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

Изобретение относится к автомата ке и вычислительной технике и может быть использовано в комплектном глубокорегулируемом электроприводе с программным управлением.

Известен преобразователь угла поворота вала в код содержащий генератор, синусно-косинусный датчик угла (СКДУ), интегратор, первый и второй компараторы, триггер, преобразователь разности фаз в код, фильтр, сумматор, вычитатель 11.

Недостаток этого преобразователя заключается в недостаточной точности, обусловленной отклонениями постоянной интегрирования (коэффициента передачи) интегратора от расчетных значений.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор СКДУ, инвертирующий и неинвертирующий интеграторы, триггер, первый и второй компараторы, преобра-; зователь разности фаз в код (устройство управления, счетчик, ключи выдачи кода и вентиль), кроме того, преобразователь содер.жит аналоговые ключи, включенные на входах и в цепи отрицательной обратной Связи интеграторов и на входе синусно-косинусного датчика угла 2.

Недостаток известного прбобразова теля заключается в низкой точности, :обусловленной тем, что в запоминающие |элементы интеграторов через аналого|вые ключи в моменты их коммутгщии вносится дополнительный заряд, искажающий частоту генерации, а также

10 тем, Ч1О из-за существенной разности во времени переключения ангшоговых ключей и триггера начало счета импульсов и измерения смещены во времени. Кроме того, масштаб преобразования (соотношение меящу «.частотгими генерации и счетных тактовых) импульсов зависит от точности задания постоянных интегрирования и их временной нестабильности.

20

Целью изобретения является повышение точности,преобразователя угла ; поворота вала в код.

Поставленная цель достигается тем,

25

что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусн ай датчик угла, компараторы, неинвертирующий и инвертирующий интеграторы, причем выход.последнего

