Преобразователь угла поворота валав код

Союз Советских Социалистических Республик(511 М. К . с присоединением заявки Йо С 08 С 9/04 Государственный комитет СССР но делам нзобретеннй н открытнй(23) Приоритет Опубликовано 230681. Бюллетень Й 9 23 Дата опубликования описания 23. 06.81(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОДИзобретение относится к системаяГ автоматического контроля и регулирования, а именно, к устройствам для преобразования угла поворота вала в дискретный электрический сигнал.Известно устройство, содержащее последовательно включенные генератор опорного напряжения, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, синусно-косинусный делитель на 1 О пряжения, выполненный, например, в виде синусно-косинусного вращающегося трансФорматора-приемника, и блок формирования полезного сигнала,выполненный, например, в виде последо вательно включенных усилителя, двигателя и индикаторного блока, причем выход вала двигателя подключен к ин" дикаторному блоку и к валу синусно-: косинусного вращающегося трансформа" 20 тора-приемника 1 .Недостаток этого .устройства - низ-. кая точность преобразования, обусловленная неперпендикулярностью вто-. ричных обмоток синусно-косинусных вра 25 щающихся трансформаторов датчика и приемника.Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом блока Формирования полезного сигнала, другой вход которого через фильтр выс ших гармоник соединен с выходом сумматора, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединен с обмотками .синхронизации синусно-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, два одновибратора,два ключа и два расширителя импульсов, входы одновибратора подключены к выходу генератора опорного напряжения, а их выходы соединены с входами соответствующих расширителей импульсов и с соответствующими квадратур" ными входными обмотками синуснь-косинусного вращающегося трансформатора-датчика, выходы расширителей импульсов соединены с управляющими входами ключей, сигнальные входы которых подключены к соответствующим квадратурным выходным обмоткам синусио-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходы ключей соединены со входами сумматора 2 Д.В этом устройстве первичные квадратурные обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) 840998( 2 скьт скьтГо(1)где ДЬ- длительность импульсон,поступающих нр запитку первичных обмоток СКВТ-датчика;ТС, - период повторения импульсныхсигналов, поступающих на запитку СКВТ.Причем, для получения высокогобыстродействия преобразователя период 55повторения импульсных сигналов долженбыть равен 60 датчика запитываются прямоугольнымиимпульсными сигналами О (с) и О(С)с длительностьюСА ТсСт р , гдеТ- постоянная времени СКВТ,сдвинутыми во времени относительно другрруга на - Т, где Т,- период Понто1рения импульсных сигналов О(с) иО (с).При эапитке первичных обмотокСКВТ-датчика импульсными сигналамиО(с) и О(с) на выходных синуснойи косинусной обмотках, соответственно,индуктируются импульсные сигналырассогласования Окрас,(с) и Оорссс,(")амплитуды которых пропорциональны углу рассогласования между валом СКВТдатчика и приемника. С помощью ключейимпульсные сигналы рассогласованияОров, (с) и О 2 рсо,(с) отделяются отдругих сигналов, не несущих информа"цию об измеряемом угле, а затем . 20суммируются друг.с другом,Из полученного суммарного импульсного сигнала рассогласования выделяется первая гармоника с частотой ОЗОДИамплитуда которой пропорциональна без 25учета технологических погрешностейСКВТ-датчика и приемника, обусловлен.ных неперпендикулярностью их вторичных обмоток углу рассогласованиямежду валом датчика и приемника. Синусоидальный сигнал рассогласованияпоступает на обмотку управления двигателя который, вращаясь разворачивает вал СКВТ-приемника до устранения углового рассогласования.При этомугол вала СКВТ-датчика равен углувала СКВТ-приемника, а.индикаторныйблок, установленный на валу СКВТ-приемника, указывает числовой эквивалентизмеряемого угла вала датчика.