Преобразователь угла поворота вала в код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тп) 556475 Соеа Соаетскнх Социалистических Республик(51) М. Кл б 08 С 9/04 вкиГосударственный комитет Совета Министров СССР оо делам изобретенийи открытнй(71) Заявите 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Изобретение относится к пр угловых перемещений в цифр жет быть использовано в изм нике и автоматике. образователям вой код и мо рительной тех м Известен та рота вала в нусный враща раторы напряя версивный счеЭтот преобр достаточной тоЧтобы повы кже преобркод, содерющийся тения, фазтчик 2.азовательчностью.сить точно зователь угла повоащий синусно-косирансформатор, геневые детекторы и ретакже не обладает сть, в предлагаемый Известен преобразователь угла новорота вала в код, содержащий вращающийся фазовращатель-датчик, цифровой фазовращательприемник, управляемый цифровым кодом, генератор опорного напряжения, фазовый детектор, блок управления и реверсивный счетчик 1.В таком преобразователе фазов 1 ый сдвиг выходного сигнала датчика, компенсируется эталонным фазовым сдвигом цифрового фазовращателя, пропорциональным выходному коду преобразователя. Однако известный преобразователь отличается недостаточной точностью из-за наличия в цепи преобразования погрешностей, обусловленных инерционностью элементов компенсационной следящей систепреобразователь угла поворота вала в код введены функциональный преобразователь, фильтр, преобразователь напряжения в частоту, цифровой сумматор, преобразователь на пряжения в код, дифференцирующий блок исумматоры, входы первого сумматора соединены соответственно с выходами генераторов напряжения. Первые входы фазовых детекторов соединены с выходами генераторов на пряжения, выход первого сумматора через синусно-косинусный вращающийся трансформатор подключен к первым входам функционального преооразователя, вторые входы которого соединены с одними выходами ревер сивного счетчика. Выход функциональногопреобразователя непосредственно и через фильтр подключен к вторым входам соответствующих фазовых детекторов, Выход первого фазового детектора непосредственно под ключен к первому входу второго сумматораи через преобразователь напряжения в частоту к входам реверсивного счетчика, второй вход сумматора через дифференцирующий блок подключен к выходу второго фазового 25 детектора. Выход второго сумматора непосредственно и через преобразователь напряжения в код подключен к одним входам цифрового сумматора, другие входы которого соединены с другими выходами реверсивного 30 счетчика,55 60 05 На чертеже показана блок-схема преобразователя угла поворота вала в код.Схема содержит генератор напряжения 1 низкой частоты, синусно-косинусный враща 1 ощийся трансформатор (СКВТ) 2, функциональный преобразователь 3, низкочастотный фазовый детектор 4, преобразователь 5 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 6, заградительный фильтр 7, настроенный на частоту напряжения генератора 1, высокочастотный фазовый детектор 8, дифференцирующий блок 9, постоянная времени которого выбирается равной постоянной времени низкочастотного фазового детектора 4, цифровой сумматор 10, преобразователь 11 напряжения в код, генератор напряжения 12 высокой частоты и сумматоры 13, 14.Работа преобразователя происходит следующим образом.Синусоидалыные напряжения низкой и высокой частоты генераторов 1 и 12 через сумматор 13 поступают на вход СКВТ 2. С синусного и косинусного,выходов СКВТ 2 промодулированные по амплитуде синусоидальные сигналы низкой и высокой частоты поступают на соответствующие входы функционального преобразователя 3, передаточная характеристика которого зависит от кода реверсивного счетчика 6, На выходе функционалыного преобразователя 3 образуются два сигнала низкой и высокой частоты, амплитуды которых зависят от углового положения вала СКВТ 2 п кода реверсивного счетчика 6, Эти сигналы поступают на входы заградительного фильтра 7 и низкочастотного фазового детектора 4, на выходе которого формируется сигнал постоянного тока. Амплитуда этого сигнала пропорциональна амплитуде входного сигнала переменного тока низкой частоты. Высокочастотный сигнал, поступающий на вход фазового детектора 4, отфильтровывается фильтром низкой частоты (входящим в состав фазового детектора 4) и через фазовый детектор 4 не проходит, С выхода низкочастотного фазового детектора 4 сигнал постоянного тока поступает на первый вход сумматора 14 и на вход преобразователя 5 напряжения в частоту, на выходах которого в зависимости от полярности входного сигнала формируются управляющие импульсы, поступающие соответственно на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 6.Высокочастотный сигнал с функционального,преобразователя 3 проходит через заградителыный фильтр 7 и поступает на вход высокочастотного фазового детектора 8. Низкочастотный выходной сигнал функционального преобразователя через заградительный фильтр фазового детектора 8, настроенный на частоту низкочастотного сигналане проходит. На выходе высокочастотного фазового детектора 8 формируется сигнал постоянного тока, амплитуда, которого пропорциональна амплитуде входного сигнала переменного тока высокой частоты. С выхода высокочастот 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4ного фазового детектора 8 сигнал постоянного тока поступает на дифференцирующий блок 9, а затем после дифференцирования на второй вход сумматора 14. Амплитуда выходного сигнала сумматора 14 преобразуется с помощью преобразователя 11 в код, который поступает на вторые разрядные входы цифрового сумматора 10, на первые разрядные входы которого поступает выходной код реверсивного счетчика 6. В статике (при неподвижном положении вала СКВТ 2) выходной код реверсивного счетчика 6 равен угловому положению вала СКВТ 2, при этом на выходе функционального преобразователя 3 сигнал переменного тока низкой частоты равен нулю, сигнал переменного тока высокой частоты вследствие наличия дополнительных погрешностей в узлах преобразователя, возникающих при запитке СКВТ 2 высокочастотным .