Трансформаторный цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к преобразованию сигналов приме нительно к системам числового програм много управления, и может быть использовано для связи 1 ифровой вычислительной машины с объектом управления.

Известен трансформаторный цифроаналоговый преобразователь, содержащий пять трансформаторов/ четыре преобразователя .кодов,блок управления и пять коммутаторов Г1.

Однако устройство конструктивно громоздко и сложно, поскольку содержит пять трансформаторов с секционированными обмотками, изготовление, которых технологически затруднено, так как их намотка требует большой точности, при этом количество переключателей секций и отводов вторичных обмоток трансфо1 1аторов (по 10 на каждую достаточно велик о, что сказывается на надежности работы .устройства..

Известен также трансформаторный цифроаналоговый преобразователь, содержащий три секционированных трансформатора, шесть коммутаторов, блок управления и источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с началом вторичной обмотки первого трансформатора, концами первичных обмоток второго и третьего трансформаторов и общей шиной второй выход источника опорного напряжения подключен к концу вторичной ббмоТки первого трансформатора, выход Первого коммутатора

10 соединен с. началом вторичной обмотки второго н началом первичной об:мотки третьеготрансформатора, отводы вторичных обмоток трансформаторов подключены к входам первого,

15 второго и третьего коммутаторов 2 J.

Однако дан«ое устройство также характеризуется сложной конструкцией и низкой надежностью, так как количество трансформаторов с секционированными обмотками, не технологичными в изготовлении (обмотки должны мотаться с винтовой ошибкой на обмотку не болыце чем на половину витка), остается прежним, так-.25 же как и кбли 1ество дополнительного оборудования на подключение секций

.и отводов.

