Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом

СОЮЗ СОВЕТСКИХсаи ламасвкРЕСПУБЛИК А 94 НОЗМ 13 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А( 21) 3884690/24-24 (22) 12.04,85 (46) 15.12.86. Бюл (72) Н, Ф. Борисов И. И. Румянцев, В. и В. Ф. Тараев (53) 681325(088.8 (56) Авторское сви У 903929, кл, О 08Авторское свиде 9 525998, кл. С 08 хтанов,И. КСннюг СССР82СР977. е тельство С 9/04, 19 ельство СС С 25/00,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССОГЛАСОвАНИЯ МЕЖДУ УГЛОМ И КОДОМ(57) Устройство для измерения рассогласования между углом и кодом относится к области автоматики и вычисли"тельной техники и может быть исполь"зовано в преобразователях угла поворота вала в код и кода в угол поворота вала. С целью повышения точностиустройства путем последовательной обработки выходных сигналов синусно-косинусного трансформатора на одних итех же аналоговых элементах в устройство введены третий, четвертый, пятыйи шестой ключи, первый и второй наполнительные элементы (конденсаторы),блок выборки-хранения, повторитель,дифференциальный усилитель и блок управления. Угол поворота преобразуется в сигналы переменного тока с по" мощью СКВТ. Блок управления формирует две последовательности временных интервалов, длительность одного из которых пропорциональна дополнению кода Б до половины периода Т питающего напряжения, а другая - входному коду И.,Сначала интегрируется напряжение синусной обмотки в течение одт нбго временного интервала, определяется погрешность интервала и диффе",", ренциального усилителя, которая запоминается на одном конденсаторе, а величина проинтегрированного напряжения запоминается на другом конденсаторе, Потом интегрируется напряже-ние.косинусной обмотки в течение другого временного интервала и полученное напряжение суммируется спогреш-ностью и первым проинтегрированным напряжением. Суммарное напряжение пропорционально синусу разности между углом и кодом. При этом погрешность интегратора от неточности уста" новки начального положения и напряжения смещения его усилителя исключается; кроме того, за счет введения, дифференциального усилителя с коэф" фициентом передачи К увеличивается в К раз разрешающая способность устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.277397 2напряжение питания (Фиг, 42 гг) с периодом Т для СКВТ (;)=-3 з.пПри повороте вала СКВТ а уголссна его выходах вырабатываются напряжения (Фиг, 4 д д)=П ; П =Ц(т ) сов,которые поступают на аналоговые входы ключей 3 и 4. Перед началом каждого цикла измерений выходным сигнаБлок 7 преобразования кода во временные интервалы (фиг. 2) содержит первый 18 и второй 19 счетчики, первый 20 и второй 21 элементы И-ИЛИ, инвертор 22, Блок 17 управления (Фпг. 3) содержит генератор 23 импульсов, счетчик 24, первый 25, второй 26, третий 27, четвертый 28, пятый 29, шестой 30 и седьмой 31 элементы И-НЕ, первый 32 и второй 33 элементы И, первый 34, второй 35 и третий 36 триггеры, ипвертор 37 и компаратор 38. 35 Устройство работает следующим образом,Счетчик 24 непрерывно производитподсчет выходных импульсов генератора 23 (Фиг, 4 а), Выходные сигналыстарших разрядов счетчика 24 представлены на временной диаграмме(фчг, 4 б б, б, б, б ). Элементы И-НЕ 27-31 и триггеры 35 и 36 вырабатывают последовательности управляющих импульсов с периодом, равнымциклу счетчика 24. С прямого выхода(и)- го разряда счетчика 24 импульсы поступают в источник 1 (Фиг. 4 б),где вырабатывается гармоническое 1 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано в преобразователяхугла поворота вала в код и кода вугол поворота вала.,Цель изобретения - повышение точности устройства путем последовательной обработки выходных сигналов синусно-косинусного трансформатора наодних и тех же аналоговых элементах.На Фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 -структурная схема блока преобразования кода во временные интервалы; наФчг. 3 - структурная схема блока управления; на Фиг, 4 - временная диаграмма работы преобразователя.