Преобразователь угла поворота вала в код

/48, 1/б 504 НО ЕНИ ЗОБ РСНОМУ СВИДЕ СТВУ е.Виноградов, нов, Анд.В.Л. Прний4, с бразова цифрово41-146,СССР1981. ст /4 вы- игвующем этапе деляется одн синусно полност ет чего а заобу вленная ильностью хбр азов ателя:Вф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСНИ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Цельюизобретения является повышение точности преобразователя. В преобразователь, содержащий первый генератор,синусно-косинусный датчик угла, первый и второй цифроаналоговые перемножители, первый и второй преобразователи кодов, сумматор, блок опреде"ления знака, преобразователь напряжение - частота, реверсивный счетчиквведены второй генератор, ключ, ин,ЯО 129384 тегратор, устройство выборки и хранния, двоичный сумматор и блок управления. Последовательно соединенныесумматор, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, выпрямитель.преобразователь напряжение - частота,реверсивный счетчик и два цифроаналоговых перемножителя образуют измерительный канал, отрабатывающий рассогласование измеренного угла с реальным в одном цикле преобразования.Блок управления вырабатывает напряжения, определяющие последовательноепреобразование сигналов на частотах ервого и второго генератора, однз которых больше другой в два радним измерительным каналом. При этом за счет формирования определенных интервалов времени замыканияключа преобразователя на соответстцикла преобразования частота выходного с осинусного датчика уподавляется другая, сключается погрешйос температурной нестаактеристик узлов пре 1 зепе ф лыу 3 илеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к преобразователям угла поворота вала в код.Цель изобретения - повышение точности преобразования,На Фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на Фиг.2 структурная схема варианта реализации блока управления; на Фиг. 3 - диаграммы работы преобразователя.ЦиФровой преобразователь угла содержит первый 1 и второй 2 генераторы, синусно-косинусный датчик 3 угла, первый 4 и второй 5 циФроаналоговые перемножители, блоки 6 и 7 преобразования угла в код, сумматор 8, ключ 9, интегратор 1 О, блок 11 управления, устройство 12 выборки и хранения, двоичный сумматор 13, выпрямитель 14, блок 15 определения знака, преобразователь 16 напряжение - частота (ПНЧ), реверсивный счетчик 17. Блок 11 управления (Фиг.2) содержит первый 18 и второй 19 ключи, нуль-компаратор 20; первый 21 и второй 22 элементы И, первый 23, второй 24 и третий 25 одно вибраторы, Р-триггер 26, первый 27 и второй 28 Т-триггеры. На диаграммах Фиг. 3 позициями 29 и ЗО обозначены выходные сигналы первого 1 и второго 2 генераторов, позицией 31 - напряжение на прямом выходе второго Т-триггера 28, позицией 32 - выходной сигнал нуль-компаратора 20, позицией 33 - выходное напряжение П-триггера 26, позицией 34 - выходной сигнал первого элемента И 21, позицией 35 - выходное напряжение гервого Т-триггера 23, позициями 36 - 38 - выходные сигналы соответственно первого 23, второго 24 и третьего 25 одновибраторов,Последовательно соединенные сумматор, ключ, интегратор и два циФроаналоговых перемножителя, выходы которых подключены к входам сумматора, составляют единственный измерительный канал, т.е. в предлагаемом устройстве исключена погрешность, вызванная неравенством коэФФициентов передачи двух измерительных каналов, Блок управления вырабатывает напряжения, определяющие последовательное преобразование сигналов на частотах первого и второго генераторов одним измерительным каналом. При эхом эагде Ф - произвольный Фазовый сдвиг,Сигналы на выходах СКДУ 3 можно представить в видеП Псоеы+ П, едпы где с - угол поворота ротора СКДУ 3.Перед очередным циклом преобразования все триггеры блока 11 управления находятся в нулевом цикле (состоянии), и на второй вход второгоразряда.2-разрядного двоичного счетчика 3 поступает сигнал логическо го 0 с выхода второго Т-триггера28 (Фиг.2), Выходной код 2-разрядного двоичного сумматора при этомравен его входному коду, и на входыблоков 6 и 7 преобразования кодов 45 подается код, равный выходному коду11 преобразователя, а напряжение навыходе сумматора 8 описывается выра- жением= П сое Ы + П еап И. 21 50ПослеБ, и подстановки соотношений для Ьпреобразования получим:+ Ц еп 3 е сое (д.- 3) . В начале цикла преобразования единичным потенциалом с инверсного выхода второго Т-триггера 28 открыв 1 счет Формирования определенных интервалов времени замыкания ключапреобразователя на соответствующемэтапе преобразования выделяется од на частота выходного сигнала синусно-косинусного датчика угла и полностью подавляется другая, такимобразом исключается погрешность,обусловленная температурной и временной нестабильностью характеристик полосовых Фильтров, выделяющихсигналы рабочих частот измерительных каналов устройства-прототипа.Преобразователь работает следующим образом.На входы синусно-косинусного датчика 3 (СКДУ) от первого 1 и второго 2 генераторов подаются напряженияодинаковой амплитуды, отличающиесяпо частоте в два раза (Фиг.