Преобразователь угловых перемещений в код

/00 ОСУДАРСТВЕИНЫЙ НО ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ЕТ СССРИОТНРЫТИИ ТЕН ОБР ПИФеъ4 КА.А. Латало8.8) ство СС1978. кое свидет 6 08 С 9/О МУ СВИДЕТЕЛЬСТ 2. Авторское свидетельство СС У 926703, кл. 0 08 С 9/04, 1982(54)(57) 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЦЕНИЙ В КОД, содержащий блок питания, один выход которого соединен с входом синусно-косинусного датчика, первый выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй выход синусно-косинусного датчика соединен с первым входом второго умно- жителя, и вычитатель, выход которого соединен с входом первого интегратора и первым входом преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора, который также соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с третьим входом преобразователя напряжения в частоту, два выхода которого соединены с двумя входами реверсивного счетчика, одна группа выходов которого через первыйФункциональный преобразователь подклю-, ,чена к управляющим входам первого умножителя, а вторая группа вйходов реверсивного счетчика через второй функциональный преобразователь подклю 3цена к управляющим входам второго умножителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения преобразователя в него введены два переключателя и дешифратор, четыре входа которого подключены к прямым и инверсным выходам двух старших разрядов реверсивного счетчика, а пятый вход соединен с вторым выходом блока питания датчика, первый и второй, третий и четвертый выходы дешифратора подключены соответственно к управляющим входам первого и Ь второго переключателей, первый и вто- Е рой выходы которых подключены к соот- фф ветствующим суммирующим входам вычитателя, входы переключателей соеди- С нены с соответствующими выходами первого и второго умножителей.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения преобразователя, умно- житель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, группа цифровых входов которого является управляющими входами умножителя, а аналоговый вход соединен с выходом инвертирую 4 его масштабного усилителя, вход 4 которого является аналоговым входом умножителя, выход управляемого делителя напряжения через рвзистивный делитель подключен к неинвертиру" ющему входу ласштабного усилителя и является выходом умножителя.103562 Корректор А. Тя исно Заказ 5137/53ВНИИПИ 113035Филиал П роектн ЗН 38 Ок О Составитель М. СидороРедакто Л. Веселовская Техоед А.Бабинец Тираж 618,Государственного комитета СС делам изобретений и открытий Москва ЖРаущская наб. "Патент", г, Ужгород, ул. П1 10356Изобретение относится к областиавтоматики и измерительной техникии может быть использовано в цифровыхсистемах автоматического управления,в частности в линейных и круговых измерительных преобразователях перемещения исполнительных органов станковс числовым программным управлениемИПу.Известен преобразователь угловых 1 Оперемещений в код, содержащий генератор опорного напряжения, выход которого подключен к индукционному синусно-косинусному датчику угла и к одному из входов аналогового умножителя,к другому входу которого подключенвыход суммирующего операционного усилителя, выход аналогового умножителячерез Фильтр низких частот соединенс входами управляемого генераторачастоть 1 и дискриминатора направлениясчета, выходы которых подклочены к соответствующим входам реверсивногосчетчика, выходы рэзрядоо реверсивного счетчика соединены с соответствующими разрядами Функциональных цифро"аналоговых преобразователей, выходыкоторых соединены с инвертирующимивходами операционных усилителей, прямые входы операционных усилителей со"30единены с соответствующими выходамисинусно-косинусного датчика, выходыоперационных усилителей подключены ксоответстоующим входам функциональных цифроаналоговых преобразователей и суммирующего операционного уси лителя 1 11,Недостатком такого преобразователя является ограниченная область применения, так как он работает толькос индукционным синусно-косинусным дат 40чиком,Известен также преобразователь уг, ловых перемещений в код, содержащийсинусно-косинусный датчик угла, первый и второй входы которого соединены ., 45с аналоговыми оходами первого и второго умножителей, выходы которых подключены к вычитателю, выход вычитателя через первый и второй интеграторыподключены к первому входу преобразова теля напряжения в частоту, второйвход которого соединен с выходом первого интегратора, третий вход соединен с выходом вычитателя, а два выхода соединены с двумя входами реверсив- в 5 ного счетчика, одна группа выходов которого через первый функциональный преобразователь подключена к управля 27 2ющим входам первого умножителя, авторая группа выходов через второйфункциональный преобразователь - к управляющим входам второго умножителяг 23.