Преобразователь угла поворота вала в код

(59 4 Н 03 М 1/64 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц .Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРУ 742999, кл. С 08 С 9/04, 1978,Авторское свидетельство СССРИф 1050410, кл. С 08 С 9/64, 1982,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено всистемах позицирования и регулирования скорости. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в преобразовательугла поворота вала в код, содержащийдатчик положения, два демодулятора,два преобразователя напряжения в код,введены два формирователя напряжения,,матричный дешифратор, блок определения знака угла, два дешифратора, дваэлемента И-ИЛИ, Поставленная цель достигается за счет кодирования выходных кодов преобразователей напряжения в код с учетомвозможных разбросов напряжений на выходах датчикаположения, 6 ил 2 табл.(Ри Фи. 5 Составител Техред Ю.К Редактор А,Реви каз 7133/58 полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная изводстве г, тп и гд Ъ т Тираж 816 ВНИИПИ Государств по делам изобр13035, Москва, ЖСидоренко Корректор Л.Обруча Подписноенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб д,4/5Изобретение относится к электротехнике сигналов и может быть использовано в системах позиционированияи регулирования скорости,Цель изобретения - повышение точности преобразователя,На фиг,1 изображена схема преобразователя угла поворота вала в код;на фиг,2 - схемы демодуляторов, формирователей напряжения блоков, определения квадранта и знака угла; нафиг. 3 - диаграммы изменения выходныхнапряжений демодуляторов (а) и угла(б); на фиг,4 - зависимость вычисленного угла от угла поворота вала; нафиг.5 - диаграммы на выходе блокаопределения квадранта угла (а) икруговая диаграмма (б); на фиг,6диаграммы сигналов на выходе схемыопределения знака угла.Преобразователь углаповорота валав код содержит датчик 1 положения свыходными обмотками 2 и 3, демодуляторы 4 и 5; формирователи 6 и 7 напряжения, блок 8 определения знакаугла, блок 9 функционального преобразования, который выполнен в видеблока 10 определения квадранта, преобразователей 1 и 12 напряжения вкод (ПНК), дешифраторов 13 и 14, матричный дешифратор 15, шину 16 данных.Матричный дешифратор 15 состоитиз ячеек 17 с элементом И-ИЛИ входами 18,19, вертикальными и горизонтальными, ячейка имеет входы 20,элементы И-ИЛИ 21,22.Понятия горизонтальности и вертикальности являются условными и соот. ветствуют чертежу на фиг.1,Блок 10 определения квадрантасодержит инверторы 23 и 24, формирователи 25 - 28 напряжения, элементы И 29 - 31.и элементы ИЛИ 32 и 33,Блок 8 определения знака угласодержит инвертор 34, формирователи35 и 36 импульсов, элементы И 37и 38 и триггер 39.Преобразователь угла поворота валав код работает следующим, образом.На выходных обмотках 2 и 3 датчик1 положения формируются два переменных напряжения, огибающая которыхпропорциональна синусу и косинусуугла Ч = Ы 1 поворота, Демодулированные напряжения (фиг,За) несут исходную информацию об угле поворота ипоступают на входы преобразователей(ПНК) 11 и 12 и формирователей 6 и 7. Выходные коды ПНК 11 и 12 изменяютсяпри увеличении или уменьшении ихвходных сигналов на опеределеннуюступеньку, в результате чего кривые5ина фиг, За апроксимируютсяступенчатыми зависимостями Б и Игде- значение кода, соответствующее текущему значению входного напряжения ПНК 11 и 12, Число ступеней,0на которое разбивается амплитуда .