Преобразователь угла поворота вала в код

) 66158 АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ополнительное к авт. свид-ву -22) Заявлено 29.11.76 (21) 2423644/18-2присоединением заявки-(23) Приорит Государственный СССР по делам изобре и открытийвинтет убликовано 05.05.79. Бюллетеньата опубликования описания 15.05.79 УДК 681) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОДи автома жет быть значения та в сис работкой ла пово качеств начитель большую спо льзование трехфазных источниковвносит дополнительную погреш-за нестабильности питающих на", амплитуд, фазовых сдвигов, часецизионные трехфазные источники сложны, имеют высокую стоимость. ва, использующие информацию натрехфазных обмоток синхрония определения углового положения держит фазовце детекторы-нормаи демодуляторы, являющиеся осисточниками погрешностей из-за нуля 2 . питания ность из пряжении тоты. Пр питания Устройст пряжении зации дл вала, солизаторь новными дрейфа 1Изобретение относится к облас тики и вычислительной технике, м использовано для воспроизведения угла вращения инерционного объе темах управления с цифровой о информации.Известны преобразователи у рота вала в код, использующие в датчика сельсин,Известные устройства имеют з ные недостатки, низкую точность, сложность 1 . Из известных преобразователей наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла поворота, соединенный с вращающимся валом, блок компараторов и реверсивный счетчик, выходы датчика попарно подключены ко входам демодуляторов, выходы которых соединены со в одами компараторов и аналоговыми входамп ;юцей, выходы компараторов подключены к дешифратору, выход дешифратора . соединен с управляющими входами преобразователя напряжение - код и ключами, выход ключей соединен с аналоговым входом преобразователя напряжение - код, который через вы читающее устройство соединен с реверсивным счетчиком 3.Сельсин-датчик преобразует механический угол в трехфазное напряжение, фазы которого модулированы по амплитуде по закону синуса угла поворота. Демодуляторами выделяются огибающие. пропорциональпыс синусу угла поворота вал. Рп 1 сделспие моментов пересечения огибающих между собой и с-нуЛевым уровнем осущест15 вала, связанного жестко с ротором сельсин-датчика 1, Компараторами сравниваются не огибающие, а сами напряжения. Фронты азимутных последовательностей близки 40к прямоугольным за счет высокого коэффициента усиления компараторов. Ограничивая замкнутые последовательности по амплитуде до напряжений, позволяющих согласовываться с логическими схемами и, отделяя отрицательную часть (с помощью, напри мер, стабилитронов блока 2 компараторов),получаем азимутные последовательности. Последовательности (П, и П), соответствующие по фазе напряжению питания и противоположные, формируются блоком 2 компараторов из напряжения питания. Ограничивающий уровень может быть получен из самого напряжения питания выпрямлением и уменьшением амплитуды без использования дополнительных источников питания. Из ази мутных последовательностей55 (П 1 - Пц) стробированием (Пили П) ивыделением первого и последнего импульсов (можно также из сформированных стробов дифференцированием переднего и заднего вляется компараторами через дешифратор, управляющими ключами и преобразователем напряжение - код, преобразующем секторные напряжения в код, Изменение угла реверсивного счетчика производится единичными приращениями с вычитающего устройства. Такой преобразователь имеет низкую точность воспроизведения угла поворота вала. Основными источниками погрешности являютсядемодуляторы, выделяющие огибающие фазных напряжений. Одним из главных недостатков демодуляторов является дрейф нуля, уменьшение влияния которого возможно только значительным усложнением устройства. Использование преобразователя напряжение-код значительно усложняет устройство. Большинство вращающихся объектов обладают инерцией вращающихся частей. Использование данного фактора приводит к упрощению устройства и повышению разрешающей способности. Данный преобразователь не использует инерционность процессов. Кроме того, в процессе преобразования происходит накопление ошибки воспроизведения угла вращения, которую необходимо периодически сбрасывать (юстировка) . Подобный преобразователь не имеет эффективной коррекции ошибки интегрирования, что снижает его функциональные возможности,Целью изобретения является повышениеточности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, чтов преобразователь угла поворота вала в код введены последовательно соединенные формирователь азимутных отметок, блок элементов ИЛИ, умножитель частоты и компенсатор фазовой ошибки, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя азимутных отметок, выход блока элементов ИЛИ соединен с первым входом компенсатора .фазовой ошибки и умножителя частоты, вторые входы умножителя частоты и компенсатора фазовой ошибки соединены с выходом генератора импульсов, выходы датчика уг ла повброта соединены с одними входами блока компараторов, к другому входу которого подключен источник питания, выходы компараторов соединены со входами формирователя азимутных отметок,На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя угла поворота вала в код.Преобразователь состоит из датчика 1 угла поворота, блока 2 компараторов, формирователк 3 азимутных отметок, блока элементов 4 ИЛИ, умножителя 5 частоты, компенсатора 6 фазовой ошибки, ген ратора 7 импульсов, реверсивного счетчика 8, входного вала 9, блока 10 напряжения питания, выхода 11 реверсивного счетчика. 5 о 2 О 25 30 На фиг. 2 представлена диаграмма формирования азимутных отметок,где О, 11, 3 С - огибающие напряжений синхронизации сельсин-датчика,Пп, По - последовательности импульсов совпадающие по фазе с напряжениемпитания сельсин-датчика и противоположной,П Па - области существования последовательностей импульсов, совпадающихпо фазе с Пп и По,АИ - азимутные импульсы,ИП 4 - импульсы повышенной частоты.Напряжения, снимаемые с фазных обмоток сельсин - датчика 1, описываютсяследующими уравнениями:13 в =Ы з 1 пср 1 ВЬА,Оа = 11 м з 1 п ж 1 з 1 п (А - 120)11 =Уз 1 п а 1 з 1 п(А+120),где 01, 13, У- мгновенные значениянапряжений фазных обмоток датчика,4, - угол поворота вала,Ц - напряжение, соответствующее моменту совпадения обмоток статора и роторасельсина 1111 ЯЗИМ 1 =11ю - частота напряжения питания (возбуждения) .В блоке 2 компараторов напряжения 11 л,3, 11 с. сравниваются попарно между собойи с нулевым уровнем. В точках сспавнения,соотвествующих углам поворота -- 1 (где:1К=0,1,2,11), огибающие фазных напряжений (см. фиг. 2) имеют наибольшую крутизну, поэтому на углах- 1 получаетсянаибольшая точность фиксации угловыхположений ротора сельсин-датчика 1, т, е.формируется 6 азимутных последовательностей (П+Пе), смена фазы которых относительно фазы напряжения питания несет точную информацию об угловом положении661589 10 5фронтов) с помощью формирователя 3 азимутных отметок получают 12 азимутных отметок за оборот вала. Объединяя азимутные отметки элементов ИЛИ 4 и умножая их частоту в т раз (в зависимости от требуемой точности преобразования) с помощью умножителя 5 частоты получают импульсы повышенной частоты (ИПЧ). Азимутные импульсы с выхода элемента 4 ИЛИ умножаются в целое, наперед заданное число раз (т), таким образом, что на выходе умножителя 5 частоты формируются импульсы повышенной частоты, равномерно расположенные внутри дискрета азимутных импульсов. При изменении периода азимутных импульсов (в зависимости от скорости вращения объекта) изменяется количество импульсов повышенной частоты в зависимости от частоты азимутных импульсов и изменения частоты азимутных импульсов в единицу времени. Умножитель 5 частоты азимутных импульсов осуществляет слежение за частотой ази мутных импульсов и краткое умножение, позволяющее экстраполироватьзначение угла вращения инерционного объекта в интервале между двумя соседними азимутными импульсами. Умножитель 5 частоты может состоять из управляемого делителя частоты, на вход которого подаются импульсы высокой частоты с генератора 7 импульсов, измерителя рассогласования и схемы управления, изменяющей коэффициент деления управляемого делителя частоты в зависимости от результата рассогласования(отличия частоты импульсов повышенной частоты на выходе управляемого делителя частоты, деленной на гп (коэффициент умножения), от частоты азимутных импульсов и входной частоты азимутных импульсов (зависящей от скорости вращения) . При сравнительно низкой частоте азимутных импульсов управляющее