Преобразователь код-угол

(22) Заявлено 24.0,).76 (21) 240686 608 С 1 с присоединением заявки Ле дарствеиныи квинтетСССРделам изобретений 3) Приоритет Опубликовано10.79. Вкх)ле 1 еь ЛЪ крытий Дата опубликования гп)псднпя 03.1.7) Автор зобретения(71) Заявитель 54) 1 Р 1:ОВРЛЗОВЛТЕЛЬ КО,Ч - УГОХ Изооретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к промежуточным системам связи между цифрами и аналоговыми устройствами, и может найти применение в системах управления, имеющих в своем составе цифровые вычислительные машины (ЦВМ), для сопряжения ЦВМ с потребителями информации в виде угла поворота вала.Известен преобразователь код-угол, содержащий фазовращатель, генератор синусоидального напряжения, генератор импульсов высокой частоты, два счетчика импульсов, фазовый дискриминатор, усилитель и исполнительный двигатель 1. В этом пре. образователе устраняется погрешность неопределенного положения вала внутри интервала дискретности.Наиболее близким техническим решением к данному является преобразователь кодугол, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого подключен ко входу фазовращателя, регистр, усилитель, соединенный с шаговым двигателем, который кинсмдтически соелинен с фазовращатслсм 2 .В названных преобразователях происходит сравнение фазы вь)холного напряжения фдзоврашдтсля относительно опорного 5с фазой напряжения, залдваемой счетчиком.Счетчик формирхет фаз относительно опорш)го напряжения проорциондльно входному (заланному) ко;ц. В обоих устройствах изменение внешних условий и старение эле ментов приводит к возникновению дополнительных сдвигов фазы выходного напряжения. Фаза выходного напряжения, т. е. величина действительного положения вала, определяется со значительной погрешностью. Это в конечном итоге приволит к возникновению 15погрев ности преооразователя залднногогкода в угол поворота вала.Цель изобретения -- повышегп)е точности преобразователя.Поставленная цсль лостигается тем, что 2 в в преобразователь кол-угол ввелены б,пкпреобразования кола во временной интервал. лискриминатор временных интервалов, блок управления направлением вращения фазоврдщателя и формирователи, выходы3416 693фазоврспател я срез соответствующие формирователи соединены с первыми входамиблока преобразования кода во временнойинтервал, блока управления направлениемвращения фазовращателя и дискриминатора врехенных интервалов и вторым входомдискриминатора временных интервалов, третий вход которого соединен с выходом блока преобразования кода во временной интервал, а выходы соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока управлениянаправлением вращения фазоврацателя,выходы которого соединены со входами усилителя, выход блока формирования синусоидального напряжения соединен с пятымвходом блока управления направлением: вращения фазовращателя, выходы младших разрядов регистра соединены с соответствующими входами блока преобразования кода вовременной интервал, а выходы старших разрядов регистра подключены к соответствующим входам блока управления направлением вращения фазоврашателя и тем, что блокуправления направлением вращения фазоврашателя выполнен из элементов И и ИЛИ,интвертора, формирователя опорного напряжения и триггера, первые входы первыхчетырех элементов И объединены и подключены к первой входной клемме, вторые входы второго и третьего элементов И черезинвертор соединены со вторыми входамипервого и четвертого элементов И и черезформирователь опорного напряжения - спятой входной клеммой, третьи входы первого и третьего, второго и четвертого элементов И объединены и подключены соответственно к входным клеммам старших разрядов, выходы всех четырех элементов Исоединены со входами триггера, первый выход которого соединен с первыми входамипятого и девятого элементов И, а второй --с первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И, вторые входы пятого ивосьмого элементов И и шестого и девятого объединены и подключены соответственно ко второй и третьей входным клеммам,второй вход седьмого элемента И подключенк четвертой входной клемме, выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятогочерез соответствующие элементы ИЛИ подключены к выходным клеммам.Как известно, на выходах фазоврашателей с двойной КС-цепью, активно-реактивными мостами, с одной емкостью и двумярезисторами при питании напряжением 0 а== 1),зпьи выполнении соответствующихусловий появляются напряжения:1.) = КЦзп1 , у 45+ Л 6),) )г = К 0 э)п (1 - у + 45" + Л б),где (р - угол поворота ротора,к - коэффициент трансформации,Ь ф - погрешность фазовращателя,Ц - амплитудное значение напряжения,4о = -- круговая частота2 зТТ - период питающего напряжения.