Преобразователь код-угол

54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД-У вогорыйвходамиинтер Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам, преобразующим цифрово код в угловое перемещение, и может быть использовано в системах управления, имеющих в своем составе источ. ники цифровой информации, например цифровые вычислительные машины, запоминающие устройства и др.Известен преобразователь код-угол состоящий из фазовращателя, формирователя синусоидального напряжения, подключенного к одному из входов и-тактного генератора импульсов через пересчетную схему, счетчика входного кода, переключателя выходов генератора, триггера строба, схемы сравнения, усилителя и исполнительного двигателя 11.Однако изменение внешних условий и старение элементов приводит к возникновению дополнительных сдвигов фазы выходного напряжения фазовращателя. В связи с этим появляются дополнительные погрешности преобразования кода в угол поворота вала.Известен также йреобразователь код-угол, содержащий усилитель, подключенный по входам к выходам блока управления направлением вращения, а по выходу - к двигателю, который кинематически соединен с фазовращателем, формирователи импульсов, подключенные к выходам фазовращателя, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого соединен с входами фазовращателя и блока управления направлением вращения, другие входы которого соответственно соединены с выходом старшего разряда регистра, с тремя выходами дискриминатора временных интервалов и с выходом перформирователя импульсов, котокроме того, соединен с первымиблока формирования временныхвалов и дискриминатора временных10 20 25 30 35 40 45 50 55 интервалов, второй и третий входы которого соответственно соединены с выходом второго формирователя импуль" сон и с первым выходом блока формиронания временных интервалов, соотнетстнующие входы которого соединены с выходами младших разрядов регистра 23.Недостаток этого преобразователя заключается в том, что погрешности от изменения внешних условий и от старения элементов практически трудно полностью исключить.Цель изобретения - повышение точности преобразователя код-угол.Поставленная цель достигается тем что н преобразователь код-угол, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и блок формирования синусоидального напряжения, выход которого соединен со входом фазовращателя и с первым входом блока управления направлением вращения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами дискриминатора временных интервалов, пятый вход блока уп равления направлением вращения соединен с выходом старшего разряда регистра, выходы блока управления направлением вращения через усилитель соединены с двигателем, который кинематически соединен с валом фаэонращателя, Фаэосдвигающий блок, триггер и Формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом блока Формирования временных интервалов, цифровой вход которого соединен с выходами младших разрядов регистра, а.первый выход - с первым входом дискриминатора временных интервалов, введены сумматор и переключатель, управляющие входы которого соединены с выходами триггера, а сигнальные входы - с выходами фазовращателя, первый выход переключателя соединен со входом фазосдвигающего блока, выход которого соединен с одним входом сумматора, второй вход которого соединен со вторым выходом переключателя а выход - со входом Формирователя импульсов, второй выход блока формирования временных интервалон соединен с первым входом триггера, вторым нходом дискримина-тора временных интервалов и шестым входом блока управления направлением вращения, третий выход блока формирования временных интерналов соединен со вторым входом триггера, третьимвходом дискриминатора временных интервалов и седьмым входом блока управления направлением вращения, восьмой вход которого соединен с четвертым выходом блока формирования временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом генератораимпульсов.На фиг. 1 изображена структурнаясхема преобразователя код-угол; нафиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.Преобразователь код-угол содержитгенератор 1 импульсов, счетчик 2,блок 3. Формирования синусоидального,снапряжения, фазовращатель 4, переключатель 5, фазосднигающий блок 6,сумматор 7, триггер 8, Формирователь 9 импульсов, блок 10 Формирования временных интервалов, регистр 11,дискриминатор 12 временных интервалон, блок 13 управления направлениемвращения, усилитель 14, двигатель 15,Блок 10 формирования временных интервалов содержит счетчик 16 на(п + 2) разрядов, устройство 17 совпадения кодов н (и - 1) младших разрядах регистра 11 и со второго пои разрядах счетчика 16 и элементы И 18-20,Преобразователь код-угол работает следующим образом.Генератор 1 импульсон вырабатывает импульсы высокой частоты, которые поступают на вход счетчика 2. С выхода счетчика 2 снимается прямоугольное низкочастотное напряжение, иэ которого блок 3 формирования синусоидального напряжения формирует напряжение питания фазовращателя 4. Это напряжение (диаграмма 1, фиг. 2) используется также в качестве опорного, Первое и второе выходные напряжения фаэонращателя 4 через переключатель 5 соответственно поступают на Фазосднигающий блок 6 и сумматор 7 при первом положении триггера 8 переключения. При втором положении этого триггера, т.