Способ формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H03K5/00 H03K5/153 

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ

СИГНАЛОВ ДАТЧИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО

I

Изобретение относится к электрооборудованию для систем управления электроприводами, в частности для измерения параметров движения электпроприводов.

Известен способ формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения, использующий две импульсные последовательности с постоянной скважностью и сдвинутые относительно друг друга на половину длительности импульса, в которых вырабатываются четыре импульса на один шаг перемещения контролируемого механизма 1 .

Однако данный способ не обеспечивает определения направления перемещения для каждого из четырех выработанных импульсов.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее элементы И, НЕ-И, ЗАПРЕТ, триггеры, элементы ИЛИ и ИЛИ-НЕ, формирователи импульсов по длительности, входные ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

и выходные шины и обеспечивает формирование частотно-импульсных сигналов, датчики перемещения системы управления электроприводом. Две исходные последовательности постоянной скважности, сдвинутые относительно друг друга на половину длительности импульса, образуют в разнесенные во времени и по четырем каналам сигналы длительностью, равной временно10му сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, формируют выходные импульсы постоянной длительности, по которым выделяют сигналы направления движения, сфор15мированные по очередности появления импульсов во времени, в четырех каналах t2l.

Недостатком известного техничес20кого решения является низкая помехоустойчивость в случаях попадания на входы одиночных или многократных уколоченных импульсов при работе

в режиме реверсов у границ кодовой шкалы или при наличии внешних помех

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при наличии внешних одиночных и многократных помех, не превышающих по длительности половины нормального сигнала, равного временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, а также при реверсе в производной точке кодовой шкалы и вибрации у границы смены кодов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения, по которому две исходные последовательности импульсов при постоянной скважности, сдвинуты одна относительно другой на половину длительности импульса, преобразуют в разнесенные во времени и по четырем каналам сигналы длительностью, равной временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, формируют выходные импульсы постоянной длительности, по которым выделяют сигналы направления движения, сформированные по очередности появления импульсов во времени в четырех каналах, при появлении единичного сигнала в одном из четырех каналов производят запомина;ние появления нулевого сигнала в этом канале в течение интервала времени t, меньшего или равного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, и помнят в течение интервала времени tn , начинающегося сразу же после окончания интервала времени t , и по длительности меньшего или равного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, причем если в течение интервала времени t не было запомнено появление -нулевого сигнала по этому каналу, то с началом интервала времени tn формируют выходной импульс длительностью и tn , запоминают прохождение выходного импульса от этого канала до появления выходного импульса от другого канала и при этом запрещают повторное формирование выходного импульса по сигналу этого канала, сигнал направления движения запоминают на время tn, а цикл формирования выходного