Если начало отсчета утла перенести навеличину +45, т. е. заранее ротор фазоврацателя повернуть на +45, и принятьэто положение за исходное, то выходныенапряжения будут выражаться:) )= К 1 ),э п (а 1+ 1+ Л /3 ),1, = КК,зп(- с+ Р),где сс - фазовый сдвиг напряжений относительно входного напряжения, соответствующий углу поворота в новой системе отсчета.Разность фаз этих напряжений не содержит погрешность фазовращателя. Действительно, =в 1 + о( + Ь)3 --+дфоп =1 = 2 сФазовый сдвиг 0. и соответствующий временной интервал связаны соотношением, = с. Отсюда 1 = - =ь. =Я.Можно найти временной интервал, соот 0 ветствуюший разности фазнапряженийис тдатт,Ст+ д,т) дт д- гд.гз- гз тгаз.Так как временной интервал между ближайшими фазовыми импульсами двух напряжений не может быть больше Т, то25 О.тпри О ( с ( л6 = --- Т при л, (с 1 ( 2 лТСледовательно, при изменении угла поворота в новой системе отсчета от О до л,а также от л до 2 л, временной интервал изменяется от О до Т, т. е. за один оборотротора фазоврацателя временной интервалдважды изменяется от О до Т.Если входной код преобразовать вовременной интервал, то, используя разностьдвух временных интервалов для управленияз 5 исполнительным двигателем, можно болееточно преобразовать код в угол поворота,чем в известных устройсгвах. Ибо во временном интервале, характеризующем действительное положение вала, исключаются по 0 грен(ности от изменения внешних условий,от старения элементов.Кроме того, повышается разрешающаяспособность преобразователя за счет изменения масштаба, ибо временной интервалдействительного положения соответствует5 удвоенному углу поворота.На фиг. 1 изображена схема преобразователя код-угол; на фиг. 2 - блок управления направлением вращения.Преобразователь код-угол содержит генератор 1 импульсов, связанный через счетчик 2 с блоком 3 формирования синусоидального напряжения, выходное напряжение которого поступает на питание фазовращателя 4. Выходы его подключены к первому ивторому формирователям 5 и 6 импульсов.55 Формирователь 5 импульсов связан с блоком7 преобразования кода, находящегося вмладших разрядах регистра 8, во временнойинтервал, с первым входом дискриминатора 9 временных интервалов и с блоком 10 управлением вращения вала фазовращателя. Выходы преобразователя 7 код-временной интервал и формирователя 6 импульсов соединены со вторым и третьим входами дискриминатора 9 временных интервалов, три выхода которого поданы на блок 10 управления направлением вращения, последний соединен также по входам со старшим разрядом регистра 8 и входом фазовращателя 4, а по выходам - с усилителем 11. Усилитель 11 вызывает вращение вала фазовращателя через кинематически связанный с ним шаговый двигатель (ШД) 12.Предлагаемый преобразователь код-угол работает следующим образом.Генератор 1 импульсов вырабатывает импульсы высокой частоты, которые поступают на вход счетчика 2. Блок 3 формирования синусоидального напряжения из прямоугольного выходного напряжения счетчика 2 формирует напряжение для питания 20 фазовращателя 4. С выходов фазовращателя снимаются два синусоидальных напряжения, фазы которых сдвигаются в противоположные стороны при изменении углового положения вала. Первый формирователь 5+ с) формирует импульс при переходе синусоиды через нуль из отрицательных значений к положительным. Этот импульс является началом временного интервала, соответствующего действительному положению вала, а также началом временного интервала заданного положения вала, так как запускает блок преобразования 7 код-временной интервал. Второй формирователь 6 формирует импульсы аналогично формироватезО 35 ао лю 5 из второго выходного напряжения фазовращателя з 1 п(1 о 1 - с). Этот импульс является концом временного интервала действительного положения вала. Временной интервал между импульсами с выходов формирователей 5 и 6 может иметь длительность от 0 до Т. Этой длительности можно сопоставить величину углов от 0 до л. Как было сказано, временной интервал между импульсами формирователей 5 и 6, т. е. между фазовыми импульсами, дважды изменяется от 0 до Т при изменении угла поворота от 0 4 до 2 д.На выходе блока преобразования 7 формируется временной интервал заданного положения вала как, результат преобразования кода в младших разрядах регистра 8. В регистр 8 записывается преобразуемый код. При максимальном значении кода в младших разрядах блок преобразования 7 выдает временной интервал, равный Т. Код в регистре может отображать угол от 0 до 2 л, соответственно младшие 1 - (п - 1) разряды отображают угол от 0 до л. Следовательно, временной интервал на выходе пре 50 55 импульсов из выходного напряжения зп(111+6образователядлительностью от 0 до Т эквивалентен углам от 0 до Й . Наличие нуля в старшем и разряде регистра 8 указывает на то, что преобразовательный угол должен быть в зоне (половина) окружности от 0 до У, а наличие единицы указывает зону