Преобразователь угол-код

(54) ПРЕОБРАЗОВ (57) Изобретени тике и вычислит ЛЬ УГОЛ - тиосится ной техни автомаи может стройство 3преобраэоватер 6 импульсов,ь 8 импульсов,ряда, блок 10Фазовый дисктриггер),ии, элементчик 15, реавления. Блок 10 0-триггер 1 инвертор 21 Блок 71 гер 23 и деправле ифрато содер- носГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЗНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Сибирский завод комплектногоэлектропривода "Сибстанкоэлектропривод"(56) Петропавловский В., Синицын Н.Фазовые цифровые преобразователи угла. М.: Машиностроение, 1984 с. 25-26, рис 30Фотоэлектрические преобразователиинформации / Под ред. Л. Преснухина. М.: Машиностроение, 1974, с. 229,рис. 11 бб. Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматичесокго управления электродвигателем для ввода угловых величин в , цифровую вычислительную машину.Целью изобретения является повышение точности преобразователя;На Фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2 иЗ - временные диаграммы работы преобразователя для угла поворота ротора Фазовращателя 2 и 2,5 дискреты соответственно.Преобразователь угол - код жит Фазовращатель 1, счетчик 2 быть испсльзовано в системах автоматического управления электродвигателем для ввода угловых величин в ЦВМ. С целью повышения точности в преобразователь угол - код, содержащий генератор импульсов, первый счетчик, ПЗУ, два ЦАП, фаэовращатель, Фильтр, формирователь импульсов, элемент И, введены триггер младшего разряда, блок согласования отсчетов, Фазовый дискриминатор, триггер синхронизации, блок управления, третий и четвертый, счетчики, регистр. В преобразователе реализуется комбинированный способ.преобразования: старшие и младший разряды определяются по методу считывания бегущей метки, а младшие - по методу накапливания, что позволяет увеличить частоту генератора импульсов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. С: тоянное запоминающее у(ПЗУ), цифроаналоговые ли 4,5 (ЦАП), генерато Фильтр 7, Формировател триггер 9 младшего ра согласования отсчетов 1 риминатор 11 (наприме триггер 12 синхрониза И 13, счетчик, 14, сче гистр 16, блок 17 упрПреобразователь угол - код работает следующим образом,п старших разрядов (и + щ)-разрядного первого счетчика 2 образуют5старшую кбдовую шкалу преобразователя. К = щ разрядов второго счетчика14 образуют младшую временную шкалупреобразователя и наконец самый младший разряд кода преобразователя Фор" 1 Омируется на выходе триггера 9.Импульсы с выхода генератора 6(фиг, 2 а) поступают на вход (и +щ)разрядного первого счетчика 2, на выходах которого появляются импульсыделенной частоты разрядов щ = 3 (фиг.2 б, в, г) и и = 2 (Фиг. 2 д, е). Счетчик 2 Формирует адресные коды постоянного запоминающего устройства 3, вкотором записаны Функции синуса и косинуса. Коды Функций появляются навходах первого 4 и второго 5 цифроаналоговых преобразователей, на выходахкоторых формируются аналоговые напряжения соответственно синусоидальной(Фиг. 2 ж) и косинусоидальной (фиг.2 з)формы. Эти напряжения поступают навходы Фазовращателя 1 в качестве опорных сигналов, На выходе фазовращателя 1 появляется сигнал (фиг. 2 и),сдвинутый по фазе относительно опорных сигналов на угол, пропорциональный механическому углу поворота ротораФазовращателя. Это напряжение поступает на вход Фильтра 7, который подавляет высокочастотные составляющиевходного напряжения Фазовращателя 1,получаемые с выходов цифроаналоговыхпреобразователей 4, 5, а также помехи, наводящиеся в линиях к Фазовращателю 1 и от него. Напряжение с выхода Фильтра 7 поступает на вход первого формирователя импульсов, на выходе которого Формируются прямоугольные импульсы (фиг. 2 к), передний фронт 45которых совпадает с моментом перехода через ноль выходного напряженияфазовращателя, прошедшего черезфильтр 7.