Преобразователь угла поворота вала в код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11 734775 Союз СоветскииСоциалистическикРеспублик(23)Приоритет ио йеиам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для преобразования угла поворота вала вцифровой эквивалент,Известно, что прецизионные преобразователи угол-код обычно строятся как двух-В или трехотсчетные системы, так как повышение точности одноотсчетного преобразователя ограничивается технологическими трудностями изготовления кодируюшего элемента ( КЭ), инструментальной погреш 10 ностью аналоговых узлов, а также предельной ошибкой квантования, определяемой граничным быстродействием логических схем, образующих отсчетную часть преоб 15 раз ователя.Измерение углового положения вала с помощью многоотсчетных преобразователей делает необходимым согласование соседних отсчетов для устранения погрешности измерения, равной весу младшего разряда грубого отсчета (ГО). Для согласования отсчетов корректируют показания канала ГО по результатам анализа показа 2ний каналов ГО и точного отсчета (ТО). Анализ показаний и корректировка. осушест вляются с помощью согласующего устройства, логика работы которого определяет-ся принятой в преобразователе методикой получения числового эквивалента угла.Один из распространенных методов преобразования угла в код включает в себя предварительное преобразование угла в изменение фазы электрического сигнала и далее в интервал времени, заполняемый импульсами стабильной частоты, число которых будет пропорционально искомому перемещению вала 1,Код угла в подобных преобразователях формируется с помощью счетчиков ГО и ТО, Суть согласования отсчетов заключается в том, что в преобразователь вводится согласующий разряд (СР) и необходимость введения поправки в ГО определяется логическим анализом показаний старших разрядов ТО и СР при условии совмещения фнулейф ТО и ГО, что достигается первоначальной установкой статора фазовраша3 7 Зтоля ГО таким образом относительно статора ТО, чтобы фнуль" ГО совпадал с каким-либо "нулемф ТО, Поправка в этомслучае вводится путем алгебраическогосложения единицы с показаниями ГО, идля введения поправки преобразовательснабжается комбинационными сумматорами,количество которых равно числу разрядовв счетчике ГО, В этом случае отпадаетнадобность в комбинационных сумматорах,Дальнейшее упрощение схемь 1 согласующего устройства и преобразсвателя в целомдостигается за счет органиэации сдвигапнули" ГО относительно "нуля" ТО наугол, равный половине зоны согласованияБлок-схема подобного преобразователясодержит фаэовращатели точного и грубого отсчетов, соединенные между собой,каждый из которых соответственно черезпервый и второй нуль - детекторы подключены к одним из входов соответствующихтриггеров, выходы которых соединены спервыми входами элементов И. Выход первого элемента И подключен к одному извходов счетчика точного отсчета, а выходвторого элемента И - к первому входублока согласования отсчетов. Источникпитания подключен к фазовращателям точного и грубого отсчетов, к третьему нульдетектору и умножителю, выходы которого соединены со вторыми входами элементов И. Выход третьего нуль-детектора соединен со входом третьего триггера, первый выход которого соединен с другимивходами первого и второго триггеров и совторым входом блока согласования отсчетов. Второй выход третьего триггера соединен с третьим входом блока согласования отсчетов, выход которого соединен содним из входов счетчика грубого отсчета, Выход счетчика точного отсчета соединен с четвертым входом блока согласования отсчетов 2,Известный преобразователь имеет следующие недостатки.Для получения на выходе преобразователя кода, соответствующего углу поворота вала, необходимо совмещать "нуль"фазовращателя ТО с нулем вала, а фазовращатепь ГО устанавливать в такое положение, при которск импульсы приращенияугла в канале ГО будут выдаваться в окресжостях точек 4775 4Осуществить подобную выставку и точно зафиксировать фазовращатели в нужном положении можно только с помощью механи 50 55 где Х - количество полных половин полюсов датчика ТО, укладывающихся в угол ,5 с 15 2 С 25 )С 35 40 45 ческого узла, усложняющего крепление статоров и вносящего дополнительную погрешность в общую погрешность преобразователя,Кроме того, в последнее время в качестве фазовращателей стали применяться датчики совмещенного типа, например поворотные трансформаторы, у которых обмотки ТО и ГО имеют общий магнитопровод, В случае применения подобных фадсвращателей невозможно осуществить меха- нический разворот фазовращателя ГО относительно фазовращателя ТО, так как у них общие статор и ротор.