Способ измерения угла поворота вала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ БРЕТ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 734775, кл. Н 03 М 1/64, 1977,Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией, под ред.А,А.Ахметжановв, М,. Энергия, 1978, с. 202- 205 - прототип.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА57) Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть ис-.пользовано для связи аналоговых источников информации с цифровымвычислительным комплексом, С целью упрощения способа и расширения диапазонадопустимого рассогласования отсчетов вспособе измерения угла поворота вала, основанном на независимом формированиитекущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощьюдатчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи источников аналоговой информации с цифровым вычислительным комплексом (ЦВК).Известен способ измерения угла поворота вала, в котором устанавливают ввл в нулевое положение и определяют нулевые значениягрубого и точного отсчетов, вычисляют поправку грубого отсчета в виде дополнения нулевого дискретного значения 1771069 А 1(яю Н 03 М 1/64, 1/00, 150, 1/22 значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним 1 младшего отсчета, коррекции по результатам сравнения старший части единого значения предыдущйх 1-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения 1 отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего младшего отсчета, перед формированием текущих значеиий угла оп ределают в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значения угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов, определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью аждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете, запоминают значения поправки для соседник отсчетов, при формировании единого текущего значения 1 отсчетов вычитают запомненную поправку для и 1-1 отсчетов из единого значения И отсчетов. 3 ил. грубого отсчета до максимального дискретного значения грубого отсчета, которую запоминают, вычисляют поправку точного отсчета в виде дискретного значения смещенной на четверть шкалыточного отсчета суммы нулевого значения точного отсчета и дополнения нулевого дискретного значения грубого отсчета до нулевого значения грубого отсчета, которую запоминают, вычислют поправку согласованного отсчета в виде дискретного значения разности между четвер 17710695 10 20 30 40 45 50 55 тью шкалы точного отсчета и дополнением нулевого дискретного значения грубого отсчета до нулевого значения грубого отсчета, которую запоминают, текущие дискретные значения грубого и точного отсчетов суммируют с запомненными поправками грубого и точного отсчетов соответственно, при нулевых значениях старшего разряда точного отсчета и согласующего разряда грубого отсчета, суммарное значение грубого отсчета увеличивают на единицу, а выходной код формируют путем суммирования скорректированного кода грубого отсчета, суммарного кода точного отсчета с запомненной поправкой. согласующего отсчета, Недостатком известного способа является его сложность, вызванная необходимостью устанавливать вал в нулевое положение для определения поправок, необходимостью измерения нулевого значения грубого отсчета с меньшей дискретностью, чем при измерении текущих значений, большим количеством поправок и сложностью их вычисления, сложностью формирования текущих значений выходного кода, а также малым диапазоном допустимого рассогласования отсчетов, что вызвано использованием одного согласующего разряда, Известный способ сложен в реализации, поскольку требует дополнительные средства для определения нулевого значения грубого отсчета с малой дискретностью, дополнительные средства для вычисления поправок и дополнительные блоки для их хранения.