Преобразователь угла поворота вала в код

69 Ш) СОЮЗ СОЕЕТСНИХкмамшвепекРЕСПУБЛИН С 08 С 9/О ОСУДАРСТЕЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЯфЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИЯ 6 ьбицлов К овоете /04 тельс 7/30; тот РЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОВ КОД, содержащий генеракоторого соединен с вхо" ка и первым входом первого еля импульсов, выход счетнен с первьи входом перволючей и через блок формиросоидальных напряжений - с эовращателя, первый выход оединен с вторым входом рмирователя импульсов, рого соединен с вторым вхого блока ключей, регистр, а ю щ и й с я тем., что, выщения .быстродействия пре(54)(57)РОТА ВАЛА тор, выхо дом счетч формирова чика соед го блока вания син входами ф от ервог к ом перво тл и ч лью ОПИСАН АВТОРСКОМУ(56) 1. Авторское свУ 840996, кл. С 08 С2. Авторское свидФ 746177, кл. С 01 ВН 03 К 13/24, 1977 образователя, в него введены К формирователей импульсов, К блоков сложения, К блоков ключей, элемент ИЛИ,блок элементов .ИЛИ, блок формирования импульсов, реверсивный счетчик, выход счетчика соединен с входами К блоков сложения,выходы которых соединены с первымивходами соответствующих блоков ключей, выходы которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационнымвходом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входамиК формирователей импульсов, вторыевходы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя, а выходы соединены с вторыеи входами соответствующих К блоковключей и с остальными входами элемента ИЛИ, выход которого соединенс входами записи регистра, выход которого через блок формирования импульсов соединен с входом реверсив-,ного счетчика импульсов./40 Тираж 568 ВНИИПИ Государственнпо делам изобретен 113035, Москва, Ж, Р о ком и от аская рректор В. ГирняФ 11296Изобретение относится к импульсной и цифровой технике и предназначается для использования в приборах автоматики и электропривода различных объектов народного хозяйства 5 (промывленные роботы, станки с ЧПУ, автоматизированные линии и т.д.).Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с 10 входом первого счетчика импульсов, формирователь многофаэных напряжений, фаэовращатель, число фаз которого для первичных и выходных обмоток одинаково, второй счетчик им пульсов, дифференцирующий и вычитающий блоки и многофазный формирователь импульсов, выходы которого подключены к соответствующим входам дифференцирующего блока, выход которо го соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выходы первого и второго счетчиков и многоФазного формирователя импульсов сое динены с входами вычитающего блока, выход которого является выходом преобразователя 1,.Недостаток известного преобразователя - низкое быстродействие.30Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала вкод, содержащий генератор, выход которого соединен с входом счетчикаи первым входом первого формирователя импульсов, выход счетчика соединен с первым входом первогоблока ключей и через блок Формирования синусоидальных напряжений свходами Фазовращателя, первый выходкоторого соединен с вторым входомпервого Формирователя импульсов,выход которого соединен с вторымвходом первого блока ключей, регистр,45Недостаток известного преобразователя - низкое быстродействие,поскольку измерение угла производитсяодин раз за период напряжения питания фазовращателя. 50Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, выход которого соединен с входом счетчика и первым входом первогоформирователя импульсов, выход счет 36чика соединен с первым входом перво- го блока ключей и через блок формирования синусоидальных напряжения - с входами фаэовращателя, первый. выход которого соединен с вторым входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого блока ключей, регистр, введены К Формирователей импульсов, Х блоков сложения, К блоков ключей, элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, блок формирования сигналов, реверсивный счетчик, выход счетчикасоединен с входами К блоков сложения, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих блоков ключей, выходы которых соединены с входами блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход генератора соединен с первыми входами К формирователей импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими остальными К выходами фазовращателя, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих К блоков ключей и с остальными входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами записи регистра, выход которого через блок формирования импульсов соединен с входом реверсивного .