Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/04 

Изобретение отнсхзится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования угловых перемещений в цифровой код. Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, фильтр, фазорасщепитель, фазовращатель, компараторы и каналы счи тывания, цопопнительный оелигель частоты и цопопнительный компаратор L1 J . Недостатком преобразователя является невысокая точность. Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, двоичный счетчик, выходы которого подключены к входам блока совпадения, формирователь опорный сигналов, входы которого подключены к двоичному счетчику, формирователь синусоидального сигнала, соединенный через первый уси-. литель с одной входной обмоткой фазовращателя, формирователь косинусоидального сигнала, соединенный через второй усилитель с второй входной обмоткой фазовращателя с двумя выходными обмотками, два нуль-органа, входами подключенных к входным обмоткам фазовра щателя, выходы нуль-органов соединены с одними входами триггеров, Дещифратор дифференциальный усилитель, пиковые детекторы, фильтр и регистрирующий блок С 2 . Нецсюгаток нечестного преобразователя - невысокая точность. Цель изобретения - повьпиение точности преобразователя угла поворота вала в код. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом и -разрядного цвоичного счетчика, выхооы которого соециненысИ первыми входами блока совпадения, формирователь опорных сигналов, входы которого соединены с прямыми выходами У и ( И -1) разрядов h-разрядного двоичного счетчика, фазовращатель с двумя входными и Двумя выходными обмотками, первый вывод пе{ вой входной обмугюя которого через первый усилитель подключен к выходу формирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй входной обмотки фазовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинусоидального сигнала, первый нульорган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовра щателя, а-выход - с одним входом первого триггера, и второй нуль-орган, вход которого соединен с вторым выводом второй входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом второго триггера, введены два элемента И-НЕ, два источника тока, четыре компаратора четыре интеграгора, третий, четвертый, гый и шесгой триггеры, два инвертора, дв делителя напряжения, даа повторителя, источник опорного напряжения и блок иулЕг-органов, входы которого соединены с выходными обмотками фазовращателя, первый выход соединен с И вторыми входами блока совпадения, а второй выход с (УУ1- и) входами,блока совпадения (vn- vi) вторых входов которого подключены к соответствующему числу выходов старщих разрядов И-разрядного двоичного счетчика, первый выход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом первого триггера и с одним входом третьего тригзгера, второй в ход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом второго тригг ра и одним входом четвертого триггера, входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами (И-1) и(и-2) разрядов У -разрядного двоичного счетчика, а выход - с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом первозго компаратора, другой вход которого подключен .через первый интегратор к вы ходу первого триггера, выход первого компаратора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через первый инвертор соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, второй вывод первой входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом второго компаратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой вход которого соединен с выходом второго нуль-органа, а выход через последовательно соединенные второй интегратор, первый повторитель и первый делитель напряжения подключен к выходу первого инвертора, входы второго элемента И-НЕ соединены с инверсным выходом (1 -1) разряда и с прямым выходом {у1-2) разряда И -разрядного двоичного счетчика, выход второго элемента И-НЕ соединен с вторым источником тока, вторым конденсатором и одним входом третьего компаратора, другой вход которого пошипочен через третий интегратор к выходу второго триггера, выход третьего компаратора соединен с другим входом четвертого триггера, выход которого через второй инвертор соединен с входом формирователя косинусоидально1-ю сигнала, второй вьюод второй входной о&лотки фазовращателя соединен с одним входом четвертого компаратора, другой вход которого соединен с другим входом другого компаратора и подключен к источнику опорного напряжения, выход четверто.