Преобразователь «угол — код»

О П И С А Й Й ЕЕ 397953 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЗависимое от авт. с етель аявлено 25.Х,1970 ( 1708261/18-2 Кл. С 08 с 9/О исоединением заявкиооударотеекнмй комнтетСовета Мнннстрое СССапо делам неооретеккйн открмтнй риори летень3 Опубликовано 17,1 Дата апубликовани 973 ДК 621.314.2 (088,8 писагп я 21.1.1974 Авторыизобретен авродий и А. В. Курников 3 аявител РЕОБРАЗОВАТ Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.Известны преобразователи угла в цифровой код, основанные на использовании электростатических генераторов переменного тока 5 двух близких частот.Недостатком таких преобразователей является наличие двух механических вращений кодирующего элемента; вращение ротора вспомогательным двигателем и вращение считы о вающего устройства кодового ротора, соединенного с осью, угол поворота которой подлежит преобразованию.Это усложняет конструкцию кодирующего элемента и исключает возможность дистан- Б ционного расположения кодирующего элемента и генератора шкалы,Целью изобретения является исключение вращения считывающего устройства кодирую- щего элемента, упрощение конструкции коли рующего элемента и возможность дистанци. онного расположения кодирующего элемента и генератора шкалы.Предлагаемый преобразователь угла поворота в цифровой код основан на считывании импульсов с двух роторов генератора шкалы и с двух роторов кадирующего элемента неподвижными считывающими устройствами. Непрерывно вращаются только роторы генератора шкалы, число пар полюсов которых равно Р и 1 (генератор с Р парами полюсов - датчик шкалы, генератор с одной парой полюсов - датчик питания кодпрующего элемента), а непрерывное вращение кодового ротора, имеющего число пар полюсов Р и 1, заменено вращением вектора магнитного поля в статарах кодирующего элемента за счет питания его выходными напряжениями генерато ра шкалы, ротор которого имеет одну пару полюсов, поэтому скорость вращения вектора магнитного поля кодирующего элемента равна и синхронна скорости непрерывного вращения ротооов генератора шкалы.Скорость изменения выходных напряжений, снимаемых с кодпрующего элемента (с обоих каналов; канал, имеющий Р пар полюсов - канал точного отсчета, канал, имеющий одт пару полюсов - канал грубого отсчета), равна и синхронна скорости изменения напряжений, которыми запитывается кодирующий элемент, синхронна и .в Р раз меньше скорости изменения выходных напряжений, снимаемых с генератора шкалы, ротор которого имеет Р пар полюсов,За один оборот вала вспомогательного двигателя выдается Р импульсов с формирующего устройства датчика шкалы и по одному импульсу с формирующих устройств датчика питания и двух датчиков кодирующего элемента Временное положение импульса,Роторы обоих датчиков генератора шкалы 2 вращаются непрерывно со скоростью й двигателем, а роторы кодирующего элемента б 45 жестко соединены с входной осью, угловое положение котооой необходимо определить,За один оборот ротора генератора шкалы вектор магнитного поля датчика питания поворачивается на 2 д эл. град.50 С синусной и косинусной обмоток статора"атчика снимаются два напряжения= КЖ,з 1 п в 1 з 1 п 171 и , = К 1, з 1 п ц 1 соэ ,55 где 1." - скорость вращения вала вспомогательного двигателя;ц - круговая частота напряжения питачия;К - К. - коэффициенты передач, аргумент вокоторых по огибающей за один оборот вала (2 д угл, град.) вспомогательного двигателя изменяется от 0 до 2 д эл. град (один период на оборот вала),65 снимаемого с формирующего устройства датчика точного отсчета, относительно импульса, снимаемого с формирующего устройствадатчика питания, определяется углом ,разворота ротора кодирующего элемента в пределах любого полюсного деления. При этомчисло импульсов, снимаемых с формирующего устройства датчика шкалы, которое укладывается меяду двумя указанными импульсами, определяет код точного отсчета, шаг 102 тквантования которого равен -- а временР Рное расположение импульса, снимаемого сформирующего устройства датчика грубогоотсчета, относительно импульса, снимаемогос формирующего устройства датчика питания,определяется полным углом разворота роторакодирующего элемента относительно нулевогоположения измеряемого вала, и число,импульсов, снимаемых с датчика шкалы, эквивалентное число пройденных пар,полюсовдатчика точного отсчета от его исходного положения, определяет код грубого отсчета, шаг2квантования которого равен - .25На чертеже приведена блок-схема преоб.разователя.