счетчика На фиг, 1 приведена структурнаясхема преобразователя угла поворотавала в код; на Фиг. 2 - двухфазныевыходные напряжения фазовращателя исоответствующие им сигналы с выходовформирователей импульсов опроса дляидеального фаэовращателя и для Фазоврацателя, у .которого сдвиг фаз между выходными напряжениями неодинаков;на фиг, 3 - принципиальные схемы формирователей сигналов переноса от сложения в первых разрядах блоков сложения; на фиг. 4 - диаграмма формирования множества для сигнала переноса при сложении двух одноразрядных чисел; на фиг. 5 - принципиальная схема второго разряда блоков сложения; на фиг6 - принципиальная схема одного разряда блока вентилейсвязи, соединенная с принципиальной схемой одного разряда блока элементов ИЛИ; на фиг. 7 - принципиальйая схема бло.а формирования импульсов сигналов К, , о, ; на Фиг, 8 -принципиальная схема реверсивногосчетчика.Преобразователь угла поворота ва.ла в код содержит генератор 1, счетчик 2, формирователь 3 синусно-коси нусных напряжений, фазовращатель 4,регистр 5, блок 6 формирования импульсов, реверсивный счетчик 7, формирователи 8 импульсов, элемент ИЛИ 9,блоки 10 ключей, блок 11 элементов 1 ОИЛИ, блоки 12 сложенияВходные шиныпервых младших разрядов блоков 12сложения соединены непосредственно свыходными шинами первого разрядасчетчика 2. Сигнал переноса, который появляется в результате сложения цифр первого разряда счетчика 2с какой-либо цифрой второго числапервого разряда, формируется на выходе двухвходового элемента И 13(фиг. За) либо элемента ИЛИ 14(фиг. Зб) . Элемент ИЛИ 14 имеет прямую и инверсную выходные шины, которые соединены с входами второго разряда блока 12 сложения. Вторые раэ- дряды всех блоков 12 сложения содержат элементы И 15-30 и элементыИЛИ 31-38, Выходы элементов И 15-30попарно соединены соответственно свходами элементов ИЛИ 31-38, Первые входы нечетных элементов И 15-30соединены с входной шиной инверсного сигнала переноса Р, а четные -с входной шиной прямого сигнала переноса Р, Вторыевходы элементов И 15-30- 35соединены с девятью выходными шинамивторого разряда счетчика 2. Конкретное соединение вторых входов элементов И 15-30 различно для каждогоблока 12 и зависит от углового соот 40ношения выходных напряжений фаз фазовращателя 4,Блок 10 (фиг6) представляетсобой простой набор из шестнадцати двухвходовых элементов И 10-1 - 10-8 45 (по восемь на каждый разряд), первые входы которых соединены с .соответствующими выходными шинами сигналов фаэ счетчика 2 либо блоков 12 сложения, а вторые входы являются управ ляющими и объединены между собой.На фиг. 6 показано соединение одного. разряда первого блока 10 с разрядом блока 11 элементов ИЛИ 11-111-8, который содержит в каждом раэ ряде восемь четырехвходовых элементов ИЛИ 11-1 - 11-8. Входы элементов И 0-1 - 10-8 блока 10.соединены с первыми входами соответствующихэлементов ИЛИ 11-1 - 11-8 блока 11,Остальные три входа элементов ИЛИ11-1 - 11-8 блока 11 предназначеныдля соединения аналогичным образом сдругими тремя блоками 10, информационные входы которых соединены с выходными шинами соответствующих блоков 12.Выходные шины прямых и инверсныхсигналов четвертой и восьмой фаэ второго разряда регистра 5 соединены сгруппой из четырех элементов И 39(двухвходовых, см. фиг. 7). Выходыэлементов И 39 соединены с входом реверсивного делителя на двух триггерах 40, которые соединены между собойпри помощи двух блоков 41 и 46ключей, Блок 4 1 ключей состоит изэлементов И-НЕ 42-45 (двухвходовых),первые входы которых соединены свходами триггеров 40.Аналогично выполняется блок 46вентилей с той лишь разницей, чтосоединение триггеров, аналогичныхтриггерам 40, между собой при помощи ключей производится в обратномпорядке по сравнению с блоком 41,Выходные шины прямых и инверсных сигналов триггеров 40 соединены с группой из четырех элементов И 47 (двухвходовых), выходы которых являютсявыходами блока 6,Реверсивный счетчик 7 выполненаналогично реверсивному делителю,на два с той лишь разницей, чтов нем установлено не два, а восемьтриггеров 48, которые соединены между собой при помощи двух блоков 49 и 50ключей, Входные шины блока 49 соединеныс выходными шинами сигналов К, М, аблока 50 - с шинами сигналов /39.В преобразователе угла поворота вала в код может быть использована любая система счисления и любой код.При описании работы устройства примем систему счисления с основанием а=16 и многофазный (восьмифазный) код. Выбор миогофазного кода объясняется его высокой контролеспособностью, которая заключается в возможности не только обнарукения ошибок, но и их исправления, Выбор основания системы счисления и 16 объясняется двумя при.