Многоканальный преобразователь угла поворота вала в код

(21) 3610316/24-24 (2) 23,06.83 (46) 23.10.84. Бюл (72) В.Д,Богданов (53) 68 1.325(088,8 (56) 1. Авторское У 732956 кл, С С 82, Авторское св Р 842905, кл. С 08 (прототип),естои вход кольство ССС 1980,ство СССР 1981виде С 9/ дгтел С 9/О код, первымно-косинусныторов соедин ыми входамиазователей код, шестые к соотнетст 2. Многпо и. 1, отем, что инапряженийрегистра, кцифроанало е инвертора жений, пе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦЧЕ(54)(57) 1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД,содержащий и синусно-косинусных вращающихся трансформаторов и первыйпреобразователь отношения напряжений в код, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью поньппения точности и быстродействия преобразователя,н него введены ипреобразователейотношения напряжений в код и формирователь кода, первый, второй итретий выходы которого соединены спервым, вторым и третьим входами преобразователей отношения напряжений в второи выходы синусвращающихся трансформны с четвертыми и пясоответствующих преобтношения напряжений входы которых подключеньющим шинам питания. анальный преобразозате л и ч а ю щ и й с я образонатель отношения код выполнен в нидемпаратора, элемента И-ИЛИ, оного преобразователя, блока нормирования напряого и второго фазочувствительных выпрямителей, первые входыкоторых соединены с четвертым ипятьм входами преобразователя откошения напряжений н код, шторого соединен с вторыми входамипгрного и второго фазочувствительных выпрямителей. выходы которых сое.динены с первым и вторым входамиблока нормирования напряжений, первый выход ко.орого соединен с первым входом элемента И-ИЛИ непосредственно, а с вторым входом - черезинвгртор, ,третий и четвертый входыэлемента И.-ИЛИ соединены си вторым входами преобразонателя о-. -ношения напряжений н код, выходэлемента И-И 5 П 1 соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, к второму входу которого подключен второй выход блока нормированиянапряг;екий, третий выход которогосоединен с первым входом компаратора,второй вход которого соединен с выходом цифроакалогоного преобразователя выход компаратора соединен свходом записи регистра, первый информационный вход которого соединен спервым выходом блока нормирования напряжений, а второй информационныйвход соединен с третьим входом преобразователя отношечия напряжений нкод. выход которого соединен с выходом регистра,3 Многоканальньп преобразовательпоп, 1 отличающийсятемчто формирователь кода выполненв нндг первого и второго формирователей кода тангекса,. инвертора, счетчика, генератора, вьгход которогосоединен с входом счетчика, выход которого соединен с входом первогоСоставитель А. Сидоренко Юрковецкая Техред А,Ач Корректор Л. Пилипенкокто сн ППП"Патент", г. Ужгород, ул . Проектная,Заказ 774739 ВНКП 1 И Госу по делам 113035, ХосТираж дарственногоизобретений ва, Ж, Р 68 По комитета СС и открьйий ушс кая наб,М 120383 формирователя кода тангенса, а черезинвертор - с входом второго формирователя кода тангенса, выходы первого и второго формирователей кодатангенса и выход счетчика соединеныс первым, вторым и третьим выходамиформирователя кода соответственно. 4. Многоканальный преобразователь поп. 1, отличающийсятем, что блок нормирования, напряжений выполнен в виде постоянных резисторов, операционных усилителей, компараторов, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инвертора и аналоговых ключей, первый вход блока нормирования напряжений соединен с первым входом первого компаратора, а через первый и второй постоянные резисторы - с первым и вторым входами первого операционного усилителя, выход которого соединен через третий постоянный резистор с первым входом первого операционного усилителя, второй вход блока нормирования напряжений соединен с первым входом второго компаратора, а через четвертый и пятый постоянные резисторы - с первым и вторым входами второго операционного усилителя, выход которого соединен через шестой постоянный резистор с первым входом второго операционного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен с первыми выводами первого и второго аналоговых ключей, выход второго операционного усилителя соединен с первыми выводами третьего и четвертого аналоговых ключей, выходы первого и второго операционных усилителей соединены с первым и вторым