Преобразователь координат трехмерного пространства

ВСф(Ц: лс АЧ%ЬТМФбйбямо тем. СОюз Сооетских Социалистических Республик(11) 524194л 6 М 3 в,.нй ,и ,К АВТОРСКОМУ СТМДБТЕЛЬСУЗ Дополнительное к авт. свид-вуЗаявленоО 9.11,72 ф) 1845867рисоединением заявки М Ъст:. 3(51) М. Кл,/22 сударственный камнтеавета Министров СССРпо делам изааретенийи открытий 23) Приоритет -ОпубликованоО 5 О 8 76 Бюллетень 29 Дата опубликования описания 15.09,76 53) 335 88 2) Авторы изобретени Д, Будрин анов(71) Заявите ВОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТ ТРЕХМЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА 54 редств ычисли ычислепо заданХд Уд 7,ат В проист я пре Известно устркоординат, котормирующие усилиткоординат, суммный в цепь отрипреобразователя зован о-сум О разу емых включене содержит интег ли по числу прео аторь цател блок нверторы и нои обратнопреобразованполярные. вяз прямоольных координа Цел а управле сфериче 20 длагаемый преоб ой блок преоораординат в сфер той целью пре одеожит вто 1 ОУГОЛЬНЫХ К э зова. - лчески вательния пря трои- ямо г в Устройство относится к областивтоматики, приборов управления и Вельнойтехники и предназначено для1ния координат Х, У, точкиным начальным координатам точкиуглам поворота системы координтранстве,изобретения - расширение класстх задач, возникающих в системания, в частности преобразованиеских координат в прямоугольные. оторого подключены к входа, ыходы блоков преобразования угольных координат в сферические подключены попарно к перВым и Вторым Входам состветствуюших трех сумматоров. Третьи входды сумматоров угловых координат соединены с входами задания углов поворота координат. Выход первого сумматора подключен ко входу первого цнтегро-суммируюшего усилителя через инвертор и к входу третьего - непосредственно, выход второго - ко Входам первого и третьего интегро-сумьатруюших усилцтечей через цнвертор и к Входу второго непосредственно, а выход трет.",его - ко входам трех цнтегро-суммируюшцх усилителей непосредственно.Блок преобразования прямоугольных координат в сферические выполнен трехканальньтм и содержит пять модуляторов, трц сумматора, амплитудный и два фазовых детектора. Для подачи модулцрую ццх напряжений входы первого и Второго модулятооов соединены между собой и подключены к первому входу блока, Входы третьего и четвертого модуляторов соединены и подключены к второму входу, Вход пятого модулято а - к третьему входу, Вы; одвтпервого и третьего модулчторов подсоединены ко входам первого сумматора, выходной сигнал которого подан на вход опорного напряжения:пяте; о модулятора. выходы второго и четвертого - к входам второго 5 сумматора, выходной сигнал которого подан на вхо, первого фазового детектора, на вход опор .ого напряжения второго Фазового детектора и на один из входов третьего сумматора, ко второму вход;- ого И подключен выход пятого модулятора, Выход третьего сумматора подключен ко входам амплитудного и второго фазового детекторов, Входные клеммы опорных напряжений,о сдвинутых одно относителыто другого на 90, й соединены с входами опорных напряжений модуляторов и фазового детектора; причем первая из них соедшена с входами первого и четвертого модуляторов, вторая - со входами третьего модулятора, а третья - со 20 входами второго модулятора и первого фазового детектора. Сигналы с выходов ампдтитудного и фазового детекторов поданы на выходы блока.В преобразователе происходят .,ромежуточные вычисления сферических координатВ, Ч, Е по задаьпым прямоугольным, изменение углов , Е на заданную величину Ь Р и д Е и переход к прямоуголь 30 ным координатам.Все входные и выходные величины преобразователя ( Х, У, Ь, А"г, дс, Х, у,У. ) представлены в виде напряжений постоянного тока.На фиг, 1 показана блок-схема преобразователя координат трехмерного пространства; на фиг. 2 - схема блока преобразования прямоугольных координат в сферические.40Преобразователь содержит два идентичных блока преобразования прямоугольныхкоординат в сферические 1 и 2, в которыхвходные и выходные прямоугольные координаты ( Х, У, Е и Х, У, Е ) подвергают ся одинаковым преобразованиям, сумматоры 3, 4, 5 интегро-суммирующие усилители 6 - 8 и инверторы 9 и 10,Блок преобразования прямоугольныхкоординат в сферические содержит модуля- щторы 11 -15, сумматоры 16- 18, фазовыедетекторы 19 и 20 и амплитудный детектор 21,Выходные сигналы, пропорциональныекоординатам Х и У, поступают на модуляторы 12, 11 н 14, 13 соответственно.Выходные напряжения модуляторов 12 и 14,11 и 13 суммируются. При указанных,опорных напряжениях суммарчое напряжение.модуляторов 12 и 14 равнобал(е С ф Ф), 60лятооов 11 и суьгларное напряжение моду. -г с 05 (й+8),чгде г аГм Ч ф агдереНапряжение 1 со 5(и 1+Впоступает на модулятор 15 в качестве опорного. Величина Г измечяется с изменением Х и У, а на выходе мог. - ;.эра 15 необходимо получить напряжепе, не зависящее от амплитуды опооного. Эта задача может быть решена несколькими путями: например, включением ь цепь опорного напряжения усилителя - ограничителя и фильтра, включением в цепь опорного напряжения усилителя с глубокой 1 регулировкой усиления и выполнением схемы модулятора 15 таким образом, чтобы он был некритичен к изменению опорного напряжения.Таким образом, существует ряд способов стаоилизации амплитуды опорного напряжения (для модулятора 15) и выбор одного из них опрело ., -.: конкретной конструктивной проработкой преобразователя н не существенен для его принципа действия. Связьмежду модуляторами 11, 13 и 15, пока- .занная на фиг, 2, отражает только принципиальную сторону взаимодействия между этими элементами, т,е. что модуляция , вели пни Е происходит в фазе с сигналом 1 соь(оэср+ Р)При этом на выходе модулятора 15 чолучен сигнал. Х СОЬ(с 01+Ч). Этот сигнал суммируется с напряжением Р йп (юФ + Ч), и в результате получаетс;т напряжение 51 л(ф ф Б-; +ь а=агсЬ 1. К.1. Таким образом, в результате описанных ,преобразований получаем два напряжения Г Ы (ЦЗ Ь+9) И К 51 П(и 1+9 б).Первое из этих напряжений, поступает на фазовый детектор 19, опорным для которого является напряжение Ь 1 и ю, На выходе детектора 19 получаем напряжекие, пропорциональное углу("азимутф ). Напряжение51 п (ЙФ, +%+О поступает на амплитудный детектор 21 и фазовый детектор 20, у которого. опорным напряжением: является ы и ( в 1 + Ю )На выходе амплитудного детектора напряжение пропорциальио К, а на выходе фазового детектора - углу Е (фугол местаф),После преобразования выходных величин Х, У и Е получаем соответственнот /(значения КУ, Е Полученные величины сферических координат ( Я, У, Е, 3,Ч, с ) поступают на входы усилителей 6 - 8, где они суммируются с определенными знаками, На те же входы усилителей поданы входные,д и д , пропорциональные углампо рворота системы координат в горизонтальной ( д) и вертикальйэй( д )плоскостях.Выбранное на фиг. 1 правило знаковобеспечивает устойчивость всей многоконтурной системы и осуществление заданныхпреобразований координат.Обозначим (У + дЧ)-Ч =О,;10Е16+а)- =8.У- =Ри силителей, сигналы .интегро-суммирующих ус кэторых пэ даны на выходы устройства,с я тем чтэ сцелью 5отличаюшиисЕсли считать операционные усилители- -э. Ос К - смидеальными (в - -э. осдрейф равендр йф вен нулю) то пока все усилителинаходятся в лине йной зоне, должны нып20няться следующие соотношения:на входе усилителя 6: - 8 - 8 +3 =О;на входе усилителя 7: + О, -д + д =о;на входе усилителя 8: б . д : ОЭти соотношения могут Одйовременно 25выполняться при единственном условиид: д:8:о.Следовательйо, йолучаемМ =9+дМ=Е+дЕ; 3 =К,.соответствующим сферическим координатам,полученным иэ входных величин Х, У и Ь,с учетом поворота системы координат наугол дв горизонтальной плоскости, ина угол д 1 в вертикальной плоскости,Следует отметить, что добавление куглам Ч и 1 углов АЧ и дЕ физическисоответствует повороту вектора К в неподвижной системе координат. Поэтому длятого, чтобы имитировать поворот системыкоординат относительно неподвижного вектоР зра %, углыдЧи дЕ должны быть взяты 45с обратными знаками по отношению к угламповорота системы координат..АТаким образом, новые координаты Х, У,соответствуют исходным координатам Х, У и д после поворота системы, 5 Окоординат на углы дУ, дб,формула изобретения551. Преобразователь координат трехмерногопространства, содержащий по числу преобразуемых координат три интегро-суммирующих усилителя и три сумматора, инверторы.и включенный в цепь отрицательной обратной связи преобразователя блок преобразоВания цэямоъ Ольных координат в .феричесчкие, входы которого соединению с выхэдами расширения класса решаемых задач, он содержит второй блок преобразования прямоугольных координат в сферические, входы которого подключены к входам устрэйства, выходы блоков преобразования прямоугольных координат в сферические подкл.счены попарно к первым и вторым входам соответ;ствуюших трех сумматоров, третьи входы сумматоров угловых координат соединены с входами задания углов поворота коордийат; выход первого сумматора подключен ко входу первого интегро-суммирующего .усилителя, через инвертэр и к вхэду третьего непосредственно, выход втэрэгэ сумматора - ко входам первого и третьего интегрэсуммирующих усилителей через инвертэр и ко входу второго непосредственно, а выход третьего сумматора - кэ вхэдам трех ннтегрэ-суммирующих усилителей непэсредственнэ,2. Преобразователь по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок преобразования прямоугольных координат в сферические выполнен трехканальным и содержит пять модуляторов, три сумматора, амплитуд; ный и два фазовых детектора, причем для подачи модулирующих напряжений входы первого и второго модуляторов соединены между. собой и пэдключены к первому входу блока, вхэдыт третьего и четвертого модуляторов также соединены и подключены к второму входу а вход пятого модулятора - к третьему входу блока; выходы первого и третьего модуляторов подсоединены ко входам первого сумматора, выходной сигнал которого подан на вход опорного напряжения пятого модулятора; выходы второго и четвертого модуляторов подсоединены к входам второго сумматора, выходной сигнал которого подан на вход первого фазового детектора, на вход опорного напряжения второго фазового детектора и на один из входов третьего сумматора, ко второму входу которого подключен выход пятого модулятора; выход третьего сумматора подключен ко входам амплитудного и втэрогэ фазэвэгэ детекторов; вхэдные клеммы опорных напряжений, сдвинутых одно относительно другого на ЙОО соединены с входами опорных напряжений модуляторов и фазового детектора: причем первая из них соединена со входами первого ичетвертого модуляторов, вторая - со вхо. м третьегэ мэдулятэра, а третья - сэ входами втэрэгэ модулятора и первэгэ фаээвэгэ детектора; сигналы с выхэдэв амплитуднэгэ и фазэвэгэ детектэрэв поданы навь:хэды блэкаЛ сп ыТФиг. Составитель И. Гореловадактор Л. Утехина Техред М. Левицкая Корректор А, Гриценк Подписное Р министров ССР вет та:Й н с лиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 4915/409 Тираж 86 ЦНИИ 11 И Государственного коьасте по делам изобретмп 113035, Москва; 2 К, Роткрытий кан наб д. 4