Устройство (Фиг, 1) содержит источник 1 питания, синусно-косипусныйвращающийся трансформатор (СКВТ, 2,первый 3 и второй 4 ключи, интегратор 5, регистр 6, блок 7 преобразования кода во временные интервалы,блок 8 выборки-хранения, третий 9,четвертый 10, пятый 11 и шестой 12ключи, повторитель 13, первый 14 ивторой 15 наполнительные элемен Гы(конденсаторы), дифференциальный усилитель 16, блок 17 управления. 15 20 25 ЗО лом элемента И-НЕ 28 (Фиг. 4 в ) интегратор 5 устанавливается в нулевое состояние, а в счетчики 18 и 19 (ем" костью 2 Б) записывается входной код К из регистра 6. Кроме того, старший разряц кодас весом Г/4 поступает из регистра 6 на вход инвертора 22. Компаратор 38 вырабатываетерерывг ю последовательность импульсов типа меандр (ф". 4 в ) из выходных сигналов источника 1 питания СКВТ. Измерения рассогласования между углом и кодом производятся водиапазоне с =0-90 при положтельньх выходных импульсах компаратора 38, в течение которых элемент И 32 вырабатывает пачки импульсов (Фиг. 4 в), поступающие на счетные вхоцы счетчиков 18 и 19. Триггер 34 производит деление на два выходных импульсов компаратора ЭЯ (фиг, 4 вю). Устройство сфазировано таким образом, что перед началом положчтельного импульса компаратора 38 в каждом цикле измерения с периодом 2 Т срабатывает элемент И-НЕ 31 (Фиг.4 в-) и по его выходному сигналу триггеры 35 и 36 устанавливают ключи 1 и 12 в замкнутое состояние (фиг. 4 в 1, в). При этом ключи 3, 4 и 10 разомкнуты а ключ 9 замкнут, 1 о прлходу поло- . жительного имуэльса компаратора 38 в момент 1 замыкается ключ 10 (фиг. 4 в, ) и на вход интератора 5 гоступает напряжение смещения 1. Счетчик 18 суммируе г с записанным на него кодом К, а счегчк 19 вычитает из кода Б выходные импульсы генератора. 23. Временная диаграмма на фиг. 4 представлена для случая когда входной кодсоответствует углу ксР/4, При постуцеи: на входы счетчиков 18 и 19 импульсов Н в момент 1,=1;д +БТ (где Т, - период импульсов генератора 23) старший разряд счетчика 9 устгнавпивается в "1" (Фиг. 4 е) и на выходе элемента ИИЛИ 20 формируется единичный сигнал (Фиг. 4 е), который через элемент77397 3 12 И-НЕ 25 открывает кпюч 3 (фиг, 4 в) и закрывает ключ 9 на время ЬС, = =Т/2-2 Б Т,., в течение которого интегратор 5 помимо напряжения ц, интегрирует напряжение Ц . При этом нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 34 не пропускает через элемент 26 выходной сигнал элемента ИИЛИ 21 на управляющий вход ключа 4, который остается закрытым. К концу полупериода на выходе интегратора 5 вырабатывается напряжение (фиг, 4 ж)Т . Б Т=ц +цзпы,соз 2+ц - : (1 )И о с 2-й где ц - начальное напряжение навыходе интегратора 5;ь - постоянная времени интегрирования интегратора 5.,По окончании положительного импульса компаратора 38 в момент С размыкается ключ 10 и на интеграторе 5 фиксируется напряжение ци , ко - торое до момента С, через замкнутый ключ 11 заряжает конденсатор 14, В момент С по сигналу элемента И-НЕ 30 (фиг, 4 в) перебрасывается триггер 36 (фиг, 4 вь) и размыкает ключ 11,Из-за наличия паразитной емкости между выходом ключа 11 и его управляющим входом в момент размыкания произойдет скачок напряжения на конденсаторе 14. Величина скачка зависит от соотношения паразитной емкости и емкости конденсатора 14 (напркмер, для ключей 590 КН 2 нпри емкостиконден - сатора 14 скачок напряжения около 5 мВ). Дпя того, чтобы дифференцчальный усилитель 16 смог, отслеживая этот скачок, зарядить через замкнутый ключ 12 конденсатора 15, вьделен отрезок времени от С, до С. Моментопределяет выходной сигнал элемента И-НЕ 29 (фиг 4 вз), который устанавливает триггер 35 в ксходное состояние (Фиг. 4 в) и размыкает ключ 12.