Обратимый преобразователь координат

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцивлистицескихРеспублик(22) Заявлено 25,03.74 (21) 2007359/ - 24 л.6 Сь 7/2 и исоединением зая сударстаенный комитетоаета Министров СССРпа делам изобретенийн открытий) Заявител Харьковский институ оэлектроники) ОБРАТИМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНА рого соот и с азряы к етствую егистра и выходам старших рподключенм входам21.характеризыстродейст угла, а выходы щим управляющи ереключателей Г кие устройства но невысоким б соответствую регистров и Однако тех ю н ем Изобретение относится к классу тригонометрических вычислителей, которые широкоиспользуются в автоматике и вычислительной технике для решения навигационных задач летательных аппаратов: преобразование 5прямоугольной системы координат в полярную (и обратной операции), поворот системыкоординат.Известен обратимый преобразователь координат, который состоит из электронных уз-Олов и выдает результаты вычислений в цифровой форм.е Ц,Известен также обратимый преобразователь координат, содержащий переключатели,синусный и косинусный цифро-аналоговые пре образователи, цифровые входы которых подключены к соответствующим выходам младшихразрядов регистра угла, сумматор с присоединенным к его выходу компаратором, инвертор,вход которого через первый переключатель 20подключен к аналоговым входам устройства,преобразователь код-напряжение, входы которого соединены с соответствующими выходами управляющего и входами вспомогательного регистров, и блок управления, входы кото-й единены с выходом компаратор измеряемым десятками миллисекунд, Входящие в схему гармонического осциллятора аналоговые интеграторы требуют,для своей работы прецизионные и высокостабильные конденсаторы. Поскольку создание высококачественных конденсаторов является задачей более сложной, чем создание высококачественных резисторов, наличие конденсаторов является фактором, ограничивающим предельнуюточность обратимого преобразователя координат, Кроме того, конденсаторы значительной емкости являются навесными дискретными компонентами, что затрудняет полное микроэлектронное исполнение вычислителя иприводит к увеличению его габаритно-весовых показателей. Для преобразования временных интервалов в код требуется высокостабильный по частоте генератор импульсов,3 пшенную зависимость , ежду выходным на.;=- жение м й 1 и кодом, за,.исанным в управляюшем регистре 14.Содержимое управляющего регистра 14 может переписываться во вспомогательный регистр 15 при наличии разрешающего сигнала на входе 16.Рассмотрим работу обратимого преобразователя координат в различных режимах его функционирования,Режим . Преобразование прямоугольнойсистемы координат в полярную. Коэффидиент передачи косинусного и синусного цифро - аналоговых преобразователей ц определяется всеми разрядами блока младших разрядов 5 регистра угла, Реализация функций 5(п 8 и со 5 О осуществляется методом кусочно-линейной аппроксимации в ин - тервале 08 Г, Напряжения О, и 50 О.х с выходов преобразователей 2 и 3 через переключатели 25 и 26 соответственно могут подаваться на входы 8 и 9 сумматора 7, который служит для алгебраического суммирования с коэффициентами передач, равны- И ми единице, напряжений, действующих на его входах. Выход сумматора постоянно соединен со входом. 11 компаратора 10. Вход 12 компаратора 10 через переключатель 27 может соединяться с выходом преобразователя 60 Пель изобретения - повысить то и осг: и быстродействие преобразователя.Это достигается тем, что в предложенном устройстве аналоговые входы синусного и косинусного цифра - аналоговых преобра- Ь зователей подключены через две группы пеоеключателей соответственно к аналоговым входам. устройства и выходу инвертора, входы сумматора присоединены через второй и третий переключатели к выходам синусного 10 и косинусного цифро-аналоговых преобразователей и к шине нулевого потенциала, а свободный вход компаратора через четвертый переключатель подключен к выходу преобразователя код-напряжение и к шине ну левого потенциала.На чертеже дана структурная схема обратимого преобразователя координат.Преобразователь содержит инвертор 1, косинусный 2 и синусный 3 цифро-аналого вые преобразователи, регистр угла, состоящий из старших 4 и младших 5 разрядов, блок управления 6, сумматор 7 со входами Я и 9, компаратор 10 со входами 11 и 12, преобразователь код-напряжение 13, ф управляющий регистр 14, вспомогательный ре 1 ис".р 15 с управляющим входом 16, кодовую шину 17, переключатели 18-27.Взаимодействие всех узлов и блоков обратилого преобразователя координат в различных режалах его обеспечивается с помощью блока управления 6, Блок управления представляет собой цифровой автомат, закон функцяонироваьия которого задается внешцимн сигналами режима работы устройства А; Б, С ц О, Выходами блока управления 6 являются сигналы записи информации в регистры 4, 5, 14, 15, а также сигналы управления переключателями (аналоговыми ключами) 18-27. Сигналы управления переключателями показаны на чертеже пунктирными линиями со стрелками. На аналоговые входы устройства поступают напряжения Ои И , м оделирующее в некотором, масштабе координаты х и у вектора% . Кроме того, на входе А блока управления 6 появляется признак режима - константа "1 " (В-=0 =О).