Преобразователь угла поворота вала в код

О П И С А Н И Е ,ц 526934ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Реслублик(61) ДополнительОе к авт. СВпд-ьу 2 ) Заявлено 15.08.75 (21) 2163984/24 (51):. Кл.з С 08 С присоединением заявки Гасударственных комитет Совета Министров СССР 23) ПриоритетОпубликовано 30,08.76 53) УДК 25(088,8) О.лет епь .е лам изобретениии открытий сепия 13.09.76 а опуоликования о(54) ПРЕОБРАЗОВАП.ЛЬ УГЛА ИОВОРОТА ВАЛА В К Изооретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для сопряжения датчиков и счетно-решающих элементов поворотного типа с цифровыми вычислительными устройствами и машинами различного назначения.Известны преобразователи угла поворота вала в цифровой код, в том числе и преобразователи, в которых угловое положен: е вала посредством функциональных датчиков преобразуется в промежуточную аналогом о величину, например сдвиг фазы или напряжение, с последующим преобразованием последней в код углового положения вала. В качестве таких датчиков наиболее часто используются различные фазовращатели, и в первуо очередь вращающиеся трансформаторы высокого класса точности, так как они достаточно просты, обеспечивают высокую точность, надежны в рабсте, помехоустойчпвы, могут быль размещены на большом расстоянии от электронных блоков 1 и 2,Однако такие преооразователи имеют невысокую точность.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преооразоватсль угла поворота вала в код, содержащий пос,едовательно соединенные генератор, г-разрядный двоичный счетчик, формирователь синусоидальных напряжений, фазовращатель и преобразователь угла в фазу, первый выход которого соединен с перьым Входом олока элементов И, к Второму Входу которого подключен и-разрядный двои шый счетчик,3..этот преооразовате,ь практически не зО жет обеспечить высокую точность преобразоВания в условиях его повседневной эксплуатации, осооенно в тех случаях, когда постоянство внешних условий его работы не может бьть создао по тел Пли иным Оостоятельст вам, Зто обусловлено по меньшей иере двумяпричинами. Во-первых, выходной код угла преобразователя определяется по временному положен;о фазового импульса, вырабатызаемому В ОЛ 01 се Выде,ения и ф 010 мироваПя фя зового импульса в момент перехода сннусоидального напряжения с выхода фазовращателя от его отрицательных значений к положительны: и поэтоз как Возппкновене исккопий формы этого напряжения, так и нестабпль ность срабатывания элементов сравнения напряжении в блоке Выделения и формирования ртЗОВОГО их 1 п льса приводит к дополнитеьному смещенгпо фазового импульса, а следовательно и кпоявлснпю Ошибок преобразования.25 Устранение причин Возникноьепия этих ошибок, особешо второй, технически сложно и может быть достппуто применением специальных высокостаснПьных элементов и значительного усложнения схемы преооразователя.30 Во-вторых, вследствие того, что при вращении ВходОГО Вала преооразоватсля фазовыиимпульс смещается во времени непрерывно, а следовательно он может занимать любое положение относительно импульсов собственного генератора преобразователя, нестабильность длительности фазового импульса и импульсов генератора может приводить либо к потере импульсов съема кода угла со счетчика, либо к появлени 5 о двух (илц более) импульсов съема, что безусловно приводит к нарушению работы преобразователя и возникновению дополнительных ошибок, Стабилизация длительности фазового импульса и импульсов генератора существенно усложняет схему преобразователя,Цель изобретенияповышение точности преобразователя,Это достигается тем, что в предлагаемый преобразователь введены блоки задержки, регистры, блок сравнения, блоки из гг и гг+ 1 элементов И, первый вход блока из п элементов И подключен к выходу и-разр 5 дного двоичного счетчика, а второй вход - к второму выходу преобразователя угла в фазу, который через первый блок задержки подключен к первому входу блока и+1 элементов И и к второму блоку задержки, выход которого соединен с одним из входов регистров, выходы блоков из гг и п+1 элементов И через регистры подключены к входам блока сравнения и к входам соответствующих разрядов сумматора, вход старшего разряда которого соединен с выходом блока сравнения, выход сумматора подключен к второму входу блока из гг+1 элементов И.Преобразователь угла в фазу выполнен в виде ограничителя-нормирователя, например, по схеме переключателя тока, триггера, входы которого соединены с прямым и инверсным выходами ограничителя-нормирователя и через второй элемент задержки с выходом генератора; и двух элементов И, входы которых соединены непосредственно и через третий и четвертый элементы задержки с прямым и инверсным выходами триггера.На чертеже показана функциональная схема преобразователя.Схема преобразователя угла поворота вала в код содержит задаюгций генератор 1, и-разрядный двоичный счетчик 2, формир,ющий сигналы опорного цикла преобразователя и текущий код фазы этого цикла, формирователь 3 синусоидальпых напряжений запитки фазовращателя; фа озращатель 4, преобразующий угол поворота вгла в сдвиг фазы синусоидального напряже гия, преобразователь 5 угла в фазу, выполненный в виде ограничителя-нормирователя 6, триггера 7 с входной логикой, элементы 8, 9 и 10 задержки и двух элемен тов И 11 и 12; блоки 13 и 14 из п элементов И, осупгествля 5 ощие съем кодов со счетчика 2 по фазовым импульсам преобразователя 5; регистры 15 и 16, хранящие результаты сьема на время вычисления выходного кода угла, сумматор 17, выполняющий вычисление выходного кода угла; блок сравнения 18 сравЦИВЯЕТ СТЯРШИЕ РЯЗР 55 ДЫ ВХОДНЫХ КОДОВ СУМматора; блок 19 из гг+1 элементов И выдачи выходного кода преобразователя и блоки20 и 21 задержки.5 Преобразователь работает следующпм образом,Импульсы задаюгцего генератора 1 непрерывно просчитываются двоичным п-разряднымсчетчиком 2, который циклически изменяетО свои состсяния от юлсзого (начаго цикла) Домаксимального, равного 2" - 1 (конец цикла).Б формирователе 3 синусоидальных напряжений по прямоугольным импульсам старших разрядов счетчика 2 вырабатывается,5 напрпмер, посреДством ф 015 мирОВате;5 я, система смещенных по фазе синусоидальных напрякени 5 запитки фазовращателя 4.Начальное полокение входного вала преобразователя и положительное направление его50 вращение выбраны так, что разность фазмежду выходным напрюкением фазовращателя 4 при его представлении косию соидальнойфункцией и циклом работы счетчика 2 в точности равна величине угла поворота входного25 вала преобразователя. При этом в моментпрохождения выходным напряжением фазоВ 1 зящатсл 5 И 1.евой фазы его цик,я, т. е. своего максимального положТельного значения,код текущего состояния двоичного счетчика в30 точности равен величине угла поворота входного вала преобразователя.