Преобразователь угловых перемещений в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/00 

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД

1

ИзЬЬретение относится к автомати ке til измерительной технике и может быть использовано в автоматических системах цифрового управления, в частности в линейных и круговых измерительных преобразователях перемещения рабочих органов станков с числовым программным управлением, цифровой индикации, а также в кинем атометрах и координатно-измерительных машинах.

Известен электромеханический компенсационный растровый интерполятор с нелинейными множительными устройствами, выполненными на синусно-косинусных потенциометрах Г1}.

Это устройство имеет высокую точность, но )рактеризуется низким быстродействием, обусловленным наличием электромеханических элементов.

Известен также фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, измерительный и индикаторный лимбы, фотоприемники,подключенные к усилителям с регулируемым коэффициентом усиления, источник модулированного света,управляемый генератор,преобразователь частотл-напряжение,фильтр нижних частот, блоки вычитания, блоки формирования модуля.

Достоинством этого преобразователя является возможность автоматической коррекции неидентичности коэффициентов передачи фотоприемников и усилителей 12.

Недостатком этого преобразователя является ограниченная точность интерполяции шага растра. Кроме того,это устройство преобразует измеряемое перемещение в двоичный код Грея,что существенно сужает область его применения и требует специальных устройств для декодирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угловых перемещений в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого через переключатель октантов подключены к умножителям, выходы умножителей подключены к вычитателю,выход которого через блок преобразования напряжения в частоту импульсов подкльэчен к реверсив ному счетчику, выходы реверсивного счетчика через функциональные преобразователи подключе.ны к управляющим входам умножителей Т31. Недостатком такого преобразователя является динамическая погрешность в режиме постоянной скорости или в режиме постоянного ускорения. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности преобразоеателя. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угловых переме щений в код, содержащий сиНусно-косинусный датчик угла, умножители, выходы которых подключены к вычитателю, выход вычитателя подключен к одному входу блока преобразования напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного сче чика через функциональные преобразователи подключен к управляющим входам умножителя, введены два последов тельно соединенных интегратора,вход одного из них соединен с выходом вычитателя, а выходы подключены к блоку преобразования напряжения в часто ту, выходы синусно-косинусного датчи ка угла подключены к входам умножите лей . С целью упрощения преобразователя умножитель выполнен, в виде управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с выходом первого сумматора , один выход управляемого дели теля напряжения подключен к одному входу второго сумматора непосредственно, другой выход подключен к другому входу второго сумматора через первый инвертор, выход второго сумматора подключен к выходу умножителя к одному переключателя непосредственно а к другому входу через второй инвертор, управляющий вход переключателя соединен с управляющим входом умножителя, а выход переключателя и вход умножителя подключены к входам первого сумматора. Функциональный преобразователь выполнен в виде формирователя симмет ричного треугольного напряжения кодового сигнала. На фиг, 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 принципиальная схема умножителя. Преобразователь угловых перемещений в код, содержит синусно-косинусный датчик 1 угла, умножители 2 и 3, выходы которых подключены к вычитателю , выход вычитателя Ц подключен к одному входу блока 5 преобразования напряжения в частоту импульсов, выходы которого подключены к реверсивному счетчику 6, выходы реверсивного счетчика 6 через функциональные преобразователи 7 и 8 подключены к управляющим входам умножителей 2 и 3, два последовательно соединенных интегратора 9 и 10, вход интегратора 9 соединен с выходом вычитателя , а выходы интеграторов 9 и 10 подключены к блоку преобразователя напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного датчика 1 угла подключены к входам умножителей 2 и 3. Умножитель 2(3) выполнен в виде управляемого делителя 11 напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с входом первого сумматора 12, один выход управляемого делителя 11 напряжения под- ключен к одному входу второго 13 сумматора непосредственно, другой выход подключен к другому входу второго сумматора 13 через первый инвертор k, выход второго сумматора 13 подключен к выходу умножителя, к одному входу переключателя 15 непосредственно, а к другому входу через второй инвертор 16, а выход переключателя 15 и вход умножителя подключены к входам первого сумматора 12. Управляемый делитель 11 напряжения может быть выполнен в виде матрицы типа Я - 2R (фиг.2). Преобразователь работает следующим образом. Сигнал U-) UsinpdL с первого выхода синусно-косинусного датчика 1 поступает на вход умножителя 2, который реализуют функцию четырехквадратного умножителя синусоидального си|- гнала и на нелинейную рациональную функцию вида А(Х - 512) при X 512 , 1 + В (х-51 2) (а) Д(Х - 512) при X 512, 1 - В(х-512) (и) десятиразрядный двоичный код, поступающий на управляющий вход умножителя 2; число полюсных делений датчика 1; угол поворота датчика 1. Покажем, что коэффициент передачи приведенной на фиг. 2 структурной схемы четырехквадратного умножи теля соответствует выражений 1 а,в. Переключатель 15 управляется ста шим разрядом двоичного кода х, поступающего с выхода функционального преобразователя 7 таким обрзаом, чт в тех случаях, когда указанный стар ший разряд принимает значение 1, выход инвертора 16 через сопротивление ROJ.. подключается к входу первого сумматора 12. При этом напряже ние U ii выходе второго суммат ра 13 следующим образом зависит от напряжения Ugv-n на первом входе пе 3 12. вого сумматора ивыхц) UftblXi (1). X - 512 , . бЫИ Vb сопротивление на первом входе первого сумматора RQJT сопротивление обратной св зи первого сумматора 12; общее сопротивление обрат ной связи. Из выражений 1 и 2 следует, что ;коэффициенты А и В равны Roc о ROC ROT,.51 2 -- осг В тех случаях когда старший разряд двоичного кода X принимает значение О, т.