Синусно-косинусный преобразователь

(51)5 6 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Т ИУ 12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Центральныйский институт автом(57) Синусно-косинусный преобразователь ль- относится к автоматике и вычислительнойтехнике и может быть использован в цифро вых системах управления. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Сущность изобретения: преобразователь содержит три сумматора 1-3, четыре перемножителя 4-8, инвертор 5 кода, вход 10 задания масштаба преобразования, вход 9 задания аргумента, синусный выход 11 и косинусный выход 12. 2 ил,5 10 15 30 50 сумматора Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в циФровых системах управления.Известны синусно-косинуснце преобразователи, основанные на тех или иных аппроксимациях воспроизводимых зависимостей, известны преобразователи, воспроизводящие синусную и коси нусную функции рациональными дробями,Недостатками этих преобразователей являются пониженная точность воспроизведения синусной и косинусной функции (погрешность 0,16), различие между синусными и косинусными каналами схемы преобразователя, что приводит к.асимметрии между синусной и косинусной функциями:Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синусно-косинусный преобразователь, содержащий первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены с входом задания масштаба преобразования, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора и первым входом первого перемножителя, вход задания аргумента преобразователя соедийен с первым входомвторого перемножи 1 еля и с вторым входом первого перемножителя, выход второго сумматора, являющийся косинусйым выходом преобразователя, соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя, выход которого; являющийся синусным выходом преобразователя, соединен с вторыми входами первого и третьего сумматоров, а выход первого пере- множителя соединен с третьим входом первого сумматора, третий и четвертый перемножители, при этом первый вход третьего перемножителя соединен с входом задания аргумента преобразователя, второй вход - с входом задания масштаба преобразования, а выход - с третьим. входом третьего сумматора, первый и второй входы четвертого перемножителя соединены с одноименными входами первого перемножителя, а выход - с третьим входом второго Недостатком известного преобразователя является пониженная точностЬ воспроизведения отношения синусной и косинусной функции, т. е. тангенсной функции, что является важным фактором при одновременном использовании синусного и косинусного выходов преобразователя. например, при создании кругового вращающегося поля в устройствах управления,Цель изобретения - повышение точности преобразования,укаэанная цель достигается тем, что в синусно-косинусный преобразователь, содержащий с первого по третий сумматоры и с первого по четвертый перемножители первый вход первого сумматора соединен с входом задания масштаба преобразования, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, вход задания аргумента преобразования соединен с первым входом второго перемножителя и первым входом третьего перемножителя, выход второго перемножителя, являющийся синусным выходом преобразователя, соединен с вторым входом первого сумматора и с первым входом третьего сумматора, вы. ход третьего сумматора соединен с вторым входом второго перемнохителя, выход третьего перемножителя соединен с вторым . входом третьего сумматора, выход четвертого перемножителя соединен с вторым входом второго сумматора, введен инвертор кода, вход которого соединен с входом задания аргумента преобразователя, а выход -с первыми входами первого и четвертого перемножителя, выход четвертого перемножителя, являющийся косинусным выходом преобразователя, соединен с третьим входом первого сумматора и с вторым входом первого перемножителя, выход первого перемножителя соединен с третьим входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен с третьим входам третьего сумматора, выход второго пере- множителя соединен с вторым входом третьего перемножителя, выход второго сумматора соединен с вторым входом четвертого перемножителя.