Преобразователь угла поворота вала в код

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВ УС АВТОР ОВОРОТ втоматике и ет быть исах управлетемах для ворота вала Цель достигается МИ МНОГОПОЛЮСНЫМ ми трансформатор для построения точн угла поворота вала в теристики которых в вид: при работе с реальны- и синусно-косинуснцами, используемыми ых преобразователей код, выходные харак- общем случае имеют п 1+2 к эп(1+2 к) а 1(а) = вп(1+2 к) ( а+ - ),(1)2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Ахметжанов Н.АКочемасов А,В, Следящие системы и регуляторы, М Энергоатомиэдат, 1986, с. 178, рис, 9.12.Домрачев В.Г, и др, Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М,; Энергоатомиэдат, 1987, с, 227, рис. 13.9.(57) Изобретение относится квычислительной технике и мопользовано в цифровых систения и информационных ситочного преобразования угла и Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах управления и информационных системах для точного преобразования угла поворота вала в цифровой код на базе тангенциального или кваэитангенциального цифроаналогового функционального преобразования в пределах октанта двухфазных выходных сигналов датчика угла типа ВТ,Целью изобретения является повыние точности преобразования угла поварвала в код. в цифровой код на базе тангенциального или квазитангенциального цифроаналогового функционального преобразования в пределах октанта двухфазных выходных сигналов датчика угла типа ВТ, Целью изобретения является повышение точности преобразователей угла поворота вала в код с реальными датчиками угла типа СКВТ, в выходных сигналах которых присутствуют высшие гармоники. Преобразователь содержит СКВТ, селектор октантов, Ф ЦАП, демодулятор, фильтр, формирователь модуля напряжения, компаратор, блок преобразования напряжения в частоту, реверсивный счетчик, блоки элементов. ИСКЛ ЮЧАЮ ЩЕ Е ИЛИ, блок инверторов, блоки масштабирования, инвертор, аналоговые инверторы, аналоговый сумматор, фазосдвигающий элемент, шину напряжения возбуждения, шины управления, 24-23-5-6-10-2-22-5, 24-1- 2-3-22, 10-4-3, 4-13-12-14-20-22, 2-12-15-18- 19-21-22, 13-18, 10-16-17, 6-8-10, 6-7-9, 2 ил,И(4 = 1 г(а) т 92 л(й- Л й) (2) гдеО а й/4,а=2 кй, Лй - погрешностьпреобразования от неидеальности ВТ. 20Из (2) следует (3) 2 лЬй =2 яй -Ь 1+гк з п(1+2 к) а 25.(4)к =ОЬ 1+гк з 1 п(1+2 к) (а+ - )Л2 40 Ь а= а -агст 9 Полученное выражение показывает, что условие идеального преобразования Ла = 0 для всех возможных значений а, выполняется только при Ь 1 = 1; Ьз = Ь 5 = 45 = Ь 7 = Ьд = О, т,е. при практически невоспроизводимом идеальном синусно-косинусном вращающейся трансформато 50Реальные СКВТ, характеризующиесязависимостями вида 91), имеют следующиесоотношения амплитуд гармоник: 1 Ьз 1 1/200 Ь 1. 1 Ь 51/200 Ь 1, 55Ь 71 1/1000 М, 1 Ьэ 1/1000 Ь 1,учет влияния которых на результат преобрагде Ь 1+гк - весовой коэффициент соответствующей пространственной гармоники;(1+2 к) - порядковый номер пространственной гармоники;а - угловое положение ротора двухпо люсного или многополюсного ВТ;3 - коэффициент электрической редукции ВТ;е - конструктивный параметр ВТ;Ов - напряжение переменного тока, 10 возбуждающее ВТ.Устройство-прототип осуществляет преобразование в соответствии с математическим выражением вида (2).Приимеем; 15 зования обеспечивается предлагаемым техническим решением.На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу преобразователя.Преобразователь содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, селектор 2 октантов, функциональный цифроаналоговый преобразователь 3 (ФЦАП) блок 4 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, демодулятор 5, фильтр 6, формирователь 7 модуля напряжения, компаратор 8, блок 9 преобразования напряжения вчастоту, реверсивный счетчик 10, преобразователь 11 напряжения в частоту, функциональный цифроаналоговый преобразователь 12 (ФЦАП), блок 13 инверторов, блок 14 масштабирования, функциональный цифроаналоговый преобразователь 15, инвертор 16, блок 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, аналоговый инвертор 18, блок 19 масштабирования, аналоговые инверторы 20, 21, аналоговый сумматор 22, фазосдвигающий элемент 23, шина 24 напряжения возбуждения, шины 25 и 26 управления.