Преобразователь кода в угловое положение вала

СООЭ СОЕЕТСНИХШУЖЛЯМеПВЖРЕСПУБЛИН 03 М 1/ ооуПО ИЭО твеннцй комРЕТЕНИЯМ И ОТН СССР ЗОБРЕ ТЕЛЬСТВ ЕН У 29 ктор о-технолооизводсти АН УССР ным изик ем о во СССР 1983. СССР 1985. В УГЛОВО(71) Опытное констругическое бюро с опытвом Института металл(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛОЖЕНИЕ ВАЛА7) Изобретение относится к автомаке и вычислительной технике и мот быть использовано для связи циф,.80149950 ровых вычислительных устройств с исполнительными устройствами. Цельизобретения - повышение точности путем уменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих погрешности.Для этого в преобразователь кода вугол поворота вала, содержащий генератор 1, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октантов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, блок 5 сравнения, дифференциальный усилитель 7,формирователь 9 зоны равенства, формирователь 11 сигналов рассогласования, шаговый привод 13, первый 14и второй 15 регистры, введены фильтр6 верхних частот, блок 8 компенсации,формирователь 10 импульсов и делитель3 149 12 частоты, Импульсы с первого выхода генератора 1 поступают на вход СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла поворота. Старшие разряды входного кода управляют коммутацией в селекторе 3, а младшие разряды входного тригонометрического кода перемножаются в ЦАП 4 с большими по модулю выходными сигналами селектора 3.В блоке 5 сравнения вырабатывается сигнал рассогласования между входным кодом и углом поворота СКВТ 2, В усилителе 7 формируется сигнал о наличии и знаке рассогласования меж ду входным кодом и углом. В зависимости от выходного сигнала усилите9500 4 5 10 15 ля 7 формирователь 10 вырабатываетимпульсы с дискретно изменяющейсячастотой, Формирователь 11 вместес делителем 12 частоты выполняютфункции цифрового фильтра, уменьшаяслучайную составляющую погрешностипреобразователя, Компенсация изменения напряжения смещения дифференциального усилителя 7 осуществляется блоком 8 путем измерения напряжения смещения в паузе между импульсамипитания СКВТ 2 и суммирования измеренного напряжения смещения с входным сигналом во время действия импульса питания. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.,1 табл.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для связи цифровыхвычислительных устройств с исполнительными устройствами,Целью изобретения является повышение точности преобразователя путемуменьшения влияния дрейфа и случайных составляющих погрешности.На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 -35временная диаграмма его работы,Преобразователь кода в угловоеположение вала содержит генератор 1,синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, селектор 3 октан тов, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 4, блок 5 сравнения, фильтр 6верхних частот, дифференциальный усилитель 7, блок 8 компенсации, формирователь 9 зоны равенства, формирова тель 10 импульсов, формирователь 11сигналов рассогласования, делитель12 частоты, шаговый привод 13, первый 14 и второй 15 регистры. Блок 8компенсации содержит делитель 16напряжения, ключи 17 и 18, запоминающий элемент 19 и токоограничивающий элемент 20., Формирователь 11сигналов рассогласования содержитрегистр 21 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ22, формирователи 23 и 24 временныхинтервалов.Преобразователь работает следующнм образом. 1Импульсы с периодом Т с первого выхода генератора 1 (фиг. 2 а) поступают на обмотку возбуждения СКВТ 2, где модулируются по амплитуде в функции синуса и косинуса угла с поворота вала СКВТ 2.Старшие разряды входного кода с выхода регистра 14 поступают на цифровые входы селектора 3 октантов, в котором производится коммутация выходных обмоток СКВТ 2. С выхода селектора 3 на входи ЦАП 4 и блока 5 сравнения поступают разнополярные импульсы в соответствии с таблицей. При этом на аналоговый вход ЦАП 4 поступают большие по модулю импульсы.На цифровые входы ЦАП 4 с выхода регистра 15 поступает входной тригонометрический код младших разрядов 18 Ц или с 8, из которых выбирается тот, абсолютная величина которого меньше 1, Просуммированные на блоке 5 сравнения выходные сигналы селектора 3 и ЦАП 4 дают выходной сигналпропорциональный значению зп( о- ).