Преобразователь угловых перемещений в код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфвз Севетсннх Свцнаннстнчеспнх Респубпнколннтельное к авт. свидЗаЯвлено 11107 б(21) 2411321/18-24 М. КлО 08 присоединением заявки-3) Приоритет -осударствеииый комитет СССР по аедам изобретений и открытийОпубликовано 050179 Бюллетень1 ата опубликования опнс 05,0 72) Автор изобретения В,В,Хицен(71) Заявит 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНЙВ КОД ние т е выс ловых ебуекойпеыше ых тем,вяыйерПредложение относится к бавтоматики и может быть испно в устройствах, преобразувые перемещения вала в код,Известны устройства для дискретного представления углового положения вала в код для преобразования напряжений с синусно-косинусных датчиков, содержащие коммутатор каналовс блоком управления, развязывающиеусилители, коммутатор квадрантов,сравнивающее устройство, регистры,аппроксимирующее устройство и преобразователь код-напряжение И .Наиболее. близким по техническойсущности является преобразователь угловых перемещений в код, содержащийсинусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, выходы которых подключенычерез переключатель каналов к переключателю октантов, сравнивающее уст"ройство, выход которого соединен содним из входов регистра управленияи блока определения октантов, блокпитания подключен к синусно-косинус"ным вращающимся трансформаторам иблоку управления, выход которого соединен с другим входом блока определения октантов и регистра управления,выходы блока управления и блока определения октантов соединены с другими входами переключателя октантов, суммирующий усилитель, выход которого соединен с первым входом преобразователя код-напряжение, второй вход которого соединен с первым выходом ре" гистра управления, а выход преобразователя код-напряжение соединен с первым входом сравнивающего устройства 21.ПреобразователЬ характеризуется рядом недостатков: сложностью изготовления и настройки, объясняемыми наличием большого количества прецизионных резисторов нетиповых номиналов, требующих либо специального изготовления, либб индивидуальной подгонки, и недостаточной точностью- не лучше 0,01% (по описанию прототипа). Современное приборострое применения устройств с боле точностью преобразования уг ремещений в двоичный код. Целью предложения являетсяпо ние точности преобразователя угл перемещений в,код. Поставленная цель достигается что в преобразователь введены ра зывающий усилитель и дополнитель преобразователь код-напряжениевый выход переключателя октантов подключен к первому входу суммирующегоусилителя и второму входу сравнивающего устройства, второй выход переключателя октантов подключен к третьему входу сраннивающего устройстванепосредственно и через раэвязывающий усилитель ко второму входу суммирующего усилителя и,первому входудополнительного преобразователя коднапряжение, второй вход которого соединен со вторым выходом регистра управления, а выход - с третьим входом суммирующего усилителя,Функциональная схема преобразователя угловых перемещений в код изображена на фиг. 1 р на фиг, 2 приведена временная диаграмма, поясняющая работу этого преобразователя.Преобразователь (фиг,1) угловых перемещений в код содержит синуснокосинусные вращающиеся трансформаторы 1 (СКВТ), являющиеся датчиками угла поворота, и последовательно соединенные с ними переключатель 2 каналов и переключатель 3 октантов. Переключатель 3 октантов состоит из двух пар последовательно соединенных развязывающих усилителей .4, 5 и 6,7,причем входы усилителей 4 и 6 служатвходами переключателя 3 октантов, иэлектронных ключей 8-15, входы которых присоединены к выходам развязывающих усилителей 4-7. Выходы ключей 8, 10, 12 и 14, а также 9, 11 р13 и 15 объединены в две цепи, являющиеся выходами переключателя 3 октантов. Выход переключателя 3 октантов от ключей 8, 10, 12 и 14 соединен споследовательно включеннымиразвязывающим усилителем 16 и дополнительным преобразователем 17 коднапряжение (ПКН). Выход переключателя 3 октайтов от ключей 9, 11, 13 и15, а также выходы развязывающегоусилителя 16 и преобразователя 17 3(Э 40 код-напряжение присоединены ко входамсуммирующего 18 усилителя, последовательно с которым включены преобразователь 19 код-напряжение, сравнивающее 20 устройство и регистр управления 21, Второй и третий входы сравкивающего устройства 20 присоединены присоединен также к блоку 22 определения октантов, выход которого соединен с переключателем 3 октантов,Блок 23 управления, выходы которогоприсоединены ко входу переключателя 3 октантов, входам блока 22 опре 85 деления октантов и регистра 21 управления, вырабатывает сигналы управления работой многоканального преобразователя угловых перемещений в соответствии с диаграммой (фиг.2). Блок к выходам переключателя 3 октантов.