Коэффициенты ослабления масштабирующих блоков 14 и 19 устанавливаются путем изменения значений резисторов обратной связи операционных усилителей, Определяются коэффициенты ослабления масштабирующих блоков исходя из значений амплитуд гармоник в выходных сигналах датчиках угла Ьз, Ьб, Ь 7 и Ьэ, Эти значения для данного типа датчиков угла могут быть определены расчетным или экспериментальным путем и приняты как среднестатистические, Когда возникает необходимость получения максимально возможной точности преобразования, коэффициенты ослабления масштабирующих блоков определяются и устанавливаются для конкретного экземпляра датчика угла в составе предлагаемого преобразователя при установке датчика угла на углоизмерительном поворотном устройстве в углах, при которых составляющие погрешности одних гармоник равны нулю, а других - имеют максимальное значение, влияние которых на выходной код компенсируется изменением коэффициентов ослабления масштабирующих блоков 14 и 19,Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом,При возбуждении СКВТ 1 напряжением переменного тока 0 шины 24 на его фазных выходах индуцируются напряжения переменного тока, амплитуды которых по углу изменяются по законам близким к синусу и косинусу. Эти напряжения поступают на аналоговые входы селектора 2 октантов иОиОг+2 и зглг 1 ч 2)гт -под воздействием значений трех старшихРвзрвдов реверсивного счетчика 10 через трдгч Й ог 2 зоГ 1 ч 2 кХггчдг 2). первый блок 11 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ транслируются на выходы селектора 2 октантов, При этом, каждый из к зез+Ов)его за+о 7+Ов) зло Огтвходных сигналов может поступить на" первый или второй выход селектора 2 октантовнеизменным или инвертированным; Если Полученное выражение может бытьвременно исключить из рассмотрения преобразовано следующим образом:вновь введенные блоки, а аналоговый сумматор 22 считать двухвходовым, то преобра- Овых = 4(пз+ М) з 1 п а соз 2 а+ 8(п 7 +зование осуществляется аналогичнопрототипу,+ М) з и а соз 2 а соз 4 а.Выходной сигнал аналогового суммато- Полученное выражение дает возможра 22 после выпрямления демодулятором 5 15 ность пРедложить новУю стРУктУРУ преоби фильтрации с помощью фильтра 6 посту- Разователя углового положениявала в код,пает на ПНЧ 11, где через компаратор 8 обеспечивающую более высокую точностьуправляет направлением счета реверсивно- преобразования, Она основывается наго счетчика, Одновременно с этим выход- формировании двух компенсирующих наной сигнал фильтра 6 при его отличии от 20 пряжений Окордп 1 и Окомп 2, близких к сонулевого значения через формирователь 7 ставляющим выРажения (6), и подачу их намодуля напряжения управляет по линей- тРетий и четвертый входы аналогового сумному закону выходной частотой блока 9 матора.22 (АС) одновременно с сигналамипреобразования напряжения в частоту, первого и второго входа. В качестве компенВыходные импульсы блока 9 преобразова сирующих напРяжений выбраныния напряжения в частоту суммируютсяили вычитаются реверсивным счетчиком 10.Функциональная зависимость, реализуемая первым функциональным цифроанало- Окомп 2 = 8(Ь 7 = Н 9)1)(а)соз 4 л М 1 соз 8 л М 1говым преобразователем такова, что при 30соответствии кода реверсивного счетчика Первое напряжение образуется с по 10 преобразуемому углу выходное напряже- мощью функционального цифроаналоговоние аналогового сумматора 22 равно нулюи го пРеобразователя 12, реализующегокод реверсивного счетчика 10 сохраняется функцию косинуса двойного угла и масшнеизменным, При нарушении соответствия 35 табирующего блока 14, обеспечивающегоугла а и кода вследствие изменения угла ослаблениев 4(Ьз+М)раз, Второекомпенсиповорота вала СКВТ 1 указанным образом Рующеенапряжениеявляется производнымоно будет восстановлено, При этом погреш- от первого и образуется с помощью третьегоность преобразования угла в код будет со- фУнкционального цифроаналогового преобответствовать выражению (4). раэователя 15, реализующего функцию коВ предлагаемом устройстве для повы- синуса учетверенного угла, аналоговогошения точности преобразования использу- инвертора 18 и второго масштабирующегоются третий и четвертый входы аналогового блока 19, обеспечивающего требуемое.сумматора 22 и блоки, формирующие на них ослабление сигнала в 8(Ь 7+Ь 9) раэ. Комтребуемые сигналы в соответствии с фиг. 2 45 пенсирующие напряжения с помощью анаиследующимиматематическимисоотноше- логовых инверторов 20 и 21 подниями. воздействием внешних сигналов А и В шинПри условии а = 2 л й и тангенсной 25, 26 подключаются к соответствующимзависимости в пределах первого октанта, входаманалоговогосумматора 22.