Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 720451 1 -= 72- е(22) Заявлено 1701.77 (21) 2444370/18-24 р)М. Кп.2 с присоединением заявки Мо С 08 С 9/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В ЦИФРОВОЙ КОДИзобретение относится к способам преобразования угла поворота в цифровой код и может быть использовано в системах управления с цифровой обработкой информации.Известны способы с использованием сельсина для преобразования углового положения вала в цифровой код. из трехфазного синусоидального напря жения. С помощью двух постоянных по амплитуде и противоположных по фазе опорных синусоидальных напряжений путем полного ограничения по заранее заданному постоянному уровню форщ- руют три фаэных и два опорных импульса постоянной амплитуды, по широт- ности и временному положению которых однозначно определяют значение угла, соответствующее одному иэ двенадцати 30-градусному сектору оборота ва ла 1).Необходимость формирования двух опорных синусоидальных напряжений в данном устройстве требует сложного оборудования, а преобразование амплитудных отношений, изменяющихся нелинейно в пределах 30-градусного сектора, дает ограниченную точность.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 30 епособ, основанный на преобразовании угла поворота вала в трехфазное синусоидальное напряжение (2),Однако необходимость формирования линейного напряжения иэ двух фаз вносит несимметрию в сельсинную нагрузку, что ухудшает точность преобразования. Использование сравнения амплитуд трехфазных синусоидальных напряжений, а не мгновенных значений напряжений, также ухудшает точность преобразования из-за необходимости демодулирования, в процессе которого .вносится дополнительная погрешность, обусловленная дрейфом нуля, инерционностью, сложностью, а при схемном уменьшении дрейфа нуля - наличием высших гармоник. Кроме того, по данному способу невозможно преобразовать угол поворота вала с дискретоностью меньшей, чем 15Целью изобретения является повышение точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу измеряют мгновенные значения амплитуды фазного напряжения в определенные моменты времени, сравнивают мгновенные значения напряжений, получают импульсные последовательности, 720451фазу огибающей которых сравнивают с фазой напряжения питания, в момент смены фазы на противоположную формируют импульсы, которые составляют цифровой код.Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана временная диаграмма изменения напряжений, на фиг. 2 - устройство для реализации способа преобразования угла поворота вала в цифровой код.На временной диаграмме, представленной на Фиг. 1 О 4, О 8 и Ос - огибающие трех фазных напряжений сельсин-датчика; Од Ос и Ос - огибающие фазного напряжения, разбитого на дискретные уровни;- угол поворота ротора сельсин-датчика; П 1-Пв области существования последовательностей импульсов, совпадающих с положительной полуволной напряжения питания и отрицательной полуволной напряжения питания (заштрихованы соответственно в правую и левую стороны) при сравнении мгновенных значений напряжений Ов, Оэ и Ос попарно между собой и с нулевым уровнем; с, -св в . 15 отробы, формируемые из последовательностей импульсов; Пос,цэ р П пс вв и )ос,пз области существованИя последовательностей импульсов, совпадающих с положительной полуволной напряжения ЗО питания (штриховка в правую сторону) и отрицательной полуволной напряжения питания, (штриховка в левую сторону) соответственно при сравнении мгновенных значений напряжений за З 5 Ос и Ос 5 и Ов р Д 1 р (фй и св Углы у определяемые стробами, сформированными соответственно из По,цап Пцс нв и Пц .ув ) а(, и 4 - углы, Ъйределяемыез всоотВетственно из стробов си с..Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код основан на ,преобразовании угла поворота вала в трехфазное синусоидальное напряжение, описываемое уравнениями:ОА = К ООСОБИ 45оОв = К ОяСов (е( - 120 )Ос = К О. Сов (а( +120 ) .Здесь к - коэффициент передачи, 5 О О- напряжение питания, определяембе как О, =, О 81 п1, где ьд -частота напряжения питания, О - амплитудное значение напряжения питания.55Напряжения О, Оь и Ос представляют осбой переменные напряжения с частотой напряжения питания, модулированные по амплитуде по косинусоидальному закону углом поворота вала, причем из-за пространственного сдвиога в 120 закон модуляции каждого напряжения имеет один и тот же ха,рактер, только со сдвигом в 120Мгновенные значения Фазного напряжения О, Ов и Ос разбивают на диск ретиые уровни в зависимости от номера 30-градусного сектора углового положения вала. Число уровней определяется требуемой точностью преобразования. Для упрощения рассмотрения способа на Фиг, 2 изображено кри дискретных уровня напряжения О.Ос и ОсвКод угла формируют циклами грубого и точного отсчетов.Цикл грубого отсчета осуществляется сравнением мгновенных значений напряжений Фаз А, В и С попарно между собой и нулевым уровнем, в результате которого получают импульсные .последовательности, Фазу которых сравнивают с фазой напряжения питания, а затем Формируют импульсы с -с . Так например, при сравнении мгновенных значений напряжений фазы В с .Фазой С (напряжения Об и ( ) получают импульсные последовательности, область существования которых П, совпадающие с положительной полуволной напряжения питания в пределах углового положения вала от 0 до 180 и противоположные в пределах от 180 до 360 О. Для этого разность напряжений Оэ и О усиливается с последующим ограничением по напряжению. За счет большого усиления достигается высокая крутизна фронтов импульсов последовательности, т.е, формируются почти прямоугольные импульсы.