входами третьего компаратора, выход которого Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть применено в цифровых системах автоматического управления и измерительной технике для преобразования нескольких углов поворота вала в цифровой код угла и предназначено для использования с датчиками углаповорота, выходные сигналы которых пропорциональны синусу и косинусу соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с управляющими выводами второго и третьего аналоговых ключей, а через инвертор - с управляющими выводами первого и четвертого аналоговых ключей вторые выводы первого и третьего аналоговых ключей соединены с третьим выходом блока нормирования напряжений, второй выход которого соединен с вторыми выводами второго и четвертого аналоговых ключей, выход первого компаратора соединен с первым входом четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первой шиной первого выхода блока нормирования напряжений и вторым входом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим выводом пятого аналогового ключа, первый вывод которого соединен с вторым входом второго операционного усилителя, второй вывод - с общей шиной выход второго компаратора соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с управляющим выводом шестого аналогового ключа, первый вывод которого соединен с вторым входом первого операционного усилителя, а второй вывод - с общей шиной, выход четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с второй шиной первого выхода блока нормирования напряжений и вто - рым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с третьей шиной первого выхода блока нормирования напряжений, вторые входы первого и второго компараторов соединены с общей шиной. угла, например синусно-косинуснымивращающимися трансформаторами (СКВТ),Известен многоканальный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные датчики, соединенные с входным коммутатором, выходы которого соединены с первым и вторЫми входами коммутатора квадраторов, третий вход которого соединен с первым выходом рас пределительного блока, второй выход которого соединен с первьп входом декодирующего преобразователя.,выход которого соединен с одним извходов блока сргвнения, выход блока сравнения соединен с вторымвходом декодируюшегс преобргзовате -ля, третий вхсд которого через ргз -вязывающие усилители соединен с вторым и третьим выходами коммута,сраквадраторов, первый выход которогосоединен с цхсдом распределитель,о облока, а другой вход блока сравненияГ 7соединен с нулевой шиной 11,Недостатком преобразователя является малое бь;стродействие так кгкпреобразование угла поворота соответствующего датчика осуществляется заодин период напряжения питания,синусно - косинусных датчиков, чта обус.2лавливает появление динамическихошибок при пресбразовании изменяющчхся выходных сигналов синуснс-коси.нусных датчиков.25Наиболее близким к изобретению является многоканальный преобргз овг тель угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, подключенные к входу коммутатора выбора, блок выделения нуля опорного напряжения, преобразователь отношения напряжений в код. блок управления каммут ат ор считывания и многоканальные запоминающие устройства 2, .1Недостатком известного пресбргзователя является низкая точность засчет погрешностей, вносимых коммутат орами в сиг нальные напряжения .ф 3 11 ричем погрешности, вносимые коммутатором в напряжения синусного и косинуснаго сигналов датчика, не равны между собой и вызывгют появление погрешности кода угла на выходе преоб 45 разсвателя,Кроме того, преобразователь имеет ограниченное быстродействие, вследствие чего возрастает динамическая ошибка при увеличении числа пресбра 50 зуеьих каналов, чтс ограничивает использование преобразователя,цля преобразования выходных сигналов синус- но-косинусных датчиков, углы поворота которых изменяются во времени.55Целью изобре.,ения является повьппение точности и быстродействия многоканального преобразователя..а в, а:,. г л дас;,и ается тем,многакгнг.-.ьный преобразователь . га .:;ворога лала в код, содержа- ,ц"и - синус на; - ко насоных вращающихся трггсфср 1 атаров н первый преобразо;,а:ель отьсп;ения напряжений в код., ив:ге,-ы ипреобразователей отношв;:г.:.;: нгпряже-".й з код и формирователь кс;г . и:рвый;3 т арой и третий Выхсдгп .:.с.о-.