е. в тех случаях, когда X 512, переключатель 15 подключает выход второго сумматора 13 через сопротивление к входу пе вого сумматора 12. Вследствие этого 36 изменяется знак обратной связи и при X 512 умножитель реализуют функцию вида (1 в). На втором выходе синусно-косинусного датчика 1 формируется сигнал вида и fj UcoepoL, который поступает на вход умножителя 3Умножитель 3 реализуют функцию четырехквадратного умножения косинусоидального сигнала Uij на нелинейную рациональную функцию вида А (у - 5V2) 1 + В (у - 512) при у 512; А (у - 512) 1 - В (х - 512) при у 512, десятиразрядный двоичный код, поступающий на управляющий вход умножителя 3Сигналы с выходов умножителей 2 и 3 поступают на входы вычитателя k, на выходе которого формируется сигнал вида и pd-f(х) - COS pd-f(y), Этот сигнал поступает на вход первого интегратора 9, выход которого связан с входом второго интегратора 10. Выходные сигналы вычитателя k и интеграторов 9 и 10 поступают соответственно на первый, второй и третий входы блока 5 преобразования напряжения в частоту. На выходах блоформируется последовательность ьсов частоты KnU + + KgU постоянные коэффициенты. При положительном знаке первой части выражения (6) импульсы частоты fs )ормируются на одном выходе блока 5, а при отрицательном знаке - на другом выходе блока 5- Выходные импульсы блока 5 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 6. На выходе функционального преобразователя 7 формируется двоичный код X, представляющий собой симметричную треугольную функцию содержимого реверсивного счетчика 6. На выходе функционального преобразователя 8 формируется двоичный код у, представля79ющий собой симметричную треугольную функцию содержимого реверсивного сче чика 6, сдвинутую на относитель но выходного сигнала функционального преобразователя 7. Код х поступает на управляющий вход умножителя 2, а код у - на управляющий вход умножителя 3. Для обеспечения астатизма третьего порг.дкй в систему вводят интеграторы 9 и 10. В режиме постоянной ско рости измеряемого перемещения напряжения на выходе интегратора 1 О управляо щего блоком 5 преобразования напряжение частота,устанавливается таким, что напряжение на выходах блоков и 9 устанавливается равным нулю и динз- мическая погрешность преобразования также устанавливается равной нулю, В режиме постоянного ускорения динам ческдя ошибка преобразования также равна нулю, В этом режиме после окон чания переходного процесса напряжени на выходе интегратора 9 устанавливае тся постоянным, напряжение на выходе интегратора 10 линейно возрастает,а содержимое реверсивного счетчика б, выполняющего функцию цифрового интегратора, изменяется по параболичес кому закону и изменяет значения функ ции X и у таким образом, что напряже ние Uo, на выводе третьего блока вычитателя -, пропорциональное погрешности преобразования, устанавливаетс равным нулю. Методическая ошибка преобразования , обусловленная использованием кусочно-нелинейных функций f (Х) и f (Y) для формирования, сигнала рас согласования, также невелика. При оптимальном выборе коэффициентов А и В в выражениях 1{а,в) и (эгв) относительная фазовая погрешность преобразования составляет не более to,00921 от полюсного деления датчика 1 при идеальных синусоидальных сигналах. Выходная информация, соответству- ющая измеряемому перемещению, постук пает с выхода реверсивного счетчика 6 Таким образом, формируется выходная информация об измеряемом перемещении в пределах полюсного деления датчика 1 . Таким образом, устройство представляет собой замкнутую аналого-циф ровую следящую систему с астатизмом третьего порядка. Применение нелиней ных умножителей, выполненных на матрицах R -2R и операционных усилителях, позволяет реализовать малые методическую и инструментальную погрешности устройства как в статическом, так и в динамическом режиме.. .Формула изобретения 1. Преобразовательугловых перемещений в код, содержащий синуснокосинусный датчик угла, умножители, выходы которых подключены к вычитателю, выход вычитателя подключен к одному входу блока преобразования напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного счетчика через функциональные преобразователи подключены к управляющим входам умножителей, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности преобразователя, в него введены два последовательно соединенные интегратора, вход одного из них соединен с выходом вычитателя, а выходы подключены к блоку преобразования напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного датчика угла подключены к входам умножителей. 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, умножитель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с выходом первого сумматора,один выход управляемого делителя напряжения подключен к одному входу второго сумматора непосредственно,другой выход подключен к другому входу второго сумматора через первый инвертор, выход второго сумматора подключен к выходу умножителя, к одному входу переключателя непосредственно, а к другому входу через второй инвертор, ;УправЛяющий вход переключателя соединен с управляющим входом умножителя, а выход переключателя и.вход умножителя подключены к входам первого сумматора. 3. Преобразователь по п. 1, отли чающий ся тем, что функциональный преобразователь выполнен в видеформирователя симметричного треугольного напряжения кодового сигнала ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Преснухин Л.Н. и др. Муаровые растровые датчики положения и их применение. Машиностроение, 19&9, стр. 89-91.

Ф1/г. 1