З, поз.2930):(о),3 В момент времени С = Тпо отрицательному перепаду сигнала на выходе первого элемента И 21 первый Т-триггер 27 устанавливается в единичное состояние (фиг,З, поз.35), а в момент времени 1 = С по второму отрицательному перепаду на Т-входе первый Т-триггер 27 устанавливается в нулевое состояние и пб отрицательному перепаду сигнала на его выходе второй Т-триггер 28 устанавливается в единичное состояние (фиг,31). При этом первый ключ 18 блока 11 управления закрывается, а второй ключ 19 блока 11 управления открывается и на вход нуль-компаратора 20 поступает сигнал Б первого генератора 111. По отрицательному перепаду выходного сигнала первого Т-триггера 27 (поз,44 при= е ) также запускается первый одновибратор 23, выход 11 дй сигнал которого(поз.36) устанавлива 45 50 ется первый ключ 18 блока 11 управления, и сигнал Б, второго генератора 2 поступает на вход компаратора 20.При положительной полуволне сиг нала Ь, (фиг.З,поз.30) на выходе нуль-компаратора 20 будет устанавливаться единичный потенциал (поз.32). При первом переключении компаратора 20 из нулевого состояния в единич-ное 0-триггер 26 устанавливается в ,единичное состояние, и на выходе первого элемента И 21 установится единичный потенциал (поз,32,34 при, )Этим потенциалом отпирается ключ 9, и на вход интегратора 10 в .течение двух положительных полупериодов сигнала о второго генератора 2 будет поступать выходное напряжение 11 сумматора 8. Такое управление ключом 9 обеспечивает полное подавление гармонической составляющей частоты м) = и 1 первого генератора 1. Так как на данном этапе преобразования интегрирование выходно 25 го сигнала сумматора 8 происходит в течение двух равных промежутков времени, сдвинутых один относительно другого на величину П /о), поэтому к моменту времени 1й выходное3напряжение интегратора 1 О будет пропорционально амплитуде сигнала частоты и 1; - 23 второго генератора 2 (см (1): ет в нулевое состояние П-триггер 26(поз,42 при с =) и удерживаетего в этом состоянии.Единичный потенциал с выхода второго Т-триггера 28 поступает на второй вход второго разряда 2-разрядного двоичного сумматора 13.При этом код, поступающий на входы блоков 6 и 7 преобразования кода угла в коды синуса и косинуса угла, увеличивается на Л /2 по сравнению с выходным кодом преобразователя,Напряжейие на выходе сумматора 8 в этом случае описывается формулой+У вп (Б+- - )т 2которая после преобразования приметследующий вид:11,= Ц здп ы с зп (о- Б) 15 з 1 п (2 сдй + р )соз (д - И)(3)При переходе напряжения 01 первого генератора 1 через нулевое значение из области отрицательных в область положительных значений (фиг.З, поз.29 при=) на выходе нулькомпаратора 20 устанавливается единичный потенциал, При этом единичный потенциал устанавливается также на выходе 0-триггера 26 и на выходе первого элемента И 21, открывается ключ 9, и на вход интегратора 10 поступает выходное напряжение У сумматора 8. По окончании положительного полупериода сигнала Ц 1 первого генератора(фиг.З, поз.29 при ссз) на выходе компаратора 20 и, следовательно, выходе первого элемента И 21 устанавливаются нулевые потенциалы, Ключ 9 запирается, отключая интегратор 10 от выхода сумматора 8, На рас. сматриваемом этапе интегрирования выходного сигнала сумматора 8 полностью подавляется гармоническая составляющая частоты о = 23 второго генератора 2, так как время интегрирования (интервал Ы = с - С на5 1 фиг.З) здесь равно периоду изменения этого сигнала. В,соответствии с выражениями (2) и (3) выходное напряжение интегратора 10 к моменту времени5- + сТ(;Р 4 с 1. 35 40 45 50 55 Б = К з 1 п (, - И) К зп (д 51Б). (4) Гармонические колебания частоты о 1 2 и) в выражении (1). и частоты и 3 =и 3 в выражении (2) помимо полезной составляющей, амплитуда которой пропорциональна значению яп (с- - 3), как и у устройства-прототипа, имеют составляющие, обусловленные неравенством коэффициентов трансформации и неортогональностью обмоток СКДУ 3. Амплитуды этих составляющих примерно равны, а Фазы (относительно полеэнык составляющих) противоположны, поэтому при суммировании на интеграторе 10 (4) они, также как у устройства-прототипа, будут взаимно компенсироваться и практически не будут влиять на выходной сигнал интегратора 10. Отрицательным перепадом сигнала на выходе первого элемента И 21 первый Т-триггер 27 устанавливается в единичное состояние (фиг,3, поз.35 при= .), его выходным сигналом через второй элемент И 22 запускается второй одновибратор 24. Выходной сигнал второго одновибратора 24 устанавливает в нулевое состояние первый и второй Т-триггеры 27 и 28 и запускает третий одновибратор 24, Отрицательным перепадом напряжения на выходе первого Т-триггера 27 запускается первый одновибратор 23, устанавливающий в нулевое состояние Р-триггер 2 б. Выходной сигнал второго одновибратора 20 поступает на управляющий вход устройства 12 выборки и хранения, и на выходе устройства 12 выборки и хранения устанавливается напряжение, равное выходно. му напряжению интегратора 