Последовательность импульсов меняет свою Фазу на противоположную относительно фазы напряжения питания (имеется в виду совпадение с его положительной полуволной - прямая Фаза и отрицательной - противоположная фаза при значениях углов 0 или 360 и 180) Смена фазы происходит резко даже при относительно низкой скорости вращения из-за большого усиления разности напряжений. В момент смены Фазы ФорМируется импульс с, . Аналогично Формируют стробы с - С.Стробы с, - с однозначно определяют 30-градусный сектор углового положения вала В пределах 60-градусного сектора только одна определенная фаза имеет относительно линейный (с 2-ым отклонением) закон изменения амплитуды в зависимости от угла вращения: фаза В в секторах Оф, фаза А - 60-120, Фаза С - 120-180, Фаза В - 180, 240, Фаза А - 240-300, фаза С - 300-360 (О ),Фазное напряжение, разбиваемое на дискретные уровни, определяется также стробами с, - сб: в секторе 0-ЗОф разбивается фаза С, 30-60 Фаза А, 60-90 ф фаза В, 90-120 Фаза С, 120-150 Фаза А, 150-180 фаза В, 180-210 Фаза С, 210-240 фаза А, 240-270 фаза В, 270-300 фаза С, ,300-330 фаза А, 330-360 (О) разбивается фаза В, Соответствующим выором числа дискретных уровней5 10 15 20 30 формула изобретения45 Способ преобразования угла поворота вала в цифровой код, основанныйна преобразовании угла поворота валав трехфазное синусоидальное напряжение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,50 что, с целью повышения точнрсти преобразования, измеряют мгновенныезначения амплитуды фазного напряжения в определенные моменты времени,сравнивают мгновенные значения напряжений, получают импульсные последовательности, фазу огибающей которых сравнивают с фазой напряженияпйтания, в момент смены фазы на противоположную формируют импульсы,которые составляют цифровой код.60Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9310280, кл. С 08 С 9/00, 1969.2. Авторское свидетельство СССР65 9472360, клт 6 08 С 9/00, 1973. можно скомпенсировать имеющиесяотклонения от линейности,Цикл точного отсчета осуществляется сравнением мгновенных значенийнапряжений фаз А, В и С с мгновенными значениями напряжений дискретныхуровней определенного фаэного напряжения, в результате которого получают также импульсные последовательности, фазу которых сравнивают с фазой напряжения питания, а затем формируют импульсы (на фиг. 1 не показаны). Так например, при сравнениимгновенных значений напряжения фазыВ с мгновенными значениями напряжений Цс, Ос и Пе дискретных уровней фазного напряжения Ос формируются импульсные последовательностисоответственно Писф, П, фе и Пк,Ов пределах секторов 0-30 и 180-210;которые меняют свою фазу на противо.положную относительно фазы напряженияпитания при значениях углов 4,(иК в пределах сектора 0-30 . В момент смены фазы формируются стробы(на фиг. 1 не показаны), однозначноопределяющие угловое положение впределах 30-градусных секторов, вданном случае с дискретностью 7,5 ф.Аналогично происходит формированиестробов в пределах других 30- градусных секторов,Таким образом код угла поворотаформируется циклами грубого (с дискретностью 300) и точного (в данномслучае с дискретностью 7,5 .) отсчетов.Устройство преобразования углаповорота вала в цифровой код, реали.зующее данный способ (фиг.2) содержит, сельсин-датчик 1, блоки 2 и 3компараторов, ключи 4 и 5, делитель6, дешифраторы 7 и 8.Трехфазное напряжение сельсиндатчика 1 поступает на вход блока 2компараторов в соответствующих парных сочетаниях друг с другом и снулевым уровнем. В блоке 2 компараторов в результате сравнения мгновенных напряжений между собой и снулевым уровнем формируются импульсные последовательности. Полученныеимпульсные последовательности сбольшой крутизной фронтов ограничиваются по амплитуде для сопряженияс работой последующих логическихсхем. Приближающиеся к прямоугольнымимпульсные лоследовательности имеютфазу, совпадающую с фазой напряжения питания или противоположную взависимости от сравниваемых напряжений и определенного 30-градусногосектора.Иэ импульсных последовательностей П, - Пбформируются стробы с, - сб,однозначно определяющие напряжейиеЯд, Пз или .с ), разбиваемое на дискретные уровни делителем 6. Положение,ключей 4 и 5 однозначно определяется дешифратором 7. Код грубого отсчета определяется также дешифратором 7.Ключи 4 имеют шесть положений, а ключи 5 только два в зависимости отчетности или нечетности номера 30 градусного сектора. Наличие ключей5 обусловлено возрастающим или убывающим в эависимости от четностисектора характером напряжений, сравниваемых с дискретными уровнями,при возрастании углааГ в одну сторону, Полученные в результате сравнения импульсные последовательностиуже существуют в пределах 30-градусных секторов, смена их фазы по отноШению к напряжению питания однозначно определяет угол в пределах 30 градусных секторовБлок 3 компараторов работает аналогично блоку 2.Стробы с - с формируются иэ импульсных последовательностей. Дешифратор 8 однозначно определяет код точного отсчета. Ключи 4 и 5 могут быть построены на базе бесконтактных элементов, например полевых тран эисторов.Предложенный способ позволяет преобразовывать угловое положение вала в цифровой код с большой точностью, что достигается исключением формирования линейного напряжения из двух фаз, вносящего нессиметрию в сельсинную нагрузку, а также сравнением мгновенных значений напряжений фаэ, а не огибающих. Данный способ позволяет преобразовать угол по ворот вала в код с дискретностьюменьшей, чем 15. Дискретность преобразования определяется количествомдискретных уровней, на которые разбиваются мгновенные значения определенного фазного напряженияЮ Перечисленные преимущества предлагаемого способа расширяют сферу егоиспользования720451 Составитель О. БогомоловаТехред М.Петко Корректор В.Бутяга Редактор Н.Лобач Заказ 10222/35 Тираж 682 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5