Целью изобретения является повьлцение надежности путем расширения допустимой зоны рассогласования между "нулем" вала и "нулем" фазовращателя точного отсчета, а также между фазовращателем грубого отсчета и точного отсчета за счет введения поправок, учитывающих истинное положение фазовращателей, в счетчики ГО и ТО при начальной установке и поправки к результирующему коду.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угла поворота вала в код введены запоминающие. устройства и сумматор. Выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом сумматора, первый выход третьего триггера соединен со входом второго и третьего запоминающих устройств. Выход второго запоминающего устройства соединеч с другим входом счетчика точного отсчета, другие выходы которого соединены со вторым входом сумматора. Первый выход третьего запоминающего устройства соединен с другим входом счетчика грубого отсчета и с пятым входсм блока согласования отсчетов, выход счетчика грубого отсчета соединен с третьим входом сумматора.Структурная схема преобразователя представлена на фиг, 1, на фиг. 2-изображена диаграмма, поясняющая определение кодов поправок. Преобразователь угла поворота вала 1 в код содержит (см. фиг. 1) источник питания 2, фазовращатель 3 точного отсчета (ФВТО), фазовращатель 4 грубого отсчета (фВГО), нуль-детекторы 5-7, триг. геры 8-10, умножитель частоты 11, элементы И 12, 13, счетчик 14 ТО, счетчик 15 ГО, блок 16 согласования отсчетов, который состоит из элемента И 17, триггеров 18 и 19 и элементов ИЛИ 20, 21,7 73477цена отсчетной единицы, определяемая изравенства23 Сь,с =2" ф) где т 1 - суммарное число разрядов в счетчиках ТО и ГО, исключая разрядсогласования.Коц поправки в ЗУ 24 равен числуйрК.,гце К - целое число дискретов, укладывающихся в угол р оВ качестве ЗУ могут использоваться,например, группы вентилей, выполнвнныхна микросхемах серии 134, потенциальные входы которых постоянно подключенык шинам "5 Вф или "общий" в зависимости 15от того, код "1" или "О" должен храниться в данной ячейке. При подаче на вторыевходы элементов И импульса опроса навыходах элементов И появляется импульсный код, соответствующий хранимому в 20данном ЗУ числуПри переустановке фазовращателей навалу 1 новые коды поправок заносятсяв ЗУ перекоммутацией шин памяти. Послевнесения в ЗУ кодов поправок преобразователь готов к работе,По выходным сигналам источника питания 2, принятым в качестве опорного напряжения и описываемым равенствомО==Оему-,в нулевом детекторе 5 вырабать 0ваются короткие импульсы, совпадающиево времени с моментами перехода сигнала О через нудь от отрицательной подуволны к положительной, которые воздействуют на счетный вхоц триггера 8. На каж цые цва импульса, поступающих на счетный вход триггера 8, с его выходов выдается по одному етарт-импульсу и по одному импульсу согласования, причем еслистарт-импульс выдается по кажюму нечет 40ному входному импульсу, то импульс согласования выдается по каждому четномувходному импульсу (или наоборот), Стартимпульс всегда отстоит от импульса согласования на время, равное одному пери 45оду опорного напряжения. Со старт-импульса начинается цикл преобразования,Нуль-детекторы 6 и 7 формируют стопимпульсы в моменты времени, совпадающие с точками перехоца через нуль сигна 50ловО иЦ от отрицательной полуводныф 6 рек положительной.Цикл преобразования начинается состарт-импульса. Стартимпульс осуществляет запись в счетчики 14 и 15 ТО и55ГО кодов поправок из ЗУ 22 и 23. Крометого, страъ-импульс устанавливает тритгер 19 блока согласования в нуль, а 5 8триггер 18, являющийся разрядом соглаования, в состояние "О" или ф 1" в зависимости от кода поправки в ЗУ 23, Если число К, определяемое из равенства (3), четное, то в младшем разряде ЗУ 23 записан "нуль" и триггер 18 по старт-импульсу устанавливается в "нуль", а если К 4 - нечетное, то в младшем разряде ЗУ 23 "единица" и триггер 18 по стратимпульсу устанавливается в "единицу".