Аналогореализованной первым функциональным 50 вые инверторы 20 и 21 предназначены для. цифроаналоговым преобразователем 3, на инвертирования компенсирующих напрявыходе аналогового сумматора 22 за счет жений Окомп 1 и Окомп 2 в процессе компенсигналов на первом и втором его входах сации (если это будет. необходимо) иобразуется сигнал следующего вида, где Упраляются от внешнего переключателя,Й 1 - код ип-Зи младших разрядов кода д, 55 Состояние аналоговых инверторов 20 и 21определяется знаком величины (Ьз+п 5) иф 7+м) соответственно. Блоки элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 и 17, блоки инверторов 13 и 16 и аналоговый инвертор 18обеспечивают требуемые сигналы управления для осуществления преобразования в ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. выходы копределах всех октантов(фиг, 2). При работе торого соединены с цифровыми входамив углах, ограниченных одним октантом, уст- первого функционального цифроаналоговоет быть упрощено путем исклю- го преобразователя, выходы старших разрячения некоторых управляющих блоков без 5 дов реверсивного счетчика соединены спонижения точности, Введенный в устрой- управляющими входами селектора октанство,фазосдвигающийэлемент 23 обеспечи- тов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельювает требуемую ортогональность входного и повышения точности преобразователя, вопорного сигнала демодулятора 5 и позво- него введены два функциональных цифроаляет устранить фазовыйф зовый сдвиг между напря налоговых преобразователя, инвертор, блокжением воз ужденияб дения 0 и выходными инверторов, два блока масштабирования,второй блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕТаким образом, введение в состав ИЛИ, три аналоговых инвертора, фазосдвиб о а еля угла поворота вала в гающий элемент,двешиныуправления, кокод новых блоков с их определенной вза торые соединены с управляющими входамиимосвязью между собой и известными первого и второго аналоговых инверторов,блоками позволяет удовлетворйть условию выходы которых соединены с третьим и четОвых = 0 при а = 2 л й с более высокой вертым входами аналогового сумматора состепенью точности, чем у прототипа, с вра- ответственно, вход фазосдвигающегощающимися трансформаторами, имеющи элемента соединен с шиной напряжениями реальные выходные характеристики, возбуждения, а выход - с входом опорного,При этом его точность повышается в 8-9 раз напряжения демодулятора, выход младпо сравнению с прототипом в сходных усло- шего из старших разрядов реверсивноговиях. Например, для ВТ с (Ьз+п 5) = 0,005 счетчика соединен с входом управлениямаксимальная погрешность преобразова первого блока элементов ИСКЛЮЧАЮния у прототипа составляет величину 16 ЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через блокащающимся трансформатором на инверторов соединены с цифровыми вхокоэффициент электрической редукции 64, а дами второго функционального цифроанау предлагаемого устрагаемого устройства. не более 2 угл,с. логового преобразователя, аналоговый входНа практике сумма (Ьз+п 5) не превышает 30 которого подключен к одному выходуселеквеличины 0,002-0,0025. Это значит, что ре- тора октантов, авыход соединен с входамиальная погрешность преобразования будет первого блока масштабирования и аналогоменьше одной угловой секунды, вым входом третьего функционального цифроаналогового преобразователя, цифровыеФормула изобретения 35 входы которого подключены к выходамПреобразователь угла поворота вала в второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕкод, содержащий синусно-косинусный вра- ИЛИ, выход старшего из младших разрядовщающийся трансформатор, вход которого реверсивного счетчикачерез инвертор соеподключен к шине напряжения возбужде- динен с управляющим входом второго блокания, а выходы соединены с информацион элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группанымй входами селектора октантов, один входов которого подключена к остальнымвыход которого соединен с первым входом выходам младших разрядов реверсивногоаналогового сумматора, а другой - с анало- счетчика, выхоД старшего разряда блока инговым входом первого функционального верторов соединен с управляющим входомцифроаналогового преобразователя. выход 45 третьего аналогового инвертора, выход кокоторого соединен с вторым входом анало- торого через второй блок масштабированиягового сумматора, выход которого через по- соединен с информационным входом второследовательносоединенныедемодулятори го аналогового инвертора, выход первогоФильтр соединен с входом преобразователя блока масштабирования соединен с инфорнапряжения в частоту, выходы которого со мационным входом первого аналоговогоединены с входами реверсивного счетчика, инвертора. выходы разрядов реверсивновыходы младших разрядов которого соеди- го счетчика являются выходом преобразо нены с группой входов первого блока эле- вателя,1751850 Л Составитель М. СидороваРедактор С. Лисина . Техред М.Моргентал. Корректор С, Черни льский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин зводствен но-и каз 2697 8 НИИПИ Госуд Тираж ственного комите 113035, Москва, Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС