Преобразователь угла поворота вала в код

)5 Н 03 М 1/64, 1/10 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИМ С: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРй 1043704,кл. Н 03 М 1/64, 1982.Авторское свидетельство СССРМ 1249699, кл. Н 03 М 1 /10, 1985.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД 57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразователя. Для достижения поставленной цели в преобразователь. содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, преобразователи 2-4 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, шину 14 переменного напряжения, введены арксинусный 7 и арккосинусный 8 преобразователи кода, цифровой компаратор 9, дваодновибратора 10 и 11, реверсивный счет ,чик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13, С помощью введенных элементов автоматически устанавливается и поддерживается такое значение опорного напряжения на аналого-цифровых преобразователях, которое обеспечивает наибольшую точность преобразования выходных сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора в коды синуса и косинуса. По соотношению аргументов этих функций, представляющих собой коды угла поворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора, вырабатывается сигнал для соответствующей коррекции величины опорного напряжения, 2 ил.5 1 О Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть ис. пользовано для связи синусно-косинусньо; вращающихся трансформаторов, применяемых в качестве датчиков углов с цифровыми вычислительными устройствами,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразователя угла поворота вала в код.На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его в работы,Преобразователь содержит синусно-косинусный врэщэющийся трэнсформэ 1 ор преобразователи 2 - 4 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровыепреобразователи 5 и б, эрксинусный преобразователь 7 кода, арксинусный преобразователь 8 кода, цифровой компаратор 9, одновибраторы 10 и 11, реверсивный счетчик 12, цифроаналоговый преобразова 1 ель 13 и шину 14 переменного напряжения, блок синхронизации не показан).На фиг. 2 а изображены рафики возбуждающего переменного напрякения Оо на шине 14, а также выходных сигналов СКВТ Оз и Ос. Для упрощения они изображены в виде одной синусоиды, так как отличаютсятолько амплитудами,.На фиг, 2 б изображены выходные напряжения преобразователей 2 - 4 перемен,ного напряжения в постоянное, т,е.напряжения О, Ос, 0, Эти напряжениятакже отличаются только амплитудами (изображены в виде одной кривой),На фиг, 2 в условно изображены выходные логические сигналы аналого-цифровыхпреобразователей 5 и б, представляющиесобой многоразрядные коды ИЯ) и КС). Отключенное состояние выходов аналого-цифровых преобразователей, состояние высокого импеданса показано пунктиром.На фиг. 2 г условно изображены выходные многоразрядные коды преобразователей 7 и 8 кода, т,е, коды й(а) и Ща),Третье, отключенное, состояние их выходов также показано пунктиром,Нд фиг, 2 Д показан сигнал нэ выходе"Больше" цифрового компэратора 9, обозначенный О; на фиг, 2 е - сигнал на выходе "Меньше" цифрового компэратора 9, обозначенный О( на фиг. 2 ж и 3 - выходные сигналы одновибраторов 1 О и 11, обозначенные 01 ю и 011; на фиг. 2 и - выходной многоразрядный код реверсивного счетчика 12, обозначенный Оа; на фиг. 2 к - вьходное напряжение цифроаналогового преобразователя 13, обозначенное 01 з.Преобразователь осуществляет преобразование угла поворота вала в код в пределах от О дол/2, т,е, в пределах одного квадранта.Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.Синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, запитанный напряжением переменного тока Оо, вырабатывает электрические сигналы переменного тока О и О, амплитуды которых пропорциональны соответственно синусу и косинусу угла а его поворота (фиг, 2 а).Напряжения 1 А, 0 и Оо поступают на преобразователи 2-4 переменного напрякения в постоянное, осуществляющие преобразование напряжений 0, Ос и Оо к виду, который позволяет использовать их для работы аналого-цифровых преобразователей, т,е, к постоянным напряженлям, равным амплитудам переменных напряжений,Вид сигналов на выходах преобразователей 2 - 4 переменного напряжения в постоянное О, Ос и Оо зависит от конкретной реализации этих элементов. В случае, если они представляют собой устройства выборки и хранения, форма указанных сигналов соответствует фиг. 26, В каждом периоде переменного напряжения устройства выборки и хранения осуществляют выборку входного переменного напряжения, начиная с моментов времени О, Ь тб и т,д., т.е, выходное напряжение повторяет входное, а с моментов времени ц, И, т и т.