При реализации преобразователя для 40исключения влияния переходных процессов, возникающих при импульсной запитке первичных обмоток СКВТдатчика, и отрицательно сказывающихсяна точности преобразователя, должныбыть выполнены соотношения(1Шпред.где Юпро, - предельная для данного класса СКВТ частота переменного напряжения, поступающего на запитку СКВТ-датчика.Указанные соотношения выполняются для большинства многополюсных СКВТ,у которых постоянные времени Тс очень малы, т,е; /т ыСВЬт (4)дреК таким СКВТ относятся индуктосины, редуктосины и другиетипы СКВТ.Однако на практике н ряде случаев применяются СКВТ с большими постоянными времени (двухполюсные СКВТ), у которых условие (1) не выполняется, так какТ Ъ)скат ыК числу таких СКВТ относятся, например, серийно выпускаемый двухполюсный СКВТ типа ВТ, у которого ТскЬс 10 млс, а 1 Юреб1 мс. В этом случае практическая реализация известного устройства усложняется в связи с появлением больших переходных процессов на выходе СКВТ-приемника, возникающих при эапитке первичных обмоток СКВТ-датчика импульсными сигналами.Следовательно, влияние переходных процессов, возникающих при импульснои запитке СКВТ, на ныходнои полеэныи сигнал рассогласования и на точность преобразователя особенно сказывается при построении преобразователя на основе СКБТ с большими постоянными времени.Цель изобретения - повышение точности преобразователя путем исключения влияния переходных процессов на точность преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что н преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, фильтр высших гармоник, подключенный выходом к входу блока формирования полезного сигнала, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединены с обмотками синхронизации синус- но-косинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходные обмот-. ки которого через первый и второй ключи подключены к входу сумматора, введены третий, четвертый и пятый ключи, блок согласования, инвертор, два нуль-органа и делитель частоты, причем выход генератора опорного напряжения подключен к входу блока согласования, первый выход которого через третий и четвертый ключи подключен к соответствующим входным обмоткам синусно-косинусного вращающегося трансФорматора-датчика и через первый нуль-орган подключен к управляющему входу пятого ключа, выход . ,которого соединен с входом Фильтра высших гармоник, информационный вход пятого ключа подключен к выходу сумматора, второй выход блока согласования через второй нуль-орган подключен к входу делителя частоты, выходкоторого подключен к управляющимвходам первого и третьего ключей ичерез инвертор - к управляющим входамвторого и четвертого ключей.На фиг.1 приведена структурнаясхема преобразователя угла поворотавала в код; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобра-,зователя.Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 опорного. напряжения, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик2, синуско-косинусный вращающийсятрансформатор-приемник 3, ключи 4-8,сумматор 9, фильтр 10 высших гармоник, блок 11 формирования полезногОсигнала, состоящий из усилителя 12,двигателя 13 и индикаторного блока14, блок 15 согласования, нульорган 16, делитель 17 частоты, инвертор 18, нуль-орган 19, блок15 согласования, выполненный в видетрансформатора, работающего в режиме трансформатора тока.Синусно-косинусный вращающийсятрансформатор (СКВТ)-датчик 2 имеетдве квадратурные первичные обмотки,которые через ключи б и 7 подключенык первому выходу блока 15 согласования, вход которого подключен квыходу генератора 1, СКВТ-приемник3 имеет две квадратурные вторичные,обмотки, которые через ключи 4 и 5подключены к входу сумматора 9, выход которого через ключ 8 и фильтр10 высших гармоник подключен к входублока 11 формирования полезного сигнала.