Выходной сигнал блока 5 через фильтр 6 верхних частот (фиг. 2 д) подается на первый вход усилителя 7. Фильтр б имеет такие параметры, чтобы без искажения пропускать по- лезный сигнал, соответствующий длительности импульса питания Г , Через него не проходят низкочастот(фиг, 2 в) устанавливается ъ исходное состояние, В конечной части импульса 8 . питания, соответствующейизм 5 14ные и дрейфовые сигналы помех, возникающие на тракте измерения и преобразования от СКВТ 2 до блока 5сравнения. В частности, при соответствующем значении временных параметров импульсов питания эффективно могут ослабляться сетевые помехи.На второй вход усилителя 7 с выхода блока 8 компенсации подаетсянапряжение У , определяющее величину .зоны равенства д(р, в которой система регулирования блокирует перемещение привода, фиксируя достижениезаданного угла. Зона определяетсядвумя разнополярными напряжениями,симметричными нулю. Эти напряженияпоступают на второй вход усилителя 7от формирователя 9 зоны равенства(фиг. 2 е) через замкнутый во времятакта Сд ключ 18, делитель 16 напряжения, выполненный на резисторах, изапоминающий элемент (конденсатор)19, Формирователь 9 управляется им- "пульсами с второго выхода генератора 1 (фиг, 2 б). Постоянная временицепи, состоящей иэ конденсатора 19и входного сопротивления усилителя 7,намного превышает длительность периода Т, что позволяет считать, чтонапряжение на конденсаторе 19 остается неизменным в течение такта Г,.Следовательно, напряжение на второмвходе усилителя равно сумме напряжений У на выходе делителя 16 и напряжения У на конденсаторе 19,Диапазон ннпряжений зоны равенства (фиг. 2 д) обозначен штрихпунктирными линиями, а напряжения зоныравенства, с которыми на усилителе7 сравнивается напряжение У фильтра 6 в определенном периоде Т в такте 8, , представлены сплошной линией, Когда напряжение, подаваемоена первый вход усилителя 7 с фильтра 6, находится за пределами зоныравенства, выходные сигналы усилителя 7 в конце такта, С(когда считывается этот сигнал) остаются одинаковыми по знаку в смежных периодахпитания; положительными приц( + др) и отрицательными прио(р- дЮ) (фиг. 2 ж),Выходной сигнал усилителя 7 поступает на информационный вход формирователя 1 О импульсов. Этот формирователь перед началом каждого импульса питания (в конце паузы) импульсами с третьего выхода генератора 1 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 зоне экстремальных значений выходных сигналов СКВТ, передним фронтомимпульса с четвертого выхода генератора 1 (фиг. 2 г) в формирователь10 заносится единица при положительном выходном напряжении усилителя 7и нуль при отрицательном. Такой режим работы формирователя 10 ведет кформированию импульса в том периодеТ, в котором в момент считыванияна усилителе 7 положительное напряжение, и к отсутствию импульса приотрицательном напряжении на выходеусилителя 7. Следовательно, по частоте (числу импульсов на фиксированном интервале времени) на выходеформирователя 10 (фиг. 2 и) можносудить о величине (по отношению кзоне равенства) и знаке сигнала сравнения У , сформированного в блоке 59и прошедшего через фильтр 6: частотаравна нулю при отрицательном значениинапряжения У , если это напряжениенаходится за пределами зоны равенства ( Ыц - д ), сигнал сравнения"Меньше" ), частота равна Г= 1/Т,если напряжение Пположительноеи находится вне зоны равенстваЫр+ а (7), сигнал "Больше" ), ичастота равна Г= 1/2 Т - с/2(чередуются периоды с импульсом ибез него), если напряжение на выходе филвтра 6 находится в зоне равенства -а ц) ( Ы ( ( ц+ д ), сигнал "Равно" ),Такие фиксированные значениячастот могут быть получены толькопри полном отсутствии помех в сравниваемых сигналах и в узлах нх преобразования. В реальных условияхиз-за наличия помех различным зонам сигнала сравнения соответствуютопределенные диапазоны частот, Блокусреднения является цифровым фильт"ром, служащим для выделения этихдиапазонов частот. Работа синхронизируется импульсами с выхода делителя 12 частоты,Делитель 12 частоты формирует тактирующие импульсышагового привода 13путем деления на коэффициент И частоты импульсов, поступающих с второго выхода генератара 1, те, на одном периоде тактирующих импульсовТ размещается целое число пар пе 7 1499500риодов Т (обычно 10-50). Тактирующий импульс привода вызывает поворот двигателя на один шаг и соответствующее изменение угла поворота вала, который остается неизменным до следующего импульса. Между периодом Ти периодом Т питающего напряжения выдерживается соотношение Т = 2 ИТ,Цикл усреднения блока 11 совпадает с периодом тактирующих импульсов привода 13, т.