Однако В предлагаемом преобразователедля повышения точности и стабильности егоработы выходной код угла формируется не пу 35 тем съема текущего кода с двоичного счетчика в момент прохождения выходным напряжением фазовращателя нулевой фазы егоцикла, как во всех известных преобразователях, а путем усреднения двух кодов, снима 40 емых с двоичного счетчика двумя фазовымиимпульсами, расположенными симметрично отцосглег 5 ьно момента прохождения Выходнымнапряжением фязоврашателя нулевой фазыцикла (в данном случае его максимального45 значения) и формируемыми по началу и концу первичного фазового импульса, получаемого методом двухстороннего ограничения косин 1 соидг 1,ьного япряжения. При этох повы -шецие то ности и стабильности преобразовате 50 ля обесг;ечивается тем, что как нестабильность,ровней оранцчсния косингсоидального напряжения, так и его симметричные искажения (искажения, вызванные косинусоидальными высшими гармониками) приводят к55 симметричному изменению положения фазовых импульсов и снимаемых ими кодов, сохраняя их среднее значение постоянным.Двухстороннее ограничение косицусоидального напряжения с выхода фазовращателя 460 с одновременным усилением и нормированием (приведением к единичному и нулевомууровням использованных в устройстве логических элементов) полученных при ограничениисигналов осуществляется в ограничителе-нор 05 мирователе 6 преобразователя 5 угла в фазу, 5269345Ограничитель-норыирователь 6 выполнен на СХЕМЯХ ПСРС 1 СЛЮЧ 2 ТЕЛЕИ ТОКЯ И ИМЕЕТ ДВ 2 ВЫ- хода -- прямоп и инверсный; в качестве прямого 1)спогьз) ется тот выход, на котором прп по,10)к(тс;.Иои полуволне Входного кос)Нусоидальпого напряжения формируется сигнал единичного уровня (этот сигнал назван первичным фазовым импульсом). 11 ри достаточно ООЛЪЦОМ КОЭффИЦИЕНТЕ УСИЛЕНИс ПСРСК;110 ЧЯТСЛ(.И ОКЯ фОРЛ 12 ПЕРВИЧНОГО фс 130 сО 0 И.ПУ.Ь- са яьляется практически прямоугольной.гслслстьие непрерывности и 3 ыснения Входного гла преооразователя, а следовательно 1 (разы Бьходного напряжения фазовращателя +, Нача.О и КОсЕЦ ПЕРВИЧНЫХ фаЗОБЫХ ИМПУЛЬСОВ МОГ Т Зс Н И МЯТЬ Л ЮОЫЕ ПО.1 ОЖ СПИ я 0 Г 110- ситсльно импульсов генератора 1, и поэтою для устрянспйя Ошиоок Г 1 ри съе)1 е 1 Одод с счетчика 2 первичные фазовые импульсы нормируются по положению, Нормирование осуществляется известным спосооом и состоит в том, что прямое и инверсное значения первичных фазовых импульсов, снимаемые с прямого и инверсного выходов ограничителя-нор)ирователя 6, подаются на первые входы соответствующих элементов И входной логики триггера 7, на вторые входы которых поступя 10 т смещенньге элементом 8 задержки импульсы генератора 1. Величина смещения импульсов определяется временем перехода счетчика 2 от одного состояния к другому и в первом приближении равна половине периода их следования. При этом триггер 7 переходит от нулевого состояния Б единичное по первому задержанному импульсу генератора, следующему после начала первичного фазового импульса, и возвращается в нулевое состояние по первому задержанному импульсу генератора, следуощсму после окончания первичного фазового импульса, Снимаемые с выходов триггера 7 нормированные первичные фазовые импульсы с точностью до периода следования импульсов генератора 1 повторяют ненормированные первичные фазовые импульсы, формируемые ограпичи елем-нор мирователем 6, по их начало и конец Всегда расположены точно чгежду импульсами генератора 1.