Преобразователь угла поворота вала в код

ОП ИСАЙИ Е Сеюз СоеетскннСфцналнстнческнкреспублик720455 ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ С ВИДЕТЕ ЯЬСТВУ( 088.8) Опубликовано 05,03.80. Бюллетень М 9 Дата опубликования описания 07.03.80 Р. М. Мирсалимов и В. Б, Ибрагимов(72) Авторы изобретения Азербайджанский институт нефти и химик имени М, Азизбекова(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах и системах обработки информации для преобразования угла поворота ротора5 электрических микромашин типа синуснокосинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ) в цифровой код.Известно устройство, в состав котоО рого входят преобразователь напряжение-код, выход которого через преобразователь кода соединен с выходной клеммой устройства, синусно-косинусный вра щающийся трансформатор, обмотка возбуждения которого подключена к выходу блока питания, а синусная и косинусная обмотки через двухпоэнционный переключатель - ко входу преобразователя напри- жение-код, и селектор октанта, входы которого подключены к выходным (синусной и косинусной) обмоткам СКВТ и выходу блока питания, а выходы - к управляющему входу двухпоэиционного переклюочателя и к преобразователю кода непосредственно и через блок констант, кратных5 1.Это устройство имеет невысокую линей"кость характеристики преобразования изза наличия значительной методическойпогрешности при аппроксимации синусоиды отрезком прямой линии на ее начальном 45-ти градусном участке, "прилегающем" к угловой оси,Наибопее близким к предлагаемомупреобразователю являетс я преобразователь угол.-код, содержащий СКВТ, обмотка возбуждения которого подключена кисточнику напряжения питания, а выходные (синусная и косинусная) обмоткичерез преобразователи напряжение-код,коммутатор и преобразователь кода вкод - к выходной клемме. устройства,блок определения квадранта угла поворота, входы которого подключены к источнику напряжения питания и выходным (синусной и косинусной) обмоткам СКВТ, илогический блок, входы которого подклю720455 3чены к выходам блока определения квадранта угла поворота и коммутатора, авыходы - ко входам преобразователя коца в код непосредственно и через блокконстант, Кратных 45 21,Недостатком этого преобразователяявляется невысокая линейность характеристики преобразоаанйя, обусловленнаяналичием значительной метоцической погрешности при аппроксимации синусоидыотрезком прчмой линии на ее начальном45-ти градусном участке, "прилегающемк угловой оси,Целью изобретения является повышение точности преобразователя, что достигается повышением линейности характеристики преобразования. Лля этого в уст-.ройство введены ключи, компараторы,суммирующий и вычитающий блоки, выход:ные обмотки синусно косинуснсгс яра 1 а 1 сгщегося трансформатора подключены непосредственно ко Входам перасГО ксмпаратсра, суммирующего и Вычита 1 ащегсблоков и к первым зходам перво" с и второго ключа, выходы которых сбъециненьи подключены к первым входам Второгокомпара 1 сра и третьего ключа, Вьгхсць 1суммирующего и вычитающего блоков под-,ключены к пераьпл входам соответственно четвертого и пятого ключей, Выходыкоторых об:,едцпены и псдклю ены и второму входу второго ксмпаратора и первому входу шестого кл 1 сча, выходы третьеГо и шестого ключа объединены и псдклю;чены ко входу преобразователя напряжения в код, второй и третий выходы блокаопределения квадранта угла поворота подключены кс вторым входам соответственно четвертого и пятсго ключей, пераьй ивторой выходы первого компаратсра подключены к второму и третьему входамлогического блока и вторым входам первого и Второго ицсча соответственно,первый и второй выходы второго компа ратора подключены к четвертому и пятому входам логического блока и вторымвходам шестого и третьего ключа. Соответственно.