е. усреднение производится в том промежутке времени, когда положение вала и связанного с ним ротора СКВТ 2 неизяенно. Выходной импульс делителя 12 частоты поступает на запускающие входы формирователей 23 и 24 временных интервалов, устанавливая их в единицу. На выходе формирователей 23 и 24 появляется нуль тогда, когда число импульсов на счетном входе, появившихся после запускающего импульса, достигло заданного значения. Если в промежутке между запускающими импульсами число счетных импульсов меньше заданного, выход формирователя 23 (24) останется в единице, Соотношения коэффициентов передачи формирователей 23 и 24 в преобразователе выбраны таким образом, что если в период между импульсами делителя 12 с формирователя 10 на счетные входы формирователей 23 и 24 поступит более 1,50 импульсов, то оба Формирователя 23 и 24 перейдут в состояние "0" к концу цикла усреднения, а на выходе элемента 22 ИСКЛК)ЧАЮЩЕЕ ИЛИ установится нуль.Очередной импульс с делителя 12 частоты передним Фронтом на стробирующем входе регистра 21 занесет в . него. нуль с выхода формирователя 23 (выход знака), что соответствует сигналу сравнения "Больше", и нуль с выхода элемента 22 (выход равенства), что соответствует сигналу "Неравенство". 1 ри этом на выходе регистра 2 формируется управляющий код, задающий шаговому приводу 13 движение назад (направление уменьшения угловых показаний).Если за время цикла усреднения на счетные входы формирователей 23 и 24 поступит число импульсов более 0,5 й, но менее 1,5 И, то к концу цикла Формирователь 23 установится вЪуль, формирователь 24 останется в состоянии "1", а на выходе элемента 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 25 установится единица (сигнал "Равно"), Сигнал "Равно", зафиксированный по окончании цикла усреднения в регистре 21, вызовет останов привода.В том случае, когда за время цикла усреднения на блок 11 поступит счетных импульсов меньше 0,5 И, оба формирователя 23 и 24 останутся в единичном состоянии. В результате в конце цикла усреднения по входу знака реверса в регистр 21 занесется сигнал "1" (" Меньше), а по другому входу. сигнал "0" (" Неравенство" ), формируемый на выходе элемента 22. Это приведет к передаче на привод 13 управляющего кода, задающего вращение вала вперед (направление увеличения угловых показаний).Рассмотренные преобразования сигналов СКВТ использовали ту часть периода Т, в которой существовал кчпульс питания (такт д). Пауза между этими импульсами используется для компенсации напряжения смещения Пдифференциального усилителя 7, выполняющего функции компаратора для зоны равенства, что позволяет существенно уменьшить соответствующую составляющую погрешности преобразователя. Компенсация осуществляется путем запоминания на конденсаторе 19 напряжения Пс, которое формируется при 1007 отрицательной обратной связи на выходе усилителяпри нулевых входных сигналах. Запоминание У производится в конечной части паузы между импульсами питания в такте коррекции С под управлением импульсов с третьего выхода генератора 1 (фиг. 2 в). Эти импульсы, поступая на ключ 18, размыкают его и устанавливают на его выходе нулевой сигнал, поступающий на второй вход усилителя 7 через делитель 16 напряжения, При этом в конце паузы между нмпульсаии питания, когда производится запоминание П , сигнал на первом входе усилителя 7 имеет нулевой уровень, Одновременно импульсы с третьего выхода генератора 1, воздействуя на ключ 17, приводят к замыканию выхода усилителя 7 с его вторым (инвертирующим) входом через резистор 20; который выбирается из условий устойчивости усилителя в таком режиме. При этом на выходе усилителя 7, охваченного 100 обратной связью, уста9 14995 навливается напряжение Б , которое .