Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/00 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в цифровых системах управления угловыми положениями механизмов привода.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла поворота ваша в код, основанный на использовании растровых сопряжений и внутришаговой фазовой интерполяции

Известен преобразователь, содержащий генератор импульсов, подключенный через делитель частоты к фазорасщепителю, выходы которого соединены с входами фазового растрового интерполятора (фазовращателя), выxOjU которого через подключен

к Компаратору t2.

Недостатком такого преобразователя является наличие значительных погрешностей, вносимых фильтром и эксцентриситетом дисков фазовращателя .

Известен преобразователь, содержащий двухфазовый генератор синусоидальных напряжений несущей частоты, подключенный к фазовращателю, выход которогочерез усилитель, фильтр и компаратор подключен к блоку управления счетом, состоящего из триггеров, элементов И, блокинг-генератора, двухфазового генератора тактовых импульсов и двух счетчиков, выходфл блока управления счетом подкл1рчены к суммирующему и вычитгиощему входам реверсивного счетчика. Фазовращатель содержит диск с радиальной растровой решеткой, источник излучения, оптически связанный через со10пряжение радиальной растровой решетки с изббражением ее проекции посредством стекловолосяного светопровода с диаметрально-противоположной частью с четырьмя приемниками

15 излучения, подключенными к суммирующей схеме, которгш питает двухфазный генератор частоты СЗЗ.

Недостатком этого преобразователя являются значительные погрешнос20ти, вносикые двухфазным генератором синусоидального напряжения, усилителем, фильтром и компаратором, а также сложность схемы управления счетом.

Известен также фотоэлектрический

25 преобразователь угла в код, в точном отсчете которого включен фазовращатель, содержащий два канала преобразования, каждый из которых представлен усилителями, подключен-

30 ными к ним источниками и приемниками излучения, оптически связанными через четырехфазовое растровое сопряже ние f 4 . Недостатком преобразователя является наличие двух аналоговых каналов преобразования фазового сдвига в код, а также разные по величине погрешности, вносимые этими каналами Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, пер вый счетчик, фазовращатель, компаратор, усилители мощности, подключенны к фазовращателю, на выходе которого - фильтр, подключенный к нуль-органу, а выход генератора импульсов соединен с первым входом первого элемента И, другой вход которого сое динен с выходом триггера, подключенного к вычитающему входу второго сче тчика, второй выход фазовращателя подключен к третьему дополнительному счетчику, прямой выход старшего разряда которого подключен к управляюще му входу коммутатора, выходы разрядов третьего счетчика подключены к дешифратору, первый выход которого подключен к установочному входу второго счетчика, а третий выход дешифратора и выход нуль органа подключены к входам второго элемента И tSj. Недостатком устройства является как конструктивно-технологическая сложность фазовращателя, так и сложность электрической cxeNttj преобразователя, например, использование счет чиков с параллельным переносом и реверсивным пересчетом. Цель изобретения - упрощение преобразователя. Поставленная цель «достигается заменой фазовращателя на фотоэлектрический с двумя диаметрально-противопаложными относительно оси вращения каналами четырехфазового растрового сопряжения, а также введение второго коммутатора, третьего усилителя и третьего элемента И, причем второй коммутатор входами подключен к выходам фазорасщепителя, а управляющий вход этого коммутатора подключен к инверсному выходу старшего разряда третьего счетчика, усиди тели на входе второго канала фазовращателя подключены к выходам второго коммутатора, а выходы обоих каналов фазовращателя объединены.и подключены к фильтру через третий усилитель, второй выход дешифратора подключен к cTapiueMy входу второго элемента И, выход которого подан на один из входов триггера, третий выход с дешифратора и выход с нуль-органа подан на входы третьего элемента И, выход которого подан на другой вход триггера. На чертеже представлена структурная схема преобразователя. Предлагаемый преобразователь содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2,фазовращатель 3, счетчик 4, дешифратор 5, коммутаторы 6 и 7, блоки 8 и 9 усилителей, фазовращатель 10, усилитель 11 сигнала фазового сдвига на.выходе фазовращателя, фильтр 12, нуль-oprari 13, элементы 14 и 15 И, триггер 16, элемент 17 И и счетчик.18. Преобразователь работает следующим образом. Генератор 1 импульсов, работая непрерывно, заполняет импульсами счетчик 2, старший разряд которого поступает на фазорасщепитель 3.Выходы 1- IV фазорасщепителя 3 выдают сигналы, первая гармоника которых пропорционально siniut, cosat, -sinout и - со5Ш1, причем сигнал с первого выхода фазорасщепителя 3 одновременно поступает.и на счетный вход счетчика 4,,и на первые входы коммутаторов б и 7. На входы П -IV коммутатора б подаются сигналы с одноименных выходов фазорасщепителя 3, а на входы П- jV коммутатора 7 -IV , ни П выходу фазорасщепителя 3. На управляющие входы V коммутаторов 6 и 7 поступают сигналы управления с прямого и инверсного выходов последнего разряда счетчика 4. Благодаря такой схемной организации управления коммутаторов 6 и 7, сигналы фазовращателя 3 попеременно включают в работу (т.е. в два такта) оба канала фазовращателя 10 через блоки 8 и 9 усилителей. Пройдя соответственно растровые сопряжения,сигналы фазового сдвига по обоим каналам подаются в одну шину, т.е. проходят обработку по одному каналу аналоговой части преобразователя, благодаря разделению по времени,уci ливаются усилителем 11 и поступают на фильтр 12, в котором выделяется первая гармоника сигнала, фаза которой пропорц,иональна углу поворота. В момент перехода выходного сигнала фильтра 12 через нуль при изменении его полярности с минуса на плюс; нуль-орган 13 формирует импульс, поступающий параллельно на первый входы элементов 14 и 15 И. В начале первой половины цикли работы (т.е. в начале работы третьего счетчика 4) преобразователя с первого выхода дешифратора 5 поступает сигнал, устанавливающий счетчик 18 в нулевое состояние, а в конце первой половины цикла, когда закончатся переходные процессы, вызванные ком1мутацией питателя фазовращателя 10,