Такои преобразователь не имеет динамической погрешности в режиме по"стоянной скорости и в режиме постоянного ускорения, относительно прости имеет достаточно высокую надежность,Однако он имеет ограниченную область применения,Целью изобретения является расширение области применения и упрощениепреобразователя.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угловых перемещений о код, содержащй блок питания, один выход которого соединен свходом синусно-косинусного датчика,первый выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй выход синусно-косинусного датчи"ка соединен с первым входом второгоумножителя, и оычитатель, выход которого соединен с входом первого интегратора и первым входом преобразователя напряжения в частоту, второйвход которого соединен с выходом первого интегратора, который также соединен с входом второго интегратора,выход которого соединен с третьим входом преобразователя напряжения в частоту, два выхода которого соединеныс двумя входами реверсивного счетчика, одна группа выходов которого через первый Функциональный преобразователь подклочена к управляющим входам первого умножителя, а втораягруппа выходов реверсивного очетчикачерез второй Функциональный преобразователь подключена к управляющимвходам второго умножителя, введеныдоа переключателя и дешифратор, четыре входа которого подклочены к прямым и инверсным выходам двух старшихразрядоо реверсивного счетчика, а пятый вход соединен с вторым выходомблока питания датчика, первый и второй, третий и четвертый выходы дешифратора подклочены соответственно куправляющим входампервого и второго переключателей, первый и второйвыходы которых подключены к соответствующим суммирующим входам вычитаееля, входы переключателей соединены с соответствующими выходами первого и второго умножителей.3 103Умножитель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, груп па цифровых входов которого является управляющими входами умножителя, а аналоговый вход соединен с выходом инвертирующего масштабного усилителя, вход которого является аналоговым входом умножителя, выход управляемого делителя напряжения через.резистивный делитель подключен к неинвер О тирующему входу масштабного усилителя и является выходом умножителя.На Фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя угловых перемещений в код; на Фиг. 2 - принципиальные схемы умножителя и Функционального преобразователя; на Фиг. 3 - диаграммы работы преобразователя угловых перемещений в код.Преобразователь угловых перемещений в код содержит синусно-косинусный датчик .1 фотоэлектрического или индукционного типа), выходы которого соединены с входами двух квадрантных умножителей 2 и 3, последова тельно соединенные вычитатель 4, интеграторы 5 и 6, биполярный преобразователь 7 напряжения в частоту, два других входа которого подключены к выходам интегратора 5 и вычитателя 4, зо а два выхода соединень 1 с входами реверсивного счетчика 8, выходы которого через функциональные преобразователи 9 и 10 подключены соответственно к управляющим входам умножителей 2 и З,выходы которых через переключате- З 5 ли 11 и 12 подключены к четырем входам вычитателя 4, управление переключателями 11 и 12 выполняется дешифратором 13, декодирующим сигналы двух старших разрядов счетчика 8 и опорно" 40 го сигнала, сформированного из напряжения блока 14 питания датчика,Умножитель 2 ( 3)(фиг. 2) выполнен45 в виде управляемого делителя 15 напряжения, управляющие входы которого является управляющими входами умно-жителя 23), а аналоговыйвход соединен с выходом инвертирующего масштабного усилителя 16, вход которого является аналоговым входом умножителя 2 ( 3 ), выход управляемого делителя 15 напряжения через .