Устройство для синусно-косинусного цифроаналогового преобразования

(51) 4 С 06 С 7/22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн автасному свицетвъстви ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 551659, кл. С 06 С 7/22, 1977.2. Патент США В 3728719,кл. Н 03 К 13/02, опублик, 1973.(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике иможет быть использовано в системахчислового программного управления.Целью изобретения является расширение области применения за счет преобразования с различной дискретностью задания и расширения класса решаемых задач за счет имитации сигналов реальных датчиков. Устройство содержит блок 1 постоянной памяти,блок 2 выборки, реверсивные счетчи"ки 3 и 4, блок 5 реверса счетй, селектор 7 квадрантов, генераторы синусной 8 и косинусной 9 функций,фазоинверторы 1 О и 11, цифроаналоговые преобразователи 12-15, сумматоры,16 и 17. Формирование сигналов синуса и косинуса осуществляется с помощью линейной амплитудной модуляции опорных напряжений 4 сигналовположительных обратных связей с последующим суммированием с соответствующим масштабным коэФфициентом сигналов, полученных в результате иодуляций. Устройствообеспечивает возможность построения унифицированныхпреобразователей, работающих в системах с различной дискретностьюзадания, и возможность имитации (сучетом внутришаговой погрешности)сигналов реального индукционногодатчика. 1 з.п. в-лы, 2 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах числового программного управления.Известно устройство синусно-косинусного преобразования с заданием узловых точек аппроксимации с помощью ряда опорных напряжений и с аппроксимацией функций синуса и косинуса между узловыми точками путем линейной амплитудной модуляции опорных напряжений цифровыми сигналами, сформированными из сигнала задания, содержащее блок задания узловых точек аппроксимации, входной счетчик, селектор квадрантов, селектор точек аппроксимации, дешифраторы, линейные реэистивные сетки, выходной фазоинвертор 1,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство синусно-косинусного преобразования, основанное на преобразовании опорных напряжений по законам аппроксимирующих функций С, =С =(1)Ьп 1 Я+К ф со 91%у)где И =1, 80148;- угол задания в текущемквадранте датчика;к,К " линейные положительные функции, дополняющие друг друга до единицы.Известное устройство содержит селектор квадрантов, генератор синуса, в состав которого входит первый фа" зоинвертор и первый цифроаналоговый преобразователь, связанный выходом с первым входом первого сумматора, и генератор косинуса, в состав которого входит второй фазоинвертор и второй цифроаналоговый преобразователь, связанный выходом с первым вхоцом второго сумматора 2 . Недостатком известных устройств является ограниченность возможностей прц выборе дискретности аргумента и соответственно при выборе числа дискрет деления шага индукционного датчика (периода синусной и косинусной функции), что исключает возможность перенастройки схемы устройства на различные дискретности задания входного угла,Кроме того, недостатком являетсяотсутствие возможности учета внутришаговой погрешности датчика припреобразовании, т,е, отсутствие возможности имитации сигналов реального индукционного,цатчика типа индуктосин или вращающийся трансформатор,например, для целей компенсации погрешностей датчиков в следящих системах.Цель изобретения " расширение об"ласти применения за счет преобразования с различной дискретностью задания и расширение класса решаемыхзадач эа счет имитации сигналов реальных датчиков.Поставленная цель достигается тем,что .устройство для синусно-косинусного цифроаналогового преобразования,содержащее селектор квадрантов, генератор синусной функции, содержащийпервый фазоинвертор, первый сумматори первый цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которогосоединен с шиной первого опорногонапряжения а выход - с первым входом первого сумматора, и генераторкосинусной функции, содержащий вто- ЗО рой Фазоинвертор, второй сумматор ивторой цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого соединен с шиной второго опорного напряжения, а выход - с первым входом второго сумматора, выходы первого ивторого фазоинверторов являются выходами устройства., содержит блокпостоянной памяти. блок выборки, первый и второй реверсивные счетчики,блок реверса счета, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи,при этом вход устройства соединен спервым информационным входом блокареверса счета, первый и второй выходыкоторого соединены с входами управления реверсом соответственно первого1и второго реверсивных счетчиков, атретий выход блока реверса счета: -со счетным входом первого и второго О реверсивных счетчиков, выходы отрицательного переноса которых соединены соответственно с вторым и третьиминформационными входами блока реверса счета, четвертый выход которого 55 соединен с входом селектора квадрантов и с информационным входом блокавыборки, а пятый выход - с управляющим входом блока выборки, выход которого соединен с входом блока пос 1278897тоянной памяти, выход которого соединен с кодовыми входами первого ивторого реверсивных счетчиков, кодовый выход первого реверсивного счетчика соединен с кодовыми входами перваго и четвертого цифроаналоговыхпреобразователей, кодовый выход второго реверсивного счетчика соединенс кодовыми входами второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, 10выход третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей соединенс вторыми входами соответственнопервого и второго сумматоров, выходпервого сумматора соединен с аналоговым входом третьего цифроаналогового преобразователя и с информационным входом первого фазоинвертора,выход второго сумматора соединен саналоговым входом четвертого цифроаналогового преобразователя и с информационным входом второго фазоинвертора, первый информационный выходселектора квадрантов соединен с входом определения направления счетаблока реверса счета, второй и третийинформационный выходы селектораквадрантов соединены со знаковымивходами соответственно первого ивторого Фазоинверторов, а также тем, 30что блок реверса счета содержит коммутатор, первый и второй КБ-триггеры,формирователь импульсных последовательностей, первый, второй, третийи четвеРтый элементы ИЛИ и Формирователь импульсов, первый и второй выходы которого являются первым и вторым управляющими выходами блока, атретий и четвертый выходы соединеныс первыми входами первого и второго 40элементов ИЛИ, выход которых подключены к третьему выходу блока,первый и второй входы третьего элемента ИЛИ соединены с Б-входами первого и второго КБ-триггеров и являются вторым и третьим информационными входами блока, выход третьегоэлемента ИЛИ соединен с управляющимвходом формирователя .импульсных последовательностей, информационный 50вход которого соединен с информационным входом коммутатора и являетсяпервым информационным входом блока,выход формирователя импульсных последовательностей является четвертымвыходом блока, прямые выходы КБ-триггеров соединены с соответствующимивходами формирователя импульсов, аинверсные выходы - с соответствующими входами четвертого элементаИЛИ, выход которого является пятымвыходом блока, первый и второй выходы коммутатора соединены с вторыми входами соответственно первого ивторого элементов ИЛИ, управляющийвход коммутатора является входом определения направления счета блока.На фиг. 1 представлена схема пред;лагаемого устройства; на фиг. 2схема блока реверса счета и селектора квадрантов.Устройство содержит блок 1 пос-.тоянной памяти, блок 2 выборки,реверсивные счетчики (РС) 3 и 4,блок 5 реверса счета, вход 6, селектор 7 квадрантов, генератор 8 синусной функции, генератор 9 косинусной функции, фазоинверторы 10 и 11,цифроаналоговые преобразователи(ЦАП) 12-15, сумматоры 16 и 17, селектор 7 квадрантов содержит реверсивный счетчик 18 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19.Блок 5 реверса счета содержиткоммутатора 20, КБ-триггеры 21 и22, элементы ИЛИ 23-26, формирователь 27 импульсных последовательностей, формирователь 28 импульсов, выходы положительной 29 и отрицательной 30 импульсных последовательностей, образующие первый информационный выход блока 5,Устройство работает следующимобразом,Выходные сигналы идеального индукционного датчика, имеющие видП, =П со я к я .п и 1; П =17, ядпк япи,на практике реализуются с ошибками.Основная причина этого явления - внутрипериодная (внутришаговая) по-. грешность датчика. Это в основном технологическая погрешность. Ее главные составные части могут быть аппроксимированы с помощью гармонических Функций вида я 1 п Коь и соя К 6, где К=1,2,4. Наибольший удельный вес средч них имеет первая гармоника. Она обусловлена, в основном, геометрической неортогональностью синусных и косинусных обмоток датчика и проявляется в электрической асимметрии синусного и косинус- ного сигналов.1278897 Эту погрешность можно воспроизвести и, тем самым скомпенсировать с помощью предлагаемого устройства, .Это обеспечивается следующим образом.Опорные напряжения Бс, и Пс мо дулируются в каналах синуса и.косинуса первым М и вторым М) цифровыми модулирующими сигналами соот" ветственно. Эти сигналы изменяются по законам линейной аппроксимации 10 функций /81 пс/ и /совсс/ соответственно.Сигналы. М и М формируются из входной последовательности счетных импульсов. М(М), в которой каж дый импульс соответствует элементарному углу задания в 5 ЬЮДля реального датчика, имеющего внутришаговую погрешность, угол ф связан с М следующими зависимостямилН ФУ-.Ы, 0 а -В;25ск, с к к-лс 8 - Ы,- к С с Ы,л квь-м -8;Ы, с с,(1)кк, л 1 3 л к"у -В-Ы- 7+3 с 2л3 л230Таким образом, угол- пересчитанный к квадрантам датчика угла с 6 3", 3 " , 8- составляющие погрешности в точках л/2, 1 , 3/2 и. (с 1 " угол поворота вектора задания в З 5 декартовой системе координат,угол поворота вектора в системе координат, образованной электрическими полуосями датчика; они повернуты относительно декартовых осей и обра зуют квадранты датчика, которые не ,совпадают с декартовыми квадрантами).Если обозначить через У максисв мальное значение углав квадранте Б, то для каждого квадранта, начи ная с первого, эта величина равняется- или (4) Щ)о 2"6(ви) с КФ)- сигнал, полученный врезультате модуляциинапряжения 0 цифровым модулирующим сигна - 50 лом М;МК = -- масштабный коэффициентв5 2 слинейной модуляции.Задавая величины сигналов М , которые являются сигналами начальныхусловий датчика, меняем поквадратноамплитуды сигналов, получаемых в результате линейной модуляции, Сигналы М предварительно формируются, исс кк ак 6- )(2) Величинаявляется начальным условием квадранта 8 для выбранного датчика и выражается в угловых единицах измерения,Если в качестве единицы измерения использовать элементарный угол задания Ьу, то углусоответствует число При этом числовые значения модулирующих сигналов определяются из следующих выражений: Таким образом, цифровые сигналы М и М меняются по законам линейных функций. Они представляют собой двоичные коды разрядности и и формируются путем суммирования счетных импульсов 1.М(Ф) от нуля до величины М и путем вычитания - отввеличины М до нуля в каждом квадранте датчика. При этом один сигнал всегда возрастает, а другой - убывает. При смене квадранта направления задания угла К характер изменения модулирующих сигналов меняется на противоположныйСигналы М (м) и М, какуже отмечалось, используются в генераторах синуса и косинуса для линейной модуляции опорных напряжений УсБ и формируемых сигналов, которые используются также в качестве сигналов положительных обратных связей. Линейная модуляция этих сигналов, например модуляция опорного напряжения 11 сигналом М в канале синуса осуществляется по следующему закону:9 127889 те РС работает на сложение); запись начальных условий М нового квадран 6та в другой РС, который работает на вычитание, формирование и подача на счетные входы РС 3 и 4 дополнительного импульса, компенсирующего поте-, рю счетного импульса, вызвавшего импульс переноса Р 2. После этого импульса в одном счетчике записано число 1 (одна дискрета), а в другом - 10 (М -1),Начальные условия М заносятся в РС 3 и 4 из блока 1 с помощью бло" ка 2 выборки, который управляется сигналами из блока 5 реверса счета. Сюда поступает команда выборки, которая формируется в блоке 5, а также импульсы Р 2. Блок 2 выборки содержит свой РС квадрантов, где хранится номер текущего квадранта Б датчика 20 (абсолютный номер, отсчет от первого шага датчика), Этот номер является адресом ячейки ПЗУ 1, хранящий начальные условия М данного квадранта. Для датчика 6 одной парой полю сов в ПЗУ хранятся четыре числа, а для датчика с несколькими парами полюсов - соответственно больше. Например, для имитации сигналов реального индукционного датчика типа индук тосин с числом пар полюсов 180 в ПЗУ необходимо записать 720 чисел.Двоичные коды М и М с вторых выходов РС 3 и 4 подаются на цифровые входы ЦАП 12-15, В ЦАП 12 и 13 осуществляется модуляция опорных напряжений П об а в ЦАП 14 и 15 - сигналов Пси ц (, которыеформируются в сумматорах 16 и 17 соответственно. Каждый ЦАП в 40 данном устройстве построен на основе резистивной сетки типа КК с клю. чами и операционного усилителя. При подаче на аналоговые входы 45 ЦАП 12 и 13 синусоидального опорного напряжения 7 10Рассмотрим несколько примероввыбора параметров преобразования Ми К для преобразователя раэряднос 5тью п=10 (М =1023) в зависимостимасот значений исходных данных Мы иЙе) .П р и м е р 1. Дано: Мц Мзмаксб (с 6) =О.Выбираем М;=М =:М=М 4=Мэ,=1023.Тогда П р и м е р 2. Дано: М=2000,Р(м) =О, Тогда М =500, К = П р и м е р 3. Дано: М=2000,Р 27 о Я18 о Я 22 5 оУчитывая выражения (2) и (3),получаем М =650, М=250, М=475,650 2501024102445 К 6251024ф 1024 П р и м е р 4. Дано: М =4000,1=0,36, Я=-0,18, 6=-0,54.