Преобразователь угла в код

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И Я К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 537370 Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кла б 08 С 9/04 вкиприсоединением осударстввиный комитеавета Ьинистров СССР(53) УДК 681,325(088.8) в делам иаобрете и открытий бликования опис пя 14.02.7 2) Автор изобретения А. Р, Салаев ербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова1) Заявитель 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА датчика угла от коределах октанта.овышение точности Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах для преобразования угла поворота вала в цифровой код.Известно устройство, содержащее синуснокосинусный датчик (СКД) угла, сравнивающее устройство, регистр управления, цифровой потенциометр и коммутатор каналов, в котором косинусная обмотка СКД через коммутатор каналов подключена к цифровому потенциометру, выполняющему роль функциональной обратной связи, который совместно с сопротивлением нагрузки аппроксимирует тангенсную зависимость 111.Очевидно, что точность преобразования зависит от числа участков аппроксимации и в пределах 45 не может быть высокой. Наиболее близким техническим решением к данному является преобразователь угла в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, соединенный с селектором октантов, выходы которого, один непосредственно, а другой через блок масштабирования, подключены к входам вычитателя, линейный преобразователь напряжение - код, блок управления и счетчик 21.Небольшая точность преобразования такого устройства вызвано применением схемы, аппроксимирующей нелинейную (тангенсную) зависимость напряжениидируемого параметра в пЦель изобретения - ппреобразования.5 Это достигается тем, что в преобразовательвведены фазовый детектор и дополнительныйблок масштабирования, выход вычитателясоединен с сигнальным входом фазового детектора и входом дополнительного блока мас 0 штабирования, выход которого подключен кизмерительному входу преобразователя напряжение - код, а управляющий вход этогопреобразователя - к одному из выходов фазового детектора, опорный вход которого сое 5 динен с одним из выходов синусно-косинусного датчика угла, а другой выход - с входомсчетчика,На фиг. 1 представлена функциональнаясхема преобразователя угла в код; на фиг.2 -О огибающие разностных напряжений, получаемые в пределах октанта в процессе преобразования.Преобразователь угла в код содержит синусно-косинусный датчик 1 угла, селектор 25 октантов, блоки 3 и 4 масштабирования, состоящие из параллельно соединенных делителей 5 - 5, и 61 - 6, напряжения к каждомуиз которых последовательно подключен одиниз ключей 71 - 7 и 8 - 8 соответственно, вью читатель 9, фазовый детектор 10, счетчик 11,5 10 15 20 25 35 40 45 50 55 60 65 блок 12 управления, преобразователь 13 напряжение - код.Работает преобразователь следующим обраНапряжения на синусном и косинусном выходах синусно-косинусного датчика 1 угла определяются выражениямиС,: КУ, яп со 1 яп Й = У,з 1 п 6,У, = КО,япсо 1 сов 6 = Усов 6,где Ксо - амплитудное значение и круговая частота напряжения питания датчика;1 - время;О - угол поворота ротора СКД;К - коэффициент передачи; С,: - Кц, з 1 п со,Выходы датчика 1 подключены к селектору 2 октанта, который, как известно, формирует три старших разряда кода, определяющих искомый октант, и в соответствии с этим подключает выходные напряжения датчика к входу вычитателя 9 и входу блока 3 масштабирования.Блок 12 управления в зависимости от значения (О или 1) младшего разряда кода октанта и состояния счетчика 11 (первоначально он в нуле) выдает сигнал, который поступает на управляющий вход соответствующего ключа в блоке 3 масштабирования. Ключ 7, замыкается, и через соответствующий делитель 5 с напряжения на второй вход вычитателя 9 подается другое напряжение с выхода селектора 2 октанта.На выходе вычитателя 9 образуется первое в пределах искомого октанта разностное напряжение Ур, (см, фиг. 2, линия 1), огибающая которого описывается уравнениемУР: К 3 8 и (И - О ).