Преобразователь угловых величин в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/04 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ВЕЛИЧИН В КОД

t

Изобретение относится к автоматике и. вычислительной технике в частности кпреобразователям аналоговых величин в код.

Известны преобразователи угла поворота ротора сельсина в цифровой код, содержащие сельсин, сумматор, блок фильтрации, трансформатор Скотта, два демодулятора, счетчик и шину управления 1. Недостатком известных преобразователей является низкая точность из-за нестабильности фазовой характеристики блока фильтрации.

Из известных наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь, содержащий формирователь опорных сигналов, взаимно сдвинутых на 1/4 периода; два модулятора, сумматор. Модуляторы преобразуют постоянные напряжения, пропорциональные синусу и косинусу преобразуемой угловой величины в переменные напряжения, взаимно сдвинутые на 1/4 периода, которые, поступают на сумматор. На выходе сумЦатора получается переменное Напряжение ступенчатой формы, фаза первой гармоники которого соответствует угловой величине. Первая гармоника выделяется блоком фильтрации, поступает на формирователь прямоугольных импульсов и, далее, на дифференцирующую цепь, которая вырабатывает короткий импульс в момент

5 положительного перехода первой гармоники через нуль. Один из опорных сигналов поступает на вторую дифференцирующую цепь, вырабатывающую короткий импульс от переднего фронта опорного сигнала; Этот

Q импульс открывает ключевой элемент, пропускающий счетные импульсы с генератора импульсов на счетчик. Импульс первой дифференцирующей цепи, закрывает ключевой элемент. Так как временной интервал между импульсами с дифференцирующих цепей

15 пропорционален фазе первой гармоники, то в счетчике получается код угловой величины 2.

Однако такой преобразователь имеет недостаточную точность преобразования,

20 так как при нестабильности частоты опорного сигнала или параметров блока фильтрации напряжение на выходе блока фильтрации приобретает- дополнительный неконтролируемый сдвиг фазы.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя за счет устранения влияния набега фазы в блоке фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угловых величин в код, содержащий формирователь опорных сигналов, первый выход которого соединен с управляющим входом первого модуля, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого через блок фильтрации соединен с формирователем прямоугольных импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом первой дифференцирующей цепи, выход которой соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого соединен с первым управляющим входом ключевого элемента, выход которого соединен с входом первого счетчика, вторую дифференцирующую цепь и второй модулятор, выход которого соединен с вторым входом сумматора, генератор импульсов, выход которого . соединен с входом ключевого элемента, щину управления, подключенную к управляющему входу коммутатора, введены управляемые инверторы, второй счетчик и второй, ключевой элемент, выход которого через второй счетчик соединен с входом первого счетчика, выход формирователя прямоугольных импульсов через первый управляемый инвертор соединен с входом второй д 1фференцирующей цепи, выход которой соединен с первым управляющим входом второго ключевого элемента и вторым входом коммутатора, второй выход которого соединен с вторым управляющим входом первого ключевого, элемента, выход первой дифференцирующей цепи соединен с вторым управляющим входом второго ключевого элемента, к входу которого подключен выход генератора импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом второго управляемого инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго модулятора, а щина управления подключена к -входам первого и второго управляемых инверторов.

На фиг. 1 представлен преобразователь, структурная схема; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений в некоторых точках схемы.

Преобразователь угловых величин в код содержит формирователь 1 опорных сигналов, модулятор 2, управляемый инвертор 3, модулятор 4, сумматор 5, блок 6 фильтрации, формирователь 7 прямоугольных импульсов, управляемый инвертор 8, дифференцирующие цепи 9 и 10, ключевой элемент И, коммутатор 12, ключевой элемент 13 генератор 14 импульсов, счетчики 15 и 16, и щину 17 управления.

Преобразователь угловых величин в код работает следующим образом.