сгс "оечинены с перв м вторым." р: т ьн м вх одами преобразователей отношения напряжений в кад, первый и ;т ар,1, выхсдь. синусно-касинусных вращающихся трг:;с;,ормгторов соединены Счетвертыми и гятымч входами саствет- с;" ,ющих преобразователей отношения напряжений в код, шестые входы которьп подключены к соответствующим ппфнгм питанияНре образ вгт ель ат ноше ния напряже:-.ий в код вьп 1 олнен в виде регистра, ксмпгратора элемента И в И цифроаналогового преобразователя, инверторг, локг нормирования напряжений, первого и второго фазочувствительных вы:;р,.счтелей. и рвые входы которыхсое,"."гены с четвертым и пятым входапреасразсвгтеля отношения напряжений в кад, шестой вход которого соединен с вторьпк входами первого и второго фазчувствительных вьп.ряиителей, выходь 1 которых соединены с первым и вторым входами блока нормирования напряжений, первый выход которого соединен с первым входом элемента ИШИ непосредственно, а,с вторым входом - через инвертар, третий и ч.твертьп". входы злемснта И-ИЛИ ссединены с первым и вторым входами пресбргзователя отношения напряжений в кадвыход элемента И-ИЛИ соединен с первым входом цифроаналогового пре" ооргзователя,. к второму входу которого подключен второй выход блока нормирования напряжений, третий выход которого соединен с первым входом компаргторг, второй вход которогс соединен с выходом цифроаналогового и.ресбразоватепя выход кампгратора соединен с входам записи регистра первый информационный вход которого соединен с первым выходом блока нормирования напряжений, а второй информационный вход сосдинен с третьим входом преобразователя отношения напр"-.женпй в кад, выход которого соединен с выхсдсм регистраФормирователь кода выполнен в виде первого и второГо формирователейкода тангенса, инвертора, счетчика,генератора, выход которого соединенс входом счетчика , выход которого 5соединен с входом первого формирова -теля кода тангенса непосредственно,а через инвертор - с входом второгоформирователя кода тангенса, выходыпервого и второго формирователей ко 1 Ода тангенса и выход счетчика соединен с первым, вторым и третьим выходами формирователя кода соответственно,15Кроме того, блок нормирования напряжений выполнен в виде постоянных резисторов, операционных усилителей, компараторов, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инвертора и аналоговых клю - 20 чей, первый вход блока нормирования напряжений соединен с первым входом первого компаратора,а через первый и второй постоянные резисторы - с первым и вторым входами первого операционного усилителя, выход которого соединен через третий постоянный резистор с первым входом первого операционного усилителя, второй вход блока нормирования напряжений соединен с первым входом второго компаратора, а через четвертый и пятый постоянные резисторы - с первым и вторым входами второго операционного усилителя, выход которого соединен через шестой постоянный резистор с первым входом второго операционного усилителя,.выход первого операционного усилителя соединен с первыми выводами первого и второго аналоговых ключей, выход второго операционного усилите 40 ля соединен с первыми выводами третьего и четвертого аналоговых ключей, выходы первого и второго опера - ционных усилителей соединены с первым и вторым входами третьего ком 45 паратора, выход которого соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с управляющими выводами второго и третьего аналоговых ключей, а через инвертор - с управляющими выводамипервого и четвертого аналоговых ключей, вторые выводы первого и третьего аналоговых ключей соединены с третьим выходом блока нормирования напряжений, второй выход которого соединен с вторыми выводами второго и четвертого аналоговых ключей, выход первого компаратора соединен с первым входом четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первой шиной первого выхода блока нормирования напряжений и вторым входом третьего элемента ИСКЛ 10 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим выводом пятого аналогового ключа, первый вывод которого соединен с вторым входом второго операционного усилителя, второй вывод - с общей шиной, выход второго компаратора соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с управляющим выводом шестого аналогового ключа, первый вывод которого сое - динен с вторым входом первого опера - ционного усилителя, а второй вывод с общей шиной, выход четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с второй шиной первого выхода блока нормирования напряжений и вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с третьей шиной первого выхода блока норми - рования напряжений, вторые входы пер - вого и второго компараторов соединены с общей шиной.