через ключ 17 и резистор 20 поступа-, ет на один из выводов замыкающего конденсатора 19, другой вывод которо-го занулен через низкоомный резистор делителя 1 б, Параметры резисторов делителя 16 и конденсатора 19 выбраны такими, чтобы за времяГ заряд конден сатора 19 выходным напряжением усили теля 7 завершился. В результате на конденсаторе 19 установится текущее значение напряжения Б . Это напряжение, присутствуя на входе усилителя 7 в остальной части периода Т, компенсирует дрейфовую составляющую его погрешности. В паузе следующего периода Т такт коррекции повторяется, обновляя напряжениекомпенсации дрейфа. 20Таким образом, в преобразователе осуществляется уменьшение аддитивной и случайной составляющей погрешности, что определяет повышение точности преобразователя в целом. 25 00 1 Овыход блока сравнения через фильтр верхних частот соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход формирователя зоны равенства, третий выход генератора и выход дифференциального усилителя соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока компенсации, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя, третий и четвертый выходы генератора соединены.с соответствующими входсдами формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов рассогласования, второй выход генератора через делитель частоты соединен с вторым входом формирователя сигналов рассогласования и входом шагового привода. 2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й е я тем, что блок компенсации содержит делитель напря.1. Преобразователь кода в угловое положение вала, содержащий генератор первый выход которого соединен с входом синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходы которого соединены с аналоговыми входами селектора октантов, цифровые входы селектора октантов подключены к выходам первого регистра, первый и второй выходы селектора октантов соединены с обшей шиной, а третий и четвертый выходы - соответственно с первым входом блока сравнения и с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого подключены к выходам второго регистра, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, второй выход генератора соединен с входом формирователя зоны равенства, дифференциальный усилитель, формирователь сигна лов рассогласования, выходы которого соединены с группой входов шагового привода, кинематически соединенного с валом синусно-косинусного вращающегося трансформатора, о Ф л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок компенсации, фильтр верхних частот, формирователь импульсов и делитель частоты,жения, запоминающий элемент, токоограничивающий элемент, первый и второй ключи, информационный и управляющий входы первого ключа, информационный вход второго ключа являются соответственно первым, вторым итретьим входами блока компенсации,выход первого ключа соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с входом запоминающегоэлемента, выход запоминающего элемента является выходом блока компенсации и соединен с одним выводом токоограничивающего элемента, другой вы вод которого соединен с выходом второго ключа, а управляющий вход второго ключа соединен с управляющимвходом первого ключа.3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что формиро"ватель сигналов рассогласования содержит первый и второй формирователивременных интервалов, элемент ИСКЛЮЧАВ%ЕЕ ИЛИ и регистр, первын и второй входы первого формирователя временных интервалов являются соответственно первым и вторым входами формирователя сигналов рассогласования и соединены с соответствующими входами второго формирователя временных интервалов, выходы первого и второго формирователей временных интервалов соединены с входами элемента ИСКЛЮЧЛИЦЕЕ ИЛИ, выход которого и выход первого1499500 2го формирователя временных интервалов, а выходы регистра являются выходами формирователя сигналов рассогласования. формирователя временных интерваловсоединены с информационными входамирегистра, синхронизирующий вход которого соединен с вторым входом первоНапряжения, подключаемыек входу Октантугла блока 5 ЦАП 4 Составитель А.Смирнов.Т одписное тета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ ССва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ого ко 35, Мо Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород Гагари 111 111 17 Ч Ч 1 711 7111 зцц151 пСО 5ВВ Псов81 П 51 П51 Ь 0 5 и 1 С 05