Цель изобретения - упрощение конструкции и поилшение надежности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторном цифроаналоговом преобразователе, содержа щем три секционировс трансформа ра, шесть коммутаторов, блок.управления и источник опорного напряжени .первый выход которого соединен с на (чалом вторичной, обмотки первого трансформатора, концами первичных обмоток второго и третьего трансформаторов и общей шиной, второй выход источника опорного напряжения подключен к концу вторичной обмотки первого трансформатора, выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов, выход первого коммутатора соединен с началом вторичной обмотки второго и началом первичной обмотки третьего трансформаторов, отводы вторичных обмоток трансформаторов подключены к входам первого, второго и тр етьего коммутаторов, первый вход четвертого коммутатора соединен с вторым выходом .источника опорного напряжения, началом первичной обмотки второго трансфоркнтора и выходом третье го коммутатора, второй вход четвертого коммутатора подключен к выходу второго коммутатора,третий вход четвертого коммутатора соединен с началом вторичной обмотки третьего транс форматора, причем первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены соответственно с первыми входами пятого и шестого ко Ф4утаторов, вторые входы которых подключены к об щей шине, выходы пятого и шестого коммутаторов соединены с выходными шинами устройства. На чертеже представлена принципиальная схема трансформаторного цифроаналогового преобразователя. От источника 1 питания -опорное напряжение переменного тока подводит ся к концу обмотки трансформатора 2 средних разрядов, выполненного по автотрансформаторной схеме, к началу первичной обмотки трансформатора .3 младших разрядов, к выходу коммутатору 4 отводов обмотки трансформатора 5 младших разрядов, к началу обмотки трансформатора 2 и к концам первичных обмоток трансформаторов 3 и 5 младших разрядов. Секции обмотки трансформатора 2 средних разрядов через коммутатор б отводов подсоединены к началу первичной обмотки трансформатора 5 младших разрядов и к началу вторичной обмотки трансформатора 3 млад111их разрядов. Промежуточный коммутатор 7 соединен первым ког 1утируемым входом с потенциальной шиной источника, питания, вторым - с выходом коммутатора 8 отв дов вторичной обмотки трансформатора 3 младших разрядов, а третьим с началом вторичной обмотки трансформатора 5 млс1дших разрядов. Два выходных коммутатора 9 и 10 соединены первьми ком 1утируемыми входами соответственно с первым и вторым выходами промежуточного коммутатора 7, а вторыми - с шиной нулевого потенциала источника питания совместно с концами первичных обмоток трансформаторов 3 и 5 и началом первичной обмотки трансформатора 2, при этом к нагрузке подключаются синусные выходы 11 и. 12 коммутатора 9 и косинусные выходы 13 и 14 коммутатора 10. Шина 15 входного кода соединена с блоком 16 управления, у-которого выходные шины 17-20 старших разрядов кода соединены с третьими управляющими входами выходных коммутаторов 10 и 9 Сшины 17 и 18) и с четвертым и пятым управляющими входами промежуточного коммутатора 7 (шины 19 и 20). Иина 21 младших разрядов кода соединена совместно с управляющими входами коммутаторов 8 и 4 от:водов вторичных обмоток трансформаторов 3 и 5, а шина 22 средних разрядов кода - с управл.яющими входом коммутатора б отводов обмотки трансформатора 2. Трансформаторы .3,2 и 5 намотаны с. таким числом витков, что коэффициент К, равен для трансформатора 2 KT tg( , (1) для трансформаторов 3 и 5 р.-%Ь-ю; (3) . jri:%c- o; (4) Ь„с - целые числа от О до 9, младшего разряда, так что трансформаторы 3 и 5 одинаковы по параметрам. Для получения угла поворота ротора датчика или суммарного вектора от .составляющих по синусному и косинусйому каналам, соответствующего заданному входно коду, устройство должно реализовать выражения Uq tg.(. - tg-r (5) и;; 1 -tg)- tgf (6) Выражения (5) и (6) образуются из выражений (3) и (4), если весу аргумента старшего разряда придать значения, только кратные тг)2. / т.е. А-ий.; где VI 1,2,3,... Тогда при этих значениях Bcerj SrtM- t и этом случае, если принять, что ргумент среднего разряда не превышает величины П|4. преобразование можно вести в пределах октанта двухразрядной схемой на трех трансформаторах, отвечающей выраже ниям (5) и (6). В последующих октантах для преобразования в пределах О-ЗбО используется эта же схема, для чего в четных октантах требуется при значениях с помощью промежуточного коммутатора 7 менять местами оси синуса и косинуса, а и нечетных окта:нтах с помощью выходных коммутаторов 9 и 10 - направление осей синуса или косинуса или их обеих. Преобразователь работает следую щим образом. В исходном положении, когда вход ной код отсутствуети заданный угол равен нулю, через дешифраторы от блока 16 управления по шинам 17-22 сигнал-ы нулевого уровня одновременно поступают соответственно на управляющие .