Это напряжение подается на сигнальный вход фазового детектора 10, а на опорный его вход поступает напряжение У датчика 1. При этом синфазности указанных напряжений соответствует возникновение 1 на одном из выходов, а противофазности - 1 на другом выходе фазового детектора.В зависимости от этого протекает дальнейшая работа устройства. При наличии 1 на первом выходе фазового детектора 10 эта 1 поступает на вход и разрядного счетчика 11. В счетчике образуется код, соответствующий углу ЛО. При этом блок 12 управления выдает следующий сигнал, поступающий на управляющий вход соответствующего ключа в блоке 3 масштабирования. Это ключ (предыдущий размыкается) подключает свой делитель напряжения к второму входу вычитателя 9.На выходе вычитателя образуется новое разностное напряжение У р, -- Кяп (О - 0) (см. фиг. 2, линия 11), фаза которого определяется фазовым детектором 10. При возникновении 1 на первом выходе фазового детектора (напряжения Ур, и У, синфазны) процесс повторяется, т. е. эта 1 суммируется в счетчике 11, образуя в нем код, соответствующий углу 2 ЛО, блок 12 управления выдает следующий управляющий сигнал, замыкающий соответствующий ключ в блоке 3 масштабирования. Вследствие этого к второму входу вычитателя 9 подключается соответствующий делитель напряжения в блоке 3 масштабирования.На выходе вычитателя образуется следующее разностное напряжение Ур, (см. фиг. 2, линия 111) и т. д., до тех пор, пока очередное разностное напряжение Ур, не окажетсяlв противофазе с напряжением УьЭтому соответствует возникновение сигнала 1 на втором выходе фазового детектора, соединенном с управляющим входом преобразователя напряжение - код, К этому моменту в счетчике 11 очевидно зафиксируется число (1 - 1), соответствующее углу (1 - 1) ЛО; код этого числа отображает последующие и старших разрядов кода исходного угла.Младшие разряды кода искомого угла формируются в результате линейного кодирования напряжения У ., полученного делением напряжения Ур, на выходе вычитателя, рав- ного Ур, К,У,яп(0 6)на коэффициент К;. Для этого разностное напряжение Ур. через соответствующий ключсв блоке 4 масштабирования, управление которым происходит одновременно и аналогично управлению блока 3 масштабирования, подается на соответствующий делитель б напряжения. Этот делитель напряжения соответствует коэффициенту 1(;., и в результате на выходе блока 4 масштабирования действует на- пряжение УРЦ, = У, яп(О - О;).сНапряжение Ур, по сигналу с второго выхода фазового детектора 10 линейно кодируется преобразователем 13 напряжение в к, работающим по одному из принципов уравновешивания. Во избежание влияния колебаний напряжения питания с,1, датчика 1, в качестве источника компенсирующего напряжения в преобразователе 13 используется напряжение /.Очевидно, что кодирование напряжения Ур; происходит в пределах элементарного45участка ЛО=О, - О, с= и приходится на2"начальный интервал синусоиды, поскольку напряжение Ур, пересекает угловую ось в точке О,.Положим искомый угол 0=30. Выберем45ЛО= - =11,25, отсюда 2"=4, а п=2 (двух- разрядный счетчик).Разностные напряжения Ур. образуются в направлении увеличения угла, причем огибающие У р. должны пересекать угловую ось в последовательных точках, значения которых определяются по формулеЛО, где =1, 2, 3, 4, т, е, в точках со значениями 0,=11,25; Оа=22,5; Оз=33,75; 04=45 (см, фиг, 2).Значение младшего разряда (2-) кода октанта (оно равно О, поскольку искомый угол располагается в первом октанте) определяет прямой порядок подключения делителей напряжения в блоках 3 и 4 масштабирования. Подключение, как указывалось, осуществляется блоком управления, входы которого подсоединены к соответствующим выходам счетчика 11 и младшему разряду октанта.Разностные напряжения Ур, вырабатываются в направлении увеличения угла в пределах любого октанта.Работает преобразователь следующим образом.Поскольку 0=30, то селектор октантов формирует код 000 и подключает напряжение 01 к первому входу вычитателя 9, а напряжение Уа - к входу блока 3 масштабирования.Первоначальное состояние счетчика 11 нулевое. Поскольку младший разряд кода октанта также имеет нулевое значение, то очевидно, что блок 12 формирует управляющий сигнал, который замыкает ключи 71 и 81 в блоках 3 и 4 масштабирования, коммутируя делители 51 и 6, напряжения, соответствующие коэффициентам К, и Кь При этом на второй вход вычитателя 9 поступает напряжение К 1 У. На входе вычитателя образуется разностное напряжение Ур равноеР 1: С 1 - Кфа - Ь т зП 0 - ф 6,Ксоз 0 - созес 9Уз 1 п(9 - й,) =К У з 1 п(6 - 6,),Разностное напряжение Ур, подается на сигнальный вход фазового детектора 10, где оно сравнивается по фазе с напряжением УьПоскольку напряжения Ур, и У, синфазны (точка а фиг. 2), фазовый детектор вырабатывает на первом выходе единичный сигнал, который поступает на вход счетчика 11.В счетчике образуется код 01, вследствие чего управляющий сигнал возникает в блоке управления, который замыкает ключи 7 а и 82 в блоках 3 и 4 масштабирования. Лналогично описанному в этих блоках масштабирования коммутируются делители 5, и 62 напряжения, соответствующие коэффициентам К. и К а на выходе вычислителя образуется новое разностное напряжение УрравноеР, - У КаУа - К 2 С т з 1 п ( О,)Напряжение Ур, поступает на вход фазочувствительного детектора, который на втором выходе вырабатывает единичный сигнал, так как напряжения Ур, и У, синфазны (точка Ь, Фиг. 2), Этот единичный сигнал подается на5 10 15 20 25 Напряжение Ор, линейно кодируется преобразователем напряжение - код, в результате чего формируются младшие разряды кода. Зо Старшими разрядами кода является код октанта - 000 и код в счетчике (последующие л, старшие разряды кода). При этом коду в счетчике соответствует угол поворота вала, равный 22,5. Таким образом, вместо аппроксимации тангенсной зависимости в пределах октанта осуществляется линейная аппроксимация начального интервала синусоиды, притяженность которого определяет точность преобразователя. Практически при Л 0=11,25 достигается точность, превышающая указанную в прототипе, При Л=5,625 точность получается на порядок выше по сравнению с известными преобразователями. Кроме того, реализация линейного кодирования проще функционального кодирования искомого параметра. 35 4045 формул а изобретенияПреобразователь угла в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, соединенный с селектором октантов, выходы которого, один непосредственно, а другой через блок масштабирования, подключены к входам вычитателя, линейный преобразователь напряжение - код, блок управления и счетчик, отлич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности преобразования, в него введены фазовый детектор и дополнительный блок масштабирования, выход вычитателя соединен с сигнальным входом фазового детектора и входом дополнительного блока масштабирования, выход которого подключен к измерительному входу преобразователя напряже 5055 60 65 вход счетчика, образуя в нем код 10. При этом появляется управляющий сигнал в блоке 12 управления, который замыкает ключи 7 з и 8 з в блоках 3 и 4 масштабирования. Аналогично описанному, замыканию ключа соответствует появление на выходе вычислителя разностного напряжения У, равногоР - ф 1 Кза - Кз з 1 п (1 - Оз)а фазовый детектор определяет фазу Ур, относительно У,; они находятся в противофазе (точка с, фиг. 2), вследствие чего фазовый детектор вырабатывает единичный сигнал на втором выходе. Этот сигнал запускает преобразователь напряжение - код, на измерительный вход которого с выхода вычислителя поступает разностное напряжение Ур, через замкнутый ключ 8 з и делитель 6 з напряжения в блоке 4 масштабирования. Делитель напряжения соответствует коэффициенту Кз. Поэтому очевидно, что на измерительном входе преобразователя действует разностное напряжение Урравное (см, фиг. 2).ЦУр, =, = тз 1 п Ф з)зние - код, управляющий вход которого соединен с одним из выходов фазового детектора, опорный вход которого соединен с одним из выходов синусно-косинусного датчика угла, а другой выход - с входом счетчика,8Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авт. св.217076, кл, б 08 с 9/00, 1969.2. Авт. св.209038, кл. б 08 с 9/00, 1966 (прототип),537370 Составитель Н, Назаркина Корректор Н. Аук Техред М. Семенов Редактор И. Грузова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 47/1 Изд.126 Тираж 830 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5