Способ преобразования угла поворота вала в код

Союз Советских Социалистицеских Республик(23) Приоритет Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 11.05.77(71) Заявитель Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для построения преобразователей типа "угол-код" в системах передачи данных на вход ЦВМ.Известны способы преобразования угла поворота в код, основанные на сравнении в определенном порядке синусоидальных входных сигналов, амплитуда и фаза которых зависят от величины перемещения. Известный способ также предполагает последовательное выполнение ряда операций сравнения исходных фазовых напряжений 1 .Известен также способ преобразования уголкод с промежуточным преобразованием угол амплитуда напряжения, при котором анализируют выходные напряжения датчика угла относительно начального положения угловой оси, определяют чомер октанта, соответствующего углу поворота, и, соответственно, старшие разряды кода. Затем анализируют выходные напряжения датчика угла в соответствии с номером октанта, определяя младшие разряды кода 21.Однако эти способы отличаются не высокой точностью.Прототипом выбран способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на преобразовании выходных синусного и косинусного напряжений датчика угла поворота, формировании первого разряда кода из синусного напряжения, второго - из косинусного напряжения, третьего - по результатам сравнения абсолютных величин указанных напряжений, четвертого и пятого по результатам сравнения частей синусоиды и косинусоиды 31В этом способе для получения шестого и после дующих разрядов используется точный вращающийся трансформатор (ВТ), ротор которого связан с ротором "грубого" датчика передачей с передаточным отношением 1: 16, при этом 6-9 разряды формируются аналогично 2-5 разрядам, но из на пряжений, снимаемых с обмоток "точного" ВТ.Дальнейшее увеличение разрядности кода возможно путем использования третьего ВТ, ротор которого вращается в 16 раэ быстрее, чем ротор второго ВТ,20 Применение одноотсчетной системы измеренияв рассматриваемом случае ограничивает точность преобразования, а применение многоотсчетной системы, состоящей из нескольких вращающихся трансформаторов, связанных между собой редук торной передачей, существенно усложняет схему.Цель изобретения - повышение точности преобразования.Для ее достижения процесс преобразования осуществляют итеративно, причем на первой итерации алгебраически суммируют в пределах найденного квадранта синусное и косинусное выходные напряжения датчика утла поворота, сравнивают знак фазы результирующего напряжения со знаком фазы синусного напряжения датчика угла поворота и по результату сравнения формируют третий разряд кода, четвертый и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного и результирующих напряжений, соответствующих углам поворота о (где и - номер формируемого разряда) и образованных путем суммирования двух напряжений, оцним из которых является результирующее напряжение, полученное на предьщу. щей итерации и взятое с соответствующим коэффициентом, а другим -одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации.На фиг. 1 приведены кривые, иллюстрирующие процесс преобразования угла 8 = 132; на фиг, 2 показан в масштабе участок угловой оси в окрестности указанной точки; на фиг.3 - блок-схема для осуществления предлагаемого способа, вариант.Как известно, напряжения синусной и косинусной выходных обмоток ВТ, используемого в качестве датчика угла поворота, определяются еле дующим образом:11 =кУ юпю 1 йп 9;С)ц = к Оп,Впш 1 йи 67где О, д 1- амплитудное значение и круговая частота напряжения питания Ои,О - угол поворота ротора ВТ;К,.=К =К - коэффициент, постоянный для данного типа ВТ и характеризующий его свойства (К(1) .Напряжения фазных обмоток сельсина посредством расщепляющего трансформатора (трансформатора Скотта) могут быть преобразованы и приведены к виду (1).