М, =1004, М =994, Мэ=996, М 1006 .1004 994 99610241024102410064 1024 Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность построения унифицированных преобразователей, работающих в системах с различной дискретностью задания, и возможность имитации (с учетом внутришаговой погрешности) сигналов реального индукционного датчика.Это определяет технико-экономический эффект от использования изобретения. Формула изобретенияб Ф я 1 пц 150 с выходов синусно-косинусных преобразователей снимаются два напряжения, модулированные по законам, аппроксимирующим функции синуса и косинуса 55 П , йП яп Ы, зюдов; П ыйП сояяы а. 1. Устройство для синусно-косинус- ного цифроаналогового преобразования, содержащее селектор квадрантов, генератор синусной функции, содержащий первый фазоинвертор, первый сумматор и первый цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого соединен с шиной первого опорного напряжения, а выход - с первым входом первого сумматора, и генератор косинусной функции, содержащий второй фа 11 12788 зоинвертор, второй сумматор и второй ;цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого соединен с шиной второго опорного напряжения, а выход - с первым входом второго сумматора, выходы первого и второго фазоинверторов являются выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет преобразования с 10 различной дискретностью задания и расширения класса решаемых задач за счет имитаЦии сигналов реальных датчиков, оно содержит блок постоянной памяти, блок выборки, первый и вто рой реверсивный счетчики, блок реверса счета, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи, при этом ,вход устройства соединен с первым информационным входом блока реверса20 счета, первый и второй выходы которого соединены с входами управления реверсом соответственно первого и, второго реверсивных счетчиков, а третий выход блока реверса счета - 25 со счетным входом первого и второго реверсивных счетчиков, выходы отрицательного переноса которых соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами блока ре верса счета, четвертый выход которого соединен с входом селектора квадрантов и с информационным входом блока выборки, а пятый выход - с управляющим входом блока выборки, выход которого соединен с входом блока постоянной памяти, выход которого соединен с кодовыми входами первого и второго реверсивных счетчиков, кодовый выход первого реверсивного 40 счетчика соединен с кодовыми входами первого и четвертого цифроаналоговых преобразователей, кодовый выход второго реверсивного счетчика соединен с кодовыми входами второго и третьего 45 цифроаналоговых преобразователей, выходы третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей соединены с вторыми входами соответственнопервого и второго сумматоров, выход 50 первого сумматора соединен с аналоговым входом третьего цифроаналогового преобразователя и с информационным 97 12входом первого фазоинвертора, выход второго сумматора соединен с аналоговым входом четвертого цифроаналогового преобразователя и с информационным входом второго фазоинвертора, первый информационный выход селектора квадрантов соединен с входом определения направления счета блока реверса счета, второй и третий информационные выходы селектора квадрантов соединены со знаковыми входами соответственно первого и второго фазоинверторов. 2Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, блок реверса счета содержит коммутатор, первый и второй КБ-триггеры, формирователь импульсных последовательностей, первый, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ и формирователь импульсов, первый и второй выходы которого являются первым и вто рым выходами блока, а третий и четвертый выходы соединены с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к третьему выходу блока, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ соединены с Я-входами первого и второго КБ-триггеров и являются вторым и третьим информационными входами блока; выход третьего элемента ИЛИ соединен с управляющим входом формирователя импульсных последовательностей, информационный вход которого соединен с информационным входом коммутатора и является первым информационным входом блока, выход формирователя импульсных последовательностей является четвертым выходом блока, прямые выходы КЯ-триггеров соединены с соответствующими входами формирователя импульсов, а инверсные выходыс соответствующими входами четвертого элемента ИЛИ, выход которого является пятым выходом блока, первый и второй выходы коммутатора соединены с вторыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, управляющий вход коммутатора является входом определения направления счета блока.1278897Составитель Г. Осипов Редактор Г. Волкова Техред Л.Сердюкова Корректор А. Ильин Заказ 6842/50 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4