Сравнение предлагаемого синусно-косинусного преобразователя с известным показывает, что расчетные значения методических погрешностей аппроксимации синусной и косинусной функций предлагаемого и известного синусно-косинусных преобразователей примерно одинаковы и равны 0,01 Д. Однако благодаря введению инвертора кода и новым связям между ним и остальнцми блоками предлагаемый синусно-косинусный преобразователь обеспечивает уменьшение методической погрешности аппроксимации тангенсной функции по сравнению с известным устройством.Ка фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого синусно-косинусного преобразователя; на фиг, 2 - кривые методической погрешности аппроксимации тангенсной функции, образованной одновременным действием синусного и косинус(5) ного выходов преобразователя .(кривая 1 для известного и кривая 2 для преобразователей),Синусно-косинусный преобразователь содержит с первого по четвертый перемножители 8, 4, 7 и 6 соответственно и с первого по третий сумматоры 1-3, первый вход сумматора 1 соединен с входом 10 задания масштаба преобразования, выход сумматора 1 соединен с первым входом сумматора 2, вход 9 задания аргумента преобразования соединен с первым входом перемножителя 4 и первым входом перемножителя 7, выход перемножителя 4, являющийся синусным выходом преобразователя 11, соединен с вторым входом сумматора 1 и с первым входом сумматора 3, выход сумматора 3 соединен с вторым входом перемножителя 4, выход перемножителя 7 соединен с вторым входом сумматора 3, выход перемножителя 6 соединен с вторым входом сумматора, 2, инвертор 5 кода, вход которого соединен с входом 9 задания аргумента преобразования, а выход - с первыми входами перемножителей б и 8, выход перемножителя 6, являющийся косинусным выходом 12 преобразователя соединен с третьим входом сумматора 1 и с вторым входом перемножителя 8, выход перемножителя 8 соединен с третьим входом сумматора 2, выход сумматора 1 соединен с третьим входом сумматора 3, выход перемножителя 4 соединен с вторым входом перемножителя 7, выход сумматора 2 соединен с вторым входом перемножителя 6.Синусно-косинусный преобразователь работает следующим образом.На вход 9 зэ,дания аргумента (Овх 1) преобразователя подается цифровой код Х, который меняется от нуля до единицы (ОХ 5 1). Этот код поступает на первые входы второ-. го 4 и третьего 7 перемножителей и через цифровой инвертор 5 на первые входы первого 8 и четвертого б перемножителей,На вход 10 задания масштаба преобра- зованиЯ (Овхг) поДаетсЯ аналоговый вхоД- ной сигнал. который поступает на первый вход сумматора 1, где суммируется с выходными Сигналами 11 и 12 (Овых, и Овых 2) синусно-косинусного преобразователя Выходное напряжение сумматора 101=К 1 Овхг+ К 12Овых 1+К 1 ЗОвых 2, (1) где 01 - выходное напряжение первого сумматора;К 11, К 12, К 1 з - масштабные коэффициенты первого, второго и третьего входов первого сумматора соответственно,С выхода сумматора 1 аналоговые сигналы поступают на сумматоры 2 и 3. Каналы формирования синусного и косинусного вы. ходов полностью идентичны и отличаются 5 только цифровым кодом, поступающим напервые входы перемножителей. Синусный канал управляется кодом Х, а косинусный через инвертор 5 кода - кадом (1-Х),Выходной сигнал сумматора 3 поступа ет на второй вход второго перемножителя 4,а с его выхода на второй вход третьего перемножителя 7, где умножается на цифровой код Х, поступающий на первые входы второго 4 и третьего 7 перемножителей, Вы ход второго перемножителя 4 является синусным выходом 11 преобразователя,Сумматор 3 суммирует аналоговыйсигнал с выхода сумматора 1 с выходными 20 сигналами второго 4 и третьего 7 перемножителей. Выходное напряжение сумматора 3 ОЗ=КЗЗ01+КЗ 1, Овых 1+ КЗ 2 Овых 1Х (2) 25 где Оз- выходное напряжениетретьегосуммато;Кз 1, Кз 2, Кзз - масштабные коэффициенты первого, второго и третьего входов третьего сумматора соответственно, 30 Выходноенапряжение сумматора 2 косинусного канала формируется аналогичным образом: 02=К 21 01+ К 22Овых 2 + + К 2 З Овых 2(1 Х), (3) где 02 - выходное напряжение второго сумматора;40 к 21- к 22- к 2 з - масштабные коэффициенты первого, второго и третьего входов второго сумматора соответственно.