Напряжение О, однозначно определяет, в каком из секторов О - : 180 или 180 - : 360находится искомьй угол 6 . Для этого достаточно сравнить фазу этого напряжения с фазой напряжения питания Ои: в секторе О - :180указанные напряжения синфазны, а в секторе 180 - :360- противофаэны. По результату сравнения формируется первьй старший разряд кода. Аналогично по результату сравнения фаз напряжений О и О 1 формируют второй разряд кода.В дальнейшем процесс преобразования осуществляется по итерационной схеме, На первой итерации алгебраически суммируют синусное и косинусное напряжения ВТ, при этом результирующее напряже ние (в зависимости от значения второго разрядакода) принимает вид7у -11 = к У ипа 1 Мп 45 ф)илиЬ 3 Цк У апа 1 рп(Я 5 6) (2) где К=1,4 К.По результатам сравнения фаз напряжений Оз иО, формируют третий разряд кода. Ю Четвертьй и последующий разряды кода формируют по одной и той же схеме: на- й итерациисуммируют напряжения, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предыдущей, ( - 1) - ой, итерации и взятое с постоян ным для этой итерации коэффициентом К, адругим - оцно иэ суммируемых напряжений предыдущей итерации; сравнивают фазы напряженийО; и О по результату сравнения формируютсоответствующий и - й разряд кода (и =+ 2) 20 По результатам формирования всех разрядовкода определяют двоичный код, соответствующийпреобразуемому углу поворота 8П р и м е р. Я = 132 . Сравниваются фазынапряжений О, и Ои. синфазность указанных на пряжений (точка "а" см. фиг. 1) указывает на то,что искомьй угол находится в секторе 0 - :180 С(здесь и далее синфазности напряжений ставятся всоответствие значение "0" соответствующего раэря.да кода, а противофазности - значение "1") . Таким 30 образом, значение первого старшего разряда кодаравно "0".Аналогично сравниваются фазы напряжений Ои О противофазности указанных напряжений(точка Ь), ставим в соответствие значение "1" Зб второго разряда кода.Два старших разряда кода определяют квадрантизмеряемого угла Ц 90 - :180.Суммируются напряжения (первая итерация),изменения фазы огибающих которых происходят в 40точках угловои оси, соответствующих границамквадранта 90 - :180, т.е. О, и О,:аз 12+ 111 ХЭУ,81 ПЮ 1 Вп(455 - 6)где Кз =14 К.4 По результату сравнения фаз этого напряже.,ии напряжения О, формируется третий разряд кода:синфазности указанных напряжений (точка с) ставим в соответствие значение "0" данного разряда.Три старших разряда кода определяют октант я 1 измеряемого угла 9 90 +135 (см. фиг. 2),На второй итерации суммируются напряжения,изменение фазы огибающих которых происходит вточках угловой оси, соответствующих границамоктанта 90 - : 1351, т.е, Оэ (результирующее б 5 напряжение предыдущей итерации) и О (одно изсуммируемых напряжений предыдущей итерации),при этом напряжение Оз берется с учетом коэф.фициента Кз =1,4 К;11 - У /т 4 +11 - К У ЯюэТвщ(Н 2,5-6 66 где К =1,85 К.По результату сравнения фаз напряжений О 4 и О, формируется четвертьй разряд кода: противофазности указанных напряжений (точка Д, ) ставим в соответствие значение "1" данного разряда,Четыре первых разряда кода определяют 22,5 - ый сектор измеряемого угла Й Г 112,5 - 135 3 (см. фиг, 2) .На 3 - й итерации суммируются напряжения, изменение фазы огибающих которых происходит в точках угловой оси, соответствующих границам сектора 1112,5 - 1351, т.е, О(результирующее напряжение предыдущей итерации) и Оз (одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации), .при этом оба напряжения берутся с учетом соответствующих коэффициентов05-114/"В 5+ 11 /14 = К 11 51 ЛЮЙ ЧЛ(425,75- Ю) 5 где К, =1,95 К,По результату сравнения фаз напряжений О, иО, формируется пятый разряд кода: противофазности указанных напряжений (точка е) ставим всоответствие значение "1" данного разряда.Пять первых разрядов кода определяют11,25 - ньй сектор измеряемого угла 6 ( 123,75 - :- : 1353 и т.д. (см. фиг.2) .ЛПссцедующие разряды кода формируются аналогично. В рез льтате имеем6=0 180 1 90+ О 454 22,ьЯ 1,2+,.