Второй выход блока 15 согласования подключен через нуль-орган 16к входу делителя 17 частоты, выходкоторого подключен к управляющимвходам ключей 4 и 6 и через инвертор 18 к управляющим входам ключей5 и 7. Первый выход блока 15 согласования подключен также ко входунуль-органа 1".,выход которогоподключен к управляющему входу ключа 8,Преобразователь угла поворотавала в код работает следующим образом.С выхода генератора 1 (фиг.1)синусоидальный сигнал (фиг.2 а)поступает на вход блока 15 согласования с первого выхода которогоон через ключи б и 7 поступает назапитку первичных квадратурных обмоток СКВТ-датчика 2. Так как один иэключей, например б, находится внормально разомкнутом положениИ,а другой ключ 7 за счет инвертора 18находится в нормально замкнутомположении, то в зависимости от коммутирующего сигнала, поступающегона управляющие входы ключей б и 7,напряжение с выхода генератора1 поступает или на эапитку синус- .ной первичной обмотки СКВТ-датчика 2 (через ключ б) или на запитку косинусной первичной обмотки СКВТ-датчика 2 (через ключ 7), При подключении одной иэ первичных обмоток СКВТ- датчика 2 к выходу генератора 1 через первичную обмотку блока 15 согласования протекает ток 3 равный по амплитуде1 10 где 0 - напряжение генеоратора 1;сывт, Хсквт в ное индутивное сопротивление первичнойобмотки СКВТ-датчика 2;Х - индуктивное сопро.тивление первичнойобмотки блока 15согласования 15,и сдвинутый по фазе относительно вектора выходного напряжения генератора 25 1 на угол , равный 15 20(хскь 1." хднф )сквт ЗОпри т. скьт .тя скьт Ф что выполняется за счет выбора соответствующих параметров блока 15 согласования, который работает в режиме трансформатора тока, при этом напряжение, наведенное во вторичной обмотке согласующего блока 15, совпа дает на фазе с вектором тока, протекающего через первичную обмотку СКВТ-датчика 2. Из напряжения, снимаемого совторого выхода блока 15 согласованияс помощью нуль-органа 16, формируютсяпрямоугольные импульсы (типа меандр) 55 (фиг.2 б), которые затем поступаютна вход делителя 17 частоты, состоящего, например, иэ й последовательновключенных триггеров, где М 1,22.На выходе делителя 17 частоты Формищ руются положительные. прямоугольныеимпульсы. низкой частоты (фиг.2 г),"оравной Сд,цффСдр -где К) 2, 4,которые поступают непосредственно на Так как Хсквт)72 сквт (что обыч но выполняется на практике), тоР=900, при этом напряжение на втором выходе блока 15 согласования также сдвинуто относительно векторавыходного напряжения генератора 1на 90 (Фиг.2 б), 840998С помощью ключа 8, управляемогоот выходных прямОугольных импульсовнуль-органа 19, из синусоидальногосигнала рассогласования выделяютсяположительные (или отрицательные,в зависимости от знака рассогласования) полуволны, постоянная составляющая которых (фиг.2 н,и,к) - Орос.используется в качестве полезногоуправляющего сигнала, поступающегочерез фильтр 10 высших гармоник иусилитель 12 на обмотку управлениядвигателя 13. Под воздействием управляющего сигнала Орос, двигатель 13разворачивает вал СКВТ-приемника 3до устранения сигнала рассогласования.При .этом, угол поворота валаСКВТ-приемника 3 равен углу поворота вал СКВТ-датчика 2, а индикаторный блок 14 указывает чйсловой эк"вивалеит измеряемого угла без учетапогрешностей, обусловленных неперпендикулярностью вторичных и первичных обмоток. СКВТ-датчика 2 и СКВТприемника 3, соответственно,50 управляющие входы ключей 4 и б ичерез инвертор 18 на управляющие входыключей 5 и 7. Причем за счет включения инвертора 18,положительные импульсы, поступающие на управляющиевходы ключей 5 и 7 (фиг.2 е) сдвинутыво времени относительно положительныхимпульсов, поступающих на управляющие входы ключей 4 и б на величину,равнУю - Т, гДе Т1 12 К К сдФПри воздействии управляющих (по Оложительных) импульсов ключи б и 7поочередно включаясь, пропускают выходное напряжение генератора 1 назапитку синусной обмотки (фиг.2 д)эа период 0 4 - Тх, а затем и,ко 15синусной обмотки (фиг.2 и) за период1Ф2 Т 6 4 Тх СКВТ-датчика 2,При эапитке первичных обмоток 20СКВТ-датчика 2 прерывистыми синусоидальными сигналами О (с) ключ б,(фиг.2 д) и О(с) ключ 7 (фиг.2 и).