Формирователь 1 опорных сигналов вырабатывает два импульсных прямоугольных сигнала, взаимно сдвинутых на 1/4 периода. Один из этих сигналов поступает на управляющий вход модулятора 2, другой через управляющий вход другого модулятора 4. Форма опорного сигнала до и после инвертора показана на фиг. 2а и 26. Модуляторы преобразуют постоянные напряжения и Sin Q и и cos Q в импульсы, которые поступают на сумматор 5.

На выходе сумматора получается ступенчатое переменное напряжение, фаза

первой гармоники которого относительно

опорного сигнала равна углу Q. Первая

гармоника (фиг. 2в) .выделяется в блоке 6 фильтрации, преобразуется в прямоугольные импульсы формирователем 7 и через уп равляемь1Й инвертор 8 поступает на вход дифференцирующей цепи 9, .которая вырабатывает короткий импульс от передне- . го фронта импульса с выхода управляемого инвертора 8. Опорный сигнал, поступающий

на управляемый инвертер 3, подается также на вход дифференцирующей цепи 10, которая вырабатывает короткий импульс от переднего фронта опорного сигнала. Выходы дифференцирующих цепей 9 и 10 подключены соответственно к пepвoмy и второму управляющему входам ключевого элемента 11, а также через коммутатор 12 к первому и второмууправляющим входам ключевого элемента 13. Импульсы, вырабатываемые дифференцирующими цепями,

открывают и закрывают ключевые элементы, которые пропускают счетные импульсы (фиг. 2г и 2д) с генератора импульсов 14 на первый и йторой счетчики 15 и 16, кроме того, выход счетчика 15 связан со входом счетчика 16- Управляемые инверторы 3 и 8 связаны . с коммутатором 12 общей щиной 17 управления.

Преобразователь работает циклически. Каждый цикл разбит на два полуцикла. В первом полу цикле (Tj, фиг. 2) управляемые инверторы 3 и 8 выключены, т. е. сигнал с формирователя 7 прямоугольных импульсов на дифференцирующую цепь 9 и опорный сигнал с формирователя 1.опорных сигналов на модулятор 4 проходят без

инвертирования. В этом полуцикле состояние коммутатора 12 таково, что выход дифференцируюц1ей цепи § соединен с входом («Стоп) кл1ече 4Н-в элемента 13, а выход диффередАн мщей цепи 10 - со входом («GtapW элемента 13.

при этом оба юи ч«вых элемента И и 13 открываются передним фронтом опорного сигнала, а закрываются пережним фронтом сигнала с выхода блока 6 фильтрации, который показан сплощной линией на фиг. 2в.