зависит от требуемой точности апроксимации (например, на фиг,За - 27ступенек) и диапазона разброса амплитуды У . Очевидно, что в реальныхустройствах амплитуда напряжений 1,и У не может быть абсолютно стабиль 2ной и кривые при эксплуатации устройства могут находиться в некоторыхграницах 1 и 1 , 1 и Ц соответственно,Сигнал угла поворота вала определяется как аргумент вектораЧ - агсСК П В25Однако в данном случае вычисленийпо формуле (1) не производят , аопределение угла Ч осуществляютс помощью матричного дешифратора 15(фиг,1). Как видно из формулы (1)каждой паре значений Ц исоотДветствует определенное значение Ч ,поэтому в ячейках матрицы записанызначения кода угла Ч ,соответствующиеразличным парам значений У и 1, вь 13 численные по формуле (1) для значенийУ и 1, соответствующих одному и.:тому же моменту времени, Данный алгоритм работы преобразователя осуществляется следующим образом. Коды с выходов ПКН 11 и 12 поступают на вхо.ды дешифраторов 13 и 14, Каждомузначению кода на входе дешифраторасоответствует сигнал на одном из еговыходов,Выходные сигналы дешифраторов 13и 14 поступают соответственно навертикальные 18 и горизонтальные 19входы матричного дешифратора 15 иее ячеек 17, так как на входе каждой ячейки 17 стоит элемент совпадения, то данная ячейка 17 возбуждается в том случае, если на ее горизонтальный 19 и вертикальный 18входы одновременно подается сигналлогической "1". Коды, записанные вкаждой ячейке 17 заранее программируются в соответствии с табл,1, влевом вертикальном столбце которой3 12807указаны значения ступенчатой кривойИ, апроксимирующей напряжение 11,а в верхнем горизонтальном ряду приведены значения апроксимирующей кривой И . Эти значения И и И формируются на выходах ПНК 12 и 11 соответственно, Как указывалось выше,каждому коду ПНК 11 и 12 соответствует возбуждение одного из выходовдешифраторов 13 и 14, следовательно, 10значения И и И , указанные в табл,1,годновременно обозначают номера возбужденных выходов дешифраторов 14 и13 соответственно. В клетках табл,1приведены значения угла в градусах, 15.вычисленные по формуле (1), по значениям И и И для данного моментавремени, Эти значения угла запрограммированы в ячейках 17 в двоичномкоде, который выдается на выходную 20шину 16,Как указывалось выше, в реальномустройстве амплитуды кривых 11 инаходятся в некотором диапазоне.Поэтому в любой момент времени каждому значению Ц, (или И ) может соответствовать .ряд значений Ог (или И )(фиг.За). Это отражено в табл. 1,Например, значение И = 1, котороесуществует на некотором отрезке времени, может соответствовать ряд иэшести значений И , равных 27,26,25,2423,22, Следовательно, по формуле Ч =агс 1 д И /И будет вычислено шестьзначений угла Ч равных 2,1; 2,2; 352,3; 2,4; 2,5; 2,6 град, Эти значения угла записаны в ячейки 17 в видекода. Следовательно, реальный угол,поворота определяется с погрешностью,зависящей от возможного разброса 40амплитуд кривых 11 и О и отклоненияих формы от синусоиды. Количествозначений И, соответствующих одномузначению И зависит от разброса ам 1плитуд сигналов О и ц , На фиг.За 45этот разброс достигает 207. от амплитуды Ц, поэтому при выбранномуровне квантования потребовалосьшесть значений У для одного значения Ц . В реальных, устройствах стабильность напряжения Ци О значительно выше, поэтому количество совпадающих значений И и И по горизонтаглям и вертикалям табл,1 значительноменьше, В соответствии с табл.1 на 55вертикальные входы верхнего рядаячеек 17 поступает сигнал с первоговыхода дешифратора 14, выходные сиг 01 4налы которого отображают сигнал И,На горизонтальные входы ячеек 17 зтого ряда матричного дешифратора 15поступают сигналы с выходов дешифратора 13, отображающие сигнал И.На горизонтальные входы ячеек 17 первого (слева) столбца ячеек 17 поступаетсигнал 13 с выхода дешифратора И, ана вертикальные входы ячеек 17 поступают сигналы с выходов дешифратора14,Входы остальных ячеек 17 соединены с выходами дешифраторов 13 и 14в соответствии с табл.). Зависимостьугла,Ч , вычисленного по формуле Ч =агс 1 д У /У , где У = Б, эпи 1 и= О соз М 1, от реального углаы поворота вала представляет собойпрямую А (фиг,4), Так как в предлагаемом преобразователе осуществляетсяквантование напряжений О и О, а вячейках 17 закодированы дискретныезначения угла Ч , то на выходную шину16 выдаются дискретные значения угла в виде кода, поступающего с выходов ячеек 17. Поэтому зависимостьЧ(ы 1) представляет собой ступенчатуюкривую В (фиг,6).