Выходы регистра 21 управления присоединены ко входам управления пре образователями 17 и 19 код-напряжение. Выход сравнивающего 20 устройства (СУ) 24 питания вырабатывает напряжениеЦпОь ы( которое поступает на входблока 23 управления и на первичныевходные обмотки СКВТ, Переключатель2 каналов упранляется от внешнегоисточника адресных сигналов, включающих выбранный для преобразования канал, Блок 22 определения октантов ирегистр 21 управления имеют выходы,с которых снимаются коды, соответст-.вующие преобразонанному углу поворота СКВТ,Преобразователь работает следующим образом, Напряжение, питающеепервичные обмотки СКВТ, подведено кблоку управления (БУ) 23, где определяется момент прохождения этогонапряжения через ноль, В этот моментвремени н Бу включается времязадающееустройство, которое вырабатывает временной интервал (р (фиг,2), по окончании которого начинается выработкарабочих интервалов-тактовРабочие интервалы 1 - ( подаютсяна блок определения октантов 22 и регистр управления 21. Работа собственно преобразователя начинается с такта 1 Длительность временного интервала 1, выбирается такой, чтобы весьпроцесс кодирования от ( до 1 располагался бы симметрично относительно вершины напряжения Ц 3;р,юЭ питающего датчики СКВТ (фиг 2) Первоначально определяется октант, в котором расположен кодируемый угол,Напряжение с синусной и косинуснойобмоток СКВТ через переключатель каналов (ПК), управляемый из внешнегоустройства задачи адреса, поступаетна входы развязывающих усилителей 4и б переключателя октантов и далеена ключи 10, 11, 12, 13 и через усилители 5 и 7 на ключи 8, 9, 14, 15,Определение октанта происходитследующим образом. Известно, что знаки функций - синуса и косинуса углазависят от четверти, н которой расположен рассматриваемый угол.Определив мгновенные полярностинапряжений, снимаемых с обмоток СКВТ,можно определить область раслоложерния угла с точностью до и/2. Если,например, знак синуса угла (+), азнак косинуса того же угла (-), тоискомый угол расположен во второйчетверти, т.е, н пределах от п/2 дой,Для определения угла с точностьюдо и/4 необходимо сравнить между собой модули функций.В первом октанте,т.е. от 0 до п/4,модуль косинуса больше модуля синусатого же угла, но втором октанте - модуль синуса больше модуля косинусаугла и т,дрВ соответствии с изложенным происходит определение октанта н предлагаемом преобразователе, По тактувключается ключ 8, соединяющий синусную обмотку СКВТ в прямой фазе со641480 Т а б л и ц а 2 входом СУ. На друг 11 е входы СУ и этотмомент подается и;леной потенциал,В СУ происходит определение мгновенной полярности напряжения синуснойобмоткИ СКВТ, и результат сравнениязаписывается в старший раэряд регистра октантов, расположенного в схемеопределения октантов 22, по правилу:если напряжение положительно,то 81: 0если напряжение отрицательно,то р 1:1,где 81 - значение старшего разрядарегистра октантов,По следующему такту 1 ключ 8выключается и включается ключ 14,чем обеспечивается присоединение ковходу СУ напряжения с косинусной обмотки СКВТ н прямой фазе. Результатсравнения записывается во второй разряд В, регистра октантов по правилу,аналогичному изложенному выше.По такту 1 включается такая параключей переключателя октантон, которая обеспечивает подключение ко нходам СУ модулей напряжений с обмоток СКВТ. Необходимая пара ключейопределяется анализом значений р 1 и 1 гв блоке определения октантон 22, Результат сравнения записывается в третий разряд регистра октантов , Всетри значения составляют код октантакодируемого угла 6 в соответствии,а, табл. 1,Код октанта Оок 1 представляетсясогласно табл. 1 кодом Грея. При не,обходимости код Грея может быть переведен в нормальный двоичный код любымизвестным образом. 