Импульс с Выхода первого Формирователя 8 импульсов поступает на входсинхронизации триггера 9, на вход 0которого приходят импульсы от генератора 6, Фиксируя по своему переднему фронту полупериод частоты импуль 15сов генератора 6 в момент переключениявыходного сигнала первого Формирователя 8 (фиг. 2 л), Таким образом реали-зуется самый младший разряд выходного кода преобразователя. С выхода триггера 9 код младшего разряда поступает на выход преобразователя.Кроме того, импульс с выхода первого Формирователя 8 импульсов поступает на первый вход фазового дискриминатора 11. На выходе Фазового дискриминатора 11 появляется сигнал уровня лог, "1", передний Фронт которого совпадает с переходом через ноль выходного сигнала Фазовращателя 1, На второй вход Фазового дискриминатора 11 поступает сигнал самого старшего изщ младших разрядов первого счетчика2 (Фиг. 2 г), проходящий через блок 10 согласования (Фиг2 м)По переднему фронту этого сигнала Фазовый дискриминатор перейдет в нулевое состояние. Таким образом на выходе фазового дискриминатора 11 появится сигнал, соответствующий временному интервалу от момента перехода через ноль выходного сигнала фазовращателя до переднего фронта выходного сигнала старшего из щ разрядов первого счетчика 2 (фиг, 2 н). Так как состояние первого триггера 9 в данном цикле измерения (Фиг, 2 л) нулевое, выходной сигнал старшего из щ разрядов счетчика 2 поступает на второй вход Фазового дискриминатора с выхода старшего из щ разрядов счетчика 2 без задержки. Так как триггер 9 находится в нулевом состоянии, на выходе инвертора 21 имеется уровень лог. "1", поступающий на второй вход второго эле" мента И 20, в то время как уровень лог."0" с выхода триггера 9 поступает 1 а первый вход первого элемента И 19. Следовательно, элемент И 19закрыт, а И 20 открыт и сигнал с выхода старшего из щ разрядов счетчика 2 через элемент И 20, элемент ИЛИ-НЕ 22 проходит на второй вход дискриминатора 11 без задержки (фиг.2 м) .Импульс с выхода Фазового дискриминатора 11 (Фиг. 2 н) поступает на вход триггера 12 синхронизации, на выходе которого появляется импульс, содержащий целое число периодов частоты тактовых импульсов генератора 6(Фиг, 2 о), Этот импульс поступает на первый вход элемента И 13, на второй вход которого поступают импульсы тактового генератора 6 (Фиг, 2 а) . На выходе элемента И 13 появляются импульсы, соответствующие числу перио6461 25 30 35 40 55 5 159 дов тактовой частоты, укладывающихся в интервале времени от момента перехода сигнала фаэовращателя 1 через ноль до момента перехода сигнала старшего из т разрядов счетчика 2 (фиг.2 п), которые поступают на вычитающий вход счетчика 14. Счетчик 14 первоначально и в конце каждого периода измерения устанавливается в нулевоесостояние. Таким образом счетчик 14 измеряет интервал времени от момента перехода через ноль выходного сигнала фазовращателя 1 до момента перехода старшего из ш, разрядов счетчика 2, соответствующего моменту переключения старшей кодовой шкалы и разрядов, но в обратном коде, что фактически соответствует измерению временного интервала от момента переключения старшей кодовой шкалы и разрядов до момента перехода через ноль выходного сигнала фаэовращателя.По заднему Фронту сигнала фазового дискриминатора 11 срабатывает блок 17 управления. При этом устанавливается в единицу триггер 23 блока 17 (фиг. 2 р), на входе Р разрешения дешифратора 24 появляется разрешающий сигнал. При этом на выходах дешифратора 24 появляется серия управляющих импульсов,. соответствующих значениям состояний младших разрядов счетчика 2. По первому иэ этих импульсов (фиг. 2 с) происходит запись старших и разрядов счетчика 2 в счетчик 15, по второму импульсу (фиг. 2 т) происходит вычитание из содержимого счетчика 15 единицы. Следовательно, в счетчике 15 будет восстановлено состояние счетчика 2 на момент перехода через гг 9ноль выходного сигнала фазовращателя, По третьему импульсу (фиг. 2 у) содержимое счетчика 14 и счетчика 15 заносится в выходной регистр 16. К значению и-разрядного кода счетчика 15 конкотенируется (пристыковывается) значение К-разрядного кода счетчика 14, значение младшего разряда кода угла, соответствующее полупериоду тактовых импульсов генератора 6, уже имеется на выходе триггера 9. Таким образом формируется полный выходной код преобразователя угол - код.