от./с до 2 У;Импульсы с выходов формирователей 5 и 6, представляющие начало и конец временного и нте рвала действительного положе ни я вала, а также временной интсрвал заданного положения вала с выхода блока преобразования 7 кода во временной интервал поступают на дискриминатор 9 временных интервалов. Он сравнивает два временны интервала и выдает импульс по одному из трех выходов на блок 10 управления напрдвлеш 1 ем вращения. По первому выходу импульс появляется тогд 1, когда временной итервал ;ц иствительного положения валя 1 больше, чем временной интервал заданного положения вала т . По второму выоду появляется применьше, чем 1, и по третьему при. равномКак уже было сказано, зонд заданш 1 го положения угл определяется состоянием старшего разряд регистра 8. Зонд действительного по,ц 1 жсния угла определяется значением рямоугольного овриоо нпряжения, формирхсмого из иггюцего фзаир- натечь ппряжения, в момент появления импульса с выход формирователя 5 импульсов. Появление этого импульса при низком хров- НС ОПОРНОГО НРЯЖЕНИЯКс 1 ЛЫВЕТ НД ТО, что действитегьное положение вла ндходитс 51 в предег 11 х От 0 ло и,появлегп 1 с при положите,1 ьном значении ндпряжения соответствует углам от т до 2 ч. Анализ происходит в бгОк 10 управления направлением вращения, для чего питающее фазоврацатель 4 напряжение и импульс с выход формирователя 5 поданы на его первый и пятый входы. На второй, третий и четвертый входы блокаО поданы их 1 пхльсы с выходов дискриминатора 9,на остальные воды - нуль и единица старшего разряда регистра 8, а на его пятый, шестой и СЕДЬ 10 й ВХОДЫ ПОДНЫ ИМПУЛЬСЫ С ВЫХОДОВ дискриминатора 9 временных интервалов. Блок0 управления направлением вращения анализирует комбинацию сигналов и по первому в.ходу выдает импульс нд усилитель 11 на вр 1 цсние влево, а го второхх выходу выдает н вращение вправо. Усилитель 11 управляет ШД 12, который кинематически связан с валом фазовращатсля 4.Вра 1 ценис вала фдзовращателя происходит до тех пор, пока длительность импульса по первому или по второму выходу дискриминатора 9 временны интервалов не станет равной нулю и не появится импульс по третьему входу, причем при условии совпадения зон действительного и заданного углов. В этом случае временные интервалы 1693417и 1 равны и каждый из них выражает угол в одной и той же зоне либо от 0 до л, либо от л до 2 л. Следовательно, действительный угол сравнивается с заданным углом и на этом преобразование кода в угол поворота вала заканчивается. 5Блок 10 управления направлением вращения имеет семь входов 13, 14, 15, 16, 17 18 и 19 и два выхода 20 и 21. Состоит из формирователя 22 опорного напряжения. инвертора 23, триггера 24, девяти элементов И от И 25 до И 33, элементов ИЛИ 34 и 35, 0Определим направление вращения вала при всевозможных ссютношениях действительного и заданного положений вала.Обозначим наличие импульсана выходе формирователя 5, т. е. на первом входе 13 блока 1 О, через ФИ 1. Потенциал на нулевом выходе старшего разряда регистра 8, т. е.на входе 15 блока 10, через и, соответственно на входе 16 блока 10, поступающий с единичного выхода старшего разряда, через и. Положительное значение прямоуголь- ю ного опорного напряжения на выходе формирователя 22, формируемого от напряжения на входе 14 блока 10, обозначим через ОП, а низкий уровень напряжения через ОП. Наличие импульса на входе 17 блока 10 через (1 )1 ), так как импульс с первого выхода дискриминатора 9 временных импульсов появляется тогда, когда временной интервал действительного положения вала больше временного интервала заданного положения вала. Соответственно обозначим 30 наличие импульса на входах 18 и 19 через Яи р -- ). Импульс на первом вйходе 20 блока 1 О будем считать поступающим на вращение ШД влево и обозначим через ЛЕВО, а импульс на втором выходе 21 соответственно - ПРАВО.35Информация А =ЯР 7 ЛУиХУОРЯ ПАХАРИ 1, где знаки Л, Ч обозначают логическое умножение и сложение, характеризует то, что действительный и заданный углы находятся в одной и той же зоне, т. е. на одной и 40той же половине окружности, либо от 0 до л, либо от л до 2 л. Эта информация запоминае 7 ся на триггере.Информация А - бТГЛПЛФИ 1 моПЛЛЛфит, характеризует то, что действительный и заданный углы находятся в разных зонах. Пер. вый член суммы, например, выражает то, что действительное значение угла находится от 0 до л, а заданное значение угла - от л до 2 л. Эта информация также запоминается. б8При соотношении А Лвращение вала должно быть вправо, так как действительный угол меньше заданного и находится в одной зоне.Нетрудно увидеть, что при соотношении 4 д(1 З )1 Я) вращение вала должно быть вправо, а при соотношении Ал( ) - влево.3 эВозможен случай (т -- ( ) А, т. е. действительный и заданный углы дают временные интервалы одинаковой длительности, но находятся на разных половинках окружности. Рассогласование между углами равно л. В этом случае можно вращать вал фазовращателя, например, влево.