резистивный делйтель 17 подключен к неинвертирующему входу масштабного усилителя 16 и является выходом умножителя 2 (3).Управляемый делитель 15 напряения может быть выполнен на базе уп 5 б 27 4равляемого делителя 18 тока и масштабного усилителя 19 (Фиг. 21. Управля"емый делитель тока 18 выполнен в видерезистивной матрицы типа К - 2 К, управляемой ключами 20, блок 2(3) включаетв себя сопротивления 21-26.функциональный преобразователь 910) выполнен на логических элементах ИСКЛОЧЙОЩЕЕ ИЛИ 27.Преобразователь работает следую-,щим образом.Синусно-косинусный датчик 1 1 фотоэлектрического или индукционного типа) Формирует на первом и втором вы"ходах сигналы У, и / соответственно,являещиеся функцией углового положения оси ротора датчика 1:Ц = К О51 пр 9Кдця с 05 р 8где К - коэфФициент передачи датчика 1;О - напряжение питания, Формиру"емое блоком 14 питания датчика:М0, - для ФотоэлектрическогоИ датчика,Ом"пф-для индукционнОго датчика;О - максимальное значение напряМжения питания датчика 1;К - угловая частота напряженияпитания датчика 1;Р - коэффициент электрическойредукции датчика 1,Если в качестве синусно-косинусного датчика 1 применяется датчик фо-.тоэлектрического типа, то в функциисинуса и косинуса от угла поворота6 оси датчика 1 изменяются уровни. напряжений постоянного тока, а еслиприивняется датчик индукционного типарезольвер или индуктосин), тов той же Функции изменяется амплиту"да переменного напряжения, имеющегочастоту Ф .Выходные сигналы 04 и О синуснокосинусного датчика 1 поступают нааналоговые входы первого 2 и второго 3 умножителей соответственно,Умножители 2 и 3 реализуют Функциидвухквадрантного умножения входныхсигналов О 1 и Она нелинейные рациональные Функции квазисинуса и квазиКОСИНУСаДвухкоадрантные умножители 2 и .3работает при биполярномзнакопеременнои ) сигнале на аналоговом входеи однополярном цифровом коде на уп"равляющих входах.3 1035 б 27Для того, чтобы при использовании двухквадрантного умножителя обеспечить работу в четырех квадрантах и, реализовать вычисление Функции в виде5 Умножитель 3 Номер квад- ранта Умножитель 2 Знак функции Знак Функжи соз рВ (И ) я 1 п р Г (Ив) 1 при О )ОаО0 при О с 0 МИ (РВ - Ф) = МИРО Е (й ) -СОВР 8 Ф (йс Ь где ф - угловой эквивалент цифрового кода ( полного) ревер"сивного счетчика; Таким образом, требования, предьявляемые к Функциям 1 ( И 8 ) и Х(.11 с) ограничивает диапазон углов, в которых могут работать Функциональные преобразователи 9 и 10 (только положительные значения кодов И, и И.35 ца.Отрицательные значения ФунцийГ(И) и Г(И,)реализуются с помощьюпереключателей 11 и 12, управляемыхот дешифратора 13. Переключатели 11 4 Ои 12 коммутируют выходные сигналыумножителей 2 и 3:И = К А О з 1 пр 9 5(ИВ)И 4, = КИсозр 9 Г(Й)на цетыре входа выцитателя Й. 45 Выцитатель ч выполнен по дифференциальной схеме с суммирующими входами и частотно-зависимым коэффициентом передачи и может быть реализован, например, на двух последовательно со 50 единенных инвертирующих усилителях с суммирующими входами. Конденсатор, введенный в цепь обратной связи инвертирующего усилителя, придает ему свойства апериодицеского звена 1-го порядка и делает коэффициент передачи вычитателя 1 частотно-зависимым. Зависимость коэффициента передаци выциИ - выходной код первого Функци 6онального преобразователя 9Фиг. 1);, Я - выходной код второго функциоСнального преобразователя 10(,Фиг, 1),1необходимо изменять знаки коэффициентов передачи К и К выцитателяО . 3 Фсогласно табл, .1,Т а б л и ц а тателяот частоты позволяет исполь" зовать его для Фильтрации пульсаций напряжения ошибки слежения сформированного после демодуляции несущей и отказаться по сравнению с аналогом от применения специального фильтра.Управлвние переключателями 11 и 12 осуществляется. посредством дешифратора 13, на цетыре входа которогопоступают инверсные а и а 1, и прямые а и а 5 логические сигналы с выходов двух старших разрядов реверсивного сцетцика 8 (Фиг. 1), На пятый вход дешифратора 13 подается логический сигнал а , Формируемый из напряжения питания датцика 1 согласно выраже- нию Пешифратор 13 Формирует две пары логических сигналов,Первая пара логических сигналов Д и с 1 обеспечивает с помощью переключателя 11 коммутацию выхода умножителл 2 на первые входы выцитателя .Вторая пара логических сигналов Д и Ц обеспечивает с помощью пере7 1035627 8клечателя 12 коммутацию выхода умно- Табл. 2 иллюстрирует Формированиежителя 3 на вторые входы вычитателя 4. логических Функций по квадрантам.1Таблица 2 Код квадранта Коэффициент передачи вычитателя Знак Функции Логическаяфункция П Номер квад- ранта ып р 6 соз р 9с(и ) (ц ) 8 й ЬэК а а ан а = 1 ои О1 О а = 0 ви+1 а = 1 ои 2 0 а = 0 ои а 3 1 0 а=О аои=Бычитатель 4 Формирует напряжение ошибки слежения 005=д 0 Д Маро%(йв)-со 5 ре% 04 сЯ Номер квадрантаопределяется различными сочетаниями логических значе- -О ний старших разрядов а н и аК ревер- сивного счетчика 8, Знаки функций з 1 п р 8 и соз рВ, 1(И) и 5(йс) определяется номером квадранта: функции з 1 п р Яи Г(МВ) положительны в 1- и 35 2-м квадрантах, Функции соь р Ри 1(М ) положительны в 1- и 4-м квадрантах.При работе с синусно-косинусным датчиком Фотоэлектрического типа напряжение Ои блока 14 питания датчика 40 имеет одну полярность. При этом ао, постоянно и равно 1. Коммутация блоков в каждом квадранте неизменна и выполняется согласно табл. 2 при аоп в в КоэФФициенты передачи вычитателя К 45 и Кз зависят от номера квадранта, вида Функции и принимает значения +1 или -1. При работе с синусно-косинусным датчиком индукционного типа ( резоль О веры и индуктосины) напряжение О, блока 14 питания датчика биполярно. При этом а принимает в зависимости от полярности полуволны синусоидального напряжения Оп значения "Т" или 55 "0". Коммутация блоков в каЖдом квадранте выполняется синхронно с измене" нием значения Оов(изменением поляр 1ности напряжения питания датчика 1), КоэфФициенты передачи К 2 и К зависят как от номера квадранта и вида Функции, так и от логического значения опТакое изменение знака коэффици" ентов передачи К и Квычитателя 4, синхронное с изменением знака полу" волны синусоидального напряжения питания датчика 1, позволяет дополнительно с помощью переключателей 11 и 12, дешифратора 13 и вычитателя 4 реализовать Функции демодулятора напряжения ошибки слежения.Предлагаемое техническое решение позволяет по сравнению с аналогом отказаться от применения специального демодулятора при раьоте е индукционными датчиками. Это обстоятельство позволяет униФицировать структуру преобразователя угловых перемещений в код вне зависимости от вида применяемого синусно.-косинус- ного датчика ( Фотоэлектрического или индукционного).5 11 10356в соответствующем масштабе вычитаетсяиз входного 0 согласно выражению Ю Н Ь "щЬИХвХ Р, ЮЬ 1 Х ЙЪМ КЯ (5 илиЧ 21 ЬС 1 " ЭЭВцХ ЭЕХщ+Е(сЭР+1 1 2 кПосле введения обозначений У РВЯ+В 2 Э тр,2. Р Ки Н. й 4 Э+ ЬСсЭИетодическая ошибка преобразования, обусловленная использованием ку сочно-нелинейных Функций(Й) и 1(йс) для Формирования сигнала ошибки слежения невелика. При оптимальном выборе коэффициентов А и В, например с помощью метода Гаусса-Зайделя, относительнаяпогрешность преобразования при идеальных входных сигналах не превышает 1 000923 от полюсного деления датчика 30 27 12Преобразователь угловых перемещений в код практически не цувствителен к частоте напряжения питания дат"чика 1 и устойчив к возмущениям,Интеграторы, введенные в структуру преобразователя, обеспечиваютастатизм системы, определяемый 3-мпорядком.В режиме постоянной скорости измеряемого перемещения напряжение навыходе второго интегратора 6 устанавливаетсл,таким, что напряжение на вы"ходе оычитателя 1 и выходе первогоинтегратора 5 становится равным нулю. Динамическая погрешность преобразования в этом случае отсутствует.В режиме постоянного ускорения ди".намическая ошибка преобразования так"же равна нулю. В этом режиме послеокончания переходного процесса напряжение на выходе интегратора 5 устанавливается постоянным, а напряжениена выходе интегратора 6 линейно возрастает, Содержимое реверсивногосчетчика 8, выполняющего функцию циф". рового интегратора, изменяет значения кодов Йв и М таким образом, чтонапряжение О на выходе выцитателя 1,пропорциональное ошибке слежения,устанавливается равным нулю, 1035627