Преобразователь кода в угловое положение вала

(19) (И 03 М 1/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ 13,ВИДЕТЕЛЬСТ 00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Опытное конструкторско-техноло гическое бюро с опытным производством Института метанлофизикн АН УССР (72) А.М, Кац, А.Е, Лемкин,Е,И, Берсудский и Г.В. Агафонов (53) 681.325(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР М 783820, кл, С 08 С 11/00, 1979.Авторское свидетельство СССР У 565312, кл. С 08 С 1/00, 1975 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОР В УГЛОВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ВАЛА 7) Изобретение относится к авто ке и вычислительной технике и м жет быть использовано для связи цифровых вычислительных устройств с аналоговыми исполнительными устройствами, С целью повыщения точности преобразователя и расщирения областиего применения при наличии ограничений на диапазон углов разворота исполнительных устройств в преобразователь, содержащий исполнительный механизм 1, селектор 2 октантов,генератор 3 цифроаналоговый преобразователь 4, аналоговый блок 5 сравнения,регистр 8 октантов и регистр 9 триго1305864 КБ и з 1 по; нометрического кода, введены циф 1 овой блок 6 сравнения, формирователь7 кода квадрантов, элемент ИЛИ 10 иформирователь 11 сигналов рассогласования. Селектор 2 октантов содержитпервый 12 и второй 13 переключатели,Цифровой блок 6 сравнения содержитблок 14 преобразования кода в код иселектор-мультиплексор 15. Формирователь 11 содержит компаратор 16,ключ 17, первый 18, второй 19, третий 20 триггеры, первый 2 и второй22 источники опорного напряжения, Исполнительный механизм 1 содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 23, а также двигательи блок управления двигателем, которые на чертеже не представлены. ЯходИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для связи цифровыхвычислительных устройств с исполнительными устройствами,Целью изобретения является позышение точности преобразователя и расширение области его применения приналичии ограничений на диапазон углов разворота исполнительных устройств.Па чертеже приведена структурнаясхема преобразователя.Преобразователь содержит исполнительный механизм 1, селектор 2 октантов, генератор 3, цифроаналоговыйпреобразователь (ЦАП) 4, аналоговый5 и цифровой б блоки сравнения, формирователь 7 кода квадрантов, регистр 8 октантов, регистр 9 тригонометрического кода, элемент ИЛИ 10 иформирователь 11 сигналов рассогласования, Селектор 2 октантов содержит первый 12 и второй 13 переключатели, Цифровой блок 6 сравнения содержит блок 14 преобразования кодав код и селектор - мультиплексор 15,Формирователь 11 сигналов рассогласования содержит компаратор 16ключ 17, первый 18, второй 19 и третий 20 триггеры, первый 21 и второй22 источники опорного напряжения.Исполнительный механизм 1 содержит ной код задается в блоках 8 и 9. В селекторе 2 формируются меньшее и болк ее по модулю выходные напряжения СКВТ 23. В формирователе 7 вырабатывается код квадранта текущего положения ротора СКВТ, В блоке 6 сравнивается заданный код с текущим, и в зависимости от наличия запрещенного перехода вырабатывается команда грубого разворота, которая через элемент ИЛИ 1 О воздействует на исполнительньй механизм 1. Если квадранты совпадают, то наличие и направление разворота исполнительного механизма 1 вырабатывается формирователем 11 в зависимости от выходного сигнала аналогового блока 5 сравнения. 3 з.п. ф-лы,ил., 4 табл. синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 23, а также двигатель и блок управления двигателем(не показаны).5 Преобразователь работает следующим образом,Импульсы литания С генератора 3с амплитудой Цр доступают на обмотку возбуждения СКВТ 23 и наводят наего выходных обмотках прямоугольныеимпульсы с ампли.удой Бс = КБсов с;где ив напряжение питания СКВТ;К - постоянный коэффициент;К - текущее угловое положениевала.20 Эти импульсы непосредственно поступают на входы селектора 2 октантов,Задание на преобразование кодауглав угловое положение вала за- Ъ гносится из внешнего устройства, например ЦВМ, и представляет собой двоичное число, у которого три старшихразряда определяют код номера октанта, в котором находится угол , а остальные - код тригонометрической функции угла (тангенс, котангенс), Код октанта заносится в регистр 8 октантов, а код тригонометрической4 4превышает половины полного угла оборота.Рассмотрим ограничения, выражающиеся в запрете пересечения границы,например, между первым и восьмым октантами. Допустим, что угол ц расположен в первом октанте, а угол с( -в восьмом, Кратчайший путь установкиисполнительного механизма в заданноеположение обеспечивается вращениемего против часовой стрелки и запрещенным переходом границы восьмой -первый октант. При наличии указанныхограничений может быть разрешен только путь перехода по часовой стрелкечерез октанты с последовательно снижающимися номерами от восьмого кпервому. Точная установка исполнительного механизма 1 в заданное положение обеспечивается управляющимисигналами, Формируемыми по напряжению рассогласования ЦР. Но для исключения запрещенных переходов режиму точной установки предшествует грубый контроль рассогласования, по результатам которого определяется выбор одного из режимов: грубой илиточной установки. Грубая установкаучитывает ограничение на переходграницы первый - восьмой октантГрубый контроль рассогласования осуществляется цифровым блоком 6 сравнения, на вход которого поступает кодоктанта заданного углас регистра8 и код квадранта текущего угла с сформирователя 7.