На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого многоканального преобразователя, на фиг. 2 - схема блока нормирования напряжений, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу блока нормирования напряжений" на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу многоканального преобразователя. Устройство содержит и синуснокосинусных вращающихся трансформаторов 1, и преобразователей 2 отношения напряжений в код, каждый из которых содержит фазочувствительные выпрямители 3 и 4, блок 5 нормирова -ния напряжений, инвертор 6, цифроаналоговый преобразователь 7, элемент И-ИЛИ 8, компаратор 9, регистр 10, формирователь 11 кода, выполненный в виде генератора 12, счетчика 13, формирователей 14 и 15 кода тангенса и инвертора 16. Блок 5 нормирования напряжений выполнен в виде постоянных резисторов 17-22, операционных усилителей 23 и 24, аналоговых ключей 25 и 26, компараторов27-29, инвертора 30, элементов ИСКЛ 10- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31-34 и аналоговых ключей 35-38.Многоканальный преобразовательработает следующим образом,Выходные напряжения 1-го СКВТпр оп ср ци снйльные синус у и ко;.ивгсу1.,1угла поворота,=япй,я.п ЫС;= саяМ япя поступают на -й)1преобразователь 2 стношения напряжений в код, где определяется моментравенства приведенного синус,ого на -пряжения приведенному косинусному на-Зпряжению умноженному на код тангенсов. В момент равенства напряженийфиксируется выходной код преобразователя 2 отношения напряжений в код,равный углу К поворота состветствующего СКБТ 1. Фазочувствитепьныевыпрямители 3 и 4 преобразуют выходные напряжения СКБТ 1 в постоян-.ные напряженияи ,1, ащшитудыкоторых пропорциональны синусу и ко- г 0синусу угла , а знак .определяетсясовпадением фазы выходных напряженийСКВТ 1 с Фазой опорного напряжения=япМс, При совпадении фазыопорного напряжеиия с фазой сигналь ного напряжение на выходе Фазочувст -вительного выпрямителя 3 или 4 положительно, в противном случае - отрицательно. Напряжения 11 ипоступают на вход блока 5 нормированиянапряжений, который осуществляетформирование трех старших разрядов-0,707 до - в четных октантах,Нормирование напряжений осуществляет-,ся с помощью операционных усилителей23 и 24, режим работы которых задается аналсговьии ключами 25 и 26, акоммутация напряжений 1 иг 4выходными аналоговыми ключами 35-38.Формирование сигналов управления аналоговыми ключами 35-38 и выявлениетрех старших разрядов выходного кода производится компараторами 27-29 и элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3 1-34 .При этом ксмпараторы 28 и 29 определяют знак напряженийиа компаратор 27 сравнивает их между собой по амплитуде.Работа компараторов 28 и 29 описывается выражениямигя - О, . 1 О,гя= 1 ЦО; Ьу, =. Ор ГФ О;=,10,Ксмпаратор 27 работает в соответстяни с выракениячигг = 1 г 1 - 1,г = 0 гг 1Управляющие сигналы для аналогоых ключей 25 и 26 формируются элементами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 31 и 32.ь 9 1,При 51 = 1 аналоговый ключ 25замкнут и операционный усилитель 23пнвертирует входной сигнал с единичным коэффициентом передачи, при1 = 0 - повторяет. Аналогично операционный усилитель 24 при= 1 призамкнутом аналоговом ключе 26 инвертирует входной сигнал, а прия = 0 - повторяет. Для обеспече/н,жкл единичного коэффициента передачирезисторы 17 и 21, 19 и 22 выбираются равньпл, Сигналы управленияаналоговыми ключами 36, 37 и 35, 38Формируются ксмпаратором 27 и инверторсм 30. При этом, когда гу = 1,замкйуты аналоговые ключи 36 и 37;при г- = 0 замкнуты аналоговыеключи 35 и 38. Этим обеспечивазтся правильное изменение напряженийиво всех ок 5 5тантах. Старшие разряды выходного кода (1 Р) Формируются элементами . ИСКЛЮЧАЬЩЕЕ ИЛИ 33 и 34 и компараторамн 27-29= гр," Яй ч Цифроаналоговый преобразователь 7формирует напряжение 1. равное18где Е - цифровое значение кода на выходс элемента И-ИЛИ 8 равное РйъВР,з рЛ 5" Р (Г 4 и Г - выходнои код фрмирователей 14 и 15 кода тангенса).Ксмпаратор 9 сравнивает,по амплитуде между собой напряжения 5 и 1 при= 1,, при 9 О, 203 зз