из них равна длительности периода питающего напряжения, во время первого периода в счетчиках 12 и 13 формируются коды (числа R, и R2), пропорциональные углам поворота фазевращателей 2, 3 внутри их полюсных делений, т.е. производится раздельная оцифровка каналов. После окончания тервого периода преобразования устройство 15 управления вырабатывает серию импульсов, по которым путем сов местной обработки результатов измерения в обоих каналах определяется полный код угла.. По первому из этой серии импульсу коды из счетчиков 12 и 13 вводятся в сумматор .18, где вычисляется разность (RJ-RI), передавае мая дапее в шифратор 14 для осуществления операции деления на число (Хмзис, -Хмакс2), хранящееся в эапоминающем устройстве 16. Количественно число (X ) равно разности числа импульсов, поступающих в счетчик 12 при повороте на одно полюсное деление фазовращателя 2, и числа импульсов, поступающих в счетчик:13 при повороте на одно полюсное деление фазовращателя, при измерении углов в обоих каналах с одинаковой дискретностью. Если в результате деления получается целое число, то частное от деления и есть число К,. Если резулотат деления - число дробное, то устройство 15 управления вырабатывает следующий импульс, по которому из разности (R, -R,) вычитается число Хмалсг и далее 2Х„акс2 и т.д. до (N ,-N 2 ) Х, пока в шифраторе 14 в результате деления не получается число без остатка, т.е. число К, , Число количественно равное числу импульсов в счетчике 13 при повороте фазовращателя 3 на Полное полюсное деление, также хранится в запоминающем устройстве IS, Так как числа {Хмаис, -Х,а„с2. ) и постоянные, то они могут быть занесены в запоминакадее устройство 16 при регулировке преобразователя. При получении числа К| устройство 15 вырабатывает импульс перезаписи, по которому в буферный регистр 17 переписывается число как из счетчика 12, так и из шифратора 14. Число из счетчика 12 переписывается в младшие разряды, а из шифратора 14 - в старшие. В результате в буферном регистре 17 фиксируется полный код угла. Далее в устройстве 15 вырабатывается импульс, обнуляющий счетчики 12 и 13 и цикл преобразования начинается снова. Ввиду того, что допуски при измерении угла Я в обоих каналах примерно Одинаковы и в образовании кода старших разрядов в сумматоре 18 и шифраторе 14 участвуют результаты измерения в обоих кансшах, дополнительного согласования отсчетов в предлагаемом преобразователе производить не требуется. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий блок питания, выход которого соединен с входами двух фазовращателей, один из которых установлен на входном.валу, и первого нулевого детектора, выход которого соединен с первыми входами двух триггеров формирования временного интервала, вторые входы которых через втсрой и третий нулевой детекторы соответственно соединены с выходами пррвого и второго фазовращателей, выход первого триггера формирования временного интервала соединен с первым входом первого элемента И, выход второго триггера формирования воеменного ингервала соединен с первым входом вто рого элемента И, вторые входы обоих элементов И соединены с вьаходом генератора импульсов, выход первого элемента И соединен с первым входом пер вого счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, первый выход которого соединен с одним входом второго счетчика, и шифратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобразователя, в него введеныбуферный регистр и эапоминанвдее устройство, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, вход которого соединен с выходом первого нулевого детектора, выход второго элемента И соединен с другим входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого соединен с первым выходом заломинающего устройства, выход сумматора соединен с первым входом шифратора, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего устройства, а третий вход - с третьим выходом устройства управления, четвертый выход которого соединен с первым входом буферного регистра, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, а третий - с выходом шифратора, второй фазовращатель установлен на входном валу, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зверев А.Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., Энергия, 1974, с. 8, 164165. 2.Авторское свидетельство СССР № 437120, кл. G 08 С 9/04, 1973 (прототип) .