На фиг, 1 приведена структурная схемапреобразователя; на фиг. 2 показан графикпоясняющ 11 и принцип формированиядополнительных напряжений, изменениезнака фазы которых происходит в точкахугловой оси, соответствующих углам6 =45 + г 1. 90 , где 11. - О, 1, 2, 3.оо", " 1; 1.г ыи .гга,и ; г = " 1-гйи о.1 оь 9; Г 1 ЕО, кг 11 ПО результатам сравнения напряжений(1) между собой компаратср 5 выбирает меньшее из них (обсела 1 им его условно, через О,); если )Ц) . ) Щ спгнал с пер Я,аого выхода компаратора 5 поступает на упраВля 1 спий ахсц ключа О и ус"анавли:- вает его В замкнутое положение, при котором напряжение О 1 синуснсй гбмст 55ки СКИТ поступает на сцин из Вхсцса ксмпаратсра 8; если О, , О;1, сиГнал СО Второго ЬЫХСда КОМПаратОра 5 -;гступает на управля 1 сщий вход ключа 7 и устаяааг 111 ааЕт Е 1 С В ЭаМКНУОЕ ПС 1 сгжЕ,Устройство содержит преобразователь1 напрягкение-код, выход которого черезпреобразователь 2 кода в код ссед 11 нен с выходной клеммой устройства, СКИТ 3,. обмотка возбуждения которого поцключена к источник напряжения питания,синусная и коси 11 усная обмотк". - ко входам компаратора 5 непссредстьеннс, ачерез ключи 6 и 7, выходы которых объединены- к одному из входов ксмпаратора 8 непосредственно и кс входу преобразоватепя напряжения в ксц через ключ 9,суммирующий 10 н Вьп итающий 11 блоки,ВХОДЫ КСГСрЫХ ПСДКЛЮЧЕяЫ К ВЫХОД 1 ЫМсинуснсй 1; косинуснсй Обмоткам СКИ:,выходы через ключи 12 и 13, выходикоторых сбьедияены, - к другому входу15 ксмпаратора 8 непосредственна и ко ахооцупреобразователя ньпряжечце-код черезклю 1 1 4 блок 1 5 ои,эп;:ленгч аацрантаугла поворота, входы которого псдкл 1 сче-.ны к аь 1 хсдным 1 спнуснсй и КО:инуснсй20 обмоткам СКИТ и источнику 4 напряже НИЯ ПИ 1 аПИЯ а В 1 1ОД, 1 . и УПРаР 1".СЩИ 1 Лвходам ключей .2 и 13, а также . одно=му из ахсцов,";сгцнесг ОГО бдска 1 с , дру,Гие Вхсдь 1 к.гсзсгс сед 1 пс 1111 с вь 1 хсда" У.МИ КОМПП 3" ОРОВ 1 :1 Ра ад Я 1 СЩИ 1.1 И ВходаддМИ ХГЛЮ 1 Е 1 Сг 1. г И 1 г. а В 11 ХСДЫСОвходами пресбраэс 1 ителя ксца а ксц непосредственно и через блок 1 7 КО 11 стант,Ократных 22,5 . И состав преобразователя2 кода В коц входят блок 18 передачикода и схема 19 сложепця кодов,Как известно, напряжения О и О выходпь 1 хсипуснсй и косияуснойг обмоткиСКИТ 3 определяются следующим обр.3:гзсм: амплитудное значение и круговая частота напряжения О,пцта 11 ия блока 4;- угол поворота ротора СКИТ;коэффициент трансформациипостояв ый для данного тип:-,СКИТ.720 455 6Участок 22,5 -. 45, таким образом,исключается из рассмотрения,Выбор указанного напряжения, испольэуемого в дальнейшем с целью преобразования в цифровой код, осуществляетсяследующим образом, Блок 1 5 определения квадранта угла поворота по результатам анализа знака фазы выходных напряжений СКВТ относительно чапряжения,Зг, питания блоке 4 формирует сигналпризнак квадранта угла поворота 6 . В1-ом и 3-ем кведрантах этот сигнал поступает на управляющий вход ключа 13и устанавливает его в замкнутое положение, подключая к другому входу компараторе 8 напряжение О с выхода блока11 вычитания, а во 2 ом и 4-ом квадрантах - на управляющий вход ключа 12,при этом последний устанавливается взамкнутое положение и к тому же входуксмпаратора 8 ( т. к. выходы ключей1" и ) 3 сбъециены) подключается надряжание 04 с выхода блока 10 сложения. По резудтатам сравнения напряжекний Од и (., л ежду собой компаратор8 выбирает л 1 е;: "ее из них", цслиЫд 1 Щсигнаг. с первого вкхода компвратора 8 ние, при котором к тому же входу компаратора 8 ( т. к. выходы ключей 6 и 7объединены) поступает напряжение Окосинусной обмотки СКВТ,Изменение знака фазы и соотношенияамплитуд напряжений О и О происходитв точках угловой оси, которые разбиваютвесь диапазон изменения угла поворота8 на 8 секторов (октантов) по 45 кажодый. В зависимости от номера сектора 10можно было бы выбрать и преобразоватьв цифровой код меньшее из этих напряжений, т, е, О но при этом точост цфроого измерения угле поворофта 8 получилась бы невысокой из-за су 35щественного увеличения во втором полуо осекторе (22,5 - 45 ) доли, погрешности от нелинейности синусоидальной характеристики угол-напряжение. С другойстороны, чем меньше исходный сектор,тем с большей точностью начальныйучасток синусоиды, прилегающий к угловой оси, можно считать отрезком прямой линии. Это соображение положено г.25основу построения предлагаемого устройства, повышение линейности характеристики преобразования которого связано с образованием дополнительных напряжений,изменение знака фазы которых происхо 30дит в точках угловой оси, соответствующих углам й П8= - + - н,1 4 где й - О, 1, 2, 3.Условию (2) удовлетворяют напряжения, подученные путем выподненич одераций алгебраического сложения и масшта.бирования выходных сигналов СКВТ в 40 блоках сложения 10 и вычитания 11:ЮОз= - (О -0,) =К О ыацйюи(45-8); О = - (О +О )дК О 51 РШЬЮЯ 5 9(3)ОЕ ащ45 Где Е - постоянный масштабный коэффициент.Изменение знака фазы и соотношения амплитуд исходных и дополнительных напряжений (фиг. 2) происходит теперь в точках угловой оси, которые разбивают весь диапазон измерения угла поворота 6 на 16 секторов по 22,5 каждый, причем в каждом секторе можно выбрать напряжение (исходное или дополнительное), которое изменяется почти линейноо в.пределах начального участка (От 22,- ) синусоиды, прилегающего" к угловой оси (на фиг. 2) выделено сплошной линией). дост"дает на уцОяьдяющий в.од ключа,", устанвв. в ,веет его в э мкнутое по. поженив при котором апряя.ение О г, пок стугает на вхрц ц;еобразова- ед 1 напри,кение-ко" ( ПКК.;.,;с, - и (.Щ, сигнзл со в "о,.о,э вь:хода комцараторв О глсткцаэт н=. тавчяющии вход ключа 9 и устанавливает его в замкнутое положение,. при кссррт, ко входу ПНК подключается Ог . Преобразователь напряжение код формирует цифровой эквивалент Й поданного на его вход напряжения. Комер (признак) того .ни иного из16-ти 22,5 градусных секторов определяется по резуд:.татам анализа фазовыхсоотношений между напряжениями 0, Ои Ц, (сигнал с выхода блока 15) и амплитудных соотношений между напряжениями ЬО,Од, и О(сигнал с дкомпараторов 5 и 8) логическим блоком 16, устаневчиваюшим блок 1 7 констант, кратных 2,5, в положение, приокотором к одном", из входов схемы 19сложения блока 2 подключается код И,хк) О- напряжение О, иди О, выбранное с помощью бчока 15 и действующее на одном из входов компагчтора8, подключенном к обшей точке кчючей12 и 13,720455 Приз-Ци свойнаккод на Р" выходе С остноо шениеахплиСоотношение ампКодпСектор т с ту е 13."дО 1110 О ( О 1111 О ( О иия напряжения, выбр дных 0,О и допслни апряжений по результ нногоельсчет кодирова из числа исхо ных О, Ци аемом уст:- ие линейазования эа та м постоянный для данного сектора и соответствующий его левой границе.Как видно из фиг. 2, в нечетных 22,5-градусных секторах, где с увеличением угла поворота И амплитуда ко дируемого напряжения увеличивается значения цифрового кода Й с некоторой степенью приближения отображают искомый угол поворота 8, И четных. же 22,5- градусных секторах, где с увеличением угла поворота 6 амплитуда кодируемого напряжения уменьшается, ква- зилинейная зависимость между цифровым кодом Йи углом поворота 8 нар"шар ется: увеличению 6 соответствует уменьшение Й . Чтобы исключить возникшую неоднозначность, достаточно в четных 22,5-градусных секторах осуществить инверсию кода Й, Для этого на выходе Таким образом, в предл ройстве достигается псвыш ности характеристики преоб логического блока 16 формируется специальный признак Р (вьсский потенци.- ал), в соответствии с которым блок 18 передачи кода формирует инверсное значение Й поданного на его вход кода Й например, путем считывания результата кодирования с инверсных (нулевых) выходов разрядных триггеров оконечногс регистра ПИК 1. В не етных 22,5-градусных секторах блок 10 передает код М.с выхода ПНК 1 на другой вход схем 19 без зменечя, Схема 19 сложения кодов реализует огерацию сложения кодов Й и/Лд " , с. бражаоце ссстьетс; ве;о сектор и "гол сворота . ротора , КБ 1" г ппецелах этого секгсЫ;,Для иапядности ,.лсхыния вся послеьщ довательность рассмотренных операций сведена и нижеследующую таблицу.720455 10сформатора подключены ко входам первого компаратора, суммируюшего и вычитающего блоков и к первым входам первого и второго ключа, выходы которыхобъединены и подключены к первым входам второго компаратора и третьего ключа, выходы суммирующего и вычитающего блоков подключены к первым входамсоответственно четвертого и пятого ключей, восходы которых объединены и подключены к второму входу второго компарвтора и первому входу шестого ключа,выходы третьего и шестого ключа объединены и подключены ко входу преобразователя. напряжения в код, второй итретий выходы блока определения квадранта угла поворота подключены ко вторым входам соответственно четвертогои пятого ключей, первый и второй выходы первого компаратора подключены ковторому и третьему входам логическогоблока и вторым входам первого и второго ключа соответственно, первый ивторой выходы второго компаратора подключены к четвертому и пятому входамлогического блока и вторым входам шесто:о и третьего ключа соответственно. сравнения их амплитуд, на начальном22,5-градусном участке синусоиды, "прилегающем" к угловой оси. По сравнениюс прототипом, где изменение результирующего кода соответствует изменениекодируемого напряжения на 45-ти градусном участке синусоиды, "прилегающем"к угловой оси, погрешность от нелинейности характеристики преобразованияуменьшается примерно в 1,7 раза, 10 Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в 15код, содержааий преобразователь напряжения в код, выход которого подключен к первому входу преобразователя кода в код, синусно-косинусный вращающийся трансформатор, обмотка возбуждения которо го подключена к источнику напряжения питания, выходные обмотки - к первому и второму входу блока определения квадранта угла поворота, третий вход которого подключен к источнику. напряжения, питания первый выход - к первому входу логи- ческого блока, первый выход которого подключен ко второму входу преобразователя кода в код, второй выход - через блок констант к третьему входу преобразователя кода в код,. о т л и . а ю " ш и й с я тем, что с целью повышения точности преобразователя в него введены кл:очи, компараторы, суммирующий и вычнтающий блоки, выходные обмотки синусно-косинусного врашающегося транИсточники иМормадии,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 59100 кл. б 08 С 9/04 от21,05.78,2. Авторское свидетельство СССРБ 332488, кл. б 08 С 19/28от. 04.05.70прототип) .720455 Составитель Н. Бочароваедактор М. Минаев Техред И, Асталощ Кор В. Синицкая ул. Проектная, 4 Фили П фПатент", г. 0223/36 ЦНИИПИ по дел 1 3035, МосТираж 682 Подписноеосударственного комитета СССР изобретений и открытий , Ж, Раушская наб., д. 4/5