дформируемых блоком синхронизации, когда значение переменного напряжения достигает положительного максимума, устройство выборки и хранения переводится в режим хранения, в котором напряжение на его выходе сохраняет постоянное значение, равное ам 1697267плитудному, Режим хранения продолжается до начала следующего периода, после чего устройство выборки-хранения снова переводится в режим выборки блоком синхронизации,С выходов преобразователей 2 и 3 переменного напряжения в постоянное выпрямленные напряжения О и Ос поступают на информационные входы аналого-цифровых преобразователей 5 и 6, на входы для опорного напряжения которых подается сигнал с выхода цифроаналогового преобразова геля 13, для которого опорным напряжением является выходное напряжение 0 преобразователя 4 переменного напряжения в постоянное. График выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 13 повторяет график выходного напряжения преобразователя 4 переменного напряжения в постоянное с учетом коэффициента деления цифроаналогового преобразователя (фиг, 2 к),Для некоторых типов аналого-цифровых преобразователей опорное напряжение должно иметь противоположную полярность по отношению к входному. В этом случае выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 13 должно иметь отрицательк ю полярность (фиг. 2 к),Аналого-цифровые преобразователи 5 и 6 начинают преобразование непосредственно после установки режима хранения на преобразователях 2-4 переменного напряжения в постоянное, т.е. в моменты времени 11, т 4, тт, определяемые соответствующими сигналами блока синхронизации. Во время преобразования опорное и входное напряжения на аналого-цифровых преобразователях не изменяются. При этом выходы аналогоцифровых преобразователей переходят в отключенное состояниефиг, 2 в, пунктир) Преобразование заканчивается в моменты времени 12, Ь В и т,д, (фиг, 2 в), после чего на выходах аналого-цифровых преобразователей 5 и 6 устанавливаются соответственно коды М(Я) и М(С), пропорциональные синусу и косинусу угла поворота СКВТ и формируется сигнал "Конец преобразования" (КП), поступающий на управляющие входы преобразователей 7 и 8 соответственно,Коды К(Я) и К(С) поступают соответственно на арксинусный 7 и арккосинусный 8 преобразователи кода, представляющие собой постоянные запоминающие устройства, На их выходах формируются коды угла поворота СКВТ а, обозначенные И,(а) и К,(а), причем код К(а) получен путем определения арксинуса от кода М(Я), пропорциональ 5 10 15 "0 25 ф) Ъд 35 40 Д 50 ного синусу угла поворота а, а код Щ а) -путем определения арккосинуса от кодаИ(С), пропорционального косинусу угла поворота а, Выходные сигналы преобразователей 7 и 8 кода приведены на фиг. 2 г, КодыМз( а) и И(а ) формируются в моментывремени 12, ть. фв и т.д., т,е. после окончания преобразования аналого-цифровымипреобразователями 5 и 6 с задержкой, определяемой параметрами постоянных запоминающих;стройств. При отсутствиисигнала упоав гения l на входах этих преобразователей на шинах И,(а) и йс(а) устанавливаются сигналы логическойединицы, которые отключают выходы"Бсльше" "Меньше" ко , аратора 9,Коды Е,(а) и М, (а;) представляют собойкоды одчого и того же угла а, полученныепс двум независимым каналам. В идеаль;,эк случае они должны совпадать, Ка практикеони могут отличз:ся, но всегда ограничивааг точное значение кода угла а,Коды Мй) и Йс(а) поступают на выходустройства, Одновременно. при наличиисигнала управления Ч на входах преобразователей 7 и 8, они подаются на входы циф-.рог:.;,о компаратора 9, который сравниваетих друг с друго . Цифровой компараторимеет два выхода "Больше" и "Меньше",Выходные сигналы на них изображены нафиг. 2 д и е, Логические сигналы на указанных выходах цифрового компаратора 9 вырабатываются только после подачи кодовЩ а) и М,(а) на е.о входы, что обеспечивается блоком синхронизации,Если код Ч;.(а) больше кода Кс(а ), тологический сигнал вырабатываешься на выходе "Больше", как это показано на фиг. 2 д дляИпервого периода в момент времени 12, Есликод М(а ) меньше кода Кс(а ), логическийсигнал вырабатывается на выходе "Меньше" цифрового компаратора, Этот случайизображен на фиг. 2 е для второго периода(момент времени сь,.Сигнал с выхода "Больше" цифровогокомпаратора поступает на одновибратор10, который по фронту сигнала вырабатываеткороткий импульс (фиг, 2 ж, момент временит 2). Одиночный импульс с одновибратора10 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 12, котаоый увеличиваетсвой выходной код на единицу младшегоразряда. Уе.личение выходного кода реверсивного с-.-:тчика условно показано на фиг,2 и в момент времени т 2С выходя реверсивного счетчика код подается на цифроаналоговый преобразователь 13, котооый в момент времени 12иувеличивает свое выходное напряжение навеличину, соответствующую Одному дискрету (фиг, 2 к), В результате этого В следующийвтороь период (на фиг, 2) аналого-цифровоепреобразование будет проиэводе.ться прибольшей величине .опорного напрях(ения, 5что позволит уменьшить разброс Выходныхкодов й(а) и Щ а), т.е, увел чить точностьпреобразования угла в код,если код К 4 а) меньше кода мс(а), тологический сигнал вырабатывается на выхо Оде "меньше" цифрового компгратора Риг,2 е, второй период, момент Времени т 5 е,Лоплческий сигнал с выхода "Меньше" циф"рового компаратора подэегся на Вход одновибратора 11, который по фрон.у сиге;ала 15вырабатывает одиночный короткий имгеульсцз(фие. 2 з, момент времени в ), пос;упающийна вычитающий вход реверс Вного счетчика12, что вызывает уменьшение его состоянияна единицу младшего разряда. Это измене Сние условно показано на фиг, 2 и;"мсме гтвремени Ь ).ЕЧС выхода реверсивного счетчика еод поступает на цифроаналоговый преобразова 4тель 13, который в момент времени т 5 2уменьшает свое выходное напряжение навеличину, соответствующую одному дискрету (момент Времееи (5 на фиг. 2 к). Поэтйлуаналого-цифровое преобразование В следующий (третий) период будет героиэводиться ЗОпри меньшей величине опорного напряжения, что приведет к Возрастания; кода М(а)и уменьшению кода Кс(п), т.е. к более точному приближени 0 ВыхОДОВ-КОДОВ Яз(а) и Кг(а)к истинному значению кода угла поворота 35СКБТ а.В предельном случае код й(а) становится равным коду Щ а) (фиг, 2 втретийпериод), При этом логический сигнал не вырабатывается ни на одном иэ выходоь циф4 прового компаратора 9, одновибраторы 10 и11 не срабатывают, состояние реверсивного счетчика 12 и коэффициент передачи ци(рроаналогового преобразователя 33 Веизменяются. На аналого-цифровые преоб- "5разователи. при следующем преобразовании будет поступать то же самое опорноенапряжение, что и В предыдущем периоде,которое в данном случае соответствует своему истинному значению.После некоторого числа цикпов преобразований устанавливается требуемое значениеопорного напряжения на аналого-цифровыхпреобразователях 5 и б или Весьма близкоек нему. После этого на их Вьо(одах Выраба- -5тываются коды синуса и косинуса угла ловерота синусно-косинусного вращающегосятрансформатора, а на выходах арксинусного 7 и арккосинусного 8 рпеобраэовагелей кода - 14(а) и Ща) угла а, ограничивающие точное значение кода угла а, Из кодов И,(а) и Ис(а) может быть выбран код, имеющий меньшую погрешность в соответствии с крутизной функциЙ арксинуса и арккосинуса при полученном значении кода угла а, Равенство кодов к,(а) и йс(а) означает, что преобразование угла поворота вала в код выполнено с максимально возможной точностью, ичто коды Ма) и йе(а) соответствуют коду угла а.Синхронизация работы всех блоков преобразователя обеспечивается блоком синхронизации, Диапазон работы преобразователя О. Учитывая монотонное возрастание синуса и монотонное убывание косинуса В диапазоне изменения аргумента от О до л/2, точное значение кода угла а заклеОчено между кодами Й 5(0и 4 с( а) или равно им,Таким образом, преобразователь угла поворота вала В код позволяет, используя противоположный характер изменения функций синуса и косинуса в диапазоне значений аргумента от О до л/2, выявить ошибку преобразования угла поворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора в цифровой код и устранить ее путем изменения величины опорною напряжения на аналого-цифровых преобразователях. Этим преобразователь превращается в замкнутую систему с отрицательной обратной связью по результату преобразования,Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, синусный и косинуснь 1 й выходы к(порого соединены с входами первого и второго преобразователей переменного напряжения в постоянное соответственно, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго аналого-цифровых преобраэоаателей, шину переменного напряжения, подключенную к входу возбуждения синус о-косинусного вращающегося трансформатора и к входу третьего преобразователя переменногб напряжения в постоянное, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены арксинусный и арккосинусный преобразователи кода, цифровой компаратор, два одновибратора, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь., выход которого соединен с входами опорного напряжения первого и второго аналого-цифровых преобразователей, Выходы которых соединены с входами соответственно арксинусного и арккосинусного преобра1697267 7 зователей кода, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым входами цифрового компаратора, а вхОд "Больше" которого соединен с входом первого одновибратора, а выход Меньше" - с входом второго одновибратора, выходы первого и второго одновибраторов соединены соответственно с суммирующим и вычитаащим входами ре-версияного счетчика, выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к выходу третьего преобразователя переменного напряжения 5 в постоянное, выходы "Конец преобразования" первого и второго аналого-цифровых преобразователеи соединены с управляющими входами соответственно арксинусного и арккосинусного преобразователей кодов.