Преобразователь угловых перемещений в код

Союз СоветскихСоциалистическихРеснублни ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУао делаи изебретеккл и атерыткк(72) Авторы В.М. Буянкин,А.М, Горбань,Ю.П.Кожарский, М.П.Кузьмицкас, изобретеннЯ Л. Е, Кулис, Б. И. Минцерис, В. Г. Полетаев, е.Т"; См А,Т.Ушинскас, В.ф,йаньгин,Ю.А.Шаталов ьев рдена Трудового Красноо Знамени экперийентаттьттйй наунноисследовательский институт метадлорежущих станков(5 Й) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИ ОД УИзоЬретение ке и измерител быть использова системах цифро частности влин мерительных пре мещения рабочих числовым прогр но я к автомати ои технике и може но в томатичесавления,йных и круговых изобразователях пере- органов станков с ммным авлением оординатно и цифровои индикации, а такжематометрах и к -измерительных машинах.Известен электромеханический ком.енсационный растровый интерполятор с нелинейными множительными устройствами, выполненными на синусно-косинусных потенциометрах 113.Это устройство имеет высокую точность, но урактеризуется низким быстродействием, обусловленным наличием электромеханических элементов.Известен также фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, измерительный и индикаторный лимбы, йотоприемники, подключенные к усилителямс регулируемым коэффициентом усиленияисточник модулированного света, управляемый генератор, преобразователь частота-напряжение,фильтр нижних частот,блоки вычитания, блоки формированиямодуля.Достоинством этого преобразователя является возможность автомати"ческой коррекции неидентичности коэффициентов передачи фотоприемников иусилителей 12 1.Недостатком этого преобразователяявляется ограниченная точность интерполяции шага растра. Кроме того,этоустройство преобразует измеряемоеперемещение в двоичный код Грея,чтосущественно сужает область его применения и требует специальных устройств для декодирования,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяпреобразователь угловых перемещенийв код, содержащий синусно-косинусный92603 Умножитель 2(3) выполнен в виде управляемого делителя 11 напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с входом первого сумматора 12, один выход управля" емого делителя 11 напряжения подключен к одному входу второго 13 сумматора непосредственно, другой выход . подключен к другому входу второго сумматора 13 через первый инвертор 14, выход второго сумматора 13 подключен к выходу умножителя, к одному входу переключателя 15 непосредственно, а к другому входу через второй инвертор 16, а выход переключателя 15 и вход умножителя подключены к входам первого сумматора 12. Управляемый делитель 11 напряжения может быть выполнен в виде матрицы типа 11 - 2 К (фиг,2). датчик угла, выходы которого черезпереключатель октантов подключенык умножителям,выходы умножителей подключены к вычитателю,выход которогочерез блок преобразования напряжения вчастоту импульсов подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивногосчетчика через функциональные преобразователи подключены к управляющимвходам умножителей 733. 1 ЕНедостатком такого преобразователя является динамическая погрешностьв режиме постоянной скорости или врежиме постоянного ускорения.Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности преобразова-теля.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угловых перемещений в код, содержащий синусно-ко Осинусный датчик угла, умножители,выходы которых подключены к вычитателю, выход вычитателя подключен кодному входу блока преобразованиянапряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного счет чика через функциональные преобразователи подключен к управляющим входам умножителя, введены два последова-щтельно соединенных интегратора, входодного из них соединен с выходом вычитателя, а выходы подключены к блоку преобразования напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного датчи"ка угла подключены к входам умножителей,С целью упрощения преобразователя,умножитель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другойвход соединен с выходом первого сумматора, один выход управляемого делителя напряжения подключен к одномувходу второго сумматора непосредственно, другой выход подключен к другому входу второго сумматора черезпервый инвертор, выход второго сумматора подключен к выходу умножителя,к одному вХоду переключателя непос 50редственно, а к другому входу черезвторой инвертор, управляющий входпереключателя соединен с управляющимвходом умножителя, а выход переключателя и вход умножителя подключенык входам первого сумматора,Функциональный преобразовательвыполнен в виде формирователя симмет" ричного треугольного напряжения ко. дового сигнала.На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 принципиальная схема умножителя.Преобразователь угловых перемещений в код, содержит синусно-косинусный датчик 1 угла, умножители 2 и 3, выходы которых подключены к вычитателю 4, выход вычитателя 4 подключен к одному входу блока 5 преобразования напряжения в частоту импульсов, выходы которого подключены к реверсивному счетчику б, выходы реверсивного счетчика б через Функциональные преобразователи 7 и 8 подключены к управляющим входам умножителей 2 и 3, два последовательно соединенных интегратора 9 и 10, вход интегратора 9 соединен с выходом вычитателя 4, а выходы интеграторов 9 и 1 О подключены к блоку преобразователя напряжения в частоту, выходы синус- но-косинусного датчика 1 угла подключены к входам умножителей 2 и 3Преобразователь работает следующим образом. Сигнал О 1 = Оз 1 пр д. с первого выхода синусно-косинусного датчика 1 поступает на вход умножителя 2, который реализуют функцию четырехквадратного умножителя синусоидального сиггнала и на нелинейную рациональную функцию вида(Х) А(Х - 512) где х - десятиразрякод, поступравляющий вля 2;р - число полюсных деленийдатчика 1;" угол поворота датчика 1,Покажем, что коэффициент передачи приведенной на фиг, 2 структурной схемы четырехквадратного умножителя соответствует выражению 1 а,в.Переключатель 15 управляется старшим разрядом двоичного кода х, поступающего с выхода функционального преобразователя 7 таким обрзаом, что в тех случаях, когда указанный старший .разряд принимает значение "1", выход инвертора 16 через сопротивление Во подключается к входу первого сумматора 12. При этомние О яь 1 х на выходе второгора 13 следующим образом завинапряжения ОВ 11 на первом ввого сумматора 12.1Кос Кос1 ЪХ 111ОС 1 А ( - 512)+В(уу) 512; ( - 51 2) а) 1-В (х)при у ( 512,(в) где есятиразрядныи двоичныи од, поступающий на управяющий вход умножителя 3.выходов умножителей 2 т на входы вычитателя 4, торого формируется сигСигналы5и 3 поступана выходе кнал видаО= Оз 1 д.- сов р-(у),суммато- (5)сит, отсЭтот сигнал поступает на вход перходе пер вого интегратора 9, выход которогосвязан с входом второго интегратоОвьх) ра 10. Выходные сигналы вычитателя4 и интеграторов 9 и 10 поступают(2)соответственно на первый, второй итретий входы блока 5 преобразованиянапряжения в частоту. На выходах бло 51 2)ка 5 формируется последовательностьимпульсов частоты12.= кО+ ку + кО 5, (6))40 где О 4 = Одс;О = Ос 1 С,ервомк К К -коэффиатора 12;циенты,тной свяПри положительном знаке первой частира 12; 45е обратвыражения (6) импульсы частоты Г 5 формируются на одном выходе блока 5, атопри отрицательном знаке - на другомвыходе блока 5. Выходные импульсыблока 5 поступают соответственно на2(3). 50 суммирующий и вычитающий входы ре.версивного счетчика 6,раз- На выходе функционального преобразна- зователя 7 формируется двоичный кодког- х, представляющий собой симметричнуюод-55 треугольную функцию содержимого ре 13 версивного счетчика 6. На выходе функ.ционального преобразователя 8 формируется двоичный код у, представля 512512 бхо 51 с ЬЬ 1 Х Ф ВМ 19 К1 хкос 5 фгде В- сопротивлениевходе первого1сопротивлениези первого су- общее сопроти1ной связи.Из выражений 1 и 2 соэффициенты А и В раен- ВВВ. 512К сумм обра мато ени дует, ч,к1д лучаях когда старший ого кода Х принимает т.е, в тех случаях,переключатель 15 и ход второго сумматора отивление Ко, к вход тора 12, Вследствие э В тех с ряд двоичн чение "0" да х (. 512 ключает вь через сопр вого сумма у пертого 926703 6изменяется знак обратной связи ипри х512 умножитель реализуютфункцию вида (1 в).На втором выходе синусно-косинусного датчика 1 Формируется сигнал випри х( 512,да О и = Осорс, который поступает навход умножителя 3.дный двоичный Умножитель 3 реализуют функцию ающий на уп- четырехквадратного умножения косиход умножите нусоидального сигнала О 11 на нелинейную рациональную функцию видающий собой симметричную треугольнуюФункцию содержимого реверсивного счет/ Ячика о, сдвинутую на - относительно выходного сигнала функционального преобразователя , Код х поступает на управляющий вход умножителя2, а код у - на управляющий вход умножителя 3.Для обеспечения астатизма третьего порядка в систему вводят интеграторы 9 и 10. В режиме постоянной ско/рости измеряемого перемещения напряжения на выходе интегратора 10,управляющего блоком 5 преобразования напряжение - частота, устанавливается таким, 15что напряжение на выходах блоков 1 и 9ь,устанавливается равным нулю и динамическая погрешность преобразованиятакже устанавливается равной нулю,В режиме постоянного ускорения динами-щческая ошибка преобразования такжеравна нулю. В этом режиме после окончания переходного процесса напряжениена выходе интегратора 9 устанавливается постоянным, напряжение на выходе 25интегратора 10 линейно возрастает,асодержимое реверсивного счетчика 6,выполняющего Функцию цифрового интегратора, изменяется по параболическому закону и изменяет значения функ- оции х и у таким образом, что напряжение О на вьйоде третьего блока вычитателя , пропорциональное погрешности преобразования, устанавливаетсяравным нулю.Методическая ошибка преобразования, обусловленная использованиемкусочно-нелинейных Функций т (Х) и(У) для формирования сигнала рас"согласования, также невелика, Приоптимальном выборе коэффициентов Аи В в выражениях 1(а,в) и 4 (а,в)относительная фазовая погрешностьпреобразования составляет не болееф 0,00923 от полюсного деления датчика 1 при идеальных синусоидальныхсигналах. Выходная информация, соответству, ющая измеряемому перемещению, посту 4 пает с выхода реверсивного счетчика О.ф Таким образом, формируется выходная информация об измеряемом перемещении в пределах полюсного деления датчика 1.Таким образом, устройство представляет собой замкнутую аналого-цифровую следящую систему с астатизмом третьего порядка, Применение нелинейных умножителей, выполненных на матрицах й -2 й и операционных усилителях, позволяет реализовать малые методическую и инструментальную погреш" ности устройства как в статическом, так и в динамическом режиме..Формула изобретенияПреобразователь угловых перемещений в код, содержащий синуснокосинусный датчик угла, умножители, выходы которых подключены к вычитателе, выход вычитателя подключен к одному входу блока преобразования напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного счетчика через Функциональные преобразователи подключены к управляющим входам умножителей, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности преобразователя, в него введены два последовательно соединенные интегратора, вход одного из них соединен с выходом вычитателя, а выходы подключены к блоку преобразования напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного датчика угла подключены к входам умножителей.2, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения преобразователя, умножитель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, управляющий вход. которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с выходом первого. сумматора, один выход управляемогоделителя напряжения подключен к одному входу второго сумматора непосредственно, другой выход подключен к другому входу второго умматора через первый инвертор, выход второго сумматора подключен к выходу умножителя, к одному входу переключателя непосредственно, а к другому входу через .второй инвертор, ,управляющий вход переключателя соединен с управляющим входом умножителя, а выход переключателя и. вход умножителя подключены к входам первого сумматора.3, Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде формирователя симметричного треугольного напряжения кодового сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Преснухин Л.Н, и др. Муаровыерастровые датчики положения и ихприменение, "Иашиностроение", 1969,стр, 89-91 2, Авторское свидетельство СССР 14 477439, кл. С 08 С 9/06, 1974.3, Юмид Г. Устройство и принцип действия преобразователей аналогкод, Перевод ГОНТИ 11 4211(71), 1971, с, 213, рис. 1 У.11, (прототип).926703 Составитель А,СмирновГришанова ТехредЖ. фастелевич Корреткор Г. Решетник дак Филиал ППП "Патент" г,ужгород, ул.Проектная,каз 2988/44 Тираж 6 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш