Функциональный преобразователь угла поворота вала в код

(51) 4 Н 03 М 1/64 ф Рс)ь ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВУ ВИДЕТЕ ОРСК о СС 1980 ели угл код-Л. ЗОВАТЕ втом е, а име ания углад с синусла (СКДУ),вышен Ж ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБР УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится тике и измерительной техни но к устройствам преобразо поворота вала в цифровой к но-косинусными датчиками у работающими в амплитудном Целью изобретения является быстродействия преобразования в функциональных преобразователях угла поворота вала в тех случаях, когдамасштаб преобразования СКДУ не является двоичным числом. Поставленнаяцель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащийсинусно-косинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговыйкоммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматоры 5, 6, 7,генератор 8 импульсов, элемент И 9,инвертор 14, элемент ИЛИ 16, шину 19первой константы, введены элементИ 10, сумматор 11, счетчик 12, дешифратор 13, инвертор 15, блок 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 18 элементов 2 И-ИЛИ, шина 20 второй константы. Выходные сигналы синусно-косинусного датчика 1 угла, приведенные впервый октант аналоговым коммутатором3 и определителем 2 октантов, преобразуются аналого-цифровым преобра1309314 1)90 в нечетныхоктантах;в четных октан" (2)тах,= й+. (а35О = Ч 90 ф -зователем 4 в код тангенса угла, который при помощи двух накапливающихсумматоров 5 и 6, замкнутых в кольцо,преобразуется в число-импульсныйкод в пределах октанта, а первая ивторая константы С 1 и С 2, используемые для формирования параллельногокода угла, выбираются с учетом масштаба преооразования СКДУ. Такой принцип действия преобразователя приводитк уменьшению числа п рабочих тактовза счет того, что начальные условияпри решении системы уравнений задаютИзобретение относится к автоматике и измерительной технике, а именно к амплитудным способам преобразования угла поворота вала в цифровой код угла с использованием синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ).Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя путем уменьшения числа и рабочих тактов при решении системы разностных уравнений за счет того, что начальные. условия при решении системы задаются равными у 01 = т(3, х 03 = 1 независимо от номера октанта, решение производится в пределах октанта, а константы, используемые для формирования выходного кода, выбираются с учетом масштаба преобразования.На чертеже представлена структурная схема функционапьного преобразования угла поворота вала в код. Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, сумматоры 5-7 и 11, генератор 8 импульсов, элемент И 9,элемент И 10, сумматор 11, счетчик12, дешифратор 13, инверторы 14 и 15,элемент ИЛИ 16, блок 17 элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 18 элементов2 И-ИЛИ, шину 19 первой константы,шину 20 второй константы, шину. 21выходного кода.Преобразователь работает следующим образом,ся равными у 01 = сд, х 01 = 1 независимо от номера октанта, а решениесистемы уравнений производится впределах октанта, при этом константыС 1 и С 2 позволяют формировать кодугла с масштабом, котсрый может бытьбольше, меньше или равен единице.При этом максимальное время преобразования уменьшается в восемьраз по сравнению с функцио-нальными преобразователями , работающими в пределах пол -ного оборота. 1 ил. Выходные сигналы синусно-косинусного датчика 1 угла, пропорциональные синусу и косинусу угла поворотавала 0 , подключены к информационнымвходам аналогового коммутатора 3 ивходам определителя 2 октантов, который, сравнивая выходные напряжениядатчика 1 угла с нулевым уровнем имежду собой, формирует код октантов:Во, 8, 8 - первый, второй и третийразряды кода октантов ( 80 - старшийразряд). По коду октантов, поступающему с выхода определителя 2 октантов на управляющий вход аналогового 15 коммутатора 3, последний формируетсигналы, пропорциональные синусу икосинусу угла 8, приведенного в первый октант, по следующим выражениям 1Б = здп р =з 1 п 81,Б = сов (5 = соз 61 в 1,4,5 и 8 октантах,П 3 = 81 пф= соз 6П = сов =вхпдв 2,3,6 и 7октантах,где ф - угол В, приведенный в первыи октантУглы 0 и 1 связаны следующими со- отношениями где о; - номер квадранта;-го элемента.Сигналы с выходов аналогового коммутатора 3 поступают на входы линейного АЦП 4 отношения напряжений в код, при этом в.качестве эталонного сигнала используется напряжение УЯ 0 а в качестве измеряемого - Б , На(элемента.Код Х поступает на установочный 15 вход первого накапливающего сумматора 5. Генератор 8 импульсов формирует непрерывную последовательность импульсов, к которой не предъявляется требований по стабильности частоты. 20 Накапливающие сумматоры 5-7 на каждый импульс, поступающий на их тактовые входы, производят суммирование своего содержимого с числом на их входах В и запоминание полученной 25 суммы. По шине 19 на второй вход блока 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подается двоичный код первой константы С 1 = 2 "агсс 8 2где 1 - масштаб преобразования, 30ш " смещение разрядной сетки входов В первого и второго накапливающих сумматоров 5 и 6 относительно их входов А.,= С 1 + В( (4) который поступает на третий вход блока 18. По шине 20 на четвертый вход блока 18 подается двоичный код второй константы С 2 =90о 45Выход определителя 2 октантов подключен к входам четвертого сумматора 11, осуществляющего сложение кода квадрантов с младшим РазРядом кода октантов, в результате чего на его выходе формируется двоичный код(5) 55Код с выхода сумматора 11 поступа. ет на информационный вход двоичного счетчика 12, работающего на вычитаниеКаждый импульс, поступающий на 35Первый вход блока 17 управляется младшим разрядом 8 кода октантов.