Преобразователь угла поворотавала b код

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВтОеСКОмЮ Сви ЕтЕЛьСтв(51) М 1 3 С 08 С 9/00 с присоединением заявки йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и, открытийДата опубликования описания 23. 06. 81(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОДИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования угловых перемещений в код. Известен преобразователь угол-код, состоящий из генератора импульсов, подключенного к первым входам элементов И, на вторые входы которых соответственно поданы выходы формирователей временных интервалов из опорных и фазовых импульсов. Прошедшие через элементы И импульсы фиксируются в блоке памяти, который выполнен в виде счетчиков числителя и знаменателя )11 . После окончания цикла измерения коды счетчиков подаются на вычисли-. тельное устройство, где производит" ся операция деления. Частное от деления будет являться результатом измерения. Операция деления в этом преобразователе производится с целью исключения погрешности от изменений частоты генератора импульсов и частоты питающего фазовращатель напряжения. Измеряемый фазовый сдвиг выражается в долях периода питающего напряженияОднако преобразователь требуетдополнительное время на операциюделения и вычислительное устройство.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство преобразования угла вкод, содержащий генератор импульсов,подключенный к первым входам элементов И, к вторым входам которыхподаны выходы датчика временных интервалов через блок управления.Выход одного из элементов И соединенс блоком памяти, а выход другогоэлемента И через блок вычитания, 15 блок деления соединен с счетчиком.Выходы счетчика и блока памяти подключены к входам блока декадногоумножения. Выход умножителя и одиниз выходов блока памяти управляют 20 соответственно вычитанием и делением измеряемого потока импульсов.В этом преобразователе цикл измерения состоит из времени измерения.опорного угла и времени измерения 25 преобразуемого угла 21.Однако быстродействие устройстванедостаточно высокое. Кроме этого,если после прохождения последнегоимпульса заполнения временного ин" 30 тервала измеряемого угла появляетсяимпульс с выхода умножителя, то егоуже не с чего вычесть. Появляетсяпогрешность в одну единицу.Цель изобретения - уменьшениевремени преобразования угла и повышение,точности.для достижения этой цели в преобразователь угла поворота вала вкод, содержащий датчик временныхинтервалов,первый выход которогосоединен с первым входом первого триггера управления, первый выход которого соединен о первым входомпервого элемента И, генератор импульсов, выход которого соединен совторым входом первого элемента И,выход которого соединен с первым 15входом счетчика, а через элементНЕ с тактовым входом умножителячастоты, выходы разрядов счетчикасоединены с первыми входами умножителя частоты, выходы разрядов регистра памяти соединены со вторыми входами умножителя частоты, введеныблок измерения периода, второйтриггер управления, элемент ИЛИ,элементы И и дополиительныя элемент НЕ,выход генератора импульсов соединенс первым входом блока измерения периода, выходы разрядов которогосоединены со входами регистра памяти,второй выход датчика временных интервалов соединен со вторым входомблока измерения периода, со вторымвходом первого триггера управленияи первым входом второго триггерауправления, первый выход которогосоединен с третьим входом первогоэлемента И, а второй выход - с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которогосоединен с выходом генератора им Опульсов, а выход - со,вторым входомэлемента ИЛИ, с первым входомтретьего элемента И, а через дополнительный элемент НЕ со вторым входом второго триггера управления и 45четвертым входом первого элемента И,второй выход первого триггера управления соединен со вторым входомтретьего элемента И, третий вход которого соединен с первым выходомдатчика временных интервалов,а выход - со вторым входом счетчика, выХбд умножителя соединен с третьимвходом второго триггера управления.На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя угол-код,Преобразователь состоит из датчика 1 временных интервалов, блока 2измерения периода, один вход которого соединен с выходом генератора 403 высокочастотных импульсов, выходсоединен с входом регистра 4 памяти,а второй вход подключен .к первым входам датчика 1, первого триггера 5управления и к первому единичному входу второго триггера б управления. Нулевой выход триггера б управления через элемент ИЛИ 7, первый дополнительный элемент И 8 и элемент НЕ 9 подан на один из входов элемента И 10 и на второй единичный вход триггера б управления. Другие входы элемента И 10 соединены соответственно с единичным выходом триггера б управления, с первым выходом триггера 5 управления, с выходом генератора 3 импульсов, Второй выход датчика 1 временных интервалов подключен к второму входу триггера 5 управления, к одному из входов второго дополнительного элемента И 11, к второму входу которого подан второй выход триггера 5 управления. Третий вход элемента И 11 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 7 и с выходом элемента И 8, на один из входов которого подан импульс генератора 3 импульса. Выход элемента И 11 подан на вычитающий вход счетчика 12. Выход элемента И 10 подключен к суммирующему входу счетчика 12, а через элемент НЕ 13 - к опросному входу умно- жителя частоты 14, другие входы которого соединены с выходами счетчика 12 и регистра 4 памяти. Выход умножителя 14 частоты соединен с нулевым входом триггера б.Преобразователь угол-код работает следующим образом.На первом выходе датчика 1 временных интервалов формируются опорные импульсы от питающего напряжения в момент перехода через нуль из отрицательных значений в положительные, а на втором выходе Формируются Фазовые импульсы (ФИ), положение которых относительно опорных импульсов изменяется в зависимости от угла поворотаОпорные импульсы поступают на блок 2 измерения периода, где, путем заполнения промежутка между опорными.импульсами высокочастотными импульсами от генератора 3 импульсов, формируется код Ь й, Период питающего напряжения может изменяться в пределах Т и и Т , Частота генератора 3 имйульсов и период питающего напряжения выбраны так, что ТиГ2", где к - целое число. В блоке 2 измерения периода можно фиксировать изменяемую часть значения периода, т.е. кодй = й", который соответствует Т - Тц , где Н, - код, соответствующий текущей длительности периода Т, Измерение перйода происходит циклически Результат сразу передается в регистр 4 памяти для хранения до получения следующего значения периода. При любом цикле измерения угла в регистре 4 памяти имеется код 6 й, зависящий от длительности предыдущего периода питающего напряжения.30 25 Цикл измерения угла начинаетсяв момент поступления опорного импульса на первый вход. триггера 5 управления и на первый единичный вход .триггера б управления, разрешающиепотенциалы соответствующих выходов,которых поступают на входы элементаИ 10. Низкий потенциал на нулевомвыходе триггера б управления черезэлементы ИЛИ 7., И 8 и НЕ 9 создаетвысокий разрешающий потенциал наследующем входе элемента И 10. Элемент И 10 открывается для импульсов генератора 3. На выходе элемента И 11 импульсы отсутствуют,так как закрыт низким потенциаломот второго выхода триггера 5 управления и к тому же нет импульсов свыхода элемента И. 8, на разрешающемвходе которого через элемент ИЛИ 7действует низкий потенциал нулевого выхода триггера б управления. 20Выходные импульсы элемента И 10 поступают на суммирующий вход счетчика12, а инвертированные на элементеНЕ 13 импульсы поступают на опросдвоичного умножителя 14 частоты,количество импульсов на выходе которого пропорционально произведениюколичества импульсов на входе счетчика 12 и кода дй в регистре 4 памяти, Умножитель 14 частоты представляет собой группу логическихэлементов И, выходы которых объединены элементом ИЛИ, а входы подключены к выходам разрядов счетчика12, регистра 4 и к выходу элементаНЕ 13. Элемент НЕ 13 служит для35того, чтобы опрос умножителя происходил после окончания переходных процессов в счетчике 12.Если за время заполнения счетчика 12 импульсы с выхода умножителя 4014 частоты отсутствуют, то импульсыгенератора 3 последовательно проходят на счетчик 12 через элементИ 10. Фазовый импульс со второго выхода датчика 1 временных интервалов 45через триггер 5 управления закрываетэлемент И 10. Заполнение счетчикапрекращается, тем самым заканчиваетсяцикл преобразования угла. В счетчике12 фиксируется код угла и. 50При появлении импульса Ь и свыхода умножителя 14 частоты, передний фронт которого совпадает сзадним фронтом импульса с выходаэлемента И 10, а задний фронт - спередним фронтом следующего импульса,переключается триггер б управления.Низкий потенциал с единичного выхода триггера б управления закрываетэлемент И 10. К моменту появленияпереднего фронта следующего импуль" 60са с выхода генератора 3 на второмвходе элемента И 8 присутствует высокий потенциал с нулевого выходатриггера б управления через элементИЛИ 7. Импульс с выхода элемента И 8 через элемент НЕ 9 по второму единичному входу триггер б управления устанавливает в единицу, но на время действия этого импульса эле- мент И 10 не открывается, так как закрыт отрицательным импульсом с выхода элемента НЕ 9. Элемент И 8 на время действия импульса находится в открытом состоянии, ибо импульс на его выходе через второй вход элемента ИЛИ 7 держит разрешающий потенциал. Итак, после появления импульса дп на выходе умножителя 14 частоты следующий импульс заполнения на счетчик не проходит. Последующие импульсы заполнения через элемент И 10 начинают проходить как обычно, Происходит вычитание импульсов дп из общего количества импульсов ,м , т.е. на суммирующий вход счетчика 12 проходит и п - д и импульсов.Действительно, если текущее значение периода й2" + дй,то измеренное значение угла можно записать п и + п, где и - истинное значение угла, а д,п - величина, возникающая за счет увеличения периода питающего напряжения на д й.Можно записать - = в , отсюдаи дп2 к Ьйайи п 2 к ф пи и + и - . или2дйии пкДвоичный умножитель 14 производит умножение импульсов, поступающих на суммирующий вход счетчика 12, на дй Ьй- т.