Двухотсчетный преобразователь угол код

)5 ОЗМ 6 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕПЬСТВ А ВТОРСКОВ 1 На фиг.1схема преобрФункциональнна Фнг 3 - счика.Преобтор 1 имсчетчикимпульсозапиткино косин Изобр ке и выч быть исп уктурная фиг,2 -ектора фазпитки датедена стр ение относится к автоматилительной технике и можетьэовано в цифровых систетического, управления мани,.роботами и в измернтелье для преобразования углаала в цифровой код.обретения в . расширение обенения путем осуществлениятоподстройки тока в обмото отсчета датчика угла. эователя;я схема коема блока мах автом нуляторам иой техник поворотаЦель и, ласти примФазовой а ках точно ГОСУДАРСТ 8 ЕКИЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56)Петропавловский В.П. и Сини"цын Н.В. Фазовые цифровые преобразователи угла.- М.: Машиностроение,1984, с. 124, рис.91.Преобразователь угол - код на(57) Изобретение относится к автоматике и .вычислительной технике и можетбыть использовано в цифровых системах автоматического управления манипуляторами,роботами и в измерительнойтехнике для преобразования угла пово-,рота в цифровой код, Цель изобретения - расширение области применения.. путем осуществления Фазовой автоподстройки тока в обмотках точного от 2счета датчиков угла, Преобразователь содержит генератор импульсов, три делителя частоты, два счетчика, два формирователя импульсов, корректор фазы, блок эапитки датчика, двухотсчетный синусно-косинусный вращающий" ся трансформатор (СКВТ), три фильтра, четыре нуль-органа, два блока синхронизации, два регистра, два фазовых детектора, блок согласования и синхронизации, управляемый аттенюатор и интегрирующий усилитель. Поставлен" ная цель достигается эа счет того, что вновь введенные корректор фаэы й блок эапитки датчика позволяют осуществить фаэовую автоподстройку тока в обмотках точного отсчета СКВТ одновременно с высокоточной стабилизацией ам" плитуд питающих напряжений, а также простое согласование с линией связи и обеспечивают малую чувствительность к пбмехам, проникающим на вход блока запнтки,датчика со стороны линии связи, 2 э.п. Ф-лы, 3 ил. разователь содержит генера"пульсов, делитель 2 частоты,3, первый формирователь 4в, корректор 5 фазы, блок 6датчика, двухотсчетный синусусный вращающийся трансФорма3 149660 тор (СКВТ) 7, второй формирователь 8 импульсов, Фильтр 9, первый нуль- орган 10, первый блок 11 синхронизации, регистр 12 точного отсчета (ТО), счетчик 13 грубого отсчета (ГО),второй нуль-орган 14, второй блок 15 синхронизации, блок 16 согласования и синхронизации и выходной регистр 17. 10Корректор. 5 Фазы включает первый датчик 18 тока, первый нуль-орган 19, первый фазовь 1 й детектор 20, второй датчик 21 тока второй нуль-.орган 22, второй Фазовый детектор 23, с 15 первого по четвертый ключи 24-27, два делителя 28 и 29 частоты. Блок б эапитки датчика содержитуправляемый аттенюатор 30, первый Офильтр 31, первый усилитель 32 мощности,: элемент 33 сравнения, второйусилитель 34 мощности, второй фильтр35 и интегрирующий усилитель 36.,5Преобразователь работает следующим образом,Стабильная по частоте последовательность прямоугольных имйульсов Й,. вырабатываемая генератором 1 импульсов (см. Фиг.1), поступает на входыделителя 2 частоты и второго Формирователя 8 импульсов. Второйформирователь 8 импульсов Формирует извходных прямоугольных импульсов двепоследовательности выходных короткихимпульсов, поступающих в корректор5 фаэь, на входы д, е (см. Фиг.2).Частоты следования этих импулвсовсовпадают с частотой сигнала Е афазы сдвинуты одна относительно дру"гой иа 180 . Делитель 2 частоты понижает частоту сигнала 2 до частотысигнала Г , которая выбирается такой,чтобы эа один период работы преобра. эователя счетчиком 3 была сформирова на кодовая маска определенной разрядности Я. С выхода делителя 2 частотыимпульсы Е поступают на вход двоичного счетчика 3, на выходах которогоФормируется временная кодовая маска.Число 0 (Оп) выходных разрядовсчетчика 3 определяется конкретнымприменением двухотсчетного преобразователя угол - код. Сформированнаякодовая маска подается на вход параллельной записи регистра 12 ТО и входпараллельной записи счетчика 13 ГО.Причем на вкоды параллельной записи3 6 4регистра 12 ТО поступают асе Нразрядов кодовой, маски, а на входпараллельной записи счетчика 13 ГОразряды с и по п, при этоми,. и 1 оя, К р,где К - коэффициент электрическойредукции двухканальногоСКВТ 7.Старшие два разряда (п)пс выхода счетчика Э подаются также напервый формирователь 4 импульсов, ко-торый обеспечивает Формирование двухопорных меандров, взаимно сдвинутыхпо Фазе на 90 и поступающих на вхобды в, г корректора 5 Фазы (см,фиг.2).Частота опорных меандров соответствует частоте переключения старшегоразряда п счетчика 3 и равна частыепитающих напряженийСКВТ 7.Корректор 5 фазы и блок 6 запиткидатчика совместнб представляют собойсистему стабилизации Фаз токов вобмотках точного отсчета СКВТ 7 содновременной стабилизацией амплйтудпитающих напряжений СКВТ 7, На входыа и б корректора 5 фазы поступают токи, протекающие по входным обмоткамточного отсчета СКВТ 7, Фазы токовво входных обмотках точного отсчетаСКИТ 7 определяются фазами питающихнапряжений, формируемых блоком .6 эапитки датчика иэ выходных меандров.корректора 5 фазы. Корректор 5 ФазыФормирует входные меандры для устрой"ства 6 запитки датчика таким образом,чтобы обеспечивалось равенство фаэтоков в обмотках точного отсчета сФазами опорных меандров, поступающихиз первого формирователя 4 импульсов.1Назначением блока 6 эапитки датчика являются Формирование синусоидальных напряжений питания СКВТ 7 извходных меандров и стабилизации амплитуд этих напряжений.Сигналы с выходных обмоток СКВТ 7,- 1несущие информацию об угле поворотаф, входного вала СКВТ. 7 в виде фазовых сдвигов относительно питающихнапряжений, поступают с обмотки грубого отсчета на второй нуль-орган 14, .с обмотки точного отсчета - на фильтр9 и затем на первый нуль"орган 10.Первый 10 и второй 14 нуль-органы формируют из входных синусоидальных снг"налов прямоугольные импульсы, фронтыкоторых соответствуют моментам перехрда входных сигналов через ноль, 19660645 фильтр 9 повыпгдет помехозащипун- ностЬ канала точного отсчета и представляет из себя активный избирательный Фильтр с двойным Т-мостом в цепи5 обратной связи, настроенный на частоту, равную частоте питающих напряжений СКВТ 7.Первый 11 и второй 15 блоки синхронизации вырабатывают иэ прямоугольных импульсов, поступающих иэ первого 10 и вторрго 14 нуль"органов на входы блоков синхронизации, короткие импульсы, синхронизируемые сигналом й , которые поступают на входызаписи ргистра ТО 12, и счетчика ГО13 и списывают из счетчика 3 в ре" гистр ТО 12 и в счетчик ГО 13 кодовую маску двоичного кода. Эти же импульсы поступают также в блок 16 согласо вания и синхронизации. Синхронизация сигналом, поступающим на входы блоков синхронизации, необходима для исключения неопределенности считывания кодовой маски, вызываемой 25 переходными процессами в счетчике 3.Блок 16 согласования и синхронизации анализирует состояние двухстарших выходных разрядов (п),п регистра ТО 12 и младшего выходного 30 разряда пг счетчика ГО 13 и вырабатывает сигндлы, поступающие либо на суммирующий, либо на вычитающий входы счетчика ГО 13, По завершении согласования отсчетов блок 16 согласова 35 иия,и синхронизации формирует сигнал записи, по которому двоичный код из регистра ТО 12 и счетчика ГО 13 переписывается в выходной регистр 17.На вход параллельной записи млад ших разрядов выходного регистра 17 поступают выходные разряды 0(п) . из регистра ТО 12 а на вход параллельной записи старсуих разрядов " выходнЬге разряды и и из счетчика ГО 13..Более подробно работа отдельных ,узлов преобразователя рассматривается ниже.Корректор 5 Фазы (см,фиг.2) содер жит два идентичных канала. Первый канал включает первый датчик 8 тока, первый нуль-орган 19, первый Фазовый детектор 20, первый 24 и второй 25 ключи, второй делитель 28 частоты, Второй канал содержит узлы 21, 22, 23, 26, 27, 29. Вследствие идентич.-. ности каналов описывается работатолько первого канала. 1 окпъОтсксгк 1 и оног из вхоусцсгх обмоток СКВТ 7, чреэ вход д корректора 5 фазы поступает нд первьгй датчик 18 тока. дтчиком тока является бзыцдуктцвцый резистор, нд котором Формируется напряжение, пропорциональное проткдогссггу через него току, Сформцровдгцо ндпряжцие поступает цд нул.-сгргдг 19, который преобразует входной сигнал в последовательность пряггоуголыгггх импульсов, Фрогты которых совпадают с гПмеггтдмн перехода гугсодесого ггдгг)Яжецггя через ггулевой уровень. Поугучегггггся последовательность импульсов поступает ца вход первого Фазового детектора 20. На вход Фазового ус тскторд 20 через вход в корректора 5 Фазы поступает последовательность опорных медцдров, сформированная первым формггровдтелем 4 импульсов, Фазавыц детсктор 20 производит сравнение входного сигнала с фазой опорного меандра цд входе в, Сравнение происходит оууиг раз зд пеугиоу.опорггого медцдра и результат сравнения вырдбдтывгуется гг виде импульса либо на одном выход (прц опережении Фазы контролируемого сигнала по отцошецяю к опорному медндру), либо ца другом выходе (при отставании Фазы 1. При совпадении Фдз сигналы на выходах фазового детектора 20отсутствуют. Выходные сигггдлг с выходов Фазового детектора 20 (ндэваня 11 цые соответственно Опережение и Отставание") поступают на одни вхо- ды первого 24 и второго 25 ключей, На другие входы этих ключей с входов д, е корректора 5 фазы поступают последовательности коротких импульсов: последовательность Й на первый ключ 24, последовательность йз на второй ключ 25.1Первый ключ 24:а) при отсутствии сигнала на входе сигнала "Оперинце" пропускают импульсы последовательности Е,1 без изменения на выход;б) при поступленгги переднего фронта импульса сигнала "Опережение" на вход запрещает прохождение одного из импульсов последовательчасти Е 4, на выход.Второй ключ 25:а) при отсутствии сигнала на входй сигнала "Отставанип здпрс.щает прохождение сигналов ца вг,ход;б) при поступлении переднего фронта импульса сигнала "Отставание" пропускают на выход один из импульсов последовательности 2,1.5С выходов ключей 24 и 25 (см. Фиг.2) импульсы подаются на вход вто" рого целителя 28 частоты. Коэффициент деления этого делителя вьЮирается равным отношению частоты последова- О теЛьностей Г 4 и Ек частоте. опорных меанцров, подаваемых на входы в 1 г корректора 5 фазы, Поэтому при отсут ствии сигналов "Отставание" или "Опережение" на выходе а корректора 5 Фа зы присутствуют импульсы, частота следования которых совпадает с часто" той опорного меанцра. При этом между этими сигналами существует неопределенный, но постоянный сдвиг фаз. При 20 поступлении единичного импульса сигнала "Опережение" или "Отставание" на входе второго делителя 28 частоты вырезается или добавляется один им. 25 пульс, в результате чего Фаза выходного сигнала второго делителя 28 частоты сдВигается на величину ф =360= + -- где К - коэффициент делеаь К 9яия второго делителя 28 частоты30 (знак "+" . - при наличии сигнала ."От" ставание", знак "-". - при наличии сигнала "Опережение"). Поэтому сдвиг Фаз между опорным меандром и вькодным сигналом второго делителя часто ты изменяется на величину (,Выходной сигнал корректора 5 фазы является входным для .блока 6 эапитки датчика, который преобразует прямоугольные входные импульсы в синусои дальное напряжение с частотой, рав ной частоте входньк импульсов. Поэто. му изменение Фазы сигнала на выходе а корректора 5 фазы вызывает такой же сдвиг фазы синусоидального иапря жения на выходе соответствующего канала блока б запитки датчика и, следовательно, сдвиг Фазы .тока во входной обмотке точного отсчета СКВТ 7.50Вследствие введения обратной связи (см. Фиг.1) путем подключения выхода входной обмотки точного отсчета СЕВТ 7. к входу корректора 5 Фазы осуществляется поддеРжание Равенства фазы тока в соответствующей обмотке СКВТ 7 фазе опорного меандра. Учиты" вая идентичность:обоих каналов кор-: ректора 5 фазы, а также то, что на выходах первого Формирователя 4 импульсов опорные меандры взаимносдвинуты по фазе на 90, такой же фсдвиг поддерживается между токами вовходных обмотках СКВТ 7, независимоот параметров блока 6 запитки датчика, а также параметров СКВТ 7.Блок 6 эапитки датчика (см.фиг.З)работает. следующим образом,На входы а,б блока 6 запиткидатчика поступают последовательностипрямоугольных импульсов, Эти послецо"вательности, одна йепосредственно,а другая через управляемый аттенюатор 30, поступают на первый и второйФильтры 3.1 и 35. Фильтры 31 и 35представляют собой избирательныефильтры с высокой добротностью и частотой квазирезонанса, равной частотевходньк последовательностей. фильтрыреализуются на базе операционныхусилителей, охваченных обратнойсвязью через двойной Т-мост. Использование Фильтров позволяет вьделитьиз спектра входного сигнала первуюгармонику и сФормировать тем самымсинусоицальный сигнал с малымсодержанием высших гармоник. С выходов Фильтров сияусоицальные напряжения поступают на первый 32 и второй 34 усилители мощности, где усиля.ваются до уровня, необходимого длязапятки СКВТ 7Для получения мянимальньк погреш"ностей измерения, вносимых самимСКВТ 7, к напряжениям запитки СКВТ 7предъявляется требование равенстваамплитуд на обеих входных обмотках.Для выполнения этого требования вблок 6 запятки датчика введены узлы36, 33, 30,Элемент 33 сравнения представляетсобой узел сравнения амплятуднькзначений синусоицальных напряженийна выходах усилителей 32 и 34 мощности и вырабатывает сигнал, пропорциональный их разности. Элемент 33сравнения выполнен на базе выпрямителей пер 1 енньк напряжений с Фильтрами. имеющнин постоянную времени вомного раз большую периода сравнивае- .мых напряжений.Управляемый аттенюатор 30 позволяет изменять амплитуду импульсов, по"ступающих на Фильтр 31, и тем самымрегулировать амплитуду сияусоидального напряжения, формируемого фильтром31, Управление аттенюатором 30 осу 1496606ществляется от интегрирующего усилителя 36, на вход которого заведен выходной сигнал с элемента 33 сравнения. Интегрирующий усилитель 36 выполнен на базе операционного усилителя, включенного по схеме интегратора, и обеспечивает на выходе неизменное постоянное напряжете при нулевом входном сигнале. Отклонение вход ного напряжения от нуля вызывает соответствующее изменение напряжения на выходе интегрирующего усилителя 36 и, , следовательно, изменение амплитуды импульсов на выходе управляемого 15 аттеиюатора 30.Таким образом, блок 6 эапитки датчика обеспечивает формирование двух напряжений синусоицальцой Формы и стабилизацию равенства амплитуд. 20Введение элемента 33 сравнения, построенного цд базе выпрямнтелей с большой постоянной времени, а такжеф.усилителя с интегрирующими свойствами делает блок 6 эапитки датчика нечувствительным к импульсным помехам, находящимся в линии связи, подключенной к выходу блока 6 запитки датчика.Формула иообретения1.Лвухотсчетный преобразователь угол в .код, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход 35 которого связан с вхбдом счетчика, двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, первый выход которого через Фильтр подключен к входу первого нуль-органа, а 40 второй выход - к входу второго нуль- органа, и регистр точного отсчета, выходы которого подключены к информационным входам регистра, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения путем осуществления фазовой автоподстройки тока в обмотках точного отсчета датчика угла, в него введены два формирователя импульсов, корректор фазы, блок эдпитки датчика, два блока синхронизации, счетчик грубого отсчета и блок согласования и синхронизации, выходы разрядов с 0 до и счетчика подключены к информационным входам регистра точного отсчета,. Выходы с па цо и старших разрядов счет чика связаны с инФормационными вхо= .дами счетчика грубого отсчета, выхоцы (и-),п старших рдзряцоя счетчика подключены к вхоцам первого Формирователя импульсов, первый ц второй выхоцы которого соединены с первым и вторым вхоцами корректора Фазы, третий, четвертый, пятый, шестой,входы которого попарно соецгцецы с выходами второго Формирователя импульсов и третьим, четвертым выхоцдми цвухотсчетцого сицусцо-косицусцого вращающегося трансФорматора соответстцеццо, выходы корректора Фазы подключены к вхоцаи блока здпцтки цатчикд, выхоцы которого соединены с вхоцдмц блока двухотсчетцого сицусцо-косицусцоговращающегося трансформдтора, выходы первого и второго нуль-органов под-. ключены соответственно к первым входам первого и второго блоков синхронизации, вторье входы которых объединены и соединены.с выходом целителя частоты, выхоц первого блокасинхронизации подключен к управляющему входу регистра точного отсчета ик первому входу блока согласованияи синхронизации, выход второго блокасинхронизации подключен к управляющему вхочу счетчика грубого отсчета и к второму входу блока согласования и синхронизации, третий и четвертыйвходы которого соединены с выходамидвух старших разряцов регистра точного отсчета, а пятый вход соецинен с выходом младшего разряда счетчика грубого отсчета, выхоцы которогоподключены к информдциоццым входамстарших разряцов регистра, управляющий вхоц которого соединен с первым выходом блока согласования и синхронизации, второй и третий выходы которого поцключецы к входам сложения и вычитания счетчика грубого отсчета, выход генератора импульсов соединен с входом первого формирователя. 2,Преобразователь цо п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что корректор фазы содержит цва датчика тока, цва нуль-органа, цва Фазовых детектора, четыре ключа и цвд делителя частоты, выход первого датчика тока через первый нуль-оргдц поцключен к первому входу первого Фазового детектОра, Второй вход которого является первым входом корректора фазы, выход второго датчика тока через второй нуль-орган поцключс и к первомувходу второго фазового детектора,второй вход которого является вторымвходом корректора фазы, первые и вторые выходы первого и второго фазовыхдетекторов подключены к информационным входам первого - четвертого ключей соответственно, управляющие входыпервого и третьего ключей объединеныи являются третьим входом корректора 10фазы, управляющие входы второго ичетвертого ключей объединены и явля"ются четвертым входом корректора Фазы, въиоды первого и второго ключейобъединены и подключены к входу первого делителя частоты, выход которогоявляется первым выходом. корректорафазы, выходы третьего и четвертогоключей объединены н подключены к входу второго делителя частоты, выход 20которого является вторым выходом корректора Фазы, входы первого и второго датчиков тока являются пятым и1 шестым входами корректора Фазы соответственно.З,Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокзапитки задатчика содержит последовательно соединенные управляемыйаттенюатор, первый фильтр и первыйусилитель мощности, выход которогоподключен кпервому входу злемеитасравнения и является первым выходомблока эапитки датчика, выход второгофильтра через второй усилитель мощности подключен к второму вхоДу зле"мента сравнения и является вторым выходом блока эапитки датчика, выходэлемента сравнения через интегрирующий усилитель подключен к первому вхо",ду управляемого аттенюатора, второйвход которого является первым входомблока запитки датчика, вход второгофильтра является вторым входом бло"ка запитки датчика," сЗаказВНИИПИ Составитель М,СидороваТехред М.Ходанич Корректор О.Кравцов Об Тираж 474 Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям пр13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5