Преобразователь угла поворота вала в код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 114680 р НОЗМ 1/64 ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСА гГ" АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий генератор, подключенный к делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход - к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формирования косинусоидального тока, четвертый выход к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управлейия, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а выход подключен к арифметическому блоку, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос ти преобразователя, в него введены дешифратор, первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дешифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первого элемента И-НЕ, другой выход дешифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены к шестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к другим входам первого и второго ключей. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в нем каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз является первым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одни. входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирова1146803 ния синусоидального и косинусоидального токов, четвертый вход блока формирования синусоидального и косинусоидального токов через датчик тока подключен к информационному входу ключа, который является третьим выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, другой вход триггера является пятым входом блока, выход триггера подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а другой вход компаратора фаз явля 1Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством,Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие последовательно включенные генератор опорного напряжения, фазорасщепитель, фазовращатель и. блок преобразования фазы в код 1.Недостатками таких преобразователейявляется невысокая точность преобразования, обуслрвленная, в основном, отклонением от квадратуры питающих фазовращатель напряжений.Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, двоичный счетчик, фазорасщепительфазовращатель, блок совпадений, дешифратор, усилители мощности, нуль-органы, триггеры, пиковые детекторы, дифференциальныйусилитель и фильтр. Для повышения точностив преобразователь введена автоматическаяподстройка фазы фазорасщепителя, уменьшающая погрешность установки 90-градусного фазового сдвига питающих фазовращатель токов 2.Недостатком этого преобразователя является погрешность от неравенства питающих фазовращатель токов и неточной выставки 90-градусного сдвига, обусловлен, ной временными задержками нуль-органови нестабильностью их во времени от действия дестабилизирующих факторов,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразова.тель угла поворота вала в код, содержащийгенератор, подключенный к делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход -к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формированиякосинусоидального тока; четвертый выход -5 1 О 5 20 25 30 35 40 ется шестым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов.3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления. 2к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусондального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков. формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управления другой вход которого соединен. с пятым выходом делителя частоты, а выход подключен к арифметическому блоку. В преобразователе каждый из блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ блока, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз соединен с первым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, к дру гому входу компаратора фаз через формирователь импульсов подключен первый вход ключа и выход датчика тока, вход которого подключен к четвертому входу блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход компаратора фаз подключен к одному входу элемента задержки, другой вход которого соединен с вторым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, выход элемента задержки соединен с одним входом регулирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с вторым. входом ключа и с третьим входом блока формирования си3нусоидального или косинусоидального тока, второй вход триггера соединен с пятым входом блока формирования синусоидального или косинусоидального тока, первый выход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регулирующего элемента, а второй выход - с выходом соответствующего ключа. Блок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатораи блока ключей являются другим входом блока управления 3.Однако известный преобразователь имеет недостаточно высокую точность, обусловленную неточной выставкой 90-градусного сдвига, вызванной наличием неодинаковых задержек формирователей фазовых импульсов блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов и изменениемэтих задержек при действии дестабилизирующих факторов.Цель изобретения - повышение точности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор, подключенный к делителю частоты, первый выход которого подключен к первому и второму входам блока формирования синусоидального тока, второй выход - к третьему входу блока формирования синусоидального тока, третий выход - к первому и второму входам блока формирования косинусоидального тока, цетвертый выход - к третьему входу блока формирования косинусоидального тока, первые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к входам формирователя синусоидального напряжения, выходы которого через усилитель подключены к одним выводам первой и второй обмоток фазовращателя, другие выводы которых подключены к четвертым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, вторые выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к блоку сравнения амплитуд, выход которого подключен к пятым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, третья обмотка фазовращателя через формирователь импульсов подключена к одному входу блока управления, другой вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, а в выход подключен к арифметическому блоку, введены дешифратор, первый и второй ключи, формирователь фазовых импульсов, первый и второй элементы И-НЕ, пятый выход делителя частоты подключен к дешифратору, один выход дешифратора подключен к одним входам первого ключа и первогоБлок управления содержит последовательно соединенные синхронизатор и блок ключей, выход которого является выходом блока управления, первый вход синхронизатора является одним входом блока управления, а вторые входы синхронизатора и блока ключей являются другим входом блока управления.На фиг. 1 приведена структурная схемапреобразователя; на фиг. 2 - диаграмма его работы.Преобразователь содержит генератор 1,55 делитель 2 частоты, два блока 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, дешифратор 5, первый и второй ключи 6 и 7, формирователь 8 фазовых им 5 0 15 20 25 30 35 д 0 элемента И-НЕ, другой выход дешифратора подключен к одним входам второго ключа и второго элемента И-НЕ, выходы ключей объединены и через формирователь фазового импульса подключены к другим входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых подключены к шестым входам блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов соответственно, третьи выходы блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов подключены к другим входам первого и второго ключей.Каждый блок формирования синусоидального и косинусоидального токов содержит компаратор фаз, элемент задержки, формирователь импульсов, ключ, датчик тока, триггер и регулирующий элемент, один вход компаратора фаз является первым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к управляющему входу элемента задержки, информационный вход которого является вторым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход подключен к информационному входу регулирующего элемента, выход регулирующего элемента является первым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, управляющий вход ключа соединен с одним входом триггера и является третьим входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, а выход ключа является вторым выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, четвертый вход блока формирования синусоидального и косинусоидального токов через датчик тока подключен к информационному входу ключа, который является третьим выходом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов, другой вход триггера является пятым входом блока, выход триггера подключен к управляющему входу регулирующего элемента, а другой вход компаратора фаз является шестым входом блока формирования синусоидального и косинусоидального токов.пульсов, первый и второй элементы И-НЕ 9, н 10, блок 11 сравнения амплитуд, формирователь 12 синусоидальных напряжений, усилитель 13 мощности, фазовращатель 14, формирователь 15 импульсов, блок 16 управления и арифметический блок 17.Идентичные по структуре блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидальиого токов содержат соответственно компараторы 18 и 19 фаз, элементы 20 и 21 задержки, датчики 22 и 23 токов, ключи 24 и 25, триггеры 26 и 27 и регулирующие элементы 28 и 29. Блок 16 управления содержит последовательно соединенные синхронизатор 30 и блок 31 ключей.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: а, б и в - меандры на входе дешифратора 5; г - управляющие сигналы на первом выходе дешифратора 5; д - управляющие сигналы на втором выходе дешифратора 5; е и ж - синусоидальный и косинусоидальный токи с выходов датчиков 22 и 23 тока; з - си валы на входе формирователя 8 фазовых импульсов; и - фазовые импульсы на выходе формирователя 8 фазовых импульсов.Дешифратор 5 может быть выполнен, например, на логической интегральной микросхеме сдвигового регистра и микросхеме И-НЕ; ключи 6 7, 24 и 25 - в виде компенсированных интегральных прерывателей; формирователь 8 фазовых импульсов - в виде интегрального компаратора с дифференцирующей схемой на выходе; в качестве датчиков 22 и 23 токов используют резисторы высокого класса точности, имеющие отклонение от номинала +0,005/о. Клмпараторы 18 и 19 фаз могут быть выполнены в виде синхронизируемого С-триггера; элементы 20 и 21 задержки - в виде управляемых одновибраторов; триггеры 26 и 27 - в виде К 5-триггеров с интегрирующими цепями на выходе; регулирующие элементы 28 и 29 - в виде каскадного усилителя; блок 11 сравнения амплитуд - в виде операционного усилителя; формирователь 12 синусоидальных напряжений - в виде активных КЬ- фильтров на операционных усилителях. Синхронизатор 30 может быть выполнен на 1 К-триггерах; блок 31 ключей - на элементах И-НЕ; арифметический блок 17 - в виде Ь-разрядного регистра.Преобразователь работает следующим образом.Генератор 1 вырабатывает стабильное по частоте импульсное напряжение, которое делитель 2 частоты делит в 2" раз, где ив число его разрядов, вырабатывая и импульсных сигналов типа меандр, образующих кодовую маску, две последовательности опорных меандров частоты 1,= - , сдвинуУтые друг относительно друга на %/2, и две последовательности управляющих импульсов той же частоты сдвинутые друг относительно друга на %/2. С выхода делителя 2 частоты управляющие импульсы и опорные меандры поступают на входы блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов, которые совместно с блоком 11 сравне ния амплитуд обеспечивают точку установку и. стабилизацию равенства амплитуд токов, питающих фазовращатель 14. При этом напряжения с датчиков 22 и 23, пропорциональные по амплитуде входным токам фазовра щателя 14, поступают на информационныевходы ключей 24 и 25, на управляющие входы которых подаются импульсы с выходов делителя 2 частоты. Под действием этих импульсов в момент достижения синусоидальными напряжениями датчиков 22 и 23 отрицательных амплитудных значений ключи 24 и 25 открываются и пропускают на блок 11 сравнения амплитуд сигналы в виде отрицательных импульсов. Блок 11 сравнения амплитуд, общий для обоих блоков 3 20 и 4, производит сравнение амплитуд отрицательных импульсов с опорным напряжением и выдает управляющие сигналы на входы триггеров 26 и 27. Управляющие напряжения на выходах триггеров 26 и 27, пропорциональные разности между опорным на пряжением и напряжениями датчиков 22и 23, управляют регулирующими элементами 28 и 29, которые под действием этих управляющих напряжений изменяют амплитуду меандров, поступающих с выходов блоков 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов на вход формирователя 12 синусоидальных напряжений, обеспечивая равенство амплитуд токов, питающих фазовращатель 14. Одновременно блоки 3 и 4 формирования синусоидального и косинусоидального токов совместно с дешифратором 5, ключами 6 и 7, формирователем 8 фазовых импульсов и элементами И-НЕ 9 и 1 О производят привязку нулей фаз питающих токов к опорным меандрам делителя 2 частоты, сто осуществляется следующим образомСинусоидальное и косинусоидальное напряжения с выходов датчиков 22 и 23, совпадающие по фазе с токами входных обмоток фазовращателя 14, поступают на инфор мационные входы ключей 6 и 7, на управляющие входы которых приходят сигналы с выходов дешифратора 5. Дешифратор 5 из выходных сигналов (фиг. 2 а, б и в), поступающих с пятого выхода делителя 2 частоты, формируют на первом и втором выхо дах управляющие сигналы (фиг. 2 г и д),в момент действия которых через ключи 6 и 7 на вход формирователя 8 фазовых импульсов проходят части напряжений с выходов датчиков 22 и 23 (фиг. 2 з). Формирователь 8 фазовых импульсов вырабатывает фазовые импульсы (фиг. 2 и) в момент перехода напряжений с выхода ключей 6 и 7 через нуль от отрицательных значений к положительным, определяя нули фаз токов,питающих фазовращатель 14. Фазовый импульс синусоидального напряжения с выхода формирователя 8 фазовых импульсов проходит через элемент 9 на вход компаратора 18 фаз блока 3 формирования синусоидального тока, а через элемент 10 - на вход компаратора 19 фаз блока 4 формирования косинусоидального тока. Одновременно на другие входы компараторов 18 и 19 фаз с первого и третьего выходов делителя 2 частоты поступают опорные меандры часто ты 1,. При этом компараторы 18 и 19 фаз по результату сравнения временных положений фронтов опорных меандров и нулей фаз токов, питающих фазовращатель 14, вырабатывают управляющие сигналы. Под действием этих сигналов элементы 20 и 21 задержки задерживают опорные меандры делителя 2 частоты, поступающие на входы регулирующих элементов 28 и 29, обеспечивая совпадение нулей фаз питающих токов с фронтами опорных меандров во времени 20 и тем самым осуществляя точную установку 90-градусного сдвига фаз токов, питающих фазовращатель 14. При этом точность установки 90-градусного сдвига фаз определяется только точностью формирования времен-ного сдвига между опорными меандрами в25 четверть периода, который определяется стабильностью частоты генератора 1 и не зависит от временной задержки общего для обоих блоков 3 и 4 формирователя 8 фазовых импульсов и нестабильности ее во времени от действия дестабилизирующих факторов.С выходов регулирующих элементов 28 и 29 меандры, модулированные по амплитуде и сдвинутые во времени относительно опорных меандров, поступают на входы 35 формирователя 12 синусоидальных напряжений и далее через усилитель 13 - на входные обмотки фазовращателя 14. Напряжение с выходной обмотки фазовращателя 14 поступает на вход формирователя 15 импульсов, вырабатывающего фазовые импульсы, временное положение которых относительно начала преобразования, определяемого опорным меандром, пропорционально углу поворота ротора фазовращателя 14. Фазовые импульсы с выхода формирователя 15 импульсов поступают на первый вход синхронизатора 30 блока 16 управления, где производится синхронизация ьх с импульсными напряжениями делителя 2 частоты, поступающими на второй вход синхронизатора 30, с выхода которого синхронизированный фазовый импульс поступает на второй вход блока 31 ключей, на первый вход которого поступают и-импульсных напряжений типа меандр с выхода делителя 2 частоты.На выходе блока 31 формируется п импульсов записи, которые поступают на вход арифметического блока 17, осуществляющего запись и хранение текущего значения делителя 2 частоты, эквивалентного углу поворота фазовращателя 14.Таким образом, предлагаемое построение преобразователя угол - фаза - код позволяет точнее определить нули фаз токов, питающих фазовращатель, и тем самым исключить влияние различия задержек, вносимых используемыми в известном устройстве отдельными формирователями импульсов блоков формирования синусоидального и косинусоидального токов, что обеспечивает более точную установку 90-градусного сдвига фаз питающих токов и тем самым повышение суммарной точности преобразователя угол - фаза - код 1 - 2 угл. с. Кроме того, исключение влияния задержки формирователя фазовых импульсов на установку 90-градусного сдвига фаз питающих токов позволяет применить в его цепи фильтр и тем самым повысить его помехозащищенность, что обеспечивает повышение надежности преобразователя в целом.Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом.. Смирн И омитета откры кая наСоставитель А Техред И. Вере Тираж 872 И Государственного делам изобретений Москва, Ж - 35, Рауш П Патент, г. Ужгор