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

(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД . Изобретение относится к автоматике , вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для построения преобразователей типа угол-код во входных устройствах специализированных ЦВМ, контрольно-проверочной аппаратуре. Известен способ преобразования Основанный на преобразовании сигналов синусно-косинусного датчика (СКД), пропорциональных синусу и ко синусу угла/ в код тангенса угла и дальнейшее преобразование в кол угла с помощью генератора функции арк тангенс 11 . Недостатком этого способа является сложность его реализации для п лучения высокой точности. Известен способ преобразбвания, основанный на преобразовании выходных синусного и косинусного напряжений датчика угла поворота, формировании из них двух старших разрядов кода и определении квадранта Далее процесс преобразования осущес вляют интеративно, причем на первой итерации алгебраически суммйрУют син ное и косинусное выходные напряжения чика угла поворота,сравнивают знак фазы результирующего напряжения со знакЬм фазы синусного напряжения и по результату сравнения форлвдруют третий разряд кода, четвертый и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного и результирующих напряжений, соот,ЗбО ветствующцх углам поворота чк t где п - номер формируемого разряда и образованных путем суммирования двух напряжений, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предьщущей итерации и взятое с соответствующим коэффициёнтом, а другим - одно из суммируемих напряжений предыдущей итерации С 23- Недостатками данного способа являются низкая точность и сложность его реешизации. Наиболее близким к предлагае1уюму является способ преобразования угла поворота вала в код путем заполнения тактовой частотсэй временного . интервала, начало которого совпадает с началом генерации двухфазных гармонических колебаний, начальные условия KOTOjaJX получены путем интегрирования выходных напряжений .СВД, и период которых определяется величиной постоянных времени интеграторов. Конец временного интервала совпадает с ближайшим моментом пере хода через нуль напряжения одного из интеграторов. Устройство, реализ ющее такой способ преобразования, работает в 3,такта. На первом такте интегрируются напряжения с выходов СКД. В результате на выходах интеграторов накапливаются напряже™ UoriSi lc i , J , VI/ UortCOg -fc где и (о) и V (о) - напряжения на вы ходах интегратор в момент окончан первого такта,v с - угол поворота СК и„-%1ио1 MUontos - амплитуда напряж ° НИИ на выходах С . . и постоянные време интеграторов j t - время первого та На втором такте два интегратора и инвертор образуют замкнутую петлю - осциллятор. Действие осциллято ра описывается дифференциальным уравнением . i/ где коэффициент передачи инвер тора. выходные сигнал двух интеграторо представляют собой решения этого дифференциального уравнения. При - 1 и Т т получают -Sin/tffe-//,{4) .u,,a)--- H cos/шt- f, (5) и . Н - круговая частота ТгТг Т гармонических колебаний; iprof-ct g-- U-ci начальная фаза гармонических колебаний. Время от начсша осциллирования и до ближайшего перехода через нуль выходного напряжения 1олн6го. из интеграторов 1 равно t - 1:1oL U) Ct После заполнения тактовой частотой временного интервала получают код А . угла oL v -|На третьем такте происходит обну ление интеграторов 3. Недостатки этого способа видны из анализа формулы (7): во-первы результирующий код зависит как от тактовой частоты f, так и от частоты гармонических колебаний (U , сищей в свою очередь от постояншлх времени интеграторов, и, следовательно, изменения частоты и постоянных времени интеграторов при изменении температуры окружающей среды создают существенную погрешность преобразования ; во-вторых, для получения кода А, соответствующего углу, ; :руговая частота w должна иметь точлое определенное значение, а именно: --.о где А fjo - величина кода, соответствующего 90, в количестве импульсов счета. Следовательно, существует погрешность, вызванная несоответствием реального периода гармонических колебаний и расчетного, получаемая уже в нормальных условиях при настройке преобразователя, построенного по этому способу. Цель изобретения - увеличение точности преобразования путем получения кода угла, не зависящего от так-товой частоты и частоты двухфазных гармонических колебаний. , Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразования угла поворота вала в код, основанному на интегрировании напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота вала преобразований проинтегрированных напряжений в двухфазный гармонический сигнал, определении первого интервала времени между началом формирования гармонического сигнала и моментом перехода его через нуль, формировании кода угла путем умножения первого интервала времени на круговую -частоту гармонического сигнала, круговую частоту гармонического сигнала определяют путем формирования второго интервала времени между первым и вторым .переходом гармонического сигнала через нуль и деления длительность второго интервала времени. На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа. Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1, интеграторы 2 и 3, инвертор 4, компараторы 5 и 6, блок 7 синхронизации, предназначенный дпя управления работой преобразователя по тактам, вычислительный блок 8, предназначенный для выполнения операций деления временных интервалов и умножения.на код, ключи 9-12. Преобразователь работает в 4 такта. На первом такте замыкаются ключи 9 и 11, и происходит интегрирование выходных напряжений СКД 1, пропорциональных синусу и косинусу угла На втором такте ключи 9 и 11 размыкаются, ключи 10 и 12 замыкаются, и начинается генерация двухфазных гармонических-колебаний. Длительность второго такта - до первого перехода через нуль выходного напряжения одного из интеграторов. Дли тельность этого временного интервала t, исходя из выражений С1)-Сб/, равнаc /U;. Интервал запоминается в вычислительном блоке 8 либо в виде кода, полученного от заполнения импульсами счета интервала t, либо в виде напряжения 13, полученного в результате интегрирования положительного напряжения за время t,.. На третьем такте генерация двухфазных гармонических колебаний продолжается до второго перехода через нуль выход ного напряжения одного из интеграто:ров 2 или 3, т,е- длительность треть го такта соответствует 1/4 периода двухфазных гармонических колебаний. Следовательно, длительность третьего такта t равна t - Р (9 Of- (Л) Интервал -ц, запоминается в вычислительном блоке 8 также либо в виде кода аналогично интервалуt либо в виде напряжения , полученного в результате интегрирования отрицательного напряжения за время t, На четвёртом такте размыкаются ключи 10 и 12, и происходит обнуление интеграторов 2 и 3. Одновременно в вычислительном блоке 8 происходит деление интервала t/ на интервал и умножение rta код, соответствующий 90, либо выполнение этих операций с кодами интервалов t и tjjy, либо 1eтoдoм двухтактного интегрирования где на первом такте интегрируется 4j(, втором - Uy,, длительность первого такта соответствует коду 90 . В результате четвертого такта в вычислительном блоке 8 получают код AjjL угла с/, не зависящий от круговой частоты гармонических колебаний (V и от частоты импульсов счета А s{-.A ,(10 t о код, соответствующий 90 . Предлагаемый способ позволяет избавиться как от погрешно.сти, вызванной изменением величины постоянных времени интеграторов; которая определяет период гармонических колебаний, при изменеиии температуры окружающей среды, так и от погрешности, вызванной несоответствием реального периода гармонических колебаний и расчетного, т.е. отпадает необходимость в точной выставке определенной величины периода гармонических колебаний, а следовательно, и величины постоянных времени интеграторов при настройке преобразователей, построенных по предлагаемому способу. Формула изобретения Способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на интегрировании напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота вала преобразований проинтегрированных напряжений в двухфазный гармонический сигнал, определении первого интервала времени между началом формирования гармонического сигнала и моментом перехода его через нуль, формировании угла путем умножения первого интервала времени на круговую частоту гармонического сигна.ла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности пре-. образования, круговую частоту гармонического сигнапа определяют путем формирования второго интервсша времени между первым и вторым переходом гармонического сигнала через нуль и. .делением углаГС|2 на длительность второго интервала времени. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Hermann Schmid. An Efectronsc Design ргасЪлcaf guide forsynchro-tp-. d-igitaP converters EEectron-ic DesVgn 18, 1970, r 8, p. 76-79. 2.Авторское свидетельство СССР № 52.5986, кл. G 08 С 9/04, 1974. 3.Hermann Schmid, An Efectroniс Design pract-icaif guide for synchr.o--- to-digitae converters EEectrontc Design 18, 1970, № 9, p. 75-77 (про-, тотип).