На выходе блока 17 формируется двоичный код 144счетный вход счетчика 12 с выхода -1 элемента И 10, уменьшает его содержимое на единицу младшего разряда, Выход счетчика 12 подключен к входу дешифратора 13, на выходе которого формируется нулевой уровень напряжения при нулевом коде на его входе.Выход дешифратора 13 подключен к первым входам блока 18 и элемента И 10 непосредственно и-через инвертор 14 - к второму входу элемента 9 и второму входу блока 18, на выходе которого формируется кодЫ= (С 1 Л Ц.1) Ч (С 2 Л и 1 Э ) (6)В начале цикла преобразования в накапливающие сумматоры 5 и 6 по входам А записываются соответственно код гр р и код единицы, в счетчик 12 - код с выхода сумматора 11, в на- ф капливающий сумматор 7 - код нуля.Единичное значение сигнала с выхода дешифратора 13 открывает элемент И 10 и разрешает прохождение константы С 2 на вход В накапливающего сум- . матора 7. Импульсы генератора 8 поступают на тактовый вход накапливающего сумматора 7 и счетный вход счетчика 12, уменьшая его содержимое до нуля, что фиксируется дешифратором 13: выходной сигнал последнего становится равным нулю и запрещается дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 10, Число р импульсов, прошедших на выход элемента И 10, с учетом выражения (5) равнор = Ч - 1 - в нечетных октантах; р = Ч - в четных октантах . (7) Код на выходе накапливающего сумматора 7, получаемый р-кратным суммированием константы С 2, равен с учетом выражения (7)В, = (ц).Р 90 - в нечетныхоктантах,И = о У 90- в четных октан 7тах. (8)Единичное значение выходного сигнала инвертора 14 разрешает прохождение импульсов генератора 8 через элемент И 9 на тактовые входы накапливающих сумматоров 5-7, При этом на выход блока 18 в соответствии с выражением (6) проходит код С 1 в нечетных октантах и код минус С 1 в130931 дполнительном коде в четных октантах.3 По мере поступления импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 5 и 6 производится решение системы разностных уравнений с начальными условиями у(0) = гяоу х(0) = 1 в виде у 1 п) -11,+ К)" 1)хУ 0 + у ГО)0 к з п (и а гс гя К - а гс гд у СО /х0 ),хпД = (1 + К) 1)хО) + у 0)х(9) х сов(п агсгя К - агсгд уГОД/хГОЗ),15 гдеК=2.Решение системы происходит до момента смены знака переменной у(п с плюса на минус, при этом знаковый разряд у пнакапливающего сумматоюра 5 принимает единичное значение, и прекращается поступление импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 5-7, Число рабочих тактов решения системы равно 25(12) Таким образом, в конце цикла пре"образования на шине 21 формируется50двоичный код угла 2 8 . Поскольку решение системы происходит в диапазоне 0-45 , а по изовестному устройству - в диапазоне - 360 О максимальное время преобразования уменьшается в 8 раз, что повышает быстродействие предлагаемого преобразователя. Одновременно с решением системы в накапливающем сумматоре 7 происходит и-кратное суммирование константы С 1 с начальным содержанием сумматора 7 в нечетных октантах, либо и-кратное вычитание константы С 1 из начального содержания сумматора 7 в четных октантах, т.е.35 4 6 Формула изобретенияФункциональный преобразовательугла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены к входам определителя октантов и к информационным входам аналогового коммутатора, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, выходы разрядов определителя октантов подключены к управляющим входам аналогового коммутатора, первый, второй и третий сумматоры, выход первого сумматора соединен с разрядным входом второго сумматора, выход которого соединен с разрядным входом первого сумматора, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с тактовыми входами первого и второго сумматоров, первый инвертор, элемент ИЛИ, шину первой константы, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены четвертый сумматор, второй элемент И, счетчик, де" шифратор, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ, второй инвертор, блок элементов2 И-ИЛИ, шина второй константы, выходы двух старших разрядов определителя октантов подключены к установочным входам четвертого сумматора, разрядный вход которого соединен с входом блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом младшего разряда определителя октантов выход четвертого сумматора подключен к информационному входу счетчика, группа выходов которого подключена к входам дешифратора, выход которого подключен к первым входам второго элемента И и блока элементов 2 И-ИЛИ и через первый инвертор - к вторым входам первого элемента И и блока элементов 2 И-ИЛИ, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к установочному входу первого сумматора, выход которого через второй инвертор подключен к третьему входу перво: о элемента И, выход которого подключен к одномувходу элемента ИЛИ, другой вход которого соединен со счетным входомсчетчика и выходом второго. элементаИ, второй вход которого соединен свыходом генератора, выход элементаИЛИ подключен к тактовому входутретьего сумматора, разрядный вход309314 Составитель М,Сидорова Техред М.Ходанич Корректор С,Шекмар Редактор Н.Рогулич Тираж 902 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 1804/56 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 которого соединен с выходами блокаэлементов 2 И-ИЛИ, одна группа входовкоторого соединена с выходами блокаэлементов ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ, группа входов которого соединена с шинойпервой константы, шина второй конс-,танты подключена к другой группе входов блока элементов 2 И-ИЛИ,