По переднему Фронту импульса С 2генератора 3 на запоминающих элементах формирователя 7 Фиксируются знаки выходных напряжений СКВТ 23, которые кодируются с помощью компараторов формирователя 7. Двухбитовыйкод на выходе Формирователя 7 характеризует квадрант углами в контролируемом цикле по сигналам, поступающим на его входы с выходов переключателя 13.Фронт импульса С 2 располагаетсяв средней части временного интервалаимпульса С 1, что обеспечивает считьгвание знаков напряжений СКВТ 23 после завершения его переходных процессов, обусловленных импульсным питанием,Соответствие выходного кода формирователя 7 положениям угла д.(квадранты) при различных положениях заданного угла(октанты) дано втабл.2. 130586 Функции - в регистр 9 тригонометрического кода.Переключатель 12 подключает один из выводов каждой из двух выходных обмоток СКВТ 23 к общей шине, тем са мым задавая полярность напряжения на соответствующей обмотке,Переключатель 13 подключает к аналоговому входу ЦАП 4 большее по модулю напряжение СКВТ 23, а к входу 10 блока 5 - меньшее по модулю напряжение. Полярность и порядок подключения обмоток СКВТ 23 в зависимости от октанта, н котором находится эадаваеемый угол , представлены в табл.1, 15Таблица 1 Напряжение подключения к входу Октант угла-11с 35 с 118 ых 11 Цопгде И - выходной код регистра 9, про порциональныйЦрд - опорное напряжение, подаваемое на аналоговый вход ЦАП 4с выхода СКВТ 23. 50На выходе аналогового блока 5 сравнения вырабатывается сигнал УР переменного тока, пропорциональный эдпЯ-) с соответствующим знаком, Если непосредственно использовать напряжение О для управления преобраРэователем, то установка его в заданное положение осуществляется по кратчайшему пути, величина которого не 40ЦАП 4 Формирует выходное напряже- ние1305864 6Таблица 2 Код формирователг. 7 при актантах заданного угла 1 1 1 1 Квадрантугла с. 71 Ъ 11 Ч 111 00 00 01 1 О 10 01 10.0 00 ОО 10 01 ОО 00 01 10 10 01 00 00 01 1 11 111 1 Ч Выходные коды формирователя 7,1представленные в табл.2, могут бытьполучены из табл,1. На первом месте(слева ) дан код полярности напряжения, подаваемого на блок 5, а на втором - на ПАП 4, Код отрицательногснапряжения - "0", положительного -"1". Для угла с, расположенного в 25первом квадранте, синус и косинусимеют положительный знак. Поэтому впервой строке табл.2 получаются коды,у которых первый бит определяетсязнаками напряжений из первого стог:.бца табл,1, а второй - из второгостолбца, Для угла с расположенногово втором квадранте, синус - положительный, а косинус - отрицательный,Поэтому знаки при Бс из табл,1 сле 35дует сменить на противоположные ианалогично сформировать вторую строку табл,2 (первый бит кода - знак изпервого столбца табл,1, второй - второго), Аналогично в соответствии сознаками здп Ы и соз с в третьем квадранте следует сменить на противоположные знаки всех напряжений изтабл,1, а в четвертом - сменить знаки при Б, Если бы не производилась коммутация полярности обмотокСКВТ 23, формирователь 7 формировалбы код, однозначно определяющий номер квадранта угла г(,. Из-за коммутации обмоток СКВТ 23 однозначноесоответствие между кодом и квадрантом нарушается, Однако, так как этонесоотвествие носит определенный характер задаваемый квадрантом требуемого угла цкоторый известен априорно, оно учитывается при кодировкевходных сигналов селектора - мультиплексора 15 (сдвоенного) и не ведетк усложнению устройства в целом,ЦиФровой блок б сравнения имеет два выхода, по одному из которых формируется сигнал определяющий зону грубой установки ("1" - грубая установка, 0 - точная установка), по второму - сигнал управления направлением вращения исполнительного механизма 1 в режиме грубой установки, т,е, он определяет режим работы преобразователя (грубый точный) и задает регулирующие воздействия при грубой установкеДля того, чтобы исключить запрещенный переходисполнительного механизма через границу первый - восьмой октант, блокируется режим точной установки по напряжению рассогласованияв тех зонах взаимного положения углов о. игде кратчайший путь установки, формируемый в этом режиме, может проходить через запрещенную границу. В этих зонах задается такое направление вращенияисполнительного механизма 1, при котором выход на требуемое положение исключает переход через запрещенную границу,В табл.3 приведены выходные коды, формируемые блоком б сравнения при определенных взаимных положениях углов с(,и ч причем для угла е положение