При идеальном дифференциальном усилителе 16 и точных резисторах, установленных в нем, и при идеальном . ключе 11 на выходе дифференциального усилителя 16 цо момента С должно быть нулевое напряжение. Однако в реальных условиях эти узлы имеют технологические разбросы, что приводит к систематическим ошибкам при обработке сигналов, что соответствует появлению на ряжения на выходе дифференцкального усилителя 16, которое 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 до момента С- зарядит конденсатор 15 через замкнутый ключ 12. В момент времени С выходным сигналом триггера 35 размыкается ключ 12 и на кон денсаторе 15 зафиксируется напряжение поправкиц=ц (К,-К,), (2) г е К, и К - коэффициенты передачи усилителя 16 по инвертирующему и неинвертирующему входам.Затем выходным сигналом элемента И-НЕ 28 и интервал времени С -Ст производится установка интегратора 5 в нулевое состояние, а на установочные входы счетчиков 18 и 19 заносится код И из регистра 6. По приходу положительного импульса компаратора 38 в момент Со перебрасывается триггер 34, открывается элемент И-НЕ 26 для прохождения выходного импульса элемента И-НЕ 21 (фиг. 4 е). Временной интервал от переднего фронта компаратора 38 до начала формирования в момент С 9 выходного импульса элемента И-ИЛИ 21 составляет Т/4-БТщ . В момент С 9 старший разряд счетчика 18 устанавливается в единичное состояние (Фкг, 4 е, ) и выходной сигнал элемента И-ИЛИ 21 через элемент И-НЕ 26 открывает ключ 4 (фиг. 4 вг ) и закрывает ключ 9.на время ЬС =2 БТ в течение которого интегратор 5 помимо напряжения.ц,ц интегрирует напряжение Цго . При этом ключи 11 и 2 остаются разомкнутыми, а нулевой сигнал с прямого выхода триггера 34 не пропускает через элемент 25 выходной сигнал элемента И-ИЛИ 20. Ключ 3 остается закрытым. К концу полупериода на выходе интегратора 5 вырабатывается напряжение (фкг. 4 ж)Т . Б Тц =цо+ц=-сомзп 2 Г+ц.лфф2м 2 Гф которое подается на инверсный вход дифФеренциального усилителя 16. С Учетом напРЯжениЯ Ц Кг на конденсаторе 14, сформированного к моменту С 9 окончания предьдущего импульса.компаратора 38, выходное напряжение дифференциального усилителя составит Ц 9=Ц Кг-.г К, С учетом напряжения поправки Ц на конденсаторе 15 входное напряжение блока 8, поступающее по выходному сигналу элемента И-НЕ 27 (фиг, 4 в, ) на выход устройства (фкг. 4 и), составит ц=К (ц, -цг, ) или с учетом выражений для ц и цБЦ, =К, Ц. - зи (2 р-. - , - ) .л СТаким образом, напряжение рассогласования Ц , между углом с. и кодом Б измерено и усилено в К, раз. При этом погрешности интегратора 5 от неточности установки нулевого (начального) положения и напряжения смещения его усилителя исключается Кроме того, в К, раз увеличивается разрешающая способность устройства Это позволяет в К раз уменьшить влияние паразитных емкостей ключей блока 8 выборки-хранения, что обеспечивает повышение точности устройства не только в одноканальном, но и в многоканальном исполнении. Формула изобретения Устройство, для измерения рассогласования между углом и кодом, содержащее источник питания, выход которого подключен к входу синуснокосинусного вращающегося трансформатора, первый и второй выходы которого подключены к аналоговым входам первого и второго ключей соответственно, выходы первого и второго ключей объединены, интегратор, регистр, выходы разрядов которого подключены к группе входов блока преобразования кода во временные интервалы, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены третий, четвертый, пятый и шестой ключи, первый и второй накопительные элементы, блок выборки-хранения, повторитель, дифференциальный усилитель и блок управления, первый вход .которого соединен с выходом источника питания, а второй и третий входы - соответственно с первым и вторым выходами блока преобразования кода во временные интервалы, первый выход блока управления подключен к входу источника питания, второй выход - к управляющему входу интегратора и к одному входу блока преобразования кода во временные интервалы, третий выход - к другому входу блока преобразования кода во временные интервалы, четвертый пятый, шестой, седьмой, восьмой и девя гый выходы, - к управляющим входам соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, а десятый выход - к управляющему входу блока выборки-хранения, выход первого ключа подключен к аналоговому входу третьего ключа и че 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 рез повторитель - к аналоговому входу четвертого ключа, выход которогоПодключен к инФормационному входуинтегратора, выход интегратора подключен к инверсному входу дифференциального усилителя, а через пятыйключ - к входу первого накопительного элемента и к прямому входу дифференциального усилителя, выход которого через второй накопительный элемент подключен к аналоговому входушестого ключа и к информ.