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения угла поворота вала, основанный на независимом формировании значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих- 1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним 1 младшего отсчета, коррекции по результатам сравнений старшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов, формировании единого текущего значенияотсчетов иэ скорректированной части и полного значения соседнего 1 младшего отсчета, при этом производится механическая юстировка отсчетов, в процессе которой каждый последующий грубый отсчет сдвигается относительно соседнего точного отсчета на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов (2). Недостатком такого способа является сложность, вызванная необходимостью предварительной взаимной юстировки отсчетов, а также малый диапазон допустимого рассогласования отсчетов из-за погрешностей юстировки,Цель изобретения - упрощение и расширение диапазона допустимого рассогласования отсчетов путем исключения предварительной взаимной юстировки отсчетов,Структурные схемы двух возможных устройств для осуществления способа представлены на фиг,1,2; на фиг.З представлена структурная схема управляемого сумматора.Устройство (фиг, 1) содержит преобразователи 1, 2 и 3 угла поворота вала в код, частично перекрывающихся соответственно первого, второго и третьего отсчетов, сумматоры 47, блоки 8, 9 памяти, сумматоры 1015, кодовые шины 16 и 17 смещения. Устройство (фиг.2) содержит датчики 1, 2 и 3перемещений, управляемые сумматоры 4- 7, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 8-10, усилители 11, 12, сумматоры 13 и 14, компараторы 15 и 16, блоки 17 и 18 памяти, ключи 19 и 20, цифровые сумматоры 21 и 22, шины 23 и 24 смещения, шину 25 управления, выходные шины 26, 27 и 28. Управляемый сумматор (фиг,З) содержитмноговходовой аналоговый сумматор 29.компаратор 30, ключ 31,Устройство (фиг,1) работает следующимобразом,Преобразователи 1, 2 и 3 преобразуютугол поворота вала а трехотсчетный код й 1,йг, йз, При этом п 1 младших согласующих разоядов кода й 1 с некоторым смещением до углу повторяют п 1 старших разрядов кода йг, а дг младших согласующих разрядов кода й 2 с другим смещением по углу повторяют пг старших разрядов кода йз. В произвольном угловом положении вала в сумматоре 4 суммируют значения йго угла с КОДОМ йсм 1, СООтВЕтСтВУЮЩИМ ПОЛОВИНЕ ЗО- ны перекрытия отсчетов преобразователей 1 и 2, а в сумматоре 5 суммируют значение йЗО УГЛа С КОДОМ йСм 2, СООтВЕтСтВУЮЩИМ ПО- ловине зоны перекрытия отсчетов преобра- ЭОВатЕЛЕЙ 2 И 3, КОДЫ йсм 1 И йсм 2 определяются по формулам:2 п 1 1 2 ягйсм 1 ., йсм 2 = -2 2В результате в сумматорах 4 и 5 формиРУЮт СМЕЩЕННЫЕ КОДЫ й 2 см И йЗсм СООтВЕтСтВЕННО: йгсм - йгО - йсм 1 йзсм йЗО йзсм 2, ЗНаКИ КОДОВ й 2 см И йзсм МаСКИРУЮт (НЕ УЧИ- тывают).В сумматоре 6 определяют поправку ЛЧ 12 в виде рассогласования между кодомЙ 1 мо, СаатевтСтВУЮЩИМ МЛаДШЕй ЧаСтИ (П 1 младших согласующих разрядов) кода Й 1 о, и коДом Й 2 со, соответствУющим стаРшей части (п 1 старших согласующих разрядов) эна- чениЯ Угла Й 2 см в сосеДнем млаДшем отсчете, полученном в результате суммирования в сумматоре 4,В сумматоре 7 определяют поправку ЬЙ 2 з в виде рассогласования между кодом Й 2 мо, соответствУюЩим млаДшей части (п 2 младших согласующих разрядов) кода Й 2 о, и кодом Йзсо, соответствующим старшей части (п 2 старших согласующих разрядов) значения угла Йзсм, Поправки для соседних отсчетовЬ Й 12 = Й 1 мо - Й 2 оо ЬЙ 2 Э = Й 2 ма - Йзсо полученные в сумматорах 6 и 7, запоминают в блоках 8 и 9 соответственно. Знаки кодов Ь Й 12 и Ь Й 1 з маскируют,В качестве блоков 8 и 9 используют энергонезависимые блоки памяти, например, перемычки с шинами нулевого и единичного потенциалов.