Преобразователь угла поворота вала в код

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 11.1077 (21) 2533878/18-24с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 050480. Бюллетень Мо 13Дата опубликования описания 10.04. 80 С 08 С 9/04 Государственный комите 1 СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Р. М. Мирсалимов и В. Б. Ибрагимов Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах для пре образования угловых перемещений ротора электрических микромашин типа сель- сина в цифровой код. Известны преобразователи угол-код, в которых выпрямленное выходное напряжение сельсина сравнивается по амплитуде с его напряжением питания. Оба напряжения изменяются по синусоидальному закону. Время от момента перехода через нулевое знаМение напряжения питания сельсина до момента равенства сравниваемых напряжений пропорционально углу поворота ротора сель- сина 1, Такой преобразователь содержит сельсин, вход которого подключен к источнику напряжения питания, а выходы через выпрямители и переключатели - к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подключен к источнику .напряжения питания, а выход - к триггеру, формирователь кода грубого отсчета, входы Которого соединены с выходами сельсина и источником напряхания питания, а выходы - с управляющими входами пе реключателей и входами старших разрядов счетчика, второй компаратор, вход которого подключен к источнику напряжения питания, а выход через первый вентиль - к триггеру, выход которого соединен с управляющим вхЬ- дом второго вентиля, другой вход которого подключен к генератору импульсов, а выход - ко входам младших разрядов счетчика, и блок управления, вход которого соединен с источником напряжения питания, а выход - с фор- мирователеЬ кода грубого отсчета, управляющим входом первого вентиля и устанбвочным входом счетчика.В таком преобразователе максимальный временный интервал ь с между импульсом начала счета, соответствующим моменту перехода через нуль напряжения питания сельсина, и импульсом окончания счета, соответствующим моменту равенства сравниваемых напряжений (напряжения питания 1), и выпрямленного выходного напряжения 1)в сель- сина в точке 8 = 60 угловой оси), со- ставляет 3,3 м.сек. для частоты Г50 Гц напряжения питания сельсина (вычисляются по формуле .ь 1 = -)От юц Гакое время измерения не позволяет получить высокое быстродействие,Наиб олее близким тех нич еским решением к изобретению является преобразователь угла поворота вала в код (2, содержащий источник напряжения питания подключенный к сельсину формирователю кода грубого отсчета, первому и второму компаратору и блоку управления, и элементы И, ИЛИ. Выход сельсина подключен ко вторым входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, один выход которого подключен к другому входу первого к 9 мпа- )Йтора, выход которого подключен к одному входу триггера. Второй компаратор через первый элемент И подключен к другому входу триггера, который через второй элемент И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, подключен к счетчику.Выходы счетчика подключены к преобразователю кодов, выходы которого и одни выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к цифровому блоку. Другие выходы формирователя хода гру-бого отсчета подключены к блоку эле- ментов ИЛИвыходы которого подключены к управляющим входам коммутатора. 25 Выходы блока управления подключены к установочному входу счетчика и к упранляющему входу первого элемента И.Такое построение преобразователя позволяет уменьшить время измерения до Ь 1 = 1,66 м.сек за счет получения в каждом 60-ти градусном сектореинформации о той его половине, н которой находится искомый угол поворота. Однако и это время измерения в ряде практических случаев, когда требуетСя высокая скорость отработки угла поворота, оказывается неприемлемым.Целью изобретения является повыше ние быстродействия преобразователя.Поставленная цель достигается тем, 40 что н предложенный преобразователь введены нычитатели и ключи. Входы первых двух вычитателей попарно подключены к ныходам сельсина, а выходы ко входам третьего вычитателя, Выходы вычитателей подключены к третьим Входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, другой выход которого подключен к другому входу третьего компаратора и входу пеРвого ключа, Один выход коммутатора подключен ко входу второго ключа, Другие входы первого и второго ключей соеди- йенЫ с выходами третьего компаратора, а выходы ключей объединены и подключены к выпрямителю. Другие выходы формиронателя кода грубого отсчета через одни элементы ИЛИ подключены к одним входам элементов И, другие входы которых соединены с выходами тре-тьего компаратора, а выходы через щ другие элементы ИЛИ подключены к управляющим входам преобразователя ко.дов.Структурная схема преобразователя представлена на чертеже. 65 Преобразователь содержит сельсин 1, вход которого подключен к источнику 2 напряжения питания, а выходы - к одним входам коммутатора 3, вычитатели (блоки вычитания напряжений) 4, 5 и б. Входы вычитателей (4 и 5) попарно подключены к выходам сельсина 1, входы вычитателя б - к выходам первых двух нычитателей 4 и 5, а выходы всехвычитателей - к другим входам коммутаторр 3. Входы формирователя 7 кодаГрубого отсчета подключены к источнику 2 напряжения питания, входам сельсина 1 и нычитателей 4, 5 и б, а выходы. - ко входам старшиХ разрядовцифрового отсчетного блока 8 и черезблок 9 элементов ИЛИ к упранляющимвходам коммутатора 3 Входи компаратора 10 соединены с выходами коммутатора 3 а выходы со входом ныпрямителя 11 через ключи 12 и 13, выходы которых объединены, а управляющиевходы подключены к выходам этого компаратора. Один вход компаратора 14подключен к выходу выпрямителя 11,другой вход - к источнику 2 напряжения питания, а выход - к одному извходов триггера 15. Вход компаратора16 подключен к источнику 2 напряже -ния питания, а выход через первыйэлемент И 17 - к другому входу триггера 15, выход которого соединен суправляющим входом второго элементаИ 18, другой вход которого подключенгенератору 19 импульсов, а выходчерез счетчик 20 и преобразователь 21кода - ко входам младших разрядовблока 8, Вход блока управления 22подключен к источйику 2 напряженияпитания, а выходы - к управляющемувходу элемента И 17 и установочномувходу счетчика 20. Выходы формирователя 7 через элементы ИЛИ 23 подключены к элементам И 24, другие входыкоторых соединены с выходами компаратора 10, а выходы через элементыИЛИ 25 подключены к управляющим входам преобразователя 21 кодов,Напряжения фазных обмоток сельсина 1 определяются следующим образом. Б =КОз 1 пм С з 1 п 6,=Ю залпа 1 з 1 п (8 - 240 )3где Ощ - амплитудное значение и круговая частота напряженияО питания сельсина;- угол поворота ротора сельсина;- коэффициент трансформации,постоянный для данного типа сельсина.Наличие напряжений (1) позволяет измерить угол поворота О с необходимой точностью н каждом из двенадцати 30-ти градусных секторов угловой оси за время, не превышающее 1,66 м,секссФОри й = дд = 50 гц, Для уменьшенияэтого времени формируются дополнительные напряжения, изменение знака фазы которых происходит в точках угловбй оси, соответствующих угламХ9- -- иб Згде и = О, 1, 2, 34, 5.Условию (2) удовлетворяют напряжения, полученные путем вь 1 полнения операций вычита ния10Оу-у - О-О)-Ю зЬмсово-бе) (3)-- О-О-О =КО15ь ц 9= езцю 1 зщ (е 90 о) (5) Операции вычитания (3), (4) и (5) реализуют соответственно.вычитатели 5, 4и б. Масштабный множитель - учитывается при реализации первыхдвух операций путем соответствующего выбора номинальных значений сопротивлений резисторов, включенных во входные цепии цепь обратной связи операционных 2 Яусилителей, на основе которых построены все вычитатели,Изменение знака Фазы и соотношенияамплитуд исходных (О, Б, У ) и дополнительных (О 9, О , 59 ") напряжений происходит теперь в точках угло-.вой оси, которые разбивают весь диапа зон изменения угла поворота 8 на 24сектора по 15 каждый. В каждом секторе процесс измерения угла поворота Опроисходит в следующей последовательностиВыходные напряжения сельсина 1 ивычитателей 4, 5 и б подаются на Формирователь 7 кода грубого отсчета,который по результатам анализа знака 40фазы этих напряжений относительно напряжения питания формирует код И( грубого отсчета, изменяющийся с дискретностью 30 о (заносится непосредственнов старшие декады цифрового очсчетйого 45блока 8) и управляющий потенциал, со- .ответствующий тому иэ 30-ти градусныхсекторов, в котором находится искомыйугол поворота О . Этот потенциал черезсоответствующую пару элементов ИЛИ 50блока 9 управляет коммутатором 3, ус.танавливая пару его ключей в замкнутое состояние, при котором ко входамкомпаратора 10 подключаются меньшее:из исходных и меньшее из дополнительных напряжений, действующих в данномсекторе. Например, в секторе 0-30о.где справедливы следующие соотношеНия У ( У р У,У и Н 9 С Б 9ПоО , ко входам комйаратора 10зподключаются напряжения у и Б, 60Компаратор 10 сравниваетэтй напряжения и выбирает меньшее иэ них. Если исходное напряжение Бменьше, чемдополнительное О 9 (О, У ), то сигнал с выхода компара тора 10 по(О)т з 1 п О = (Б )в з 1 п со ь , где (Б ) ш и (Г, ) щ - , максималь ное значение выпрямленного (исходного или дополнительного) напряжения и амплитудное значение напряженияпитания.При выполнении условия (Б )" 2 тс 1Для максимального угла поворота 8 в рабочем секторе, который в данном случае равен 15 , время измерения ь С при й = 50 гц равно 0,83 мсек, что вдвое меньше, чем в прототипеЕсли частота следования тактовых импульсовгенератора 19 равна Х, то значение кода И точного отсчета, отображающего угол поворота 9 в пределах выбранного. 15 -ти градусного сектора, составит: И =2 ее где 2 = -2 л= сопз 1.Ф ступает на упРавляющий вход ключа 12и устанавливает его в замкнутое -состояние, при котором на вход выпрямителя11 поступает напряжение П. Выпрямитель 11 преобразует поданное на еговход напряжение в сигнал 1) постоянного тока, который подключается к одному из входов компаратора 14. Надругом входе компаратора 14 действует напряжение развертки, в качествекоторого используется напряжение питания Бд,В момент перехода напряжения Ппитания через нуль из отрицательнойобласти в положительную компаратор18 формирует импульс с начала счета,который проходит через открытый (разрешающим потенциалом с выхода блока22 управления) элемент И 17 и устанавливает триггер 15 в такое положение, при котором тактовые импульсы сгенератора 19 через элемент И 18 поступают на вход счетчика 20. В моментвремени, соответствующий равенствунапряженийи У, срабатывает компаратор 14 и импульс конца счета сего выхода возвращает триггер 15 висходное положение. При этом элементИ 18 закрывается, и поступлЕние тактовых импульсов на вход счетчика 20прекращается.Содержимое счетчика 20 в моментвремени, соответствующий появлениюимпульса конца счета, пропорционально углу поворота ротора сельсина.Действительно, в момент равновесиявыполняетсяВ зависимости от того, в какой половине 30-ти градусного сектора- левой или правой (в каком иэ 15-ти градусных секторов четном или нечетном) находится искомый угол поворота 9 , содержимое счетчика 20 переносится в цифровой отсчетный блок 8 через преобразователь 21 кода в прямом илй обратном коде. Признак переноса кода и дополнительный разряд кода И( грубого отсчета формируются элемента О ми ИЛИ 23, И 24 и ИЛИ 25. Элементы ИЛИ. 23 объединяют определенныевыходы формирователя 7 кода грубого отсчета так, что в нечетных 30-ти градусных секторах (0-30 О, 60-90 и др.) на выходе одного из элементов ИЛИ 23 появляется высокий потенциал. Он является разрешающим для пары элементов И 24. Если в этих секторах У ( 09,сигнал с одного выхода компаратора 10проходит через элемейты И. 24 и ИЛИ 25 20наодий управляющий вход преобразователя 21 кода и разрешает перенос содержимого счетчика 20 в цифровой от-,счетный блок 8 в прямом коде. ЕслиББи, то сигнал с другого вйхода 25компаратора 10 проходит через другиеэлементы И 24 и ИЛИ 25 на другой управляющий вход преобразователя 22 кода и разрешает перенос содержимогосчетчика 20 в цифровой отсчетный блок8 в обратном кодеЕсли в четных 30градусных секторах П 1 Ур, то сигнал с одного выхода компаратора 10 проходит через соответствующие элементы И 24 и ИЛИ 25 на преобразователь22 кода и переписывает .содержимоесчетчика 20 в цифровой отсчетный блок8 в обратном коде, Если ПБ, тосодержимое счетчика 20 переписывается в цифровой отсчетныйблок 8 в прямом коде. В любом случае в нечетных15-ти градусных секторах, где с увеличением угла поворота О амплитудадействующего напряжения (Ц или П)увеличивается, содержимое счетчика 20 переносится в цифровой отсчетный 4блок 8 в прямом коде, а в четных 15-ти градусных секторах, где с увеличе нием угла поворота 9 амплитуда действу-.ющего напряжения уменьшается - в обратном коде. Эта закономерность используется для формирования дополнительного разряда кода И грубого отсчета,отображающего положения 15-ти градус ного сектора внутри 30-"тйградусного,с помощью выходныхсигналов элементовИЛИ 25. При этом выходной сигнал одного элемента ИЛИ 25 соответствуетлевой половине любого 30-ти градусного сектора, а выходной сигнал другого элемента ИЛИ 25 - правой).Работа устройства синхронизуется.выходными сигналами блока 21 управле-,ния. Первый сигнал устанавливает счетчик 20 в исходное состоянйе, а второйподготавливает элемент И 17 для прохождения импульса начала счета с выода компаратора 16 на вход триггера 15. Формирователь 7 кода грубого отсчета непосредственно не связан с блоком 21 управления, поэтому код М грубого отсчета (включая и его дополнительный разряд) непрерывно индицируется в цифровом отсчетном блоке 8Время измерения Ь 1 в преобразователе уменьшено вдвое за счет уменьшения рабочегосектора до 15 , Это позволяет увеличить быстродействие преобразователя. Формула изобретенияПреобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник напряжения питания, подключенный к сельсину, формирователю кода грубого отсчета, первому и второму компараторам и блоку управления, выход сельси-на подключен к вторым входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, один выход которого подключен к одному входу третьего компаратора, выпрямитель, подключенный к другому входу первого компаратора, выход которого подключен к одному входутриггера, второй компаратор через первый элемент И подключен к другому входу триггера, который через второй элемент И, другой вход которого соединенс выходом генератора импульсов, подключен к счетчику, выходы счетчикаподключены к преобразователю кодов,выходы которого и одни выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к цифровому блоку, другие выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к блоку элементов ИЛИ,выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора, выходы блокауправления подключены к установочномувходу счетчика и к управляющему входу первого элемента И, и элементы И,ИЛИ, о т л ич а ю щ и й с я тем, 5 что, с целью повышения быстродействияпреобразователя, в него введены вычитатели и ключи, входы первых двух вычитателей попарно подключены к выходам сельсина, а выходы - ко входамтретьего вычитателя, выходы вычитаФелей подключены к третьим входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, другой выход которого под"ключен к другому входу третьего ком паратора и входу первого ключа, одинвыход коммутатора подключен ко вхо -ду второго ключа, другие входы первого и второго ключей соединены с выходами третьего компаратора, выходыключей кода объединены и подключенык выпрямителю, другие выходы формирователя кода грубого отсчета черезодни элементы ИЛИ подключены к однимвходам элемейтов И, другие входы которых соединены с выходами третьего 5 компаратора, а выходы - через другие10 726556 1, Авторское свидетельство СССРР 428427, кл. 6 08 С 9/04, 13.09.72,2. Авторское свидетельство СССРР 556476, кл. 6 08 С 9/04, 12.11.75(прототип) . лементы ИЛИ подключены к управляю-щим входам преобразователя кодов; Источники информации,принятые во внимание при экспертизеСоставитель А, СмирновТехред М.Петко Корректор М. Вигула Утехин 682Под арственного комите изобретений и откр Ж-ЗБ, Раушская наб ира ПНИ Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Редак Заказ И Гос дела осква исноеа СССРтийд. 4/5