По четвертому импульсу (фиг. 2 ф) происходит обнуление счетчика 14 с целью подготовки его к следующему измерению. Наконец, пятый импульс, по-являющийся на соответствующем выходе дешифратора 24, устанавливает триггер 23 в нулевое состояние (фиг. 2 р)-; прекращая работу блока 17 управления.На фиг. 2 прерставлены временныедиаграммы работы преобразователя для случая, когда величина угла равна двум дискретам, при этом триггер 9 отмечает нулевое состояние полупериода тактовых импульсов генератора 6.Счетчик 14 считает от 0 до К = 2. В, счетчик 15 записывается код и = 8 (с учетом состояния ш разрядов счетчика 2, 2 -- 2 Э = 8), при последующем вычитании единицы состояние его изменяется до и = О, Данное состояние и = О, К = 2 заносится в регистр 16.Такж образом, выходной код и + К + + О 0,5 = О + 2 + О = 2 дискреты.20 На фиг. 3 представлены временныедиаграммы работы преобразователя для случая, когда величина угла равна 2,5 дискретам. При этом триггер 9 устанавливается в единичное состояние, и сигнал сброса фазового дискриминатора 11 проходит через 0-триггер 18 с задержкой на один такт относительно исходного, элемент И 19, элемент ИЛИ-НЕ 22 (фиг. 2 м), однако после синхронизации на триггере 12 длительность временного интервала (по сравнению со случаем на фиг. 2) восстанавливается и счетчик 14 подсчитывает то же количество импульсов. Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогично. Выходкой код в этом случае и + К + 0 0,5 = О + 2 + 1 0,5 = 2,5 дискреты.Таким образом, в преобразователе угол - код реализуется комбинированный способ преобразования: старшие и самый младший разряды определяются по методу считывания бегущей метки,младшие разряды - по методу накапли 45, вания. Это позволяет понизить частоту переключения разрядов счетчика 2,с которого осуществляется считываниестарших разрядов .Счетчик 15 необходим для восста новления кода, считываемого со счетчика 2 в момент срабатывания старшего из ш младших разрядов, до значения, которое. имеет счетчик 2 в моментперехода через ноль выходного сигнала фазовращателя. Если счетчик 15 не использовать, выходной код преобразователя угол - код будет иметь по 1стоянно смещение, равное емкости второго счетчика 14. Если смещение1596461 нуля Фазовращателя не существенно дляработы преобразователя, вход регистра 16 соединяется с выходом счетчика2 без счетчика 15,В предлагаемом устройстве запись5кода со счетчика 2 в счетчик 15 производится только для старших разрядов,а следовательно, на пониженной по отношению к генератору частоте, чтоисключает погрешность считывания, таккак в момент записи состояние счетчика не изменяется. Выделение и измерение (на максимальной частоте) временного интервала между переходом черезноль выходного напряжения Фазовращателя до переднего Фронта сигнала выхода самого старшего из младших разрядов позволяет повысить динамическуюточность преобразователя угол - код.Кроме того, введение триггера младФфЩЩщего разряда, предназначенного преждевсего для управления блоком 10 согласования отсчетов, дополнительно повышает точность вдвое за счет определения в какой из полупериодов генератора импульсов происходит переход через ноль напряжения с выхода фазовращателя.Все это относится к Фиксированной, З 0частоте запитки фазовращателя, т,е.к частоте выдачи информации с преобразователя при его фиксированном быстродействии, Так как сам датчик положения - Фазовращатель по своему физическому принципу действия нидуктивньп преобразователь и использует дляснятия информации частотные методыпреобразования сигналов, быстродействие и точность взаимосвязаны. При 40.равных схемных решениях чем выше точность преобразователя, тем ниже быстродействие, и наоборот. Однако многиефазовращатели, например ФВ, имеютфиксированное значение частоты питающего напряжения - 2000 + 100 Гц. Определенные требования к быстродействиювыдвигают и установки, в которых используются преобразователи угол-код,например электроприводы переменного 50тока, В отношении точности требованияобычно не такие жесткие; она доркнабыть не хуже заданной величины. Поэтому положительньпЪ эффект оценивается при фиксированном быстродействии. 55 Формула изобретения1, Преобразователь угол - код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов и первый (и + ш)разрядный счетчик, выход которого соединен с входом постоянного запоминающего устройства, выходы которогочерез первый и второй цифроаналоговые .преобразователи соответственно соеди"иены с соответствующими входами фазовращателя, выход которого черезфильтр соединен с входом формирователя импульсов, элемент И, о т л и ч а"ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в не"го введены триггер младшего Разряда;блок согласования отсчетов, Фазовыйдискриминатор, триггер синхронизации,блок управления, второй и третийсчетчики и регистр, выход формирователя импульсов соединен с одним входом Фазового дискриминатора, С-входом триггера младшего разряда, выходгенератора импульсов соединен с0-входом триггера младшего разряда,первым входом блока согласования отсчетов, С-входом триггера синхронизации и одним входом элемента И,выход триггера младшего разряда соединен с вторым входом блока согласо-:вания отсчетов, выход которого соединен с другим входом фазового дискриминатора, один выход которого соединен с Э-входом триггера синхрониза-ции, выход которого соединен другимвходом элеменита И, выход которогосоединен со счетным входом второгосчетчика, выходы которого соединеныс первой группой входов регистра,другой выход Фазового дискриминаторасоединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу ш-го разряда первогосчетчика, выходы ш младших разрядовкоторого соединены с группой входовблока управления, а выходы п старшихразрядов первого счетчика соединеныс соответствующими входами третьегосчетчика, выходы блока управления спервого по четвертый соединены соответственно с входом установки третьего счетчика, его входом вычитания,входом записи регистра, входом обнуления второго счетчика, выходы третьего счетчика соединены с второй группой входов регистра, выход ш-го разряда первого счетчика соединен стретьим входом блока согласования отсчетов, выходы регистра и триггерамладпего разряда являются выходамипреобразователя, 91596461 1 О2. Преобразователь по и. 1, о т - 3. Преобразователь по и. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блок л и ч а ю щ и й с я тем, что блоксогласования отсчетов содержит триг- управления содержит триггер и дешифгер, инвертор два элемента И вы- ратор, информационные входы которого9 Фходы которых соединены с входами эле- являются группой входов блока, входмента ИЛИ-НЕ, выход которого являет- синхронизации вторым входом блока,ся выходом блока, С-вход триггера а вход разрешения подключен к выхоявляется первым входом блока, а ду триггера, 0-вход которого соедиР-вход третьим входом блока, вход ин О нен с шиной логической единицы,вертора является вторим входом блока С-вход является первым входом блока,и соединен с одним входом первого выходы дешифратора с первого по четэлемента И, другой вход которого под- вертый являются выходами блока с перключен к выходу триггера, Р-вход кото- вого по четвертый, а пятый выход дерого соединен с одним входом второго 15 шиФратора соединен с К-входом тригэлемента И, другой вход которого под- гера.ключен к выходу инвертора,159646 1 с Фиг. ЛСоставиоель И. СидороТехред М.Ходанич едактор Ко ор Л. Пилипенко Нроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород га аказ 2917 Тираж 669НИИПИ Государственного комитета по из113035, Москва, И,Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ ССушская наб., д. 4/5