входы коммутаторов 10, 9,7,8 и 4,6, причем от обеих шин 18 и 19 - на один коммутатор 7 и от одной шины 21 - на оба коммутатора 8 и, 4. В этом случае шина нулевого потенциала источника 1 питания совместно с началом обмотки трансформатора 2 и концами первичных обмото трансформаторов 3 и 5 и со вторыми входами коммутаторов 9 и 10 подключается коммутаторо м 6 к началам первичной обмотки трансформатора 5 и вторичной обмотки трансформатора 3, а коммутатором 8 - к второму ком тируемому входу коммутатора 7, кото рый подключает ее к первому коммутируемому входу коммутатора 9, а последний - к выходам 11 и 12, и коммутатор 10 - к выходу 13. Потенциаль«ая шина источника 1 питания совместно с -концом обмотки трансфор матора 2 и началом первичной обмотки трансформатора 3 коммутатором 4 подключается к началу вторичной обмотки трансформатора 5 и к третьему коммутируемсжу входу коммутатора 7, который подключает ее к первому ком мутируемому входу коммутатора 10 а последний - к выходу 14.. Таким образом, в исходном положении на синусных выходах 11 и 12 напряжение отсутствует, а на косинусных выходах 13 и 14 оно максимально и равно питающему. Старшим разряд дам кода соответствуют углы 45, 90, 135, 130, 225, 270, 315. При изменении кода от О до N заданное его значение подается по шине 15 в блок 16 управления. В процессе преобразования в пред лах первого октанта, когда требуемые величины угла меньше 45 входно код дешифруется в блоке 16 и поступает в виде управляющих сигналов по шинам 17-20 старших разрядов соответственно на коммутаторы 9,10 и 7, на которые поступают нулевые сигналы. Коммутатором 7 к первому коммутируеьюму входу коммутатора 9 подключается выход коммутатора 9, а к первому коммутируемому входу коммутатора 10 - начало вторичной обмотки трансформатора 5. Коммутатором 9 первый выход коммутатора 7 подключается к выходу 11 коммутатора 9, коммутатором 10 второй выход кот мутатора 7 - к выходу 14 коммутатора 10, а шина нулевого потенциала коммутатора 9 и 10 - к их выходам 12 и 14 соответственно. По шинам младшего 21 и среднего 22 разрядов сигналы поступают на управляющие входы-коммутаторов 8 и 4(первые ) и коммутатора 6 (вторые. При каждом дискретном изменении входного кода ,тopaми 8 и 4 производится поочередное и синхронное подключение одноименных секций вторичных обмоток трансформаторов 3 и 5 младших разрядов по направлению от их Ha4aj i к концам по мере возрастания значений, входного кода, начиная с первой единицы, и после прдключе.ния последней секции при переполнений счетчика в блоке 16 управления младшие разряды кода в этом блоке обнуляют-, ся, появляется единица переноса из младшего разряда з средний, в результате чего коммутатором 6 подключается к его выводу очередная соответствующая секция обмотки трансформатора 2 средних разрядов также в напрайлении от начгша к концу обмотки, начиная с единицы среднего разряда, после чего секции трансформаторов младших разрядов снова начинают переключаться коммутаторами 8 и 4 в направлении от начал обмоток к конца.м. При этом на пряжение на выходах 11 и 12 возрастает, а на выходах 13 и 14 убывает, в первом случае пропорционально синусу, а во. втором - косинусу угла в соответствии с формулами (5) и (6) Таким образом, при выбранном значении веса младших разрядов-4о 0 45 возможно преобразовать 99 десятичных значений входного кода в пределаЗГ 45, при этом максимальный угол равен 44,55°. При этом значении угла последний отвод, ближайший к концу обмотки трансформатора 2,. подключен к выходу кo wyтaтopa 6, а конца вторичных обмоток трансформаторов 3 и 5 подключены каждая к выходам коммутатора а у первого и коммутатора 4 (.у второго). При достижении значения кода, соответствующего 45° младшие и средние разряды не обнуляются, а управля-кяцие сигналы старших разрядов прин мают иные состояния. От шин 19 и 20 блока 16 управления поступают едини ные управляющие сигналы, первый из TOJXJX подключает потенциальную шину источника питания к первым коммутируемым входам: у коммутатора 9 вместо выходакоммутатора 8, у коммутатрра 10 - вместо начала вторичной обмотки трансфор гатора 5, а второй переключает между собой- Мё тами первый и второй выходы коммутатора 7. От шин 17 и 18 сигналы от сутствуют. Таким образом, на синусных 11 1и 12 и косинусных 13 и 14 выходах напряжение одинаково и равно питалрщему. Угол 45 соответствует сотому значению входного кода. В процессе преобразования в пределах второго октанта, когда требуе мые величины угла изменяются в пределаэс от 45 до. 90, управляющие сигналы старших разрядов кода принимают следующие состояния. По шине 19 блока управления сигнал обнуляется и тем самым от перво го коммутируемого входа коммутатора 7 отключается потенциальная шина источника питания, а ко второму итретьему кoмvIyтиpyeмым входам подключаются соответственно выход коммутатора 8 и начало в Ъричной обмот ки трансформатора 5, а по шине 20 сохраняются единичными и тем самым остаются переключенными между собой местами первый и второй выходы коммутатора 7. В этом случае синусные выходы 11 и 12.принимают значение к синусного, а косинусные выходы 13 и 14 - синусного, т.е. меняются оси отсчета составляющих суммарного вектора выходного сигнала преобразователя, по шинам 17 и 18 сигналы отсутствуют . Управляющие сигналы по шинам млад шего 21 и старшего 22 разрядов переключают отводы секций трансформаторов 3,5 и 2 аналогичным, как и в пер вом октанте, образом, но в направлении от концов к началам обмоток, начиная с первой единицы второго октан та, что может быть осуществлено, например, с помощью реверсивного сче чика в блоке 16 управления. В этом случае напряжение на выходах 11 и 12 возрастает, а на выходах 13 и 14 убы вает, в первом случае пропорционально синусу, а во втором - косинусу в силу равенства 51и()со5-(-а.). При достижении значения кода, соответствующего 90°, младшие и сред ние разряды обнуляются, в результате на втором коммутируемом входе ком мутатора 7 напряжение отсутствует.а его третьем входе о.но максимально и равно питающему, и так как выходы коммутатора 7 в -данный момент переключены между собой местами, на синусных выходах 11 и 12 напряжение максимально и .равно питающему, а на косинусных выходах 13 и 14 оно отсутствует. Таким образом, в диапазоне углов 0-90 возможно преобразовать 200 десятичных значений входного кода. 3 процессе преобразования в пределах третьего октанта от 90 до 135°, когда требуемые величины угла меньше 135°, управляющие сигналы старших разрядов кода принимают следующее состояние. По шине 20 сигнал сохраняется единичным/ тем самым остаются пере.