30 соединен с входом первого компаратоpa, генератор, первый выход которого соединен с преобразователем разности фаз в код, триггер, введены, блок коррекции, управляемая проводимость и блок управления проводимостью, выход которого через управляемую проводи-, мость соединен с первым входом блока коррекции соединен с первым входом инвертирующего интегратора, выход которого соединен с первым входом синусно-косинусного датчика угла и входом нeинвfepтиpyюlцeгo интегратора, выход,неинвертирующего интегратора соединен с вторыми вводами блока коррекции и синусно-косинуснЬго датчика угла, выход которого через второй компаратор соединен с вторым входом преобразователя разности фаз код, второй выход генератора соединен с управляющим входом триггера, выход триггера подключен к входу блока управления проводимостью, третий выход генератора соединен с вторьам входом инвертирующего интегратора, а выход первого компаратора - с информационным входом триггера. На чертеже приведена структурная схема преобразователя. Преобразователь содержит генерато 1, инвертирующий интегратор 2, компа ратор 3, триггер 4, неинвертирующий интегратор 5, блок 6 коррекции, блок 7 управления проводимостью, управляю щую проводимость 8, преобра.зователь 9разности фаз в код, сйнусно-косинусный датчик 10 угла, компаратор 11 Преобразователь работает следующи образом. Выходной сигнал от генератора 1 опорных частот, поданный на первый вход инвертирующего интегратора 2 вызывает на выходах интеграторов 2 и 5 синусоидальные колебания,частота к торых определяется частотой входного сигнала,а амплитуда зависит от настройки коэффициентов передачи элементов, образующих кольцо:инвертирующий интегратор 2,неинвертирующий интегра тор 5,блок 6 коррекций.В этом кольце интеграторы 5 и 6 эквивалентны индук тивности L, величина которой зависит от значения у15равляемой проводимости 8 и может изменяться на ± &L, где ЛЬ изменение индуктивности. О величине индуктивности, необходимой для настройК5 кольца на резонансную частоту, судят по разности фаз между сигналами н первом и втором входах триггера 4. На резонансной частоте эти. сиг налы должны совпадать по фазе, коэффициент передачи первой гармоники сигнала со входа инвертирующего интегратора 2 на его выход,будет при этом максимален, а на выходе неинвертирующего интегратора 5 формируется сигнал, равный по амплитуде входному, но отличающийся по фазе на 1Т/2. Выходные сигналы интеграторов 2 и 5 образуют, таким образом, систему квадратурных напряжений, с помощью которой в СКДУ 10, например в синускосинусном вращающемся трансформаторе или индуктосине, реализуется режим фазовращателя. Выходной сигнал датчика 10 угла, фаза которого в этом режиме линейно зависит от углового перемещения заna.of-, а. амплитуда постоянна, подается через второй компаратор 11 на вход преобразователя 9 разности фаз и таким образом угловое перемещение об преобразуется в его кодовой эквивалент на выходе преобразователя 9. Триггер 4 выполняет роль фазного компаратора и имеет гистерезисную характеристику, зона неоднозначности которой близка к доли времени переключения триггера в периоде сравниваемых сигналов. Такая высокая чувствительность на изменение состояния фаз (опережение или отставание фронта сигнала на информационном входе относительно фронта сигнала на управляющем входе) позволяют в каждом периоде вводить корректирующее воздействие на значение эквивалентной индуктивности и через нее компенсировать изменения параметров других элементов в кольце из интеграторов 2 и 5 и блока б коррекции. Блок 7 управления проводимостью сглаживает колебания уровня напряжения на выходе триггера 4 при его переключениях и формирует.сигнал на управляющем входе управляемой проводимости 8 с малым уровнем пульсаций. Путем изменения проводимости 8 ,на второй вход инвертирующего интегратора 2 подаются составляющая тока индуктивного характера такой величины, чтобы в отрицательной обратной связи усилителя инвертирующего интегратора 2 возникал резонанс токов для первой гармоники его входного сигнала. ТаКИМ образом,в кольце из интеграторов 2 и 5 и блокаб коррекции существуют только колебания с частотой первой гармоники входного сигнала, фаза сигнала на выходе инвертирующего интегратора 2 с высокой точностью соответствует фазе опорного сигнала. Блок б коррекции может быть выполнен с помощью резисторов, включенных в звезду или треугольник. Причем в его ветви, подключаемые к управляемой проводимости 11, передается не более 10% тока с выхода интегратора 5 на второй вход интегратора 2. Управляемая проводимость 8 может быть реализована с помощью оптрона или полевого транзистора, блок 7 управления проводимостью реализуется с помощью переключателей тока с интегрирующей емкостью на выходе. Таким образом, в предлагаемом преобразователе инвертирующий и неинвертирующий интеграторы и блок коррекции образуют непрерывно замкну тую цепь, в которой в процессе настройки ее коэффициента на первую гармонику сигнала на первом входе ин|Вертирую1дего интегратора не вносятся дополнительные заряды в накапливающие элементы интеграторов со стороны регулирующих элементов (первого компаратора, триггера, блока управления проводимостью и управляемой проводимости) , следова ельно, исключаются предпосылки для частотных искажений, умеющих место в известном устройстве В отличие от известного устройства в каждом цикле регуляторы лишь корректируют отклонения, вызванные .неидеальностью компаратора фаз (триг гера) как чувствительного элемента системы настройки коэффициента на ре зонансную частоту, выбором вида передаточной функции блока управления проводимостью эти отклонения сводятся до величины меньшей дискретности преобразования. В процессе настройки на резонансную частоту поддержива ется совпадение фаз сигналов на входе и выходе инвертирующего интеграто ра, при этом компенсируются неточнос ти начального задания и временные, изменения постоянных интегрирования. Поэтому предлагаемый преобразователь перемещения в код обладает более высокой точностью по сравнению с известными техническими решениями. Максимально возможная дискретность преобразования фазы в код составляет 13 двоичных разрядов. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, компараторы, неинвертирующий и инвертирующий интеграторы, причем выход последнего соединен с входом первого компаратора, генератор, первый выход которЬго соединен с преобразователем разности фаз в код, трцггер, отличающ и и с я тем, что, с целью повыце|ния точности, в преобразователь вве;дены блок коррекции, управляемая проводимость и блок травления проводимостью, выход которого через управляемую проводимость соединен с первым входом блока коррекции, выход блока коррекции соединен с первым входом инвертирующего интегратора, выход которого соединен с первым входом синусно-косинусного датчика.угла и входом неинвертирующего интегратора, выход неинвертирующего интегратора соединен с вторыми входами блока коррекции и синусно-косинусного датчика угла,- выход которого через второй компаратор соединен е ВТОЕЖОМ входом преобразователя разности фаз в код, второй выход генератора соединен с управляющим входом триггера, выход триггера подключен к входу блока управления проводимостью, третий выход генератора соединен с вторым входом инвертирующего интегратора, а выход первого компаратора - с информационным входом триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. А.Е. Зверев и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., Энергия, 1974, с. 154. 2. Авторское свидетельство СССР № 417823, кл. G 08 С 9/00, 1972 (прототип) .