е. после переключения переключателя 5, выходные напряжения изменяют свое направление. Если вал фазонращателя 4 заранее повернуть на угол ;11/4 и принять это положение за начало .отсчета угла, то напряжение на выходе сумматора 7 при первом положении переключателя 5 выражается следующим образом+)7где с.- угол поворота вала датчика.При втором положении переключа теля 5 напряжение на выходе сумматора 7 равно 20 0 = 51 иЮсО 5 (+ ) сО 5 ОЙ 51 и(с у, +) = 51 и (иге -- а ) .1 О Причем эти напряжения соответствуют углу сЬ = 0 (диаграммы 2 и 3,фиг. 2). Фазы этих напряжений сдвигаются в противоположные стороны приизменении углового положения вала.Временной интервал, соответствующийразности фаз напряжений Ови О 8,сГвыражается О = 2 Йу= - , где Т - период напряжения питания фазовращателя 4, После переключения выходныхнапряжений возникают переходные процессы в переключателе и в датчике.Поэтому минимальный временной интервал не должен быть меньше некоторойвеличины, Для определенности эта величина принята равной Т. Тогда9 = - + Т при 0 д,(Т8: - при 7) . ( 23 .д.Т30При изменении угла поворота А отО до 3 Г , а также от У до 23 Г, временной интервал действительного положения валаизменяется от Т до 2 Т.За один оборот вала датчика временной 3интервал дважды изменяется от Т до2 Т. Соответственно с этим должен бытьпреобразован во временной интервалкод заданного положения вала,Формирователь 9 формирует фазовые 40импульсы при переходе напряжения навыходе сумматора 7 через нуль из,отрицательных значений в положительные. При первом положении триггера 8фазовые импульсы прмируытся из иа- аапряжения 5 и АТОС -4. ). Импульсы свыхода формирователя 9 поступают навходы элементов И 19, И 20 блока 10. 50Счетчик 16 блока 10 постоянно .считает импульсы генератора 1. Количество разрядов в счетчике 16 на два разряда больше, чем в регистре 11 преобразуемого кода, так как на переходные 55 процессы выделяется время не менее длительности одного периода Т питающего напряжения. При наличии кода 11 в старших (и+1) и (и+2) разрядах счетчика 16 элемент И 19 пропускает фазовый импульс рак ФИ 1, сформированный из 5 и(вС - - + д-). Этот импульс является началом временных интервалов действительного и заданного входным кодом положений вала ( и 1 З) (импульс ФИ для угла а 3 О обозначен диаграммой 4, фиг. 2). Знаки )( обозначают окрестность точки с большей или с меньшей стороны.Импульс ФИ 1 устанавливает счетчик 16 в нулевое состояниеперебрасывает триггер 8, который через переключатель 5 переключает выходные напряжения фаэовращателя 4, а также поступает на дискриминатор 12 и на блок 3.Код на счетчике 16 возрастает по мере поступления импульсов на его вход, Выходы с 2 по и разрядов этого счетчика и выходы спо иразрядов регистра 1 поданы на устройство 17. При совпадении кодов на выходе устройства 17 появляется импульс и поступает на вход элемента И 18. Разрешение на элементах И 18, И 20 возникает при коде 10 в (и+1) и (и+2) разрядах счетчика 16. Через промежуток времени после импульса ФИ 1, рав-ный Т, возникает код 1 О в (и+1) и (и+2) разрядах счетчика 16. Элементы И 18, И 20 открываются. В младших и разрядах счетчика 16 снова начинает возрастать код. В некоторый момент появляется второй импульс с выхода устройства 17 и проходит через элемент И 18 на дискриминатор 12 как импульс конца временного интервала заданного положения вала С. Длительность этого интервала может быть в пределах ТТ и выражает величину угла от 0 до У . Нулевое состояние старшего и разряда регистра 11 указывает на то, что заданный угол находится в пределах от 0 до У , а единичное состояние соответствует углам в пределах от У до 2 Х. Временной интервал заданного положения вала изображен на диаграмме 7, фиг. 2. Пунктирной линией обозначена возможная длительность временного интервала от минимального значения до максимального. При коде 10 в (и+1) и (и+2) разрядах счетчика 16 через элемент И 20 проходит второй фазовый импульс ФИ 2, который сформирован от напряжения7 85805 51 п(а 1 --). Импульс ФИ 2 является концом временного интервала действительного положения вала йд, На фиг.2 линия 5 изображает диаграмму появления импульса ФИ 2 для угла сд) О, 5 а 6 - длительность 1 д для сЪ О1Импульс ФИ 2 поступает на дискриминатор 12, блок 13, а через триггер 8 и переключатель 5 переключает10 выходные напряжения фазовращателя 4.При коде 11 в (и+1) и (и+2) разрядах счетчика 16 снова появляется импульс ФИ 1 и начинается новый цикл.С четвертого выхода блока 10 фор 15 мирования временных интервалов, т.е. с нулевого выхода и разряда счетчика 16, снимается временной интервалв виде положительного потенциала (диаграмма 8, фиг. 2), который поступает на блок 13. Длительность временного интервала й равна Т/2, периодичность Т. В принципе длительность временно 25 го интервала 1 .может равняться дли- тельности возможного относительного изменения от внешних факторов положения опорного напряжения и фазового импульса, При этом временной интер 30 вал С нужно формировать с помощью элемента И, входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов счетчика 16.На фиг. 2 диаграммы 9-18 изобра 35 жают аналогичные диаграммы 4-8 для углов Йд ( 7 Г и 3,д = - 35При изменении угла поворота вала фазовращателя от О до %.и от У до 2 длительность временного интервала СА (диаграммы 6, 11 и 16 на фиг. 2) изменяется от О до Т. Возникает неопределенность в определении действительного положения вала. Для устранения неопределенности используется знак опорного напряжения в момент появления импульса ФИ 1 или импульса ФИ 2. Если значение Йд находится в пределах от О до 3 Г/2 и от Т( до 3/2 , т.е. импульс ФИ 2 появляется при наличии временного интервала й, то значениеопределяется знаком опорного напряжения (диаграмма 1, фиг. 2) в момент появления ФИ 2. В этом случае изменение относительного положения ФИ 2 и опорного напряжения от внешних изменя. ющихся условий не приводит к ошибкам в определении угла Юд(диаграммы 1, 5 и 15, фиг. 2) . Если импульс ФИ 2 не;овпадает с временным интервалом то значение 4, определяется знаком опорного напряжения в момент появления ФИ 1, в этом случае также не возникает ошибка в определении (диаграммы 1 и 9, фиг, 2).Дискриминатор 12 сравнивает временные интервалы С и 1 и выдает сигнал по одному из трех выходов. По первому выходу сигнал появляется тогда, когда временной интервал 1 д больше, чем временной интервал й З ( Т д1 З ), по второму выходу - при Й ( 15, а по третьему выходу - при 1 д = 15. Эти сигналы поступают на блок 13, который коммутирует их соответствующим образом и выдает на усилитель 14 сигнал вращения "Право" с первого выхода или "11 ево" со второго выхода. Усилитель 14 управляет двигателем 15, кинематически связанным с валом фазовращателя 4, При отсутствии сигналов "Право" и "Лево" вал фазовращателя находится в покое. Это соответствует отработке рассогласования между углами д, и д., т.е. концу преобразования кода в угол поворотавала.На соответствующие входы блока 13, кроме сигналов с выхода дискриминатора 12 временных интервалов, поданы опорное напряжение, импульсы ФИ 1 и ФИ 2, временной интервал 1 и выход старшего и разряда регистра 11, Блок 13 представляет собой в основном логическое устройство, которое анализирует комбинацию входных сигналов и выдает на выходы сигналы "Право" и "Лево". В блоке 13 должны быть триггеры, так как нужно обеспечить логические операции между сигналами в разных циклах формирования сигналов "Право" и "Лево".В предлагаемом преобразователе код-угол, в отличие от известного, фазовые импульсы, определяющие начало и конец временного интервала действиФтельного положения вала, формируются,1 с помощью одной и той же группы элементов. Изменение внешних условий одинаково влияет на временное расположение первого и второго фазовых импульсов, поэтому во временном интервале действительного положения полностью отсутствуют ошибки от изменения внешних условий, от старения элеюентов. Следовательно, предлагаемый (преобразователь код-угол имеет более.ключатель/управляющие входы которого соединены с выходами триггера,сигнальные входы - с выходами фазовращателя, первый выход переключателя соединен со входом фазосдвигающего блока, выход которого соединен с а- одним входом сумматоа, второй входкоторого соединен со вторым выходомпереключателя, а выход - со входом16 формирователя импульсов, второй выход блока формирования временных интервалов соединен с первым входомтриггера, вторым входом дискриминатора вреМниых интервалов и шестымвходом блока управления направлениемвращения, третий выход блока формирования временных интервалов соединен со вторым входом триггера, третьим входом дискриминатора временныхинтервалов и седьмым входом блока управления направлением вращения, восьмой вход которого соединен с четвертым выходом блока формирования временных интервалов, второй вход котод рого соединен с выходом генератора импульсов. Формула изобретения Преобразователь код-угол, содерж щий последовательно соединенные гене ратор импульсов, счетчик и блок формирования сннусоидального напряжения выход которого соединен со входом фа зовращателя и с первым входом блока управления направлением вращения, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами дискриминатора временных ин тервалов, пятый вход блока управления направлением вращения соединен с выходом старшего разряда регистра, выходы блока управления направлением вращения через усилитель соединены с двигателем, который кинематически соединен с валом фазовращателя, фазосдвигающий блок, триггер и формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом блока формирования временных интервалов, цифровой вход которого соединен с выходами младших разрядов регистра, а первый выход - с первым входом дискриминатора временных интервалов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразовате. ля, в него введены сумматор и перевысокую точность по сравнению с известным. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизеЭо 1. Авторское свидетельство СССРВ 410433, кл, С 08 С 9/00, 1972.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2406816 кл. С 08 С 11/00,1976 (прототип)."Патент", г. Ужгоро КорректоПодниснотета СССРткрцтийя набе