Преобразователь содержит двигатель 1,который вращает сдвоенный ротор генерато- зора шкалы; генератор шкалы 2, датчик шкалы8, датчик питания 4 кодирующего элемента,кодирующий элемент б, датчик точного отсчета б, датчик грубого отсчета 7, формирователи импульсов 8 - 11 и блок формирова- з 5ния кода 12,Основными узлами преобразователя являются два генератора; генератор шкалы икодирующий элемент. В генераторах используются индукционные машины типа синуснокосинусных поворотных трансформаторов. За один оборот ротора генератора шкалы вектор магнитного поля датчика шкалы поворачивается на 2 д эл. град.С обмотки статора датчика шкалы снимается напряжение(з = КзУз 1 пэ 1 п Р 1),аргумент которого по огибающей за полный оборот вала вспомогательного двигателя изменяется от 0 до 2 д эл. град. Р раз (Р периодов на один оборот вала).Напряжение питания генератора шкалы подается на его роторные обмотки.Выходные напряжения У 1 и К, вспомогательного генератора подаются на синусные и косинусные обмотки датчиков кодирующего элемента. Напряжение Р 1 подается на синусные обмотки обоих статоров кодирующего элемента, а напряжение Ь, - на косинусные обмотки.За один оборот ротора генератора шкалы вектор магнитното поля статоров кодирующего элемента поворачивается на 2 д эл. град.Напряжения, снимаемые с роторных обмоток кодирующего элемента, описываются следующими выражениями;4 К 3 тл 51 п ф 1 з 1 п ("1 + 71);1; = К,Чз 1 псов (171 + ч );К 4 У 1 п в 11 п ( 1 + Г)= КО 0 51 п1 сов (И + У 2)где У 4 и Уь - выходные напряжения каналов точного и грубого отсчетов кодирующе. го элемента соответственно, снимаемые с синусных роторных обмоток;Г 4 и Г - выходные напряжения каналов точного и грубого отсчетов кодирующего элемента соответственно, снимаемые с косинусных роторных обмоток;Къ Кз, К 4, К 4 - коэффициенты передач.При построении преобразователя угол - код используются, например, выходные напряжения 4 и5.В исходном состоянии (при угле поворота ротора кодирующего элемента я = 0),ротор кодирующего элемента должен быть установлен таким образом, чтобы на синусных обмотках его были нулевые значения выходных напряжений (в точках, где доза равна О, а не 180) при,нулевом значении напряжения питания Ъ 1 (где доза также равна 0) и максимальное значение напряжения питания При этом одно из нулевых значений выходпого напряжения Ъз датчика шкалы совмещено с нулевым значением напряжения питания У 1. Это положение совмещается с нулевым значением угла измеряемого вала, и в этом случае выходные напряжения, снимаемые с роторных обмоток кодирующего элемента, запишутся как:4 - К 2 та з 1 пэ 1 п 1,При повороте ротора копирующего элемента на угол а происходит сдвиг по фаземежду напряжением питания и выхо 1 ныминапряжениями каналов.В общем виде выражения выходных напряжений каналов точного и грубого отсчетовкодирующего элемента будут:4 - Кз ж 1 п 1з 1 п (1- 1 + ч 1) ,5 К 4 ти 81 п ф 1з 1 п М + 02) .При,повороте ротора кодирующего элемента на угол, равный одному полюсному делению сдвиг фаз между напряжением питанияи выходным напряжением канала точного отсчета составит У 1=2 д эл. град., а сдвиг фазмежду напряжением питания и выходным напряжением канала грубого отсчета составит2 йэл. град. (так как масштаб между каРналами кодирующего элемента равен Р, то): - Р.За один период напряжения питания фазавыходного напряжения датчика шкалы изменяется на 2 д . РПримем за единицу измерения сдвиг по фазе между напряжением питания и выходныминапряжениями каналов кодирующего элемента 2 й эл. град. шкалы.При повороте ротора кодирующего элемента на угол, соответствующий одному полюсному делению, сдвиг по фазе между нанапряжением 14 составит Р единиц шкалы, асдвиг по фазе между напряжением питанияи выходным напряжением 15 - одну единицушкалы,Таким образом, число единиц (число периодов шкалы) между нулевыми значенияминапряжения питания .и выходного напряжения канала точного отсчета при угле поворота ротора кодирующего элемента на однополюсное деление равно Р, а между нулевыми значениями напряжения питания,и выходного напряжения канала грубого отсчета равно 1.При угле поворота ротора кодирующегоэлемента, равном 2 д угл. град., число периодов шкалы между нулевым значением напряжения питания и нулевым значением выходного напряжения канала грубого отсчета составляет Р. Следовательноразрешающаяспособность преобразователя, построенногопо предлагаемому способу, составляет Рединиц,Преобразователь угол - код являетсяциклическим преобразователем.