Обратимый преобразователь координат

бава Советских Социалистических республес(51) М. Кл. б 066 7/22 присоединением заявкиГвсударстеенный номит Совета Министров СС по делам изобретенин открытий 23) Приоритет(71) Заявител Харьковский институт радиоэлектроники и Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране водАТИМЪЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ КООРДИНАТ вышение Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может бытьиспользовано для решения навигационных задач; преобразования прямоугольных координат в полярные и обратно, а также для поворота прямоугольной системы координат,Известен обратимый преобразователь координат, функционирующий по схеме: напряжения - временные интервалы - кодовые эквиваленты 1,Его недостатком является малое быстродействие,Наиболее близким по технической сущностиявляется обратимый преобразователь координат, содержащий селектор квадрантов, подключенный к входам обратимого преобразователя координат, ключи, первый косинусныйи первый синусный преобразователи, первыйинвертор и первый сумматор, управляющийблок, входы которого соединены с шинами задания режимов, а выходы - с входами регистра младших разрядов, и с управляющимивходами ключей, выходы регистров старших имладших разрядов подключены к соответствующим входам управляющего блока и компаратор, выход которого соединен с соответствующим входом управляющего блока 2),Этому преобразователю присуща методическая погрешность при выполнении математических операций,Целью изобретения является поточности преобразования координат,Цель достигается тем, что обратимый преобразователь координат дополнительно со5 держит второй сумматор, второй инвертор,две ячейки выборки - хранения, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам управляющего блока, атакже второй косинусный и второй си 10 нусный преобразователи, вход первой ячейки выборки - хранения через первуюгруппу ключей связан с входом первой прямоугольной координаты, с входом модуля вектора и с выходом первого сумматора, вход15 второй ячейки выборки - хранения через вторую группу ключей связан с входом второйпрямоугольной координаты, с входом модуля вектора и с выходом второго сумматора,выход первой ячейки выборки - хрансния20 соединен с входом первого инвертора, выходвторой ячейки - с входом второй инвертора, вход первого косинусного преобразователя связан через третью группу ключей с выходом первого инвертора, вход первого си 25 нусного преобразователя связан через четвертую группу ключей с выходом второйячейки выборки - хранения и с выходомвторого инвертора, вход второго косинусногопреобразователя связан через пятую группу30 ключей с выходом второй ячейки выборки -хранения и с выходом первого инвертора, вход второго синусного преобразователя связан через шестую группу ключей с выходом первой ячейки выборки - хранения и с выходом первого инвертора, выходы первого косинусного и первого синусного преобразователей подключены к входам первого сумматора, а выходы второго косинусного и второго синусного преобразователя - к входам второго сумматора, выходы сумматоров через седьмую группу ключей связаны с входом компаратора, входы регистра старших разрядов связаны с соответствующими выходами селектора квадрантов и с шиной задания угла, подключенной также к входу регистра младших разрядов, управляющие входы синусных и косинусных преобразователей связаны через дополнительно введенный блок управления функциональными преобразователями с соответствующими выходами регистра младших разрядов и выходом управляющего блока.На чертеже представлена структурная схема обратимого преобразователя координат,Устройство содержит ячейки выборки - хранения 1 и 2, состоящие из схем выборки - хранения 3 - 6, инверторы 7, 8, функциональные (косинусные и синусные) преобразователи 9 - 12, сумматоры 13 и 14, компаратор 15, управляющий блок 16, регистр младших разрядов 1, блок управления функциональными преобразователями 18, селектор квадраптов 19, регистр старших разрядов 20, ключи 21 - 37, шину задания угла 38.Ячейки выборки - хранения 1 и 2 служат для запоминания мгновенных значений напряжений, обеспечивая тем самым возможность использования этих напряжений при выполнении вычислений на следующем шаге итерации, При замыкании ключа происходит слежение за входным напряжением, при размыкани и - на выходе схемы фиксируется напряжение, действовавшее на ее входе в момент размыкания,Косинусные и синусные преобразователи 9 - 12 выполнены в виде цифровых управляемых сопротивлений (ЦУС) и представляют собой цепочку весовых резисторов определенных номиналов, снабженных шунтирующими ключами. В каждом рабочем такте разомкнут какой-либо один ключ, все остальные замкнуты.Номиналы весовых резисторов в функциональных преобразователях 9 и 12 пропорциональны соз -(л/2 - ), где 1= 3, 4, , п, а в функциональных преобразователях 10 и 11 - з 1 п -(л/2 - ), где= 3, 4 п (и - разрядность двоичного кода). Взаимодействие всех узлов обратимого преобразователя координат в различных режимах его работы обеспечивается управляю 1 цим блоком 16. Последний представляет собой цифровой автомат, закон функционирования которого задается сигналами А, В, С, Р,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 сигналами на шине задания угла, значениями старших и младших разрядов выходногокода и сигналом компаратора.Рассмотрим работу обратимого преобразователя координат в различных режимах егофункционирования.Режим А. Лреобразование пряиоугольныхкоординат в полярные, На аналоговых входах обратимого преобразователя действуют напряжения Уи У, моделирующие координаты х и у вектора К На шинах режима действуют следующие двоичные переменные: А=1, В = С =,Р =О.