сигнала повторяют сначала, если в течение времени запомнено наличие нулевого сигнала в этом канале, то выходной импульс не формируют и цикл формирования выходного сигнала повторяют сначала.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства для формирования частотно-импульсных сигналов дачика перемеш.ения, содержащего первы элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого подключены ко входам элемента НЕ-И и ко входам первого элемента И, второй элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого соединены соответственно с первой и второй входными шинами, с инверсным и прямым входами первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с единичным входом первого двухтактного триггера, первым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом второго двухтактного триггера, единичный выход которого соединен с первы входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ЗАПРЕТ, к второму входу первого элемента ИЛИ и к нулевому входу первого двухтактного триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, с первым входом второго элемента ИЛИ и с нулевым входом второго двухтактного триггера, единичный вход которого подключен к выходу первого элемента И, к второму входу второго элемента ИЛИ и к первому входу пятого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого двухтактного триггера, выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов И подключены ко входам элемента ИЯИ-НЕ, шестой и седьмой элементы И, первые входы которых объединены между собой, третий элемент ИЛИ, первый и второй формирователи импульсов по длительности, а также выходные шины учетверенной частоты, сложения, вьиитания и направления движения, в него дополнительно введены элемент НЕ-И, элемент задержки, третий, четвертый и пятый элементы ЗАПРЕТ, восьмой элем.ент И, асинхронный триггер, однотактный триггер и третий двухтактный тригrep, единичньш и нулевой входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а единичный и нулевой выходы третьего двухтактного триггера подключены к первым прямым входам соответственно третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, выходы которых через последовательно соединенные третий элемент ЦЛИ, элемент задержки, первый и второй формирователи импульсов по длительности подключены к инверсным входам третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, первому входу дополнительного элемента НЕ-И и первому входу восьмого элемента И, второй вход которого соединен с нулевым выходом асинхронного триггера, нулевой вход которого соединен с выходом дополнительного элемента НЕ-И, а единичный вход с выходом пятого элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а ; прямой вход пятого элемента ЗАПРЕТ подключен к первым тактовым входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходу первого формирователя импульсов по длительности, к второму входу дополнительного элемента НЕ-И и к тактовому входу однотактного триггера, единичньш и нулевой входы которого соединены соответственно с прямым и инвесным выходами элемента ИЛИ-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с вторыми прямыми входами соответственно четвертого и третьего элементов ЗАПРЕТ, а выход восьмого элемента И подключен к вторьм тактовым входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходной шине учетверенной частоты и к первому входу шестого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом однотактного триггера и с одной из выходных шин направления движения, нулевой выход однотактного триггера соединен с вторым входом седьмого элемента И и с другой из выходных шин направления движения, а выходы шестого и седьмого элементов И соеднены соответственно с выходными шинами сложения и вычитания.

На фиг. 1 иэображе 1а функциональная схема устройства для осуществления способа на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства (а,б,в,

при нормальном режиме работы в одном направлении, при наличии вблизи фронта сигнала, при реверсе с недостаточным входным сигналом и при реверсе с достоверным входным сигналом.

Устройство содержит элементы ИЛИ 1-3, двухтактные триггеры А-6, элементы ЗАПРЕТ 7-11, элемент 12 задержки, формирователи импульсов J314по длительности, элементы И 15o22, элемент ШТИ-НЕ 23, элементы НЕ-И 24-25, асинхронный триггер 26, однотактный триггер 27, входные шины 28-29, выходные шины 30 учетверенной частоты, шину 31 сложения, шину 32

5 вычитания и шины 33 и 34 направления движения.

Устройство для осуществления способа формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения

0 работает следующим образом.

На входной шине 28-29 подаются две исходные последовательности импульсов постоянной скважности, сдвинутые относительно друг друга на

5 половину длительности импульса. На выходе элементов 9, 10, 15 и 24 образуются четыре импульсные последовательности, сдвинутые относительно друг друга на длительность импульса.

0 В режимах реверсов в произвольной точке кодовой шкалы, вибрации у границы смены кодов, а также при наличии внешних одиночных и многократных помех возможно появление на вы5ходах элементов 9, 10, I5 и 24 укороченных сигналов с длительностью, меньшей половины временного сдвига между фронтами исходных последовательностей. Для отстройки от этих

0 укороченных недостоверных сигналов цикл формирования содержит три такта, в первом из которых формируется сигнал направления движения и проверяется достоверность входного

5 сигнала на основе сравнения его длительности с заданной, во втором такте IQ формируется выходной сигнал, в третьем такте t схема готовится к новому циклу формирования.

0 Выходные сигналы элементов 9, 10,

15и 24 распределяются поочередно на два канала с помощью двух элементов ИДИ 1-2 на входы которых поступают нечетные и четные сигналы

5 соответственно. Сигналы первого и второго каналов через элементы ЗАПРЕТ 7-8 и элемент ИЛИ 3 поочередI но поступают через элемент задержки