напряжением, не равен нулю.Однако так как дифференцирующий блок 9 не пропускает сигнал постоянного тока, не изменяющийся во времени, то в этом случае сигнал постоянного тока с выхода высокочастотного фазового детектора 8 не проходит через дифференцирующий блок 9, и сигнал на выходе сумматора 14, а следовательно, и код на выходе преобразователя 11 напряяения в код равны нулю.Работа преобразователя в динамике, в частности, при ступенчатом изменении угла поворота вала СКВТ 2, происходит следующим образом.При ступенчатом изменении угла поворота измеряемого вала амплитуда сигнала, постоянного тока на выходе низкочастотного фазового детектора 4 в промежутке времени ЬТ равном постоянной времени низкочастотного фазового детектора 4, по экспоненте увеличивается от нуля до установившегося значения У пропорционального угловому прираще,нию измеряемого вала.Через временной промежуток ЬТ, превышающий по величине ЬТь на выходе преобразователя 5 напряжения в частоту появляются управляющие импульсы, которые осуществляют отработку углового рассогласования между валом, датчика и кодом реверсивного счетчика 6 за времяТотр=ЬТ и,где и - число импульсов, сформированных на выходе преобразователя 5, необходимое для отработки углового рассогласования,Амплитуда сигнала постоянного тока на выходе высокочастотного фазового детектора 8 в промежутке времени КТз, равном постояиной времени фазового детектора 8, такяе увеличивается по экспоненте от Снач до (ткач+ +Ур) (с момента ступенчатого изменения угла поворота измеряемого вала), причем приращение ЛУр синала постоянного тока также пропорционально угловому приращению измеряемого вала, а временной промеяу10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 ток ЬТь в и раз меньше постоянной времениХТ низкочастотного фазсвого детектора 4 где к, - частота выходного сигнала высокочастотного генератора 12;а, - частота выходного сигнала низкочастотного генератора 1.При п)20 в 1, что обеспечивается за счет выбора частоты выходного сигнала высокочастотного генератора 12, переходными процессами, возникающими в высокочастотном фазовом детекторе 8, практически можно прея бречь ввиду неравенства ЬТзХТ.Образованный на выходе высокочастотного фазового детектора 8 сигнал рассогласования, пропорциональный угловому приращению измеряемого вала, дифференцируется в блоке 9, в результате чего на выходе дифференцирующего блока 9 амплитуда ситнала рассогласования уменьшается по экспоненте за временной промежуток ЬТ (равный постоянной времени дифференцирующего блока 9) от ЛУпр до нуля.Так как постоянная времени диффервнцирующего блока 9 ЛТ выбрана равной постоянной времени ЛТ, низкочастотного фазового детектора 4, то при суммировании .в сумматоре 14 выходного сигнала низкочастотного фазового детектора 4 (амплитуда которого увеличивается по экспоненте за время АТ,) и выходного сигнала дифференцирующего блока 9 (амплитуда которого уменьшается по экспоненте за время ЬТ=ЬТ) переходные процессы, возникающие в низкочастотном фазовом детекторе 4, практически исключаются.Следовательно, амплитуда сигнала постоянного тока на выходе сумматора 14 будет соответствовать разности между углом ново- рота вала датчика и выходным кодом реверсивного счетчика 6 в любой момент времени как в установившемся, так и в переходных режимах работы преобразователя. Амплитуда выходного сигнала сумматора 14 преобразуется за время ЬТ 5 Тр в код (с помощью преобразователя 11 напряжение в код), который алгебраически складывается с выходным кодом реверсивного счетчика 6 (в цифровом сумматоре 10) со значком, противоположным знаку выходного сигнала сумматора 14. В результате указанных выше операций код, полученный на выходе цифрового сумматора 10, будет соответствовать угловому положению вала СКВТ 2 практически в любой момент времени как в установившемся, так и в переходных режимах, работы преобразователя. Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, генераторы напряжения, фазовые детекторы и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены функциональный преобразователь, фильтр, преобразователь напряжения в частоту, цифровой сумматор, преобразователь напряжения в код, дифференцирующий блок и сумматоры, входы первого сумматора соединены соответственно с выходами генераторов напряжения, первые входы фазовых детекторов соединены с выходами генераторов напряжения, выход первого сумматора через синусно-косинусный вращающийся трансформатор подключен к первым входам функционального преобразователя, вторые входы которого соединены с одними выходами реверсивного счетчика, выход фуякционального преосразователя непосредственно и через фильтр подключен к вторым входам соответ ствующих фазовых детекторов, выход первого фазового детектора непосредственно подключен к первому входу второго сумматора и через преобразователь напряжения в частоту к входам реверсивного счетчика, вторси вход сумматора через дифференцирующий блок подключен к выходу второго фазового,детектора, выход второго сумматора непосредственно и через преобразователь напряжения в код подключен к одним входам цифрового сумматора, другие входы которого соединены с другими выходами реверсивного счетчика.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в,код. Л Энергия, с. 79,2, Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., Энергия, 1974 с. 82 (прототип).556475 Составитель И. Загорбинина Текред 3. Тарасова Корректор Н. Аук Редактор Т. Рыбалова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1051/2 Изд. М 390 Тираж 775 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5