Формула (1) однозначно определяетугол Ч лишь в диапазоне от 0 до 90,одля определения угла в пределах 360следует пользоваться выражением Ч = агсд Ц/П, + Ч, (2)где Ч= 0, 90, 180 О, 270 - начальный угол -го квадранта,1-4,Формирование сигналов Ю ; осуще"ствляется блоком 1 О определения квадранта, С выходов блока 10 в шину 16поступают две линии связи, по которым предлагается код начального углаЧ; в соответствии с табл,2 в двоичной системе в виде двух разрядов.Блок 10 определения квадрантов работает следующим образом. Выходныесигналы формирователей 6 и 7 поступают на входы инверторов 25, 27(фиг,2), выходные сигналы которыхинвертируются инверторами 26, 28, врезультате чего формируются четыресигнала Т , Т , Т в и Т (фиг.5),гтрк Лфнесущие исходную информацию о квадранте угла. Сигналы Т и Т 27 соответствуют напряжениям 11 иО (фиг.За).Элементы И 29 - 31 формируют импульсы Т э = Т 25 ТгвТ = Т ТгрТз 1 = Т Тг, которые суммируются80701 6жающая точка на фиг,56 последовательно проходит 3,2 и 1-й квадранты по часовой стрелке и возвращается н исходное положение Ч = 0 в момент времени 1 . Дальнейшее движение вала совершается в области отрицательных .,5 12элементами ИЛИ 32 и 33. Их выходныесигналы Тзг и Т инвертируются инверторами 34,35, после чего четыресигнала Т , Т , Т= Т , Т ф Тзпоступают на выходы элемейтов И-ИЛИ21 и 22 (фиг,1), На входы элементовИ-ИЛИ 21 и 22 поступают сигналы Т9с выходов блока 8 определения знакаугла. При положительных значенияхугла сигнал ньдается с прямого, а приотрицательных - с инверсного выходовблока 8, За нулевое значение углапринято то, которое показано нафиг,За и характеризуется соотношениями: 13 = О, 13 = +13гЕсли сигнал выдается с прямого выхода блока 8,то на выходы элементов И-ИЛИ21 и 22 проходят сигналы с прямыхвыходов блока 10, если же сигнал выдается с инверсного выхода блока 8,то на выходы элементов И-ИЛИ 21 и22 проходят сигналы е инверсных выдов блока 10, т,е, при положительномзнаке угла с выходов элемента И-ИЛИ21 и 22 снимается прямой, а прифотрицательном знаке угла обратный код.Это необходимо для обеспечения правильных значений начальных угловквадрантов при положительных и отрицательных углах, На фиг,5 а показанысигналы Т и Т , значения кода исоответствующие им квадранты 1 - 4для двух направлений вращения вала:условно положительного (протин часовой стрелки) и отрицательного (почасовой стрелке), Реверс вращениявала происходит в момент времени +4На фиг,5 направление вращения указано стрелками, а также показаны кодыкнадрантов, их начальные углы и обозначения квадрантов, причем, для положительного вращения квадранты имеют обозначения +1, +2, +3, +4, адля отрицательного - (-1), (-2),(-3), (-4). Пусть вал вращается нположительном направлении, начиная снулевого значения угла. В первом кнаодраите Чо, = 0 , а код Т= О,Т, = О, При переходе во второй кнад 2 грант (+2) код Т.= 1, Т = 0 (01),а 9 = 90, 11 ри переходе в третийквадрант код принимает значение 10,а Ч = 180 . Далее движение валапроисходит до момента времени 1 (нафиг,5 Х- до точки 1, ), в который валренерсируется (изменяется знак скорости). Угол уменьшается, сохраняяположительный знак, при этом изобрауглов,которым соответствует изменение знака угла сдвига по Фазе напряженийи 13 г (фиг,За) и сигналон Т и10 Т на фазе (фиг.5 а). 11 ри, Ч ) 0угол равен +90 , а при Ч ( 0 уголОизменяет знак, т,е. Ф, = -90 . В результате этого блок 8 определениязнака угла выдает сигнал с инверсно 15 го выхода, в результате чего на выходы элементов И-БАЙИ 21 и 22 проходятсигналы с инверсных выходов еблока 10(выходы инверторов 23 и 24 на Фиг,2),т,е, номера квадрантов выдаются в20 обратном коде,Как видно из Фиг,5, начиная с момента времени 1 вьдается код ОО, чтЬсоответствует первому отрицательномуквадранту (-1), совпадающему с четвертым положительным квадрантом. Начальное значение (-1) квадранта равно Чоа=-0,Далее изображающая точка проходит все четыре квадранта и возвращается н исходное положение, при этом30 коды квадрантон принимают значения00, 01, 10, 10, которым соответствуютначальные углы -0 , -90 , -180о й о-270 н соответствии г табл,2, Знакминус здесь услойлен, так как знак35 угла обозначается кодом выходногосигнала блока 8,С выходов элементов И-ИЛИ 21 и22 код квадранта по двухразрядной линии связи поступает в шину 16, на40 которой код ячеек 17 и код кнадрантов образуют полный код угла, изменяющийся в пределах 01 = (О-ЗбО)по апроксимирующей прямой А (Фиг,36)Состанляюшие этого кода выходной код45 матричного дешифратора 15 и код кнадрантов отображаются кривыми 13 и Есоответственно (фиг,36).Работа блока 10 основана на выян 1 пении временного совпадения коротких50 импульсов Ци 11, с выходов Формирователей 35 и Зб и импульсов Чс выходов Формирователей 7. В зависимости от совпадений на выходе 37,38формируются импульсы 137 = 13 з 55513 = 13 13., устанавливающие триггер 39 н то или иное состояние,В интервале времени 0-1; (фиг.б)при вращении вала формируются импуль 7 2807сы У , которые устанавливают триггер39 в состояние Т = 1, соответствующие положительному знаку углакоторый возрастает от нулевого значения, определяемого напряжениямиБ и 11, У( = О, У -- 11,(. В момент(времени 1 изменяется знак скорости,вследствие чего уголуменьшается,сохраняя свой знак, В момент времениугол Ч = 0 начинает изменяться Ю2в сторону отрицательных значений.Вследствие изменения знака сдвигафаз между напряжениями 11 и Б (при(О сдвиг фаз ЮО, а при М 1 0К ( 0)формируются импульсы Б , 15устанавливающие триггер 39 в противоположное состояние: Т = О, Т = 1,что указывает на отрицательный знакугла. При дальнейшем вращении валаугол Ч достигает в момент времени 20дзначения 360 , после чего отсчетначинается с 0 . В момент времени 1азнак скорости вновь изменяется, всвязи с чем в момент времени 1 угол9 переходит через нулевое значение,изменяясь в сторону положительных, величин. При этом формируется сигналустанавливающий триггер 39 в исходное положение, Таким образом,блок 8 определения знака выдает сиг Онал Т = 1 или Тв = О, соответствующий положительному или отрицательномузнаку углу Ч, изменяющемуся относительно нулевого значения, определяемого напряжениями У = 0 и Б= Б,. 35Выходной сигнал блока 8 поступаетпо одноразрядной линии в шину 16.Следовательно, код, снимаемый с шины16, содержит информацию о знаке угла,начальном значении, угла квадранта, в 40котором находится угол и те-. 01кущее значение угла в пределах, данного квадранта, т,е, полную информацию об угле поворота вала.Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик положения, выходы которого соединены с входами первого и второго демодуляторов, выходы которых соединены со входами преобразователей напряжений в код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены два формирователя,напряжения, блок определения знака. угла, матричный дешифратор, блок определения квадранта, два дешифратора и два элемента И-ИЛИ, выходы демодуляторов соединены через 1формирователи напряжения с первыми и вторыми входами блока определения .знака угла и блока определения квадранта, выходы которого соединены с нечетными входами элементов И-ИЛИ, первый выходблока определения знака угла соединен с первыми нечетными входами элементов И-ИЛИ, а второй выход - с вторыми нечетными входами элементов И-ИЛИ и является одним из выходов старших разрядов преобразователя, выходы элементов И-ИЛИ являются остальными выходами старших раз. рядов преобразователя, выходы первого и второго преобразователей напряжения в код соединены через первый и второй соответственно дешифраторы с горизонтальными и вертикальными входами матричного дешифратора, соответственно, выходы которого являются выходами младших разрядов преобразователя.