0 - к/.4 и/4 - и/2 к/2 - 3 и/4 3 к/45 и/4 5 к/4 - Зк/2 Зп/2 - 7 к/4 7 к/4 - 2 к К 1 з К 9 К 9 К,е К 1 В К 11 К К 1 а КаВ К,1 К 1 ч К 1 о КВ Кв К 14 Кв 10 Таблица 1 к/4гс/23 гс/4П,- 5 к/4Зк/27 п./42 п,О О О О О 1 0 1 1 0 1 О 1 1 0 1 1 1 101 и/4 к/2 5 п/43 и,/2 7 п,/4 По такту 1, на основании определе ного кода 8 ВВ включается такая пара ключей, которая обеспечивает присоединение к дополнительному развязынающему усилителю, а через него - ко входу дополнительного ПКН и входу СУ, таких выходов развязывающих усилителей 4-7, которые обеспечивают знаки и виды функций,Для предлагаемого преобразователя выбранные пары ключей в зависимости от октанта, в котором расположен кодируемый угол, приведены в табл. 2,15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65,Виалазан углеи Включенные ключи Последующее преобразование происходит, начиная с такта 1 з и до такта 111с применением цепи обратной связи,состоящей из дополнительного раэнязы.вающего усилителя и,дополнительногоПКН, суммирующего усилителя, ос:;.нного ПКН, СУ и регистра управления.Оба ПКН как основной, так и дополнительный являются совершенноодинаковыми устройствами, широко применяемыми в технике аналого-цифрового преобразования.ПКН осуществляет операцию умножения напряжения, приложенного к егоаналоговому входу, на код, подаваемый на его цифровой вход. Выходноенапряжение ПКН при изменении кодаот нуля до максимального значенияпринимает соответстненно значения отнуля до величины входного напряженияс дискретностью, определяемой числомразрядов кода управления,В регистре управления 21 по алгоритму поразрядного кодирования вырабатываются сигналы упраавления длядополнительного ПКН, Эти же сигналыв инвертированном виде подаются науправление основным ПКН 19, Процесскодирования заключается в подборетакого кода 8Кодирование происходит следующимобразом, В первый такт кодирования,т.е. в такт 1, старший разряд регистра управления ставится в состояние1, Все остальные разряды при этомостаются в положении 0, При этомв дополнительном ПКН включается старший разряд, чем устанавливается егокоэффициент передачи, равный 1/2, ав основном ПКН выключается старшийразряд и включаются все остальныеразряды. В зависимости от ответасравнивающего устройства в следующемтакте предыдущее состояние старшихразрядов ПКН основного и дополнительного может быть оставлено или снято,и кроме того принудительно ставитсяв 111 11 следующий разряд дополнительного ПКН и н 0 "ледующий разрядосновного ПКН и т,д,Таким образом, предлагаемый преобразователь угловых перемещений в кодобладает высокой точностью, составляющей по максимальному значениюО,ООЗЪ как это видно из таблицы 1Тираж 9 оУ ПодписноеГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийа 4/илиал ППП Патент, г,ужгород, Ул,Проектная,настоящего описания, или порядка0,002 среднеквадратичного отклоненияв пределах полного изменения аргумента от 0 до 2 к, что по сравнению сточностью технических решений аналогичного назначения - в т,ч, и прототипа, у которого точность в пределахоборота достигает всего 0,01 значительно лучше,Преобразователь угловых перемещений в код, содержащий синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, выходы которых подключены через переключатель каналов к переключателю 15 октаитов, сравнивающее устройство, ,выход которого соединен с одним из входов регистра управления и блока определения октантов, блок питания, подключенный к синусно-косинусным 20 вращающимся трансформаторам и блоку управления, выход которого соединен с другим входом блока определения октантов и регистра управления, выходы блоКа управления и блока определения октантов соединены с другими входами переключателя октантов, суммирующий усилитель, выход которого соединен с первым входом преобразователя код-напряжение, второй входкоторого соединен с первым выходомрегистра управления, а выход преобразователя код-напряжение соединенс первым входом сравнивающего устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точностипреобразователя, в него введены развязывающий усилитель и дополнительный преобразователь код-напряжение,первый выход переключателя октантовподключен к перйому входу сумм.,рующего усилителя и второму входу сравнивающего устройства, второй выходпереключателя октантов подключен ктретьему входу сравнивающего устройства непосредственно и через развязывающий усилитель ко второму входусуммирующего усилителя и первому входу дополнительного преобразователякод-напряжение, второй вход которогосоединен со вторым выходом регистрауправления, а выход - с третьим входом суммирующего усилителя,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССРР 260979 кл. 608 С 9/00, 1967.2. Авторское свидетельство СССРР 355640, кл, С,08 С 9/04, 1970.