го компаратора соединен с одним входом шестого триггера, другой вход которого соединен с выходом первого нульоргана, а выход через последовательно соединенные четвертый интегратор, второй повторитель и второй делитель напряжения подключен к выходу второго инвертора. На фиг. 1 приведена схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. Преофазователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 импульсов, VI-разрядный двоичный счетчик 2, блок 3 совпадения, формирователь 4 опорных импульсов, формирователь 5 синусоидального сигнала, формирователь 6 косинусоидального сигнала, усилители 7 и 8 мощности, нуль-орган 9 и 1О, эталонные резисторы 11 и 12 , блок 13 нулт;,органов, источники 14 и 15 тока, конгденсаторы 16 и 17, элементы И-НЕ 18 и 19, компараторы 2О-23, триггеры 24-29 (Р-триггеры), инверторы 30 и 31, интеграторы 32-35, повторители 36 и 37, делители 38 и 39 напряжения, фазовращатель 40 с входными обмотками 41 и 42 и выходными обмотками 43 и 44, истощик 45 опорного напряжения. , Нуль-орган 9 соаержиг компаратор 46 и узел 47 выделения заднего фронта, а нуль-орган 1О - компаратор 48 и узел 49 выделения переднего фронта. Элемент И-НЕ 18, источник 14, конденсатор 16, компаратор 20, триггер 24, инвертор 30, формирователь 5, усилитель 7, резистор 11, нуль-орган 9, триггер 26, интегратор 32, компаратор 22,триггер 28, интегратор 34, повторитель 36 и делитель 38 обрадуют первый (синусный) канал формирования квадратурного напряжения, с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока. Элемент И-НЕ 19, источник 15, конденсатор 17, компаратор 21, триггер 25, инвертор 31, формирователь 6, усилитель 8, резистор 12, нуль-орган 10, триггер 27, интегратор 33, компаратор 23,триггер 29, интегратор 35, повторитель 37 и делитель 39 образуют второй (косинусный) канал формирования квадратурного напряжения с койтуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока.. . Преофазователь угла поворота вала в код работает следующим офазом. Сигналы по разрядным шинам И -разрядного двоичного счетчика 2 поступают на входы блока 3 совпадения, на другие входы которого прихоцят сигналы с блок компараторов грубого и точного отсчета На входы формирователя 4 и элементы И-НЕ 18 и 19 прихоцяг сигналы (фиг. 2а, (Г , в ) .с И-разрядного двоичного счетчика 2. Сигнал с одного выхода формирователя 4 (фиг. 2) поступает . на D -вход триггера 24, с вькода которого сдвинутый по фазе сигнал (4мг. 2 и) проходит на вход формирователя 5 через инвертор 30. Формирователь 5 формирует синусоидальный сигнал, который через усилитель 7 (фиг. 2л) запиты вает обмотку 41 фазовращателя 40. Сиг нал с другого выхода формирователя 4 (фиг. 2 5 поступает на Р-вход триггера 25, с выхода которого сдвинутый по фаз сигнал (.фиг. 2 К.) проходит на вход формирователя 6 через инвертор 31. Формирователь 6 формирует косинусоидальный сигнал, который через усилитель 8 (. 2М) запитывает обмотку 42 фазовращателя 40. Токи в обмотках 41 и 4 фазовращателя 40 обеспечивают режим вращающегося поля. Сигналы с выхода фазсжращателя 40 несут информацию об . угле поворота вала в виде фазового сдви га относительно синусоидального питающего напряжения (фиг. 2А). Фаза выхо ного напряжения фазовращателя 40 по грубому отсчету (обмотка 44) однознач на в пределах одного оборота и имеет периодичность в 36О . Фаза выходного J9 56 напряжения фазовращателя 4О по точному отсчету (обмотка 43) многозначна в пределах оборота и иметт периодичность , где р- коэффициент редукции обмоток 43 и 44 точного к грубого отсчета; число разрядов выходного кода блока 3 совпадения; И число разрядов и -разрядного двоичного счетчика 2. Блок 3 совпадения по сигналам с И-разрядного двоичного счетчика 2 и блока 13 выдает код N (« ), пропорциональный углу поворота вала оС. Сформированные в каждом канале напряжения (фиг. 2 Л ,м) синхронны по фазе с опорными прямоугольными сигналами (фиг. 2S, ), сдвинутыми по фазе на 9О, в свою