Цикл преобразования равен одному периоду напряжения, питания кодирующего элемента, т. е. времени одного оборота валавспомогательного двигателя, При этом старшие разряды цифрового эквивалента угларазворота ротора кодирующего элемента (целое число пар полюсов канала точного отсчета кодирующего элемента) фиксируются погрубому отсчету. Фиксация производится подсчетом числапериодов шкалы между нулевым значением напряжения питания кодирующего элемента и нулевым значением выходного напряжения 5 канала грубого отсчета. Младшие разрядыкода (дробная часть полюсного деления, т. е. квантование угла в,пределах полюсного деления) фиксируются по точному отсчету подсчетом числа периодов шкалы между ну левым значением напряжения питания и нулевым значением выходного напряжения канала точного отсчета.Шаг квантования канала точного отсчета2 д 2 лравен Р , а канала грубого отсчета Диапазон измерения канала точного отсчета - угол, равный полюсному делению шкалы точного отсчета кодирующего элемента, т, е.2 лР20 угол равный -- .Коэффициент электрической, редукции преобразователя равен Р, т. е. увеличивается в Р раз по сравнению с коэффициентом электрической редукции кодирующего элемента.25Напряжения, снимаемые с выходных обмоток генератора шкалы 2 и кодирующего элемента 5, подаются на формирователи, которые в моменты перехода огибающих выходных сигналов через нулевое положение от отрицательных значений к положительным формируют импульсы.За один оборот ротора генератора шкалывыдается Р импульсов, шкалы с формирователя 8 и один импульс с формирователя 9, момент формирования которого является началом цикла преобразования угла в код.С формироватечей выходных напряженийкодирующего элемента за один оборот ротора 49генератора шкалы, выдается по одному импульсу как по каналу точного отсчета, так и по каналу грубого отсчета.Временное расположение импульса с формирователя 10 точного канала кодирующего 45элемента или сдвиг по фазе его относительно начала цикла преобразования определяется углом разворота ротора кодирующего элемента в пределах любого его полюсного деления.Временное расположение импульса с формирователя 11 груоого канала или сдви по фазе его относительно начала цикла преобразования определяется полным углом разворота ротора кодирующего элемента относительно исходного положения измеряемого вала.Таким образом, число измеряемых периодов шкалы, которое укладывается от начала цикла преобразования до появления импульса с формирователя 10 канала точного отсчета, определяет код в пределах полюсного деления, а число измеряемых периодов шкалы, которое укладывается от начала цикла преоора зования до появления импульса с формирователя 11 канала грубого отсчета, определяет старшие разряды кода, эквивалентного числу пройденных пар полюсов кодирующего элемента, от его исходного положения.едактор Л. Утехина Изд.991 Государственного комит по делам изобретен Москва, Ж, РаушсТираж 602ета Совета Минисий и открытийкая наб., д. 4/5 Заказ 739/24 в СС И п. Харьк. фил, пред. Патент Импульсы каналов точного и грубого отсчетов кодирующего элемента могут совпадать с любым импульсом шкалы. Совпадающий,во времени импульс шкалы считается в блоке формирования кода Г 2 как единица дискрета. Исключение составляет первый (нулевой) импульс шкалы, момент появления которого совпадает с началом цикла преобразования.Генератор шкалы (датчики генератора шкалы), индукционные кодирующие элементы, формирователи импульсов, блок,формирования кода построены по известным схемам. Пр ед м е т,и з о бр е тен и я Преобразователь уа ол - код, содержащий двигатель, кодирующий элемент, состоящий из датчика точного отсчета и датчика грубого отсчета, формирователи импульсов, соединенные с блоком формирования кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введен генератор шкалы, состоящий из датчика шкалы и датчика питания кодирующего элемента; причем роторы датчика шкалы и датчика питания кодирующего элемента установлены на валу двигателя; статорная обмотка датчика шкалы соединена со входом первого формирователя импульсов; статорные обмотки датчика питаНня СОЕДИНЕНЫ СООтВЕтСтВЕННО СО СтатарНЫУьИ обмотками датчика точного отсчета и датчика грубого отсчета кодирующего элемента; синусная,обмотка статора датчика питания под. включена ко входу второго формирователя импульсов; синусная обмотка ротора датчика точного отсчета соединена со входом третьего формирователя импульсов, а синусная,обмотка ротора датчика грубого отсчета - со входом четвертого формирователя импульсов,