Связь полярной системы координат с прямоугольной выражается формулами: 8 =снгс 1 д(и /и ),где 0- напряжение, пропорциональное модулю векторай, причем. 0 =-О(О ) 6 - аргумент вектора д ОЕ2. К1В устройстве преобразование прямоугольных координат в полярные сводится к тому,что в начале находится кодовый эквивалентугла 0 , для чего организуется дискретныйповорот вектора Я , представленного своими проекциями О х и Ох , в направленииодной из координатных осей до тех пор, пока одна из проекций вектора Я не станетравной нулю, В это время другая проекциявектора Я соответствует модулю вектора,Поэтому на следующем этапе можно пересодить к кодовому представлению модулявектора ЙПеред началом преобразования регистругла (блоки 4 и 5 ) и регистры 14 и 15сброшены в "0", переключатели 26 и 27подключают входы 9 и 12 блоков 7 и 10соответственно к нулевому потенциалу (обшей шине устройства), переключатель 25соединяет вход 8 сумматора 7 с выходом косинусного цифро-аналогового преобразователя 2,В первых двух тактах производится нахождение квадранта, в котором находитсявектор Б , Для этого блок управления 6последовательно замыкает и размыкает переключатели 19 и 20. При этом напряжение ц, и И х передаются сединичнымкоэфициентом. усиления через косинусный цифроаналоговый преобразователь 2 и сумматорд-о30Р 2 " " -"6,2 " У 21где 3, = Я)2 - угол поворота вектора к)на-ом шаге преобразования,Во время работы обратимого преобра -зователя координат в режиме А реализуется только одно из уравнений (2) и (3)40Выбор уравнения производится на основании значений разрядов Я,2. гдет=0,2выбирается уравнение (3), а для ; =1,3 уравнение (2)Нахождение значенийу( 1 =3, 4, . 45, О ) производится по изменениямзнака выбранной проекции с помощьк ком. -паратора 1 О. Если после поворота векторана угол, его проекция (,или 13не меняет свой знак, то= 1, и наоборот, В конце цикла преобразования в регистре угла будет сформирован код, который сточностью до погрешности дискретизациипропорционален углу 9Следующая операция в режиме А заключается в кодовом представлении модулявектора я . Для этого блок управления 6,замыкая соответствующие переключатели,обеспечивает набор того из уравнений (2)или (3), которое не использовалось при ко дляп= 1,3; О =О =1 5 ПИ ) Х; й7 на вход 11 компаратора 10,:.оторый проверяет выполнение соотношений И (0, И 0 По сигналам с выхода компаратора 10 блок управления 6 записывает в регистр угла значения старших разрядов и Я 2 В последующих ( й - 2)- х тактах производится формирование разрядов Я - ,р реп гистра угла, соответствующих углуи " 2где,"П - номер квадранта ( и = О, 1, 2, 3 ) .Нахождение цифровых значений угла О осуществляется путем дискретньх поворотов вектора Й на фиксированные значения углов в отрицательном направлении (т.е по ходу часовой стрелки) к коордичатной оси в соответствии с уравнениями векторного вращенияИ = ИХС 05 А+И 51 ГА ((3)И: И,С 05 А - И ЬОА (3)х1где (. Х и И - новые значения координатвращаемого вектора,В уравнениях (2) и (3) " ( ( 1 = 3, 4,,) означает суммарное значение угла поворота на , -ом шаге преобразования.Для алгоритма поразрядного код 1 рования численно дировании угла, 11 еркллчатели 18-24 ус - танавппваются в,акое положение, чтобы1И, -и =/иХ -0 (для т =-0,2) (5)ИЛ 1ц " /И 10 (для т =1,3) (6)Для кодирования напряжения Ь вход 12 компаратора 10 через переключатель 27 соединяется с выходом. преобразователя код-напряжения 1 3, Управление преобразователем осуществляется со стороны управ - ляющего регистра 14, который в свою очередь устанавливается по сигналам с выхода блока управления 6, Информацию для бло - ка управления несут сигналы с выхода компаратора 10, который на каждом шаге алгооптма пооазоядного кодцоования осуществров рку соотношения ии 5 В конце цикла преобразования в регистре 1 4 буде.г зафиксирован код, пропорциональный дРежим В. Преобразование полярной спс -темь координат в прямоугольную,В этом режиме на один из аналоговых входов устройства ( .Н 1 и 33, ) подается напряженпе 3гропорцнональное модулю вектора Я, а в регистр угла загисывается- разрядньп 1 код представляющий аргукент вектора Я, Кроке того, на входе В блока управлен 1;я 6 появляется признак режима - к. нс.анта "1= 3 Э = 01 е.вход о-. - О;1 рно 11 системы коо"дпнат 1; пряОуго ьно 1 Осущес 1 вляется по формулак. Необходимая 11 олярнссть (, 1.,обеспечивается путе:.1 соответствующей коммутации 1;ереключа еле:. 