10. Выходной сигнал третьего одновибратора 25 поступает на вход сброса интегратора 1 О, и на выходе интегратора 10 устанавливается в нулевое напряжение. На этом очередной-цикл преобразования завершается. Если И Фы, то выходное напряжение интегратора 10 и, следовательно, устройства 12 выборки и хранения к концу очередного цикла преобразования отлично от нуля. Это напряжение через выпрямитель 14 поступает на преобразователь 16 напряжения в частоту, и на его выходе возникает последовательноСть импульсов, изменяющих состояние реверсивного счетчика 17, выходной код которого поступает на выход преобразователя, Направление изменения выходно"го кода реверсивного счетчика 17 определяется полярностью сигнала навыходе устройства 12 выборки и хранения, Изменение выходного кода преобразователя происходит до достижения равенства М =с , В установившемся режиме при любом сочетаниифаз сигналов первого 1 и второго 2генераторов один цикл преобразования длится не более двух периодов изменения выходного сигнала первого генератора 1. При этом длительность импульсов первого с, , второгоий третьего 7 одновибраторов 13 - 25 должны удовлетворять следующему неравенству: Таким образом, в преобразователе наряду с компенсацией погрешностей, обусловленных неравенством коэффициентов передачи и неортогональностью обмоток СКДУ 3, исключены погрешности, вызванные разными коэф 4 ыциентами передачи измерительныхканалов, а также температурной ивременной нестабильностью частотныххарактеристик полосовых фильтров,предназначеннык для выделения сигналов рабочих частот измерительных каналов устройства-прототипа.Это позволяет повысить точность пре"образования угла поворота вала в цифровой код и, следовательно, снизить,например, погрешности цифровых авто-матических систем передачи угла,Формула изобретений 1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-коси" нусный датчик, один вход которого соединен с выходом первого генерато- ра, выходы синусно-косинусного дат- чика соединены с аналоговыми входами соответственно первого и второго цифроаналоговык перемножителей, выходы которых подключены к входам сумматора, преобразователь напряжение - частота, и блок определения знака, выходы которых подключены соответственно к счетному и управляющему входам реверсивного счетчика, выходы младших разряцов которого подключе1293842 4 ны к группам входов первого и второго преобразователей кодов, выходыкоторых подключены к цифровым входампервого и второго цифроаналоговыхперемножителей, выходы реверсивногосчетчика являются выходами преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностипреобразователя, в него введены блокуправления, ключ, интегратор, устройство выборки и хранения, выпрямитель,двоичный сумматор и второй генератор,выход которого соединен с другим входом синусно-косинусного датчика и одним входом блока управления, другойвход которого соединен с выходом первого генератора, а первый выход подключен к управляющему входу ключа,информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к информационному входу интегратора, установочный вход которогосоединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а выход подключенк входу блока определения знака ичерез выпрямитель - к входу преобразователя напряжение - частота, выходы двух старших разрядов реверсивного счетчика подключены к одним входам соответствующих разрядов двоичного сумматора, другой вход первогоразряда двоичного сумматора подключен к шине нулевого потенциала, адругой вход второго разряда двоичного счетчика соединен с четвертым выходом блока управления. 2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления содержит два ключа, нулькомпаратор, два элемента И, три одновибратора, два Т-триггера и 0-триггер, информационные входы первого и 10 второго ключей являются соответственно одним и другим входами блокауправления соответственно, выходыключей соединены с входом нуль-компаратораа выход которого подключенк С-входу Р-триггера и одному входупервого элемента И, другой вход которого соединен с прямым выходом0-триггераа а выход подключен к Твходу первого Т-триггера, прямойвыход которого через первый одновибратор подключен к К-входу П-триггера, первому входу второго элементаИ и к Т-входу второго Т-триггера, 25прямой выход которого является четвертым выходом блока управления иподключен к управляющему входу второго ключа и к второму входу второго элемента И, выход которого черевторой одновибратор подключен кК-входам первого и второго Т-триггеров и входу третьего одновибратора,выход которого является вторым выходом блока, выход второго одновибратора является третьим выходом блока, З 5 инверсный выход второго Т-триггераподключен к управляющему входу первого ключа, выход первого элемента,И является первым выходом блока.1293842 оставитель М.Сидороехред В Кадар ор М.Самборская Редактор Э.Слиган Подписи Заказ 396/5 13 изводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектн Тираж 902Государственного келам изобретений иМосква, Ж, Рауш итета СССРткрытийкая наб., д.4/5