Выходные фазовые импульсы преобразователя 5, по которым производится съем кодов с двоичного счетчика 2, формируются по началу и концу нормированных первичных (разовых импульсов способом формировашя коротких сигналов из потенциальных импульсов неопределенной длительност;1, Фазовый импульс по началу первичного фазового импульса - первый фазовый импульс - получается логическим перемножением на элементе И 12 прямого нормированного первичного фазового импульса с задержанным на элементе 10 задержки его инверсным значением, а фазовьй импульс по концу первичного фазового импульса - второй фазовый импульсс - логическим перемножением на элементе И 11 инверсного значения нормированного первичного фазового импульса с задсржяпных н 2 э;1 емспте 9 зс 1 дср)кки сГО прямым значением.1 срвый фазовып МпугЬс посредством блока элс)сп)ОБ 11 6 снимас г текущее зна чснпе код 2 счетч 11 ка11 32 ПОС) 1 ОГО пя реГ 11 стр10. АНЯГОГППО БТОРОП фс)БОВЬ П)1 ПЛЬС ПОсрсДством Олока э.смептов 11 14 снпмаст1 С 1 ОЩСЕ ЗН ЯЧС 111 С КОДЯ СЧЕ 111 КЯ и 3 с 1 НОСПТего на второй регистр 16,;средпенпс полученных кодов осущсствляСС 5 1 БТС) 1 Х Су11 рОВсИ 151 Нс 1 КО)10 ПНЯЦИОННО. СУм 32 ГОРси Дслшп)5 НО,Учсш 10 ГО 1)сЬУЛЬТЯТ 2 12 Два ПУТЕ) УС.10 БНО фпКСЯЦ 11 ПзанятОИ Перед:ЛЯДШПМ раЗрядОМ КОда, СНП) хЯсмого : сум)ЯОра посрсдствог Олока 19.СЬЕ) КОла С СУММ"тОРа ПРОПЗБОлитСЯ ВТОРЫМфа овыы м)1) л.Со)1, задержанным блоком 203 с 1 Д СР ж К2 Б С.11 Ч 11 , Н С 0 О Х О Д 11 М 1 О ДЛ 51 3 и -БСРШЕ 1 ИЯ ПЕРСХОД 1(ЫХ РСЖ 1)МОВ В С) ММс 1 ТОРСпос,с подач) Па с 0 Бгороп Вход ОДЯ,хо 2- является выходным кодом преобразователя,ВЫХОДОп код П 1)СООрдзОВс 1 Гег 51 Как ПО.)уО ХМЯ кодов Б ТОЧНОСТ 1 СООТВЕТСТВ Сг ВС,)псШпе мгла БходнОГО В 2 Г 12 только В то) Слы 1 яе,когда псрвьш и второй фязовыс пмпульсь лс 30 жат в пределах одного цикла работы двоичного с стшка 2.сор мул а изоор етеппяПреобразователь угла поворота вала в код, 3; содержащий последовательно соедпнеш)ыс генератор, и-разрядный двопч;Ый счетчик, формирователь синусопдальных напряженш 1, фязовращатель и преобразователь угла в фазу, первый выход которого соединен с первым .О входом блока элементов И, к второму входу которого подклочен гг-разрядный двоичный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блоки 32 Держки, ре 1 истры, блок сраБпенпя, Олокн .д из гг и гг+ элементов И, первый вход блока из гг элсмснтов 11 подключен к ВыхОДУ гг-разрядного двоичного счетчика, а второй ВХОД - К БТОРОМ 1 ГЫХОДГ ПРСООРЯЗОВс 1 ТЕЛ 51 угла в фазу, который через первый Олок за)О;Сраки подк.почсн к перво)1 Вход) б,Ока:г+1 элементов 11 и к Вторму олоку задержки, Бъ)ход которго соединен с Одпм пз Входов регистров, выходы блокоь;з гг и 11+1 элементов И через регистры, подключспы к Входам блока сравнения и ко Входам соответствующих разрядов сумматора, вход старшего разряда которого соединен с выходом блока сравнения, Выход сумматора подключен к второму Вход, олоа пз и1 элементов И.00Источнпсш шформацпи, принятьс Бо шшмапие прп эксперт:,зс:1. Г).вт. св, х) 41-1610, Сг 08 С 9,04, 17.05.72.2. с).БТ. СВХ. 425197, С 08 С 9,04, 04.01.72.05 Зз,вт. св. М 282702, Сг 08 С 904, 80.05.69.Составитель И, Назаркина Техред В, Рыбакова ороекто Изд. Кв 15 1 Государствен ого кои по делан изобрете113035, Москва, )К.35, Р Заказ 2375/5ЦН 11 11 И шог 1:яфин, ир, Сапунова, 2 Редактор Т .Рыбало Тираж 864ета Совета Министроии и открытийа)шская наб., д, 4,5