с второго выходе дешифратора 5 постпает сигнал на второй вход элемента 14 И, совпадающий по фазе с опорным (т.е. первая гармоника которого пропорциональна sinurt) сигналом питния фазовращателя 10 и имеющий длительность, равную периоду сигналов фазовращателя 10. При этом фазовый сигнал с нуль-органа 13, пройдя через элемент 14 И, устанавливает триггер 16 в единичное состояние, а выходные импульсы генератора 1 проходят через элемент 17 на счетный суммирующий вход счетчика 18.

В конце второго цикла работы, после окончания переходных процессов с третьего выхода лешиЛпатора 5 поступает сигнгш, синфазный с началом периода опорного сигнала питания фазовращателя 10, на второй вхо элемента 15 И, имеющий длительность равную периоду сигналов питания фазовращателя 10.

При этом фазовый сигнал, сфорглированный диаметрально-противоположным каналом фазовращателя,пройдя усилитель 11, Фильтр 12 и нуль-орга 13, а также элемент 15 И, возвращает триггер 16 в нулевое состояние,а счетчик 18 прекращает подсчет импулсов генератора 1.

В результате этого код, зафиксированный счетчиком 18 пропорционален разности фазовых сдвигов фазовращателя 10 в первую и вторую половины цикла работы

Nw/q)./,

где N - число импульсный код угла поворота вала за цикл работы преобразователя; Ц, - фазовый сдвиг по 1г-ому каналу фазовращателя; Sj - фазовый сдвиг по Д-ому каналу фазовращателя. При этом фазовые сдвиги Ф;, и Ч пропорциональны углу поворота вала, т.е.

%«х();

4 at {-4+u f),

где If - угол поворота вала, отсчитываел«й в 1 канале; if угол поворота вала, отсчитываемый в iL диаметральнопротивоположном канале; д( угловая ошибка, обусловленная эксцентриситетом . фазовращателя и вносимс1я электронной частью схемы преобразования блока 8 и 9 усилителей, усилитель 11, фильтр 12, нуль-орган 13. Результирующий код счетчика 18 пропорционален удвоенному углу поворота вала преобразователи за цикл работы

,

В случае отсутствия вратения вала в течение цикла преобразования счетчик 18 остается в нулевом состо-, янии, подтверждающим неподвижность вала.

Таким образом, двухтактный режим работы на два диаметральнопротивопрложных относительно оси вращения канала фотоэлектрического фазовращателя обеспечивает как конструктивнотехнологическое упрощение фазовращателя, так и в целом преобразователя угла поворота вала в код за счет упрощения схемы коммутаторов (обыкновенные блоки вентилей); упрощения

Ьхемы второго счетчика 4 (счетчик нереверсивный); ликвидации лишней параллельной цепи переноса вместе с блоком вентилей содержимого счетчика 2 в счетчик 18, замены аналогового дифференцирующего элемента дискретным третьим элементом 15 И; упрощения, схемных связей между элементами преобразователя.

Экономическая эффективность,от

использования преобразователя составит не менее 30-40 тыс. руб. в год при объеме использования в народном хозяйстве преобразователей порядка ста штук.

Возможнь разработки преобразователя с габаритами, меньшими в 1,52 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

35

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, пер-, вый счетчик, фазорасщепитель, первый

коммутатор, первый блок усилителя и .один канал фазовращателя, выход которого через последовательно соединенные усилитель и фильтр сбединен с входом нуль-органа, выход генератора

импульсов соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, выход первого элемента И соединен с входом второго счетчика, вход обНуления которого соединен с первым входом дешифратора, первый выход фазорасщепителя соединен со счетным входом третьего счетчика, все выходы которого соединены с входами дешифратора, а прямой выход старших разрядов третьего счетчика подключен к управляющему входу третьего коммутатора, и второй элемент И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения, в него введены

второй коммутатор, второй блок усилителей и третий элемент И, фазовращатель выполнен с двумя диаметральнопротивоположными относительно оси вращения каналами, выходы фазовргидателя соединены с входами второго Коммутатора, выходы которого через второй блок усилителя соединены с входами другого канала фазовращателя, выход которого соединен с входом усилителя, инверсный выход старших разрядов третьего счетчика подключен к управляющему входу второго коммутатора, выход нуль-органа соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединена СбЬ в тственно с вторыми третьим , выходом дешифратора, выходы второго и третьего элементов И соединены с входами триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Преснухи-на Л.И, М., Машиностроение, 1974. с.211-230.

2.Преснухин Л.Н. и др. Фазовый растровый интерполятор с применением фильтра. В кн. Элементы цифровых систем управления. Л., Наука, 1971, с.176-182.

3.Преснухин Л.Н. и др. Муфтовые растровые датчики положения и их применение. М., Машиностроение, 1969, с.161-165.

4.Разработка оптического преобразователя угол-код и исследование его работы в контуре поведения крупных установок типа П-2500. Отчет- по НИР, этап 1.2 МИРЭА, 73052737.

М., 1979, с.10 и 22.

5.Авторское свидетельство СССР 658985, кл.С 08 С 9/00, 1976 (прототип).

it