воздействие на управляемый делитель частоты изменяется на большую величину, позволяющую более эффективно компенсировать ошибку по частоте. При высокой частоте азимутных импульсов управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка, В процессе работы умножителя 5 частоты азимутных импульсов воникает ошибка по фазе, обусловленная дискретностью изменения коэффициента деления управляемого делителя частоты. Компенсатор 6 фазовой ошибки делителя частоты. Компенсатор 6 фазовой ошибки осуществляет сброс ошибки по фазе добавлением или вычитанием их выходной последовательности импульсов повышенной частоты требуемого количества импульсов повышенной частоты, Кроме того,компенсатор 6 фазовой ошибки производит вычитание или добавление импульсов повышенной частоты на определенных углах в зависимости от коэффициента умножения гп для получения с помощью реверсивного счетчика 8 двоичного параллельного кода углаповорота вала.Так, для получения п-разрядного параллельного двоичного кода угла поворота вала на выходе 11 реверсивного счетчика 85 необходимоИ=2 импульсов повышенной частоты.Умножитель 5 частоты азимутных импульсов позволяет получить И =-ф - гп импульсов УЫ=й+-ДЫ= - .гп ЬИ,ЙТгде р - дискретность азимутных импульсов(в данном случае у=30)М= 12 гпСоответствие кода И двоичному тем большечем меньше Ь И И -И = 2" при Ь И - )0Т. е, необходимо так выбрать гп, чтобыЬЫ =ЬйтйуИ=Х+ДХ=2 +(2гп)920 Ф = пппЬИ = Ф(п, у, гп)Решив вариационную задачу относительно коэффициентов и, р, гп в соответствиис их удельными весами, находят пипЫМ,позволяющий оптимально построить схему преобразователя. Веса коэффициентов п,25 , гп определяются в зависимости от требуемой точности, инерционности объекта и стоимости реализации. Реверсивный счетчик 8интегрирует (суммирует) импульсы повышенной частоты для получения двоичного30параллельного кода угла поворота. В процессе интегрирования происходит накопление ошибки, достигающей гпах на углах 2 ЭТ 8(1=0,1, 2,). Для сброса ошибки используется первая азимутная отметка (АО 1 ), совпадающая с углами 2 Р. При измененииЗ 5 направления вращения вала реверсивныйсчетчик переключается на сложение иливычитание и меняются местами последовательности (Пд) и (По) в формирователеазимутных отметок в зависимости от направления вращения,Предложенный преобразователь углаповорота вала в код выгодно отличаетсяот известного. Он легко реализуется наэлементах дискретной техники, Использование инерционности вращающегося объекта45позволяет существенно упростить устройство и увеличить точность преобразования угла вращения в код за счет экстраполяцияуглового положения вала в интервале азимутного импульса, экстраполяция производится по предыстории процесса. В пред 50 ложенном преобразователе точность формирования азимутных импульсов обеспечивается сравнением мгновенных значенийфазных напряжений синхронизации, а неих огибающих (выделенных демодулированием). В результате наличия указанныхдостоинств предлагаемого устройства расширяется сфера его использования и функциональные возможности..На вая едактор Э. Губницкаказ 2483/54 ИИПИ Государспо делам изобосква, Ж -Патент,СССР нй д. 4/5 Проектная, 4венного ретений 35, Рау г, Ужго комитета н откры ская на од, ул,113035, Милиал ППП Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий датчик угла поворота, соединенный с вращающимися валом, блок компараторов и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены последовательно соединенные формирователь азимутных отметок, блок элементов ИЛИ, умножитель частоты и компенсатор фазовой ошибки, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя азимутных отметок, выход блока элементов ИЛИ соединен с первым входом компенсатора фазовой ошибки, и умножителя частоты, вторые входы умножителя частоты и ком пенсатора фазовой ошибки соединены с выходом генератора импульсов, выходы датчика угла поворота соединены с одними входами блока компараторов, к другому входу которого подключен источник питания, выходы компараторов соединены со входами формирователя азимутных отметок.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР413515, кл. 6 08 С 9/00. 1973.2. Авторское свидетельство СССР364957, кл. б 07 С 9/04, 1972.3, Авторское свидетельство СССР470841, кл, б 08 С 9/00, 1973.