Связь полярных координат с прямоугольными выражается соотношениямиу / у 2+ у 2О = агар(У /О,.),где Уя - напряжение, пропорциональное модулю вектора Я;О - аргумент вектора КВ устройстве преобразование координатсводится к тому, что путем реализации уравнений векторного вращения моделируется дискретный поворот по ходу часовой стрелкивектора Р, представленного своими проекциями Уи У, на эталонные углы л/2 -(1=3, 4, , и) до совпадения с выбраннойкоординатной осью. В процессе поворота производится формирование кодового эквивалента угла О,Модуль вектора представляется пропорциональным напряжением, соответствующим тойпроекции вектора Я, которая в конце операции векторного вращения будет отлична отнуля.В первых тактах работы устройства познакам проекции У, и У селектор квадрантов 19 определяет значения разрядов р, икоторые записываются в регистр 20. В те жемоменты путем последовательного замыканияи размыкания сначала ключей 22, 25, а затемключей 27, 28 напряжения Уи Уд фиксируются на выходах ячеек выборки-хранения1, 2,В последующих тактах работы производится формирование двоичных разрядовпредставляющих угол6 =6 - т /2,где т - номер квадранта (т= О, 1, 2, 3), вкотором расположен вектор ЙС точностью до погрешности дискретизацииОп = з/2++ф 2+ " +лс/2"1)По сигналу с выхода блока 16 ключ 37подключает вход компаратора 15 либо к выходу сумматора 13 (т=1, 3), либо к выходусумматора 14 (т=О, 2).Для нахождения разряда Рз, отвечающеговесу л/4, осуществляется первый пробный поворот вектора Я на эталонный угол л/4 в отрицательном направлении (по ходу часовой10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 Формула изобретенияОбратимый преобразователь координат, содержащий селектор квадрантов, подключенный к входам обратимого преобразователя координат, ключи, первый косинусный и первый синусный преобразователи, первый инвертор и первый сумматор, управляющий блок, входы которого соединены с шинами задания режимов, а выходы - с входами регистра младших разрядов и с управляющими входами ключей, выходы регистров старших и младших разрядов подключены к соответствующим входам управляющего блока, и компаратор, выход которого соединен с соответствующим входом управляющего блока,ки в хранен 1, 2, после чего блок 16 на основании анализа значений разрядов кода А" производит набор соотношений (5), (6), и осуществляет последовательный поворот исходного вектора на те эталонные углы, которые в коде Аф соответствуют единичные весовые коэффициенты. После каждого поворота вектора Ф новые значения проекций запоминаются для использования их на последующем шаге.В конце операции искомые значения проекций вектора снимаются с выходов сумматоров 13, 14.Режим Р, Кодирование угловых положений синусно-косинусных датчиков информации. Ны входы обратимого преобразователя поступают напряженияУр =О, О,=У,созе; Уу УО 81 пО, где О - углы поворота ротора датчика. На шинах задания угла действуют сигналы 0=1, А=В=С=О.Если напряжения Уи Уц интерпретировать как координаты некоторого вектора К то задача кодирования угла О" решается аналогично задаче нахождения аргумента вектора Я в режиме А, При этом в регистрах 1 и 20 формируется код угла О, где 0(0(2 л,Предложенный обратимый преобразователь координат является математически точным, его методическая погрешность равна нулю.Реализация синусных и косинусных преобразователей на цифровых управляемых сопротивлениях, номиналы которых пропорциональны соз -(л/2 - ) и з 1 п- (л/2 - ) позволяет исключить погрешность аппроксимации, а также упростить эти преобразователи, Поскольку ЦУС обеспечивает формирование выходных сигналов лишь в и - 1 точках, блоки синусных и, косинусных преобразователей значительно упрощаются. отличающийся тем, что, с целью повышения точности, обратимый преобразователь координат дополнительно содержит второй сумматор, второй инвертор, две ячейки выборки - хранения, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам управляющего блока, а также второй косинусный и второй синусный преобразователи, вход первой ячейки выборки - хранения через первую группу ключей связан с входом первой прямоугольной координаты с входом модуля вектора и с выходом первого сумматора, вход второй ячейки выборки - хранения через вторую группу ключей связан со входом второй прямоугольной координаты, с входом модуля вектора и с выходом второго сумматора, выход первой ячейки выборки - хранения соединен с входом первого инвертора, выход второй ячейки - с входом второго инвертора, вход первого косинусного преобразователя связан через третью группу ключей с выходом первой ячейки выборки - хранения и с выходом первого инвертора, вход первого синусного преобразователя связан через четвертую группу ключей с выходом второй ячейки выборки - хранения и с выходом второго инвертора, вход второго косинусного преобразователя связан через пятую группу ключей с выходом второй ячейки выборки - хранения и с выходом первого инвертора, вход второго синусного преобразователя связан через шестую группу ключей с выходом первой ячейки выборки - хранения и с выходом первого инвертора, выходы первого косинусного и первого синусного преобразователей подключены к входам первого сумматора, а выходы второго косинусного и второго синусного преобразователей - к входам второго сумматора, выходы сумматоров через седьмую группу ключей связаны с входом компаратора, входы регистра старших разрядов связаны с соответствующими выходами селектора квадрантов и с шиной задания угла, подключенной также к входу регистра младших разрядов, управляющие входы синусных и косинусных преобразователей связаны через дополнительно введенный блок управления функциональными преобразователями с соответствующими выходами регистра младших разрядов и выходом управляющего блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Мо 3473011, кл. 235 - 197, опублик. 1973.2. Авторское свидетельство СССР Мо 525971, кл, б 066 7/22, 1974,Составитель Г. ОсиповТехред А. Камышникова Редактор Р, Киселева Корректор Л. Орлова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 698/2 Изд.174 Тираж 818 Подписное НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5