на выходных вторичных обмоткахСКВТ-приемника 3 также формируютсяпрерывистые синусоидальные сигналы0(с) (на выходе синусной вторичнойобмотки СКВТ-приемника 3) и 04 (с)(на выходе,косинусной вторичной обмотки СКВТ-приемника 3), образованные, соответственно, опорными сигналами 04(с) и 0(,С) Сигналы 0(С) и04 (1) с ВыхОДОВ ВтОричных ОбмОтОкСКВТ-приемника 3 поступают черезключи 4 и 5, которые поочередноВключаются от выходных импульсов делителя 7 частоты и инвертора 18 навход сумматора 9, на выходе которогоформируется синусоидальный сигналрассогласования (фиг.2 и).40 При коммутации первичных обмотокСКВТ-датчика 2 в электрической цепиобмотки возбуждения, представляющейсобой комбинацию резистора В и катушки индуктивностиСКВТ (цепи й)возникают переходные процессы, которые обуславливаютпоявление, на выходе вторичных обмоток СКВТ-приемника3 параэитных импульсных сигналов(помех),Для исключения паразитного импульсного сигнала (помехи), наличиекоторого в выходной цепи преобразователя приводит к прямой погрешности преобразования, в данном преобразователе начальная фаза опорногонапряжения за счет дополнительновведенных элементов и выбора соответствующей структурной схемы преобразователя всегда равна фазовомусдвигу вектора тока в цепи возбуждения и воздействующего опорного напряжения.Амплитуда импульсного сигнала(помехи) равна нулю, т.е. в процессекоммутации обмоток переходных процессов практически не возникает и в.цепи сразу же устанавливается ток(или напряжение) стационарногорежима,Для исключения небольших по величине и длительности выбросов,возникающих при коммутации обмотоквследствие различных паразитных емкостных связей между проводами цепейсинхронизации (фиг.2 н), гармонический сигнал рассогласования проходитчерез ключ 8, включение которого производится выходными прямоугольнымиимпульсами нуль-орган 19, сдвинутымипо фазе относительно Опорных импульсов нуль-органа 1 б на 90 О. В этомслучае (фиг.2 к) паразитные выбросы,возникающие в момент коммутации обмоток, не проходят через ключ 8,и следовательно, не влияют на точность преобразователя,Формула изобретенияПреобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор опорного напряжения, фильтр высших гармоник, подключенный выходом к входу блока форМирования полезного сигнала, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, обмотки синхронизации которого соединены с обмотками синхронизации синуснокосинусного вращающегося трансформатора-приемника, выходные обмотки которого через первый и второй ключи подключены к входу сумматора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены третий; четвертый и пятый ключи, блок согласования, инвертор, два нуль-органа и10 делитель частоты, причем выход генератора опорного напряжения подключен к входу блока согласования,первый выход которого через третийи четвертый ключи подключен к соответствующим входным обмоткам синусно-косинусного вращающегося трансформатора-датчика и через первыйнуль-орган подключен к управляющему входу пятого ключа; выход которого соединен с входом фильтравысших гармоник, информационныйвход пятого ключа подключен к выходу сумматора, второй выход блокасогласования через второй нуль"орган подключен к входу делителячастоты, выход которого подключен куправляющим входам первого и третьего ключей и через инвертор - куправляющим входам второго и четвертого ключей.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Ахметжанов А.А. Высокоточныесистемы передачи угла автоматических устройств. М., "Энергия",1975,Се бе2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 1648447/18-24,кл. С 08 С 9/04, 1978, (прототип),840998 оставитель Е, ВударинаекреД С. МигуноваКорректор В. СиницкаяЕремеев едак акав 47е Ве Юав Фв 4 Вииал ППП фПатент", г. Уагород, ул. Проектная,Тираа б 91 ВНИИПИ Государственного коми