Проведя ряд математических преобразований над выражениями (1)-(3), получа ют следующие выражения, которыеописывают выходные сигналы синусного 11 и косинусного 12 выходов преобразователя:Овых 1 - К 11Овхг "50 Ао + А 1Овх 1 + А 2Овх 1 + АЗОвх 1г згВо + В 1Овх 1 + В 2Овх 1 + ВЗОвх 1 + В 4Овх 1з 4 Со + С 1Овх + С 2Овх 1 + СЗОвх 12 . 3 Во + В 1Овх 1 + В 2Овх 1 + ВЗОвх 1 + В 4Овх 12 3(7) 0,82255223 - 0,20499439Х + 0,23643706Х - 0,06288526 Х + 0,03144263Х2 з При практической реализации синусно-косинусного преобразователя в качестве цифрового инвертора применяли цифровые микросхемы серии 564, в качестве сумматоров - операционные усилители серии 140, в качестве перемножителей - цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) . серии 572, Первый и четвертый перемножители снабжены дополнительным разрядом. вес которого равен весу младшего разряда ЦАП, причем при изменении аргумента Х от нуля до единицы (0 Х 1) дополнительный разряд должен быть включен. Методическая погрешность аппроксимации синуса и косинуса предлагаемого синусно-косинусного преобразователя равна н 0,010 Значения методических погрешностей аппроксимации тангенсной функции предлагаемого и известного синусно-косинусных преобразователей показаны на фиг. 2 в . виде графиков, Эти значения были получены расчетными путями по формуле (1) для известного устройства и по формулам (6) и (7) по изобретению. Правые части этих формул представляют собой аппроксимирующие функции синусной и косинусной функций, а их отношение представляет собой аппроксимирующую тангенсной функции, Из графиков на фиг. 2 видно, что методическая погрешность аппроксимации тангенсной функции в предлагаемом синус- но-косинусном преобразователе (кривая 2) в 20-25 раз меньше, чем погрешность извеа=, Кзз= К 21=-1,5706554;Ь =Кз 1=К 2 з=0,74797614;с=. Кз 2= К 22=-0,1773207;г 1= К 12= К 1 з=:0,4763;5 К 11-0,5237,где Кц - весовой коэффициент 1-го сумматора по )-му входу,Подставив числовые значения коэффи циентов в выражения (4 и(5) и произведяматематические преобразования, удобные для оценки методической погрешности ап. проксимации синуса и косинуса, получа- ют 15 стного устройства (кривая 1). Это являетсясущественным отличием предлагаемого синусно-косинусного преобразователя от известного. 20 формула изобретения Синусно-косинусный преобразователь,содержащий с первого по третий сумматоры и с первого по четвертый перемножители, .25 первый вход первого сумматора соединен сйходом задания масштаба преобразователя, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, вход задания аргумента преобразователя сое динен с первым входом второго перемножителя и первым входом третьего перемножителя, выход второго перемножителя, являющийся синусным выходом преобразователя, соединен с вторым вхо дом первого сумматора и с первым входомтретьего сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго перемножителя, выход третьего перемножителя соединен с вторым входом третьего 40 сумматора, выход четвертого перемножителя соединен с вторым входом второго сумматора, отл и ча ю щий с ятем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введен инвертор кода, вход которого 45 соединен с входом задания аргумента преобразователя; а выход - с первыми входами первого и четвертого перемножителей, выход четвертого перемножителя, являющийся косинусным выходом преобразователя, 50 соединен с третьим входом первого сумматора и с вторым входом первого перемножи10 1751735 20 Составитель Л,СнимщиковаТехред М,Моргентал Корректор З,Са А,Огар Ре эказ 2691 . Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прытиям и и ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгор д, у . рНо л.Гага ина, 101 теля, выход первого перемножителя соединен с третьим входом второго сумматора, выход первого сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, выход второго перемножителя соединен с вторымвходом третьего перемножителя. выход второго сумматора соединен с вторым входомчетвертого перемножителя.