18- 4 позначеннямраз рядов , и ,В, Прп этом от значения 8 в формулах (7) и ( 8) необходимо перейтик нормализованному аогументу ( 8 и , где0 (8 ) .., После этогоЩ значения проекций Ц, и Бу представляются в виде, отличном от формул (7) и (8) в зависимости от номера квадранта п, в который попадает вектор Ндля й) = 02; Б случае необходимости обратимый преобразователь координат обеспечивает нреоб525 971 разование полученных напряжений Бх и Уу в код. Для этого напряжения 0 и Уз последовательно во времени подаются через сумматор 7 на вход 11 компаратора, а вход 12 которого через переключатель 27 сое - диняется с выходом. преобразователя 1 3,Во время кодирования одного из напряжений ( У или 13 з) другой вход(9 или 8) сумматора 7 через переключатель 26 или 25 соответственно подключается к нулевому потенциалу, Результат кодирования фиксируется в управляющем регистре 14. Прежде чем перейти к кодированию следующего напряжения, содержимое управляющего регистра 14 переписывается во вспомагательный ре гистр 15. Передача информации во вспомагательный регистр 15 осуществляется по сигналу из блока управления 6, поступающему по входу 16, После этого обнуляется управляющий регистр 14 и начинается кодирование следующего напря ж ения. нуляется. После этого набирается уравнение (6) так, чтобыО =иЗатем кодируется напряжение и 7, ирезультат кодирования остается в управляющем регистре 14.Для получения значений новых координат также в виде напряжений в следующем/до погрешности дискретизации и = ц,ВРежим.В. Преобразование угловых поло -жений синусно-косинусных датчиков информации где 8 - угол поворота ротора датчика. О На входе О блока управления 6 действует признак режима - константа "1 " (А==В-=С=О), Если напряжения У, и 13 1 интерпретировать как координаты некоторого вектора Р , то задача кодирования угла 6 25 решается аналогично задаче нахождения аргумента вектора Н в режиме А . При этомв регистре угла формируется код угла6:а 1 С 1 д(О /О), О 82 У. 30Обратимый преобразователь координатотличается высокими статическими и динамическими характеристиками и выдает информацию в виде напряжений иихкодовыхэквивалентов. ячейку)31 бло,Я, представи О,1свя- соотношений О =О С 05 А +О 51 ПА, ( ) 40ХО =и С 05 А +и ЫпА, (о)УХ Верхние знаки в правых частях уравнений (9) и (10) берутся при ААО, ниж ние - при АсО, После анализа знака угла А блок управления 6 устанавливает переключатели 18-24 в такое положение, чтобы обеспечить необходимую величину и знак проекции 1 х в соответствии с уравнением 50 (9), а переключатели 25 и 26 - в положение, обеспечивающее подачу напряжений 0 и Бз соответственно на входы 8 и 9сумматора 7. Проекция Ув виде напряжения 117 преобразуется в двоичный код, 55 который фиксируется в управляющем, регистре 14.Содержимое управляющего регистра 14 переписывается во вспомогательный регистр 15, после чего управляющий регистр 14 обРежим. С. Поворот системы координат.На аналоговых входах устройства действуют напряжения Би Ц, представляющие старое положение вектора К на плоскости. На вход С блока управления 6 подается признак режима - константа "1" (А=В=0 = =О). После начальной установки устройства в регистр угла записывается код угла А, представляющий собой значение угла поворота системы координат в диапазонед 2 А "ц 2 Знак угла А записывается в ка 4, а код угла Аф - в блокНовые координаты вектора ленные в виде напряжений Ох заны со старыми посредством На аналоговые входы устройства поступают напряженияи =и со 5 8, (11): ы 8, ,) Формула изобретения Обратимый преобразователь координат, содержащий переключатели, синусный и косинусный цифро-аналоговые преобразователи, цифровые входы которых подключены к соответствующим выходам младших разрядов регистра угла, сумматор с присоединением к его выходу компаратором, инвертор, вход которого через первый переключатель подключен к аналоговым входам устройства, преобразователь код-напряжение, входы которого соединены с соответствующими выходами управляющего и входами вспомогательного регистров, и блок управления, входы которого соединены с выходом компаратора и с соответствующими выходами старших разрядов регистра угла, а выходы подключены к соответствующим управляющим. входам всех регистров и переключателей, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в нем аналоговые входы синусного и косинусного цифро-анало525 971 Составитель А. МасловТехредМ, ЛиковичКорректор Н, Б,. - . акова Редактор Т, фадеева Заказ 5137/487 Тираж 864 Подппсное ЦНИИПИ Государственного комитета Ссвета Министров СССР пс делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4 говых преобразователей подключены через две группы переключателей соответственно к аналоговым входам устройства и выходу инвертора, входы сумматора присоединены через второй и третий переключатели к выходам синусного и косинусного цифро-аналоговых преобразователей и к шине нулевого потенциала, а свободный вход компаратора через четвертый переклкнатель подключен к выходу преобразователя код-напряжение и кшине нулевого потенциала.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Кори Г Корн Т. Электронные аналоговыеи аналого-цифровые машины, ч,1, "Мир",1 967, стр. 435-45 5.2. Патент США Хд 3472011, кл, 235-197,1969,