очередь, последние синфазные сигналами у -разрядного двоичного счет чика 2. Фаза сигнала обмотки 41 (фиг. 2 ) регистрируется нуль-органом 9. Узел 47 выделения заднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг. 2) в момент перехода сигнала обмотки (фиг. 2л) от отрицательного напряжения к положительному, так как компаратор 46 инвертирует сигнал. Триггер 26 производит сравнение фазы опорного прямоугольного сигнала на Р-входе (фиг. 2) с фа-, зовым импульсом на С-входе (фиг. 2м). Сигнал на выходе нуль-органа 9 (фиг. 2 ц), иллюстрирует наличие фазового смещения сигнала 4 (фиг. 2к.) на угол который может иметь любой знак относительно опорного сигнала (фиг. 2-6). Триггер 26 производит двоичшую кодировку знака uf и в режиме слежения за фазовой ощибкой вырабатывает на выходе щиротно-модулированный сигнал (фиг. 2f), а на выходе интегратора 32- постоянное напряжение, пропорциональное щиротно-модулированному сигналу (фиг. 2р). 1 Элемент И-НЕ 18, источник 14 и кон денсатор 16 образуют источник пилообразного напряжения (фиг. 2д}, частота которого в два раза выше частоты опорного сигнала (фиг. 2-в), так как она синхронизирована от (и-1) разряда двоичного счетчика. Напряжение (фиг. 2д) на компараторе 2О непрерывно сравнивается с напряжением интегратора 32. Если фазовый импульс на выходе нуль-органа 9 (фиг. 2 vi) сдвинут левее переднего фронта опорного сигнала (фиг. 2-6), то триггер 26 по ifflBepcHOKiy выходу устанавливается в 1 (фиг. 2Р) и увеличивает напряжение на выходе интегратора 32. При этом перешшй фронт сигнала на выходе компаратора 20 (фиг. 2 линейно сдвигается вправо. Пропорционально ему сдвигается вправо сигнал трилгера 24 (фиг. 2U). Триггер 24 ра .бртает по переднему фронту сигнала на 6-входа. Таким образом замыкается контур автоматической синхронизации фазы синусного канала и производится компенсация фазового сдвига формирователя 5. Аналогично работает контур автомат ческой синхронизации фазы косинусного канала. Фаза косинусного сигнала (фиг. 2) регистрируется нуль-органом 10, Узел 49 выделения переднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг, 2о) в момент перехода косинусного сигнала от положительного напряжешш к отрицательному. Фазовые импульсы нульоргана 10 (фиг. 2д) косинусного сигна ла (фиг. сдвинуты на -90 от фазо вьк импульсов (фиг. 2и) синусного сир нала (фиг. 2л). Сигнал с триггера 27 берется с прямого выхода. Для создания высокочастотного кругового вращающегося поля в фазовращателе 4О в преобразователе имеется в каждом канале контур автоматической стабилизации тока. Контур стабилизации тока синусного канала образован формирователем 5, ус лителем 7, нуль-органом 10, резистором 11, компаратором 22, триггером 28, интегратором 34, повторителем 36 и делителем 38. Контур стабилизации тока косинусного канала образован формирователем 6, усилителем 8, нуль-органом 9, резистором 12, компаратором 23, триггером 29, интегратором 35, повторителем 37 и делителем 39. Общим яЁляется источник 45 опорного нап ряжения. Амплитуды токов стабилизируются на уровне Uon T. . Uon тг« Ull ir siv.- Чта UQI, - напр5йкение источника 45; Rg. - сопротивление эталонного резистора 11; Й9П сотротивление эталонного резистора 12. При равенстве RgToJOKH Ig, и Icoe практически равны. Компаратор 22 производит сравнение синусоидального выражения на эталонвом резисторе 11с положительным напряжением опорного источника 45 I/on (фиг. 2с). Триггер 28 производит сраъ нение выходного сигнала компаратора 22 .(фиг. 2т) с фазовыми импульсами (фиг. 20) сигнала (фиг. 2м) йоторые вырабатываоотся в тот момент времени, когда амплитуда синусоидального напряхсения максимальна. Тем самым триггер 28 производит двоичную кодировку знака возмущения по амплитуде ДО Uq-iy-Oon и выр1абатывавт на выходе широтно-модулирсдаанный сигнал (. 2j). Если ЛU7 то широтно.-1Мояулированный сигнал (фиг. 2v) переходит в состояние О, если в состояние I. Постоянное напряжение на выходе интегратора 34 во времени пропорционально широтно-модулированным сигналам (фиг, 2). Повторитель 36 напряжения имеет высокое входное ссшротивление. Выходное напряжение повторителя 36 через делитель 38 поступает на вход формирователя 5 и одновременно запитывает BHBepTop 30. Если , то амплитуда прямоугольных импульсов (фиг. 2U) уменьшается, тем самым уменьшается амплитуаа выхоаного синусоиаального напряжения (фиг. 2л). Устройство 36 может быть как повторителем, таж и усилителем напряжения. Аналогично работает контур стабилизации тока в косинусном канале. На С-вход триггера 29 приходят фазовые импульсы (фиг. 2н) синусоидального сигнала (фиг. 2л), которые вырабатьюаются в тот момент времени, когда амплитуда косинусоидаяьного напряжения максимальна. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом И-разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены, с И первыми входами блока совпадения, формирователь опорных сигналов, входы которого соединены с прямьшпи выходами М и ( И-1) разрядов -разрядногх). двоичного счетчика, фазовращатель с дэумя входными и двумя выходными обмотками, первый первой входной обмотки которого через первый усилитель подключен к выходу формирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй входной обмотки фазовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинус оидального сигнала, первый нуль-орган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом первого триггера и, второй нуль-орган, вход которо1п соешшен с вторым выводом второй вводной обмотки фазовращателя, а выход с одним входом второго триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения- точности преобразователя, в него введены два элемента И-НЕ, два источника тока, четыре компаратора, четыре интегратора, третий, четвертый, пятый и.шестой триггеры, два инвертора, два делителя напряжения,, два повторителя, источник сшорного напряжения и блок нуль-органов, входы которого соединены с выходными охотками фазовращателя, первый выход соединен с и вторыми входами блока/совладения, а .второй выход :С (щ-и) первыми входами блока совпадния, (щ-И) вторых входов которого подклююны к соответствующбк числу выходов старших ра эядов К-разрядного двоичного счетчика, первый выход формирователя оторных сигналов соединен с другим Екодом первого триггера и одним входом третьего триггера, второй выход формирователя опорных сигналов соеаинен с {фугим входом второго триггера к одним входом четвертого триггера, входы первого элемента И-НБ соединены с выходами ( W-1) и (и-2) разрядов У} -разрядного двоичногчэ счетчика, а выход - с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом первого компаратора, другой вход Которого пооключен через первый ннтеграгог к выходу первого триггера, выход первого компара тора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через инвертор соединен с входом формирователя синусоидалыюго сигнала,второй вывод первой входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом второго компаратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой вход которого соединен с выходом второго нуль-чэргана, а выход через последовательно соединенные, второй интегратс первы повторитель и первый делитель напряж ння подключен к выходу первого инвертора, вкоды второго элемента И-НЕ соединены с инверсным .выходом (И-1) разряда и с прямым выходом И-2) разряда h -разрядного двоичного счетчнка, выход второго элемента li-HE соединен с вторым источником тока, конденсатором и одним входом третьего компаратора, друтюй вход «оторого подключен через третий инвертор к выходу второго триггера, выхо д третьего компараторасорвдинен с другим вхо дом четвертого триггера, выход которого через второй инвертор соединен с входом формирс ателя косинус оидального сигнала, второй вывод второй входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом четвертого Компаратора, другой вход которого соединен с ДРУ.ГИМ входом второго компаратора и подключен к источнику опорного напряясе ния, выход четвертотчэ компаратора соединен с одним входом шестого триггера, другой вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а выход через последовательно соединенные четвертый интегратор, второй повторитель и второй делтель напряжения подключен к выходу второго инвертора.

Источники информации, принятые во вниланне при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 595755, кл. G08 С 9/ОО, 1976.

2,Авторское свидетельство СССР № 604018, кл. G08 С 9/04, 1976 (прототип).

VM J iff.f L