Очевидно, что погрешность определения углаповорота определяется выбором числа итераций(при 1=3, д =123,75 при=5, 9 =132,18 ит.д.).Предлагаемьй способ может быть осуществленпо блок-схеме (см. фиг. 3) . Она содержит вращающийся трансформатор (ВТ) 1, блок логическихсхем 2, устройство управления 3, блок масштабирования 4, блок сумматоров 5, блок фазочувствительных детекторов 6.Синусная и косинусная обмотки ВТ 1 подключены к сигнальным входам соответствующих фазочувствительных детекторов, входящих в составблока б, при этом состояние указанных детекторов,опорные входы которых соединены с исто лыкомпитания и синусной обмоткой ВТ 1 соответственно,отображает квадрант измеряемого угла поворотаугла 94 ЬУстройство построено по многоступенчатой схеме, причем состав и междуэлементные соединениякаждой ступени аналогичны; на два входа сумматора второй (вторая итерация) и последующих ступеней (все сумматоры входят в состав блока 5)подаются напряжения, одним из которых являетсярезультирующее напряжение с выхода сумматорапредыдущей ступени (оно подается через соответствующий делитель напряжения, входящий в составблока 4 масштабирования), а другим - одно из б 5суммируемых напряжений предыдущей ступени(оно выбирается соответствующими ключами пере.менного тока, входящими в состав блока 3 управления). На входе сумматора первой ступени (пер. вая итерация) одним из действующихнапряжений является напряжение косинусной обмотки ВТ 1, а другим (в зависимости от состояния фазочувствительного детектора второго разряда) - напряжение О, или - О, .К выходу каждого сумматора подключен фазочувствительньй детектор, входящий в состав блока б, причем опорный вход этого детектора соединен с синусной обмоткой ВТ 1 так, что в зависимости от фазы результирующего напряжения данной ступени относительно О, он устанавливается в то или иное состояние, определяющее значение соответствующего разряда кода.Выход блока 6 фазоцувсгвительных детекторовсвязан с устройством управления 3 через блок 2 логических схем, назначением которогс является выбор правильного направления поиска искомого угла, что выражается в подключении необходимого напряжения на вход соответствуюи;его сумматора.Предложенный способ преобразования угла поворота вача в код обеспечивает высокую точность преобразования, при простой его реализации.Формула изобретенияСпособ преобразования угла поворота вала вкод, основанный на преобразовании выходных синусного н косинусного напряжений датчика утлаповорота, формировании из них цвух старших разрядов кода и определении квадранта, с т л и ч а ющий ся тем, что, с целью повышения точностипреобразования, процесс пресбразования осуществляют итеративно, причем на первой итерацииалгебраически суммируют в пределах найденногоквадранта синуснос и косинусное выходные напряжения датчика угла поворота, сравнивают знакфазы результирующего напряжения со знаком фазысинусного напряжения датчика угла поворота и порезультатам сравнения формируют третий разрядкода, че .мртьй и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного ирезультирующих напряжений, соответствующихуглам поворота БВО/2 (где и - номер формируемого разряда) и образованных путем суммирования двух напряжежй, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предыдущей итерации и взятое с соответствующимкоэффициентом, а другим - одно из суммируемыхнапряжений предыдущей итерации.Источники информации, принятые во вниманиепри экспертизе:1. Преснухин Л. Н. и др. Муаровые растровыедатчики положения и их применения. 1969 г,стр, 73 - 80.2. "Еестгоп 1 с Оезфп." чо 1 186, 1970стр, 178 - 183,3. Авторское свидетельство СССР385304,М, Кл. 6 08 С 9/04, 04.05.71.525986 аркин Корректор А. Гриценко дактор Е, Гонч каз 5188/482 830 ЦН ного комитета Совета нийио 4/5 уш наб.,филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная Составитель И НТехред А. Бо ТиражПИ Государств по делам изобрет3035, Москва, Жодписное истров СССР