Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код

(51) 4 Н ВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ГОСУДА ПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ван синусрансфорения уги и бы -приного угтр бого и точ- нциальных а, ревера каналов разователь напряжедены два цифроанаинтегратор и прео ние - частота, вв логовые преобразо ателя, два постустройства, дв змен -лы,гла поворота. 2 з.пянных запомина(56) Авторское свидетельство СССР 5 1088045, кл. С 08 С 9/00, 1984.Вуливет Дж. Датчики в цифровых системах. Пер, с англ. М.: Энерго- издат, 1981, с. 157, 158, рис. 6.15. (54) ДВУХОТСЧЕТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД(57) Изобретение может быть использовано в цифровых системах автоматиского управления и робототехник ля высокочастотного преобра гла поворота двухотсчетного косинусного вращающегося матора в код и скорость изме ла. С целью повышения точнос стродействия преобразователя скачкообразном изменении вхо ла в преобразователь, содерж синусно-косинусные вращающие сформаторы грубого и точного тов, селекторы октанта гру ного отсчетов, два диффере усилителя, два демодулятор сивный счетчик, блок выбор блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двафильтра И, блок определения октанта,а реверсивный счетчик выполнен с входами предустановки и управленияпредустановкой. Преобразователь имеет два канала преобразования - точный и грубый, состоящий каждый изселектора октантов, цифроаналоговогопреобразователя, постоянного запоми -нающего устройства, блока элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, дифференциальногоусилителя, демодулятора, фильтра.Сигналы рассогласования каждого канла поступают на блок выбора каналовкоторый подключает соответствующий сигнал к отсчетной части, состоящей из интегратора, преобразователя напряжение - частота и реверсивного счетчика. Блок определения октанта определяет код октантов и производит перезапись этого кода в реверсивный счетчик, ограничивая максимальноеорассогласование на уровне 45 . В режиме согласования отсчетов преобразователь отрабатывает напряжение рассогласования грубого отсчета, в режиме отработки угла поворота синуснокосинусного вращающегося трансформатора - напряжение рассогласования точного отсчета, Напряжение,на выходе интегратора характеризует скорость11 зобпетение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано в цифровых системах автома гического управления, измерительной технике и робототехнике для 5высокочастотного преобразования углав цифровой код при работе с. датчикамиугла точного и грубого отсчетов, выходные сигналы которых пропорциональны синусу и косинусу измеряемого уг ла 25 Преобразователь работает следующим образом.При включении преобразователя выходные напряжения синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) 1 точного отсчета ,ТО) 11 11, и СКВТ 2 грубого отсчета (ГО) 11 и 11 ., пропорциональные синусу и косинусу угла поворота соответствующего СКВТ (Ь =гг =11 я 1 пИ я 1 пД 8, 11 =Оя 1 пЯС соя Я юг =г-Цяпьк, яп 6, о -11 япьт саят) постуЦель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угл: 15На Фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - блок определения октанта; на фиг. 3 - блок выбора каналов; на Фиг. 4 - временные диаграммы работы селекторов ок танта точного и грубого отсчетов.Преобразователь содержит синуснокосинусный вращающийся трансформатор 1 точного отсчета, синусно-косинусный вращающийся трансформатор 2 грубого отсчета, селектор 3 октанта точного отсчета, селектор 4 октанта грубого отсчета, цифроаналоговые преобразователи 5 и 6, постоянные запоминающие устройства 7 и 8, дифферен циальные усилители 9 и 10, демодуляторы 11 и 12, фильтры 13 и 14, блокг 15 выбора каналов, интегратор 16, преобразователь 17 напряжение - частота, реверсивный счетчик 18, блоки 19 и 20 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, шину 21 опорного сигнала, блок 22 определения октанта, содержащий резисторы 23-27, дифференциальные усилители 28 и 29, компараторы 30-33, ключи 40 34 и 35, регистр 36, элементы ИСКЛЮЧАЮЩИЕЕ ИЛИ 37 и 38, одновибра.торы 39-41, резистор 42, шину 43 нулевого потенциала. Блок 15 выбора каналов содержит ключи 44 и 45, компараторы 45 46 и 47, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 48, инвертор 49, источник 50 питания,пают на селекторы 3 и 4 октанта ТО и 1 О, осуществляющих приведение выходных напряжений СКВТ в первый октант / в соответствии с кодом октансг каждого отсчета. Выходные напряжения П Пг СКВТ 2 ГО поступают также на блок 22 определения октантов, Формирующий три разряда кода октант Е ГО и импульсы записи этого кода в реверг сивный счетчик 18. Напряжения 11,11 с выхода селектора 4 октантов ГО поступают: на прямой вход дифференциального усилителя 10 - 11 , на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 6 - ц , На циФровыегвходы ЦАП 6 поступают код Г с выв хода постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 8, равный коду тангенса угла У, зафиксированному в реверсивном счетчике 18 в момент включения преобразователя, На выходе усилителя 10 напряжение 11, равноЭто напряжение является напряжением рассогласования грубого отсчета и равно для нечетных октантов ГОгая 1 п(8 р - 7 )=Пяпд 1,1 О сояфдля четных октантов ГО:20я-п(6 иа -1 )=11 япцю яз.п"Р + и/4)Напряжение рассогласования ГО Ц,с обрабатывается демодулятором 12 и фильтром 14, Демодулятор 12 осуществляет выпрямление напряжения 11, с учетом фазы опорного напряжения П При совпадении фаз напряжений 11 и По на выходе демодулятора 12 положительное напряжение, при несовпадении фаз - отрицательное. Полярность напряжения 11, определяет отстает или опережает значение кода угла Ф, уголгоНапряжение 11,г поступает на фильтр 14, который выделяет постоян- ную составляющую напряжения рассогласования 11, и подавляет гармоники опорного напряжения Цд. С выхода фильтра 14 постоянное напряжение 11, характеризующее ошибку преобразователя в канале ГО, поступает на блок 15 выбора канала. Напряжение рассогласования в канале ГО не может бытьобольше чем +45 , за счет того, что код октантов ГО Рг, перезаписывается в старшие три разряда реверсивного счетчика 18 импульсом записи юг, сформированным из первой полуволны опорного напряжения 11. В блоке 15выбора канала напряжение Б(4 срав - нивается по уровню с опорным напряжением соответствующего знака, результат сравнения определяется выражениеми , если (Ы,( Ц,(Если напряжение превышает по абсолютной величине пороговое напряже(ние (.1(, то оно проходит на выход 10 блока 5 выбора канала и через интегратор 16 и преобразователь 17 напряжения частоты (ПНЧ ) управляет реверсивным счетчиком 18. С выход преобразователя 17 импульсы поступают на 15 вход суммирования или вычитания реверсивного счетчика 18 в зависимости от полярности 116, Уменьшение напряжений рассогласования 1,( и ( в канале ГО продолжается до тех пор, по ка напряжение рассогласования 1 ГО пе станет меньше по абсолютной величине порогового напряжения ( Цн( в блоке 15 выбора канала, соответствующего эквивалентному рассогласоваонию 45 для канала ТО, В этот момент блок 15 выбора канала замыкает отсчетную часть преобразователя через канал ТО, подключая к входу интегратора 16 напряжение рассогласования О ТО, Время согласования отсчетов определяется числом разрядов М, И канала ГО, ТО и частотой преобразователя 17 и равно для начального рассогласования 180л3580 2где с = --- период изменения01ч(тнс младшего разряда реверсивного счетчика 4018 при максимальнойчастоте преобразователя 17,Время согласования отсчетов прио начальном рассогласовании 45 ГО равной-2 (18 о2 н.зНапряжение рассогласования в точном отсчете формируется аналогично 50 грубому отсчету. Приведенные в первый октант селектором 3 ТО и кодом7Ф 7 напряженияи 1 поступают; на( прямой вход усилителя 9 - 1, наганалоговый вход - 11. На цифровые 55 входы ЦАП 5 поступает код Р с выхода ПЗУ 7, равный коду тангенса угла Ф. Выходное напряжение ЦАП 5 11,равное произведению кода 1 и напрягжения Б , поступает на инвертирующий вход усилителя 9. Напряжение , равнор 3 5 3 5 7Напряжение 1 является напряжением рассогласования точного отсчета и равно для нечетных октантов ТОтояп(9 РФ,)Ц =1 япиСсоя РФзДля четных октантов ТО 1 равнояп 9 р -РФ,)яЬ(РФ + 74)Напряжение р поступает на демодулятор 11, где выпрямляется с учетом фазы опорного напряженияПолярность напряжения 1 определяет отНстает или опережает значение кодаторФ 1 угол 1 г . Напряжение 1 поступает на филь:р 3, который выделяет постоянную составляющую напряженияи подавляет гармоники опорного напряжения .1 . С выхода преобразователя 17 импульсы поступают на вход- суммирования или вычитания реверсивного счетчика 18 в зависимости от полярности (, , соответствующей по(6лярности напряжения рассогласования Ц, ТО. Младшие разряды реверсивного счетчика 18 изменяются, уменьшая напряжение рассогласования (1 ТО. Напряжение рассогласования 1 уменьшается до тех пор пока не станетто равным нулю, в этом случае угол 6, равен углу РФ и, с учетом того, что то8равен Ф на выходе реверсивного счетчика 18 зафиксирован код угла Ф, равный углу 9 поворота входного вала. При изменении угла О напряжение рассогласования 11 т, Ц ТО остается близким к нулю, так как отсчетная часть преобразователя, замкнутая через канал ТО, непрерывно отслеживает изменения .входного угла 9 . В реверсивном счетчике 18 при этом изменяются как младшие Ф и Ф 7 разряды кода угла, так и старшие Ф 1 и Ф разряды кода угла. Напряжение рассогласования Б,о, 11 канала ГО остается при этом меньшим порогового напряжения (Бн( за счет непрерывного изменения старших разрядов кода угла Ф, и Ф ГО. С блока 22 определения октанта в реверсивный счетчик 18 происходит перезапись с частотой опорного напряжения 1. кода октантов Рг( ГО, которая гарантирует что при случайных сбоях, резком изменении угла В напряжение рассогласования 11 в каналеГО це превысит величины, эквивалецтоной 45 ГО, и при переключении отсчетцой части на канал ГО преобразователь сможет быстро отследить входноц угол 8, При.нормальной работе преобразователя код октантов Е ГО,перезаписываемый в три старших разряда реверсивного счетчика 18, це изменяет его состояния и не приводитк изменению напряжения рассогласования 11,4 ГО. Напряжение У;6 с выходакорректирующего устройства 16 характеризует скорость изменения угла иего величина определяется как скоростью изменения угла, так и числом 15Разрядов преобразователя и крутизнойпередаточной характеристики преобразователя 17. Полярность этогонапряжения определяет направлениеизменения угла 8, что дает дополнив 20тельцую информацию об изменениивходного угла преобразователя,Предлагаемый преобразователь позволяет получить высокое быстродей 25 ствие и точность преобразования угла в код без увеличения основной точности каналов ГО и ТО. Формула и з о б р е т е н и я301. Двухотсчетный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий шину опорного сигнала, подключенную к первым входам первого и второго демодуляторов и входам синусно-коси- З 5 нусных вращающихся трансформаторов точного и грубого отсчетов, выходы которых попарно подключены к информационным входам соответственно селектора точного и селектора грубого отсчетов, первый и второй дифференциальные усилители, выходы которых подключены к вторым входам, соответственно первого и второго демодуляторов, блок выбора каналов, выход которого через интегратор соединен с входом преобразователя напряжение - частота, выходы которого подключены к информационным входам реверсивного счетчика, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия преобразователя при скачкообразном изменении входного угла, в него введены два цифроаналоговых преобразователя, ,два постоянных запоминающих устройства, два фильтра, два блока элементов ИСКЛ 10 ЧАБЩЕЕ ИЛИ и блок определения октанта, селекторы грубого ц точного отсчетов выполнены в виде селекторов октантов, а реверсивцый счетчик выполнен с входом предустановки и входом управления предустановкой, первый и второй выходы синусно-косинусного вращающегося трансформатора грубого отсчета подключены соответственно к первому и второму входам блока определения октанта, к третьему входу которого подключена шина опорного сигнала, информационный и управляющий выходы блока определения октац- -та подключены соответственно к входу предустановки и входу управления предустановкой реверсивного счетчика, первая группа выходов которого подключена к входам первого блока элементов ИСКЛ 1 ОЧА 1 ОЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через первое постоянное запоминающее устройство подключены к цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к инверсному входу первого дифференциального усилителя, к прямому входу которого подключен первый выход селектора октантов точного отсчета, второй выход которого подключен к аналоговому входу первого цифроаналогового преобразователя, вторая группа выходов реверсивного счетчика подключена к входам второго блока элементов ИСКЛ 1 ОЧА 1 ОЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через второе постоян-. ное запоминающее устройство подключены к цифровым входам второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключеь к инверсному входу второго дифференциального усилителя, к прямому входу которого подключен первый выход селектора октантов грубого отсчета, второй выход которого подключен к аналоговому входу второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго демодуляторов соответственно через первый и второй фильтры подключены к первому и второму входам блока выбора каналов, выходы трех старших разрядов первой и второй группы выходов реверсивного счетчика подключены куправляющим входам соответственно селектора октантов точного отсчета и селектора октантов грубого отсчета.2. Преобразователь по п, 1, о.т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок определения октанта содержит шесть резисторов, два дифференциальных уси 1269265лителя, четыре компаратора,два ключа,три одновибратора, регистр, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и шину нулевого потенциала, инверсный вход первогокомпаратора является первым входомблока определения октанта и черезпервый и второй резисторы соответственно подключен к инверсному и прямому входам первого дифференциальногоусилителя, выход которого через третий резистор подключен к своему инверсному входу, а прямой вход - кинформационному входу первого ключа,выход которого подключен к шине нулевого потенциала и информационномувходу второго ключа, выход которогоподключен к прямому входу второгодифференциального усилителя и черезчетвертый резистор - к инверсномувходу второго компаратора, которыйявляется вторым входом блока определения октанта, который через пятыйрезистор подключен к инверсному входувторого дифференциального усилителя,восход которого подключен к инверсному входу третьего компаратора и черезшестой резистор - к своему инверсномувходу, выход первого дифференциального усилителя подключен к прямому входу третьего компаратора, выход которого подключен к первому информационному входу регистра, к второму итретьему информационным входам которого подключены выходы соответственно второго и первого компараторов,прямые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, прямой входчетвертого компаратора является третьим входом блока определения октанта, инверсный вход четвертого компаратора подключен к шине нулевогопотенциала, а выход через последовательно соединенные первый и второй одновибраторы подключен к входу третьего одновибратора, выход которогоявпяется управляющим выходом блокаопределения октанта, выход первого 5 одновибратора подключен к синхровходу регистра, первый и второй выходыкоторого подключены к первым входамсоответственно первого и второгоэлементов ИСКЛЮЧА 1 ОЦЕЕ ИЛИ, третий 1 О выход регистра подключен к второмувходу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй и третий выходы 15 регистра подключены к управляющимвходам соответственно второго и первого ключей, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и третий выход регистра являются информа ционными выходами блока определенияоктанта.3, Преобразователь по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блоквыбора каналов содержит два ключа,два компаратора, элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ.ИЛИ, инвертор и источник питания,информационные входы первого и второго ключей являются первым и вторымвходами блока выбора каналов, выходы 30 ключей объединены и являются выходомблока выбора каналов, информационныйвход второго ключа подключен к прямому входу первого и инверсному входувторого компараторов, выходы которыхподключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа и через инвертор - к управляющемувходу первого ключа, инверсный входпервого компаратора и прямой входвторого компаратора подключены соответственно к положительному и отрицательному выходам источника питания.269265 йи остав ехред дакто аказ 6046 д. 4 ушская ическое предприятие, г. Ужгород, ул ектна оизводственно-пол 8 Тираж 816 ВНИИПИ Государствпо делам изобр 113035, Москва, Ж(Ри.Ф ль В, ПодолянХоданич Корректор А. Тяс Подписноеного комитета СССРений и открытий