чинами: необходимостью получения высокого быстродействия, что в двоич" ной системе счисления весьма затруднительно, а также тем, что кратность основания двум дает возможность прос 1129636той стыковки преобразователя с цифровыми устройствами, где основной является двоичная система счисления. Фазность напряжений на входных обмоткахфазовращателя также может быть любой, 5в нашем примере она равна двум,Примем следующие обозначения: заглавные буквы обозначают число ввосьмифаэном коде; индекс вверху узаглавной буквы обозначает разряд 10числа, например А" - это к-й разрядчисла А; строчные буквы с индексомвнизу обозначают сигнал определеннойфазы этого числа, например, а 1,2а обозначает сигнал 1 - 8 фаз чис28ла А второго разряда.Преобразователь угла поворотавала в код работает следующим образом.20Сигналы высокой частоты поступают с выхода генератора 1 на вход счетчика 2 и вызывают его йереключение. На выходных шинах счетчика 2 происходит циклическое изменение сиг- налов многофазного кода, эквивалентное изменению цифр обычного десятичного кода от "0" до "255". За полный цикл изменений этих сигналов формируются на выходе блока 3 два синусо 30 идальных сигнала напряжений со сдвигом фаэ 90 эл.град. Эти напряжения, поступая на вход фазовращателя 4, создают вращающееся магнитное поле статора, которое при нулевой частоте вращения вала индуцирует на выходных обмотках синусоидальные сигналы напряжений с частотой напряжения питания. Сигналы напряжений фаз с выхода фаэовращателя 4 (фиг,2) поступают на первый вход четырех формирователей 8, на второй вход которых подаются синхронизирующие импульсы с генератора 1, и формируют на их выходах импульсы опросаг 4 (фиг, 2), Для идеального фазовращателя при нулевом положениивала эти импульсы располагаются относительно кода счетчика 2 в следующем порядке: импульссовпадает с сигналом десятичного кода "000", чтосоответствует сигналу "00,00" цифрового кода с основанием 16; импульс) совпадает с Сигналом десятичногокода "64", что соответствует сигналу "04.00" цифрового кода с основанием16; импульс ,1 совпадает с сигналом десятичного кода "128", что соответствует сигналу "08,00" цифрового кода с основанием 16; импульс 1 сов, 4 падает с сигналом кода 192 , что соответствует сигналу "12,00" цифрового кода с основанием 16. В дальнейшем будем называть только сигналы, соответствующие кодам с основанием 16. Примем, что фазовращатель 4 неидеальный и импульсы опроса, кромепервого, не совпадают с перечисленными цифровыми положениями счетчика 2. Пусть импульссовпадает ссигналом цифрового кода с основанием 16 "03, 15", импульс- "08,01",импульс- "11,14",При нулевом угловом положениивала импульсоткрывает первыйблок 10 ключей и устанавливает режимприема информации для регистра 5.Тогда цифровые сигналы А двухразрядного счетчика 2 восьмиразрядного кода, эквивалентные сигналу 00.00",через блок 11 записываются в регистр 5. После окончания импульсарегистр 5 сохраняет эти цифровыесигналы, Следующий импульсоткрывает второй блок 10 ключей, устанавливает режим приема информации длярегистра 5, и цифровые сигналы Хс выходных шин первого блока 12 сложения передаются в регистр 5. Приэтом блок 12 осуществляет операциювычитания из значения А = "03.15"счетчика 2 цифрового сигнала "03.15",что соответствует передаче в регистр5 сигнала Х = "00.00". После окончания импульсарегистр 5 сохраняетэти цифровые сигналы. Следующийимпульс 3 открывает третий блок 10ключей, устанавливает режим приемаинформации для регистра 5, и цифровые сигналы 2 с выходных шин второгоблока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитания из значенийА = "08.01" счетчика 2 цифровогосигнала "08.01", что соответствуетпередаче в регистр 5 сигнала Е="00,00",После окончания импульс ,1 регистр 5сохраняет эти цифровые сигналы, Следующий импульс 4 открывает четвертыйблок 10, устанавливает режим приемаинформации для регистра 5 и цифровыесигналы У с выходных шин третьегоблока 12 сложения передаются в регистр 5. При этом блок 12 осуществляет операцию вычитация из значенияА= 11.14 счетчика 2 цифрового сиг129636 8 В третьем блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитанияиз числа А числа "11,14", что равноценно операции сложения числа А счислом, дополнительным к "1114",т,е, числом "04,02". Следовательно,в первом разряде необходимо к значению А первого разряда счетчика 2добавить число "02". Поэтому сигна О лы фаз первого разряда счетчика 2соединены непосредственно с входными шинами блока 10 