Преобразователь угол-фаза-код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК з С 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ НИЯ 8580513665905/2423.11.8330.04,85, БЛ.Г. МатвеПрокофьева681. 325 (081. Авторск051 кл С ототип(53) САНИЕ ИЗОБОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ юл. 9 16в, О.А. Беляков,и В.А, Дмитренко(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ - ФАЗА -КОД по авт.св. У 858051, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразования,в него введены последовательно соединенные блок Фильтров нижних частот, блок сдвига фаз, задатчик амплитуд и аналоговый сумматор, выход которого подключен к другому входу Формирователя импульсов, а пятый выходделителя частоты подключен к входублока Фильтров нижних частот.Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений в дискретный электрический сигнал, а именно к преобразователям угла поворота вала в код с использованием фазовращателей.По основному авт.св. Ф 858051 известен преобразователь угол - фаза - код, содержащий фазовращатель, к выходным обмоткам которого через усилитель подключен выход формирователя синусоидальных напряжений, выходная обмотка фазовращателя подключена к входам формирователя15 импульсов, выход которого соединен с одним входом блока управления, другой вход которого через делитель частоты соединен с выходом кварцевого генератора, выход блока управле- .20 ния подключен к арифметическому блоку, блок сравнения .амплитуд и блоки формирования синусоидального и косинусоидального токов, первый выход25 делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока формирования синусоидального тока, третий вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, а четвертый вход - с одной входной обмоткой фазовращателя, третий выхоц делителя частоты соединен с первым и вторым входами блока формирования косинусоидального тока, к третьему входу которого подключен четвертый выход делителя частоты, а к четвертому входу - другая входная обмотка фазовращателя, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соединены с входами формирова 40 теля синусоидальных напряжений, а вторые выходы - с соответствующими входами блока сравнения амплитуд,выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и 15 косинусоидального токов. Э 5 1(аждьгй блок формирования синусоидального или косинусоидального тока содержит компаратор фаз, управляемую 50 линию задержки, формирователь импульсон, управляемый вентиль, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования 55 синусоидального или косинусоидального тока, к другому входу которого через формирователь импульсов подключен первый вход управляемого вентиля и выход датчика тока, вход которогоподключен к четвертому входу блокаформирования синусоидального или косинусоидального тока, выход компаратора фаз подключен к одному входууправляемой линии задержки, другойвход .которой соединен с вторым входомблока формирования синусоидальногоили косинусоидального тока, выходуправляемой линии задержки соединенс одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен квыходу триггера, первый вход которогосоединен с вторым входом управляемоговентиля и с третьим входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выходкаждого из которых соединен с выходомсоответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходомсоответствующего управляемого вентиля.В известном преобразователе суммарная погрешность равна 15-20 д,в которой основную часть (до 90-953)составляет инструментальная погрешность, определяемая фазовращателем Г 13.Недостатком известного преобразователя является невозможность получения погрешности, меньшей погрешности фазовращателя, что ограничиваетточность преобразователя.Целью изобретения является повышение точности преобразования,Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь угол -фаза - код введены последовательносоединенные блок фильтров нижнихчастот, блок сдвига фаз, эадатчикамплитуд и аналоговый сумматор, выходкоторого подключен к другому входуформирователя импульсов, а пятый вы-.ход делителя частоты подключен к входу блока фильтров нижних частот. На чертеже представлена структурная схема преобразователя угол - фаза - код.Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, питающих входные обмотки датчика угла, выполненного в виде индукционного фазовращателя 5, блок 6 сравнения амплитуд, формирователь 7 синусоидальных3 1153напряжений, усилитель 8, формирователь9 импульсов, блок 10 управления,арифметический блок 11. Идентичныепо своей структуре блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов содержат соответственно компараторы 12 и 13 Фаз, формирователи 14 и 15 импульсов, управляемыелинии 16 и 17 задержки, датчики 18 и19 токов, управляемые вентили 20 и 1021, триггеры 22 и 23 с раздельнымивходами, регулирующие элементы 24и 25.Выход кварцевого генератора 1соединен с входом делителя 2 частоты, 15первый выход которого соединен спервым и вторым входами блока 3 формирования синусоидального тока, третьим входом соединенного с вторым выходом делителя 2 частоты, третий выход 20которого соединен с первым и вторым,а четвертый выход - с третьим входомблока 4 Формирования косинусоидального тока, Четвертые входы блоков 3и 4 Формирования синусоидального и 25косинусоидального токов соединены содними выводами входных обмоток фазовращателя 5, первые выходы - с входами формирователя 7 синусоидальныхнапряжений, вторые выходы - с соответ-.ЗОствующими входами блока Ь сравненияамплитуд. Выход блока 6 сравненияамплитуд соединен с пятыми входамиблоков 3 и 4 формирования синусоидального и консинусоидального токов.Выход Формирователя 7 синусоидальныхнапряжений через усилитель 8 соединенс другими выводами входных обмотокфазовращателя 5, выходная обмоткакоторого соединена с входами формирователя 9 импульсов, Выход формироователя 9 соединен с одним входом блока 10 управления, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а выход - с входом арифметического блока 11, выход которогоявляется выходом преобразователя. Делитель 2 частоты может быть выполнен в виде последовательно соединенных п счетных триггеров. Формирователь 9 импульсов может быть выполнен, например, в виде двух каскадов. В качестве первого каскада используют операционный усилитель, в качестве второго каскада. - ФормироваВ блоке 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидального)тока50 один вход компаратора 12 (13) фаз соединен с первым входом блока 3 (4), а другой вход через формирователь 14 (15) импульсов - с первым входом управляемого вентиля 20 (21) и выходом датчика 18 (19) тока, вход кото 55 рого подключен к четвертому входу блока 3 (4) Формирования скнусоидального (косинусоидального) тока. Выход 335 4компаратора 12 (13) Фаз подключен кодному входу управляемой линии 16(17) задержки, другой вход которойсоединен с вторым входом блока 3(4) формирования синусоидального (косинусоидального) тока. Выход управляемой линии 16 (17) задержки соединен с одним входом регулирующегоэлемента 24 (25), другой вход которого подключен к выходу триггера22 (23), первый вход которого соединен с вторым входом управляемоговентиля 20 (21) и с третьим входомблока 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидального) тока, Второй вход триггера 22 (23) соединенс пятым входом блока 3 (4) формирования синусоидального (косинусоидаль.ного) тока, первый выход которогосоединен с выходом регулирующегоэлемента 24 (25), а второй выход -с выходом управляемого вентиля 20(21) . Кроме того, преобразователь содержит последовательно соединенные блок 26 Фильтров нижних частот, блок 27 сдвига Фаз, задатчик 28 амплитуд и аналоговый сумматор 29. Вход блока 26 фильтров нижних частот соединен с пятым выходом делителя 2 частоты, а выход аналогового сумматора 29 соединен с вторым входом Формирователя 9 импульсов.Блок 10 управления содержит последовательно соединенные синхронизатор 30 и блок 31 вентилей. Первый вход синхронизатора 30, являющийся первым входом блока 1 О управления, соединен с выходом формирователя 9 импульсов, а второй вход синхронизатора 30, являющийся вторым входом блока 10 управления, соединен с выходом делителя 2 частоты и вторым входом блока 31 вентилей, первый вход которого соединен с выходом синхронизатора 30. Выход блока 31 вентилей, являющийся выходом блока 10 управления, соединен с входом арифметического блока 11.тель коротких импульсов на логических элементах И-НЕ,Блок 26 Фильтров нижних частот может быть выполнен в виде активных КС-фильтров, блок 27 сдвига фаз - 5 в виде Фазосдвигающих звеньев на операционных усилителях, задатчик 28 амплитуд - в виде делителей напряжения; аналоговый сумматор 29 в виде сумматора на операционном 10 усилителе, синхронизатор 30 - на 1 К- триггере, блок 31 вентилей - на элементах И-НЕ, арифметический блок 11 - в виде п-разрядного регистра.Преобразователь угол - Фаза - код15 работает следующим образом.Кварцевый генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое делитель 2 час 1тоты делит в 2 раз, где и - число его разрядов, вырабатывая и импульсных сигналов, образующих кодовую маску, две последовательности опорных меандров й/2", сдвинутые друг относи 25 тельно друга на П/2, и. две последовательности управляющих импульсов той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на ту же величину. Опорные меандры и управляющие импульсы с выходов делителя 2 частоты поступаютна входы блоков 3 и 4 формирования синусоидапьного и косинусоидального токов.Блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов 35 совместно с блоком б сравнения амплитуд осуществляют автоматическую подстройку Фаз, точную установку и стабилизацию амплитуд тока, питающих фазовращатель 5, и тем самым умень шают влияние параметров питающих токов на точность преобразования, что позволяет получить стабильную характеристику распределения инструментальной погрешности, зависящую в 45 основном от технологии изготовления Фазовращателя.Импульсы с выходов блоков 3 и.4 формирования синусоидального и косинусоидального токов поступают на 0 входы формирователя 7 синусоидальных напряжений и далее через усилитель 8 - на входные обмотки фазовращателя 5. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 5 поступает 55 на первый вход Формирователя 9 импульсов, вырабатывающего фазовые им" пульсы, временное положение которых относительно опорных меандров 1/2 пропорционально углу поворота ротора фазовращателя 5.Одновременно и импульсных сигналов, образуницих кодовую маску, с выхода делителя 2 частоты поступает на блок 2 б фильтров нижних частот, где формируются синусоидальные сигналы щ частот с малыми (1-27) коэффициентами гармоник, поступающие далее в блок 27 сдвига фаз, в котором начальные сдвиги фаз расчетных гармоник компенсирующего напряжения устанавливаются равными начальным сдвигам фаз соответствующих гармоник систематической составляющей инструментальной погрешности фазовращателя 5. Сигналы с выхода блока 27 сдвига фаз поступают на задатчик 28 амплитуд, в котором выставляются расчетные амплитуды каждого из синусоидальных сигналов, поступающих далее на вход аналогового сумматора 29, в котором в соответствии с расчетом формируется компенси,рующее напряжение П(1), по Форме зеркально-симметричное систематической составляющей погрешности У(1) Фазовращателя 5. Компенсирующее напряжение 1)(С) подается йа второй вход формирователя 9 импульсов. При этом Фазовый импульс на выходе формирователя 9 формируется в момент . равенства напряжения фазовращателя 5 и компенсирующего напряжения П (с).Таким образом, в зависимости от угла поворота Фазовращателя 5 (временного положения выходного напряжения фазовращателя) производится компенсирующий временной сдвиг фазового импульса (момента срабатывания) Формирователя 9 импульсов в соответствии с характеристикой инструментальной погрешности зовращателя 5. Тем самым обеспечивается компенсация систематической составляющей погрешности Фазовращателя 5.1С выхода формирователя 9 импульсов напряжение, с высокой точностью (до 1-2") определяющее истинное угловое положение ротора фазовращателя 5, поступает на первый вход синхронизатора 30 блока 10 управления, где производится синхронизация его с импульсным напряжением делителя 2 частоты, поступающим на второй вход синхронизатора 30, с выхода которого синхронизированный фазовый импульс. поступает на второй вход блока 311153335 Составитель А. СмирновРедактор И, Рыбченко Техред С.йовжий Корректор В Гирняк Заказ 2507/40 Тираж 611 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вентилей, на первый вход которогопоступают и импульсных напряжений свыхода делителя 2 частоты. На выходеблока 31 вентилей формируется п импульсов записи, которые поступают на Бвход арифметического блока 11, гдеосуществляется запись и хранение текущего значения кода делителя 2 частоты,эквивалентного углу поворота фазовращателя 5. Параметры компенсирующего,напряжения 11 (С) определяются из характерисктики систематической составляющей погрешности, имеющей периодический характер и являющейся функцией угла поворота ротора фазовращателя. Для этого систематическая составляющая д" характеристики погрешности фазовращателя раскладывается в ряд Фурье.