На этой же фигуре щтриховой линией пока-зана первая гармоника сигнала с выхода сумматора 5. Фаза этого сигнала относительно опорного равна Q, а сигнал на выходе блока 6 фильтрации дополнительно сдвинут на величину Д р . Таким образом, в первом счетчике оказывается число. N,,QiA«f; (1) а во втором счетчике оказывается такое же число N2i Q + A«F{2). Во втором полуцикле (Тг, фиг. 2) инверторы 3 и 8 включены, т. е. сигнал с формирователя прямоугольных импульсов на дифференцирующую цепь 9 и опорный Сигнал с формирователя 1 опорных сигналов на модулятор 4 поступают инвертирова1нными. Выход дифференцирующей цепи 9 через коммутатор 12 соед,инен со входом («Старт) ключевого элемента 13, а выход дифференцирующей цепи 10 - с входом («Стоп) ключевого элемента 13. При инвертированном опорном сигнале фаза первой гармоники сигнала на выходе сумматора 5 равна 271-Q, но так как ключевой элемент 13 открывается задним фронтом сигнала с выхода блока 6 филь1рации, а закрывается передним фронтом опорного сигнала, и сигнал на выходе блока 6 фильтрации дополнительно сдвинут на ту же величину , то в счетчик 16 вводится число: Njz 21t -(251 -а Aq) а -Лч, (5) и в результате в этом счетчике будет Nj N2, + Ni2 2GL . (4) , Преобразуемая угловая величина; равИз выражения (4) видно, что дополнительные набеги фазы в блоке 6 фильтрации взаимно уничтожаются. Однако ввиду того, что в каждом полуцикле в счетчик может поступать число только в пределах ., возможны случаи, когда в счетчике 16 окажется число Ыг. Ф: 2Q. Такие ситуации возникают когда 2T«.v i(б) U..) При ситуации (6) число N i введенное в счетчик 16 в первом полуцикле, будет отличаться от числа N21 на величину 2Х, а,чис ло N22, введенное во втором полуцикле, равно N22. При ситуации,(7) число N21 N21, а число N22 отличается на 2л от числа N22 Обе ситуации не могут существовать одновременно, поэтому окончательное число в счетчике 16 будет ,,2., (8) и преобразуёмая угловая величина будет Для выявления ситуаций (6) или (7) и введения поправок в/показания счетчика 16 используется счетчи к 15. Для исключения влияния переходных процессов на выходе блока 6 фильтрации при инвертировании опорного сигнала между полуцнклами предусмотрены паузы. Добавление в счетчик 16 величины 2% производится во время паузы после второго полуцикла, после чего информация считывается. Предлагаемый преобразователь обеспечивает полную компенсацию сдвига фазы в блоке 6 фильтрации, если сдвиг фазы находится в пределах О 5L В блоке 6 фильтрации могут быть использованы различные типы фильтров, например фильтр нижних частот или полосовой фильтр. В случае использования фильтра нижНИХ частот следует использовать модуляторы, на выходах которых отсутствует постоянная составляющая. Фильтр. должен быть рассчитан так, чтобы сдвиг фазы в нем был в указанных пределах с нестабильности частоты опорных-сигналов и параметров фильтра. При использовании полосового фильтра для выполнения этого условия необходимо. чтобы средняя частота его полосы пропускания была ниже частоты опорных сигналов с учетом нестабильности. Для расширения диапазона корректируемых сдвигов фазы блок 6 фильтрации мо-. жет быть выполнен в виде последовательно соединенных фильтра и фазосдвигающей цепи, посредством которой производится компенсация начального сдвига фазы в фильтре так, чтобы общий начальный фазовый сдвиг в блоке фильтрации был близок к середине корректируемого диапазона, т. е. Л-Д При этом не накладываются дополнительные ограничения на тип фильтра и модуляторов. Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает полную компенсацию ошибок; обусловленных нестабильностью фазрвой характеристики фильтра и нестабильностью частоты опорных сигналов, что повышает точность преобразователя. Формула изобретения Преобразователь угловых величин в код, содержащий формирователь опорных сигналов, первый выход которого соединен с управляющим входом первого модулятора, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого через блок фильтрации соединен с формирователем прямоугольных импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом первой дифференцирующей цепи, выход которой соединен с первым входом коммутатора, первый выход которого соединен с первым управляющим входом ключевого элемента, выход которого соединен с входом первого счетчика, вторую дифференцирующую цепь и второй модулятор, выход которого соединен с вторым входом сумматора, генератор импульсов, выход которого соединен с входом ключевого элемента, шину управления, подключенную к управляющему входу коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемые инверторы, второй счетчик и второй ключевой элемент, выход которого через второй счетчик соединен с входом первого счетчика, выход формирователя прямоугольных импульсов через первый управляемый инвертор соединен с входом второй дифференцируюш,ей цепи, выход которой соединен с первым управляющим входом второго ключевого элемента и вторым входом коммутатора, второй выход которого соединен- с вторым управляющим входом первого ключевого элеШлВ,

iJcosB

мента, выход первой дифференцирующей цепи соединен с вторым управляющим входом второго ключевого элемента, к входу которого подключен выход генератора импульсов, второй выход формирователя опорных сигналов соединен с входом второго управляемого инвертора, выход которого соединен с управляющим входом второго модулятора, а шина управления подключена к управляющим входам первого и второго управляемых инверторов.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

кл. Н 03 К 13/02, опублик. 13.05.70.

йимВ

Й/г./ Yf