В процессе эксплуатации преобразователи 1, 2 и 3 вырабатывают текущие значения кодов Й 1, Й 2 и Йз, В сумматоре 10 вычитают из текущего кода Й 1 поправку Ь Й 12 Знак результирующего кода маскируют. Код Й 1 м младших согласующих разрядов сумматора 10 сравнивают в сумматоре 11 с кодам Й 2 с равнозначных старших разрядае ПрЕОбраЗОВатЕЛя 2, ЕСЛИЙ 1 мЙ 2,д, то на выходе сумматора 11 формируют единичный сигнал, который в сумматоре 12 суммируют с некорректированным кодом Й 1 н старших значащих разрядов сумматора 10. В результате на выходе сумматора 12 образуется корректированный код Йь старших разрядов. Если Й 1 м Й 2 с 1, то на выходе сумматора 11 формируют нулевой сигнал и код Й 1 к будет равен коду Й 1 н. Коды Й 1 к и Й 2 постУпают соответственно на входы старших и младших разрядов одной группы входов сумматора 13, На другую группу входов сумматора 13 поступает код поправки Ь Й 2 з с выхода блока 9 памяти, В сумматоре 13 иэ обьединенного кода (Й 1 к+Й 2) вычитают код Ь Й 2 з поправки, Знак полУченной Разности отбРасывают, КаД Й 2 м младшщих согласующих разрядов сумматора 13 сравнивают в сумматоре 14 с кодом Йзс равнозначных старших разрядов преобразователя 3,ЕслиЙ 2 мЙзс . то на выходе сумматора 14 формируется единичный сигнал.который суммируют в сумматоре 15 с некорректированным кодом Й 2 н старших значащих разрядов сумматора 13, В результате на выходе сумматора .15 образуется корректированный код Й 2 к старших разрядов, ЕслиЙ 2 мЙэс, то на выходе смУматоРа14 формируется нулевой сигнал и код Й 2 к5 будет равен коду Йь. Код Й 2 к и код Йз поступают соответственно нэ старшие и младшие разряды выходной кодовой шиныустройства, В результате формируется единый код (Й 2 к+Йз) всех трех отсчетов устрой 10 ства.Аналогичным образом формируетсяединый код и для большего количества отсчетов,Устройство на фиг.2 работает следую 15 щим образом. Датчики 1, 2 и 3, установленные на одном валу, преобразуютперемещение в пилообразные напряженияс одинаковой максимальной амплитудойОм. Выходные напряжения датчиков 1, 2 и 320 отличаются друг от друга диапазоном линейно изменяющегося напряжения в функции перемещения, Например, периодизменения напряжения датчика 1 соответствует всему диапазону углового перемеще 25 ния (360 о), период изменения напряжениядатчика 2 соответствует 360 о/Р 2 (где Р 2 -коэффициент редукции датчика 2), периодизменения напряжения датчика 3 соответствует 360/РЗ (где Р 3 - коэФфициент редук 30 ции датчика 3). В качестве датчиков 1, 2 и 3использованы линейные потенциометрыили фазовращатели, последовательно соединенные с блоками преобразования сдвига фазы в напряжение. Нулевые значения35 выходных напряжений датчиков 1, 2 и 3 несовпадают,Устройство работает в двух режимах;формирование поправки и в штатном режиме измерения, В режиме формирования по 40 правки определяется величинарассогласования нулевых значений выходных напряжений датчиков 1, 2, 3. По шине25 подается сигнал, закрывающий ключи 19и 20. Выходное напряжение датчика 1 пре 45 образуется в АЦП 8 в код старших К 1 значащих разрядов, который поступает напервую группу входов цифрового сумматора21, С аналогового выхода АЦП 8 снимаетсясогласующее пилообразное напряжение50 амплитудой Оо/2", смещенное по фазе относительно напряжения 02 датчика 2, Напряжение на аналоговом выходе АЦП 8равно остатку от преобразования напряжения 01. Аналогичным образом выходные на 55 пряжения 02 и Оз датчиков 2 и 3преобразуются в АЦП 9 и 10 в коды среднихК 2 и младших КЗ разрядов. На аналоговомвыходе АЦП 9 формируется согласующеепилообразное напряжение амплитудойОв/2, смещенное по фазе относительноК 25 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 напряжения Оз. В сумматорах 6 и 7 напряжения 02 и Оз смещаются по фазе на половину максимального значения соответствующего напряжения, Для этого в сумматоре 29 из напряжений О 2 и Оз вычитаются напряжения Осм и Ом 2 соответственно, Если выходное напряжение сумматора 29 меньше нуля, срабатывает компаратор 30 и ключ 31 подключает напряжение О к суммирующему входу сумматора 29, В результате выходные напряжения сумматоров 6 и 7 всегда положительные и смещены на половину периода относительно напряжений О 2 и Оз, Выходные напряжения АЦП 8 и 9 передаются через усилители 11 и 12 с коэффициентами 2"1 и 2" соответственно, В сумматоре 13 определяют поправку в виде рассогласования между выходным напряжением усилителя 11, соответствующим