на вход первого формирователя 13, который формирует ситнал, перепад 1/0 которого запускает второй формирователь 14, С помощью элемента ЗАПРЕТ 11 проверяется достоверность входного сигнала. При наличии нулевого сигнала на выходе элемента ИЛИ 3 формируется и запоминается триггером 26 сигнал недостоверности, последний управляет элементом И 20, на второй вход которого подан сигнал с выхода формирователи 14, который при достоверном входном сигнале проходит иа выходную шину 30 устройства. Элементы ЗАПРЕТ 7-8 управляются по BTopbiM входам соответственно единичным и нулевым выходам двухтактного триггера 4, который рбеспечизает переключение каналов. Триггер 4 запоминает канал, по сигналу которого идет цикл формирования выходного импульса и при достоверном входном сигнале остается незименным до появления выходного импульса в следующем цикле формиройания. При этом происходит переключение каналов так, что следую1дий цикл формирования разрешается только по сигналу другого канала. На оба третьих входа элемента ЗАПРЕТ 7 и 8 подан запрет формирователя импульсов, что ограничивает длительность сигнала на входе формирователя 13, запрещая тем самьт повторный его запуск на время работы формирователя 14. При недостаточном входном сигнале выходной сигнал не формируется, и триггер 4 сохраняет состояние, имевшее место в последнем цикле формирования по сигналу другого канала, при этом след тощий цикл формирования возможен только по сигналу данного канала. Триггер 26 устанавливается в нулевое состояние сигналом элемен та 25 при отсутствии сигналов на выходах формирователей 13-14.

Направление движения определяется иа основании сравнения мгновенных значений сигналов данного канала в текущем цикле формирования с сигналом другого канала в последнем цикле его формирования. Выходные сигналы элементов 9, 10, 15 и 24 при достоверном входном сигнале фиксируются триггерами 5 и 6, которые остаются в этом состоянии до формирования слец тояимо ныхохт,иого импульса. При недог-14) пхолном сигнале триггеры 5 и 6 гохрянпмт состояние, имевшее место в последнем цик- ; ле формирования по достоверному входному сигналу. С помощью элементов 16 и 19 и элемента 23 осуществляется сравнение выходных сигналов элементов 9, 10, 15 и 24 с состоянием триггеров 5 и 6. Единичный сигнал на прямом выходе элемента 23 означает положительное, а единичный

сигнал на инверсном выходе - отрицательное направление движения. Сигнал направления движения запоминается триггером 27 и поступает на выходные шины 33 и 34. В соответствии с направлением движения выходные импульсы учетверенной частоты через элементы И 21 и 22 выдаются либо на выходную шину 3 сложения, либо на выходную шину 32.вычитания.

0 Применение данного способа формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения системы управления электроприводом позволяет повысить достоверность выходных

5 сигналов в режимах реверсов в произвольной точке кодовой шкалы при вибрации у границы смены кодов, при наличии внешних одиночных и многократных помех, не превышающих по

0 длительности половины временного сдвига между фронтами импульсов, исходных последовательностей при их наибольшей частоте, что в свою очередь предотвращает возможность сбоев в системе автоматического управления электроприводом, т.е. повышает надежность ее функционирования.

Формула изобретения

1. Способ формирования частотноимпульсных сигналов датчика перемещения, по которому две исходные последовательности импульсов при j постоянной скважности, сдвинутые

одна относительно другой на половину длительности импульса, преобразуют в разнесенные во времени и по четырем каналам сигналы длительностью , равной временному сдвигу между фронтами импульсов исходных последовательностей, формируют выходные ямпульср 1 постоянной длительности, по которым выделяют сигналы направлетгия движения, сформированные по очерсх1Ж,х-ти появления импульсов но в четырех каналах, о т л и ч л ю щ и и с я тем, что, с ПОНЫШРния помехоустойчивости при Firuniunn

внешних одиночных и многократных помех, не превьшающих по длительности половины нормального сигнала, равного временному сдвигу между фронтами импульсов исход}шх последовательностей, а также при реверсе в произвольной точке кодовой шкалы и вибрации у границы смены кодов, при появлении единичного сигнала в одном из четырех каналов производят запоминание появления нулевого сигнала в этом канале в течение интервала времени t, меньшего или равного половине временного сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, и помнят в течение интервала времени tj, начинающегося сразу же после окончания интервала времени t. и по длительности меньшего

или равного половине временного

сдвига между фронтами импульсов исходных последовательностей при их наибольшей частоте, причем, если в течение интервала времени t-, не был запомнено появление нулевого сигнала по этому каналу, то с началом интервала времени tr формируют выходной импульс длительностью f t«, запоминают прохождение выходного импульса от этого канала до появления выходного импульса от другого канала и при этом запрещают повторное формирование выходного импульса по сигналу этого канала, ситнал направления движения запоминают на время tf, а цикл формирования вы- . ходного сигнала повторяют сначала, если в течение времени t запомнено наличие нулевого сигнала в этом канале, то выходной импульс не формируют и цикл формирования выходного сигнала повторяют сначала.

2. Устройство для осуществления способа формирования частотно-импульсных сигналов датчика перемещения ,содержащее первый элемент ЗАПРЕ прямой и инверсный входы которого подключены к входам элемента НЕ-И и к входам первого элемента И, второй элемент ЗАПРЕТ, прямой и инверсный входы которого соедине1гы соответственно с первой и второй входными шинами, с и {всрсн 1м и прямым входам первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с единичным входом первого двухтактного триггера, первым входом первого элемента tLlH и первым входом второго элемента И,

второй вход которого соединен с нулевым выходом второго двухтактного триггера, единичный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ЗАПРЕТ, к второму входу первого элемента ИЛИ и к 1гулевому входу первого двухтактного триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ-И, с первым входом второго эл 1ента ИЛИ и с нулевым входом второго двухтактного триггера, единичный вход которого подключен к выходу первого элемента И, к второму входу второго элемента ИЛИ и к перво му входу пятого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого двухтактного триггера, выходы второго, третьего, четвер того и пятого элементов И подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, шестой и седьмой элементы И, первые входы которых объединены между собой, третий элемент ИЛИ, первый и второй формирователи импульсов по длительности, а также выходные шины учетверенной частоты, сложения, вычитания и направления движения, о т л ичающее ся тем, чтО;В устройство дополнительно введены элемент НЕ-И, элемент задержки, третий, четвертый и пятый элементы ЗАПРЕТ, восьмой элемент И, асинхронный триггер, однотактный триггер и третий двухтактный триггер, единичный и нулевой входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а единичный и нулевой выходы третьего двухтактного триггера подключены к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, выходы .которых через последовательно соединенные третий элемент ИЛИ, элемент задержки, первый и второй формирователи импульсов по длительности подключены к инверсньм входам третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ, первому -входу дополнительного элемента НЕ-И и первому входу восьмого элемента И, второй вход которого соединен С нулевым выходом асинхронного триггера, нулевой вход которого соединен с выходом дополнительного элемента НЕ-И, а единичный вход с выходом пятого элемента ЗАПРЕТ,

инверсный вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, а прямой вход пятого элемента ЗАПРЕТ подключен к первым тактовьм входам первого, второго и третьего двухтактных триггеров, к выходу первого формирователя импульсов по длительности, к второму входу дополнительного элемента НЕ-И и к тактовому входу однотактного триггера, единич ный и нулевой входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами элемента ИЛИ-НЕ, причем выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с вторыми прямыми входами соответственно четвертого и третьего элементов ЗАПРЕТ а выход восьмого элемента И подключен к вторым тактовым входам первого второго и третьего двухтактных триггеров, к выходной шине учетверенной частоты и к первому входу шестого

элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом однотактного триггера и с одной из выходных шин направления движения, нулевой выход однотактного триггера соединен с вторым входом седьмого элемента И и с другим из выходных шин направления движения, а выходы шестого и седьмого элементов И соединены соответственно с выходными шинами сложения и вычитания.

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1.Заволокин А.К. Последовательные преобразователи непрерьшных величин в числовые эквиваленты. М., Библиотека по автоматика, вьт. 56, 1962, с. 25.

2.Авторское свидетельство СССР №460429, кл. G 01 В 7/00, 1975 (прототип),