Необходимость подобной установки триггера 18 связана с тем, что в счетчике ТО 15 можно фиксировать только целые полюса, половины же полюсов фиксируются в разряде согласования.Стар-импульс также устанавливает в "единицу" триггеры 9 и 10, разрешая тем самым прохождение импульсов заполнения с умножителя частоты 11 через элементы И 12 и 13. В результате в счетчиках 14 и 15 начинают формироваться коды, соответствующие углам поворота вала 1, отсчитанные не от истинных нулей" фазавращателей, а от их скорректированных положений.Стоп-импульсы устанавливают триггеры 9 и 10 в состояние нуль", и элементы И 12, 13 закрываются, Первый цикл преобразования на этом заканчивается. В счетчиках ГО и ТО зафиксированы коды, пропорциональные углам поворота вала, отсчитанные от скорректированных нулей" фазовращателей, Для получения в счетчиках 14 и 15 числа, пропорционального углу поворота вала относительно общей точки отсчета, совпадающей со скорректированным фнулем" ТО, осуществляется операция согласования, т.е. импульс согласования, вырабатываемый в триггере 8, проходит через элемент И 17, если старший разряд счетчика ТО 14 стоит после окончания первого дикла преобразования в состоянии фО, Импульс согласования, прошедший через элемент И 17, добавится к содержимому счетчика ГО 15 только в том случае, если по окончании первого цикла преобразования триггер 18 остался в состоянии "1 ", а триггер 19 - в состоянии фО".Для получения на выходе преобразователя кода числа, пропорционального углу поворота вала и отсчитанного относительно истинного, а не смещенного "нуля" вала, результирующий коц выводится в вычислительное устройство через сумматор ,25, осуществляющий алгебраическое сло,жение коца поправки Йрс кодом числа, зафиксированного в счетчиках 14, 15 пос 9 7347 че операции согласований. На этом заканчивается полный цикл преобразования,формула изобретенияПреобразователь угла поворота вала в код, содержащий фазоврашатели точного и грубого отсчета, соединенные между собой, каждый из которых соответственно че л рез первый и второй нуль-детекторы подключены к одним из входов соответствующих триггеров, выходы которых соединены с первыми входами элементов И, выход первого элемента И подключен к од ному из входов счетчика точного отсчета, а выход второго элемента И - к первому входу блока согласования отсчетов, источник питания подключен к фазоврашателям точного и грубого отсчетов, к третьему 20 . нуль-детектору и умножителю частоты, выходы которого соединены со вторыми входами элементов И, выход третьего нуль- детектора соединен со входом третьего триггера, первый выход которого соединенс другими входами первого и второго триггеров и со вторым входом блока согласования отсчетов, второй выход третьего триггера соединен с третьимвходом блока согласования отсчетов, выход которо 75 10го соединен с одним из входов счетчика грубого отсчета, выход счетчика точного отсчета соединен с четвертым входом блока согласования отсчетов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точйости преобразователя, в него введены запоминающие устройства и сумматор,выход первого запоминающего устройства сьединен с первым входом сумматора, первый выход третьего триггера соединен со входом второго и третьего запоминающихг устройств, выход второго запоминающего устройства соединен с другим входом счетчика точного отсчета, другие выходы которого соединены со вторь;м входом сумматора, первый выход третьего запоминающего устройства соединен с другим входы счетчика грубого отсчета и с пятым входом блока согласования отсчетов, выход счетчика грубого отсчета соединен с третьим входом сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Зверев А. Е. Преобразователь угловых перемещений в цифровой код, Л фЭнергияф, 1974, с. 153156.2. Заволокин А, К, Последовательные преобразователи непрерывных величин в числовые эквиваленты, И., Госэнергоиздат, 1962, с. 61-63 (прототип).