вентилей. Врезультате сложения числа А первого разряда счетчика 2 с числом "02" 15 формируется также сигнал переносаво второй разряд блока 12 сложения.1При вращении вала фазовращателяв одну сторону в регистре 5 изменяются цифровые показания от "00.00 допри вращении в другуюсторону - в обратном порядке, Приэтом на выходных шинах элементовИ 39 формируются сигналы цифровыхмножеств МО="00.00" ЧЧ "03.15";="04.00" ЧЧ "07,15";М 1 08.00 ЧЧ 11.1 Уфследовании этих сигналов в порядке Мо- М, первый импульс сиг- ЗО нала Мпоступает на вход двухфазного делителя и устанавливает еговторой триггер 40 в одинаковое положение с первым триггером 40, Следующий импульс М 1 , который поступает 35 на входные шины делителя для установки первого триггера 40 в одинаковоеположение с вторык, переключение всхеме этого делителя не происходит,поскольку триггеры 40 уже находятсяв одинаковом положении. Следующий попорядку импульс М н поступает навходную шину делителя и устанавливает триггер 40 в противоположноеположение с вторыч триггером 40, При 5 поступлении следующего импульсаМ 1 1, который поступает для установки второго триггера 40 в противоположное положение с первым, переключения в схеме нет, поскольку они 0 уже находятся в этом положении,и т.д. При обратном следовании импульсов множеств первыми в схемуделителя поступают импульсы множеств М 1 5 Иу которые, при водят к обратному следованию фаэделителя, а импульсы множеств М Р=аа40Следовательно, первый разряд первого блока 12 сложения содержит толькоодин элемент И 13 (фиг. За), Второйразряд блока 12 осуществляет операцию сложения числа А" и числа "12", 4Принципиальная схема формирования результатасложения второгоразряда первого блока 12 сложенияприведена на фиг. 5,Во втором блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитания из числа А числа "08.01", чторавноценно операции сложений числаА с числом, дополнительным к "08,01",т.е. с числом "07.15". Следовательно, в первом разряде необходимо кзначению числа А первого разрядасчетчика 2 добавить число "15",7 1нала "11. 14", что приводит к передаче в регистр 5 сигнала У="00,00",1После окончания импульсарегистр 5сохраняет эти цифровые значения, Таким образом, в регистр 5 все импульсы опроса передают нулевое зйачениецифрового сигнала,При угле поворота вала фазовращателя 4, отличном от нулевого положения, импульс опроса ., в полнойаналогии с прототипом передает в регистр 5 сигналы с выходных шин счетчика 2, пропорциональные этому значению угла, и все остальные импульсыпередают в регистр 5 этиже значения сигналов с соответствующих блоков 12 сложения,Работа блоков 12 сложения основана на принципах функционирования сумматоров многофазного кода.В первом блоке 12 сложения должна осуществляться операция вычитания из числа А числа "03.15", что равноценно операции сложения числа с числом, дополнительным к "03.15"., т.е, с числом "12,01", Следовательно,. в первом разряде необходимо к значению числа А первого разряда счетчи. ка добавить число "01", поэтому сигналы фаз первого разряда счетчика 2 соединены непосредственно с входными шинами блока 1 О ключей. В результате скольжения числа А первого разряда счетчика 2 с числом "01" формируется также сигнал переноса во второй разряд блока 12 сложения. Он формируется в соответствии с выражением М 8 .н переключения в схеме не производят. Поэтому при одном направле 9 11296 нии вращения фаэовращателя 4 чередование фаз сигналов п, Опрямое, а при вращении в другую сторону - обратное,Так же при этом меняется чередова /5 ние импульсов М, , м,навыходных шинах элементов И 47, Прямой порядок следования этих имнуль- сов вызывает переключения в реверсивном счетчике 7 для режима сумми- Ю рования, а обратный порядок - для режима вычитания. Принципиально работа реверсивного счетчика 7 не отличается от работы рассмотренногодвухфазного делителя. При одном сле довании фаз сигналов ц, ОРеверсивный счетчик 7 суммирует импульсы М, ( а при другом - вычитает им 36 10пульсы , , Следовательно, реверсивный счетчик 7 является логическим продолжением регистра 5: при каждом обороте вала фазовращателя 4 в прямом направлении суммирует эти обороты, а при вращении в обратном направпении - вычитает,Таким образом, наиболее целесообразным является использование системы счисления с большим основанием и многофазных кодов, поскольку в момент передачи информации в регистр 5 необходимо, чтобы все переключения в счетчике 2 и блоках 12 сложения были завершены, Следовательно, эти узлы должны быть сверхбыстродействующими. В предлагаемом преобразователе это требование полностью выполняется.