младшей части напряжения О 1, и напряжением сумматора 6, соответствующим перемещению в соседнем младшем отсчете. В сумматоре 14 определяют аналогично поправку между младшей частью напряжения О 2 и напряжением сумматора 7, соответствующим перемещению в соседнем младшем отсчете. Поправки для соседних отсчетов, полученные в виде напряжений в сумматорах 13 и 14,запоминают в блоках 17 и 18 памяти. В качестве блоков памяти могут быть использованы. например, потенциометры, напряжения на выходах которых устанавливаются равными выходным напряжениям сумматоров 13 и 14 с соответствующим знаком.В процессе эксплуатации в штатном режиме измерения по шине 25 подается сигнал, открывающий ключи 19 и 20, В датчиках 1, 2 и 3 вырабатываются напряжения, пропорциональные текущим значениям перемещения. В сумматоре 5 вычитают из текущего напряжения О 2 поправку, запомненную в блоке 20. При суммировании напряжение поправки уменьшают в 2" с помощью входных сопротивлений сумматора 5. В сумматоре 4 вычитают иэ текущего напряжения 01 поправки, запомненные в блоках 17 и 18. При этом напряжения поправок уменьшают в 2 и 2" "2 соответственно.к 1Сумматоры 4 и 5 выполнены аналогично сумматорам 6 и 7 (см.фиг,З). Выходные напряжения усилителя 11 и сумматора 5 сравниваются в компараторе 15, Если О 11Ю 51, то компаратор 15 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разряда второй группы входов сумматора 21, остальные старшие разряды которой подключены к общей шине. Выходные напряжения усилители 12 и еумматора 7 сравниваются в компараторе 16, ЕслиО и 107 1, то компаратор 16 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разряда второй группы входов сумматора 22, остальные старшие разряды этой группы подключены к общей шине. Выход переноса сумматора 22 подключен к входу переноса сумматора 21. В результате на выходах сумматора 21, сумматора 22 и АЦП 10 формируются старшие, средние и младшие разряды выходного кода,Аналогичным образом формируют единый код и для большего количества отсчетов,В предложенном способе исключена механическая юстировка отсчетов, что значительно упрощает реализацию способа. Кроме того, измерение фактической величины рассогласования между соседними отсчетами и учет измеренных рассогласований в процессе формирования единого кода исключает погрешность юстировки отсчетов, что приводит к расширению диапазона допустимого рассогласования отсчетов при эксплуатации.формула изобретенияСпособ измерения угла поворота вала, основанный на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихся отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего значения для всех отсчетов, начиная с двух старших, путем сравнения младшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним 1 младшего отсчета, коррекции по результатам сравнения старшей части единого значения предыдущих 1-1 старших отсчетов, формирования единого текущего значения отсчетов из скорректированной части и полного значения соседнего 1 младшего отсчета, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения способа и расширения диапазона допустимого рассогласования отсчетов, перед формированием текущих значений угла определяют в произвольном угловом положении значения угла в каждом отсчете, смещают значение угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрытия младшего и соседнего с ним старшего отсчетов, определяют поправку в виде рассогласования между младшей частью каждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значения угла в соседнем младшем отсчете, запоминают значение поправки для соседних отсчетов, при177106910 формировании единого текущего значения для 1 и - 1 отсчетов из единого значения 1-1 отсчетов вычитают запомненную поправку отсчетов.е. 1771069 Составитель А.СмирновТехред М.Моргентал етрова Коррект едакто каз 3748 Тираж ПодписноеВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москве, Ж, Раушская наб., 4/б ри ГКНТ ССС Произввдственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10