ционноыу входу блока выборки-хранения, выходы третьего и шестого ключей подклочены к общей шине. 2, Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок преобразования кода во временные интервалы содержит первый и второй счетчики, первый и второй элементы И-ИЛИи инвертор, установочные входы первого и второго счетчиков попарно объединены и являются группой входов блока преобразования кода во временные интервалы, управляющие входы исчетные входы счетчиков попарно объединены и являются соответственно одним и,цругим входами блока преобразования кода во временные интервалы, один вход из группы входов блока преобразования кода во временные интервалы подключен к входу инвертора, первая группа входов первого элемента И-ИЛИ соединена с выходом первого счетчика и выходом инвертора, вторая группа - с выходом второго счетчика и выходом инвертора, третья группа - с выходом первого счетчика, выходом второго счетчика и входом инвертора, первая группа входов второго элемента И-ИЛИ соединена с выходом первого счетчика и входом инвертора, вторая группа - с выходом второго счетчика и входом инвертора, третья группа - с выходом первого счетчика, выходом второго счетчика и выходом инвертора,выходы первого и второго элементовИ-ИЛИ являются соответственно первыми вторым выходами блока преобразования кода во временные интервалы,3, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управ ленил содержит генератор импульсов,счетчик, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И-НЕ, первый и второй элементы И, первый, второй и третий триггеры, инвертор и компаратор, вход которогодом п-го разрядов счетчика, входышестого элемента И-НЕ соединены спрямыми выходами (и)-го, (и)-гои инверсными выходами и-го и (и)го разрядов счетчика, входы седьмогоэлемента И-НЕ соединены с инверснымивыходами п-го и (и)-го разрядовсчетчика, выход третьего элементаИ-НЕ подключен к нулевому входу первого триггера, выходы пятого и шестого элементов И-НЕ подключены кодним входам соответственно втоРогои третьего триггеров, другие входыкоторых соединены с выходом седьмогоэлемента И-НЕ, .прямой выход (и)-горазряда счетчика, выход четвертогоэлемента И-НЕ, выход первого элемента И, выход первого элемента И-НЕ,выход второго элемента И-НЕ, выходвторого элемента И, выход инвертора,выход третьего триггера, выход второго триггера, выход третьего элемента И-НЕ являются соответственнопервым, вторым, третьим; четвертым,пятым, шестым, седьмым, восьмым, девятым идесятым выходами блока управления. 7 127739 является первым входом блока управления, а выход подключен к входу инвертора, к первым входам первого элемента И, первого и второго элементов ИНЕ и к счетному входу первого тригге-ра, прямой и инверсный выходы первого триггера подключены к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ соответственно, третьи входы которых являются соответственно вторым и тре тьим входами блока управления, а выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к входам второго элемента И, выход генератора импульсов подключен к второму входу первого эле мента И и к входу счетчика, входы третьего элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами п-го, (и)"го и инверсными выходами (и)"го и (и)-го разрядов счетчика, входы четвертого 20 элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами (п)-го, (п)-го, (и)-го и инверсным выходом (и)-го разрядов счетчика, входы пятого элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами (п)-го, (и)-го и инверсным выхо