Итак, ЛЕВО = А А) 1) ЧАЛ()ЪАД(1 Я = (Я)ПРАВО = А(1 1)7 АА(1 )1) Блок 10 управления направлением вращения, изображенный на фиг. 2, реализует приведенные функции. Формирователь 22 опорного напряжения из синусоидального напряжения формирует прямоугольное напряжение, причем появление импульса ФИ 1 при низком уровне этого напряжения должна указывать зону действительного значения угла от 0 до л. Потенциал на выходе формирователя 22 представляет ОП. С выхода инвертора 23 снимается ОП. Элементы И 25, 26, 27, 28 и триггер 24 реализуют и запоминают А и А. Высокий потенциал на нулевом выходе триггера 24 означает наличие А, а высокий потенциал на единичном выходе - наличиеА На элементах И 29, 30, 31, 32, 33 и ИЛИ 34, 35 реализуются функции ЛЕВО и ПРАВО.Отсутствие импульсов на выходах 20 и 21 блока 10 управления направлением вращения характеризует отработку рассогласования, т. е, окончание преобразования кода в угол поворота.Как уже было сказано выше, временной интервал, соответствующий действительному положению вала, не содержит погрешности от изменения внешних условий, от старения элементов, поэтому предложенный пре. образователь код-угол имеет более высокую точность.Повышается разрешающая способность преобразователя, так как он работает с удвоенным временным .интервалом.Предлагаемый преобразователь позволяет строить более качественные системы управления объектами, что приводит к экономии материальных средств.Соотношение Ал (1 )1 ) характеризует, что действительный и заданный углы находятся в одной зоне, причем действительный угол больше заданного угла. Для отработки рассогласования по кратчайшему пути вращение вала фазовращателя должно быть влево. Формула изобретения Преобразователь код-угол, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого подключен ко входу фазовращателя, ре 6934 1 бгистр, усилитель, соединенный с шаговым двигателем, который кинематически соединен с фазовращателем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены блок преобразования кода во временной интервал, дискриминатор временных интервалов, блок управления направлением вращения фазовращателя и формирователи, выходы фазовращателя через соответствующие формирователи соединены с первыми входами блока преобразования кода во временной интервал, блока управления направлением вращения фазовращателя и дискриминатора временных интервалов и вторым входом дискриминатора временных интервалов, третий вход которого соединен с выходом блока преобразования кода во временной интервал, а выходы соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока управления направлением вращения фазовращателя, выходы которого соединены со входами усилителя, выход блока формирования синусоидального напряжения соединен с пятым входом блока управления направлением вращения фазовращателя, выходы младших разрядов регистра соединены с соответствующими входами блока .преобразования кода во временной интервал, а выходы старших разрядов регистра подключены к соответствующим входам блока управления направлением вращения фазовращателя.2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления направлением 10вращения фазовращателя выполнен из элементов И и ИЛИ, интвертора, формирователя опорного напряжения и триггера, первые входы первых четырех элементов И объединены и подключены к первой входной клемме, вторые входы второго и третьего элементов И через инвертор соединены со вторыми входами первого и четвертого элементов И и через формирователь опорного напряжения - с пятой входной клеммой, третьи входы первого н третьего, второго и четвертого элементов И объединены и подключены соответственно к входным клеммам старших разрядов, выходы всех четырех элементов И соединены со входами триггера, первый выход которого соединен с первыми входами пятого и девятого элементов И, а второй - с первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И, вторые входы пягого и восьмого элементов И и шестого и девятого обьедпнены и подключены соответственно ко второй и третьей входным клеммам, второй вход седьмого элемента И подключеп к четвертой входной клемме, выходы пятого. шестого, седьмого, восьмого и девятого через соответствующие элементы ИЛИ подключены к выходным клеммам. Источники информации,; рпнятыс во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССР."А 285372, кл. 6 08 С 9/00, 1970.2. Авторское свидетельство СССРМ 410433, кл. б 08 С 9/00, 1971 (прототип).Составитель И. Назаркина Редактор Л, Алексеенко Техред О. Луговая Корректор Е. Лукач Заказ 6304(21 Тираж 710 Подписное ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4