е. Ьп - и, - ,. Производя вычитание ап из измеренного значения угла в процессе заполнения, получаем истинное значение угла и в счетчике 12.Практически период питающего напряжения изменяется в небольшом диапазоне и в старших разрядах дй будут нули, поэтому блок 2 измерения периода, регистр 4 памяти и умножитель 14 можно сделать на меньшее количество разрядов по сравнению с счетчиком 12.Возможен случай, когда после прохождения последнего импульса заполнения с выхода элемента И 10 на выходе умножителя 14 частоты появляется импульс ап и в это же время возникает фазовый импульс отрицательной полярности со второго выхода датчика 1 временных интервалов. Передний фронт импульса Ь и через триггер б управления и элемент ИЛИ 7 открывает элемент И 8Передний фронт ФИ через триггер 5 управления закрывает элемент И 10 и выдает разрешающий потенциал на элемент И 11, но на время действия отрицательного импульса элемент. И. 11 остается. закрытым. Длительность ФИ45 можно принять равной половине длительности периода высокочастотных импульсов .генератора 3. Е моменту появления следующего импульса генератора 3 через.открытый Элемент И 8элемент И 11 оказывается открытым,так как действие отрйцательного фаэового импульса заканчивается. Импульс проходит на вычитающий входсчетчика 12, содержимое которогоуменьшается иа единицу. Импульс свыхода элемента И 8 через элемент ВЕ О9 переключает триггер б управленияи последующие импульсы генератора 3ие проходят через элемент И 8, соответственно; и на вычитающий входсчетчика 12. Если ФИ сдвигается ближе к концу периода импульсов генератора 3, то отрицательный фазовыйимпульс и импульс с генератора 3 начинают совпадать. В рЕзультате через элемент И 11 импульс на вычитание 20может совсем не пройти. Это улучшает точностную характеристику преобразователя.При появлении ФИ в конце периодаимпульсов генератора 3 вычитание 25их содержимого счетчика по д и ненужно делать, так как д и компенсируется предполагаемым импульсомокругления кода временного интервала, который можно было бы форми- ЗОровать для более точного определе-,ния величины временного интервала.Для этой цели фазовый импульс подаютна запрет по одному из входов элемента И 11,35В известном преобразователе циклпреобразования состоит из времениизмерения опорного угла и времениизмерения преобразуемого угла. Впредлагаемом преобразователе циклсодержит только время измерения 4 Опреобразуемого угла, так как в регистре постоянно находится код значения периода питающего напряжения,периодически обновляясь. Быстродействие повышается.Известный преобразователь имеетошибку в .один импульс в случае,когда импульс с выхода умножителяпоявляется с последним импульсомзаполнения ио срйзу же следует фазовый импульс. В предлагаемом преобразователе происходит коррекцияэтой погрешности, точность повы.шается.Формула изобретенияПреобразователь угла повОротавала в код, содержащий датчик временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера управления, первыйвыход которого соединен с первымвходом первого элемента И, генератор импульсОв, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен спервым входом счетчика, а через элемент НЕ с тактовым входом умножителячастоты, выходы разрядов счетчикасоединены с первыми входами умножителя частоты, выходы разрядов регистра памяти соединены со вторымивходами умножителя частоты, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью,повышения точности и быстродействияпреобразователя, в него введены блокизмерения периода, второй триггеруправления, элемент ИЛИ, элементы Ии дополнительный элемент НЕ, выход генератора импульсов соединенс первым входом блока измерения периода, выходы разрядов которогосоединены со входами регистра памяти,второй выход датчика временных интервалов соединен со вторым входомблока измерения периода, со вторымвходом первого триггера управленияи первым входом второго триггера управления, первый выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, а второй выход - с первымвходом элемента ИЛИ, выход которогосоединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов,а выход - со вторым входом элементаИЛИ, с первым входом третьего элемента И, а через дополнительный элемент НЕ со вторым входом второготриггера управления и четвертым входом первого элемента И, второй выходпервого триггера управления соединен со. вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с первым выходом датчика временных интервалов, а выход - со вторымвходом счетчика, выход умножителячастоты соединен с третьим входомвторого триггера управления. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Преснухин Л.Н. н др. Муаровые растровые датчики положения и их применение. М., "Машиностроение", 1969,с 133-134,2. Авторское свидетельство СССР 9 507888, кл. С ОВ С 9/00,30.09.74.840991 Составитель А. СидоТехред Н. Келушак нко Корректор В. Синицка Н, Лазарен Заквэ 4774/77 5 филиал ППЙ фПатент", г. ужгород, ул. Проектн сТираж 693 НИИПИ Государстве по делам,.изобрет 5, Москва,Ж, Подписноого комитета СССРий и открытийушская наб., д. 4/