ключенными между собой местами и второй выходы коммутатора 7, по шине 17 появляется единичный сигнал, вследствие чего коммутатор 10 подключает свой выход 13 ко второму выходу коммутатора 7, а выход 14 - к шине нулевого потенциала и тем самым изменяет .полярности сигнала на этих выходах. По щинам 18 и 19 сигналы отсутствуют.Управляющие сигналы по шинам 21 и 22 переключают отводы секций трансформаторов аналогично и в том же порядке, как и при преобразовании в первом октанте, т.е. от начал обмоток к концам, начиная с пррвой единицы третьего октанта. При достижении 13 младшие и средние разряды не обнуляются, а управляющие сигналы старших разрядов кода принимают следующее состояние. По шине 19 появляется единиЧный, сигнал, который подключает потен г- :.,,t. циальную шину источника питания к первым коммутируннцим входам: у коммутатора 9 - вместо выхода коимутатора 8, у коммутатора 10 - вместо начала вторичной обмотки трансформатора 5.Поширине 20 сйГйал обнуляется и -тем самым переключает между собой местами первый и второй выходы коммутатора 7, возвращая их в исходное местоположение. От шины 17 сигнал с6: раняется единичным и тем самым остается измененной полярность сигнала на косинусных выходах 13 и 14. От шины 18 сигнал отсутствует. Таким образом на синусных 11 и 12 и косинусных13 и 14 выходам напряжение одинаково и равно питающему, причем на косинусном с обратной полярностью по отношению к синусному. в-процессе преобразования в преелах четвертого октанта от 135 до 18О управляющие сигналы старших разрядов принимают следующее состояние. По шине 19 сигнал обнуляется и тем самым от первого коммутируем го входа коммутатора 7 отключается потенциальная шина источника питания, а ко второму и третьему комлу тируемьпл входам подключается соответственно выход коммутатора 8 и н чало вторичной обмотки трансформат ра 5. От шины 17 сигнал сохраняетс единичный и тем самым остается изм ненной полярность сигнала на косинусных выходах 13 и 14. От шин 18 и 20 сигналы отсутствуют. Управляющие сигналы от шин 21 1и 22 переключаютотводы секций тра форматоров аналогично и в том же порядке/ как и при преобразовании во втором октанте/ т.е. в направлении от концов к начаяамобмоток, начиная с единицы четвертого октанта. При достижении значения кода, соответствугацего 180° младшие и средние разряды обнуляются, в результате на втором комутируемом вхо де коммутатора 7 напряжение отсутствует/ а на его т-ретьем входе оно максимально и равно питающему, и так как выходы коммутатора 7 в данный момент переключены между -.собой местами в соответствии с исходным местоположением,, то на синус ных выходах 11 и 12 напряжение отсутствует, а на косинусных выходах оно максимально и равно питающему, но с обратной полярностью ввиду еди ничного сигнала от шины 17 блока управления. . Таким образом, в диапазоне 0-180 возможно преобразовать 400 десятичных значений входного кода. Дальнейшее преобразование по 5-6-7-8 октантам в диапазоне углов от 180 до 36О происходит аналогично преобразованию в диапазоне 0-180 с той лишь разницей, что в старших разрядах кода от шины 18 блока управления постоянно присутствует единичный управляющий сигнгш посредством которого коммутатором 9 его выход 12 подключен к первому вы ходу коммутатора 7 ,а выход 11 - к ш не нулевого .потенциала и тем самым изменена полярность сигнала на синусных выходах 11 и 12.на всем диапазоне 180-360Г по сравнению с полярностью этого сигнала в диапазоне 0-180. Таким образом, конструкция пред- лагаемого преобразователя значитель но проще конструкции известного. Упрощение конструкции и применение стандартных надежных элементо повышает надеЗсность-устройства в ра боте, а применение устройства, например, в.системе ЧПУ fчислового программного управления) позволит получить высокую дискретность задания перемещения с достаточно малыми значениями. За счет повышения,надежности работы, упрощения техно11огии изготовления, уменьшения вспомогательного .оборудования по предварительным подсчетам годовая технико-экономическая эффективность от внедрения одного устройства в системе программного управления станком составит приблизительно 500-700 руб. Формула изобретения Трансформаторный цифроаналоговый реобразователь, содержащий три секционированных трансформатора, шесть коммутаторов, блок ,управления и источник опорного напряжения, первый выход которого соединен с началом вторичной обмотки первого трансформатора, концами первичных обмоток второго и третьего трансформаторов и общей шиной, второй выход источника опорного напряжения подключен к концу вторичной обмотки первого трансформатора, выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторЪв, выход первого коммутатора- соединен с началом вторичной обмотки второго и началом первичной обмотки третьего трансформаторов, отводы- вторичных обмоток трансформаторов подключены к .входам первого, второго и третьего коммутаторов, о т л и ч а ю.щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, первый вход, четвертого коммутатора соединей с вторым выходом источника опорного напряжения/ началом первичной обмотки второго трансформатора и выходом третьего коммутатора, второй вход четвертого коммутатора подключен к выходу второго коммутатора, тре-. 1тий вход четвертого коммутатора соединен с началом вторичной обмотки треть.его трансформатора, причем первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены соответственно с Первыми входами пятого и шестого коммутаторов, вторые входы которых подключены к общей ишне, выходы пятого и шестого коммутаторов соединены с .выходными шинами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1: США 3662379, КЛ. J40-347, кл. Н 03 К 13/02, 29.12.,69. 2. Киселев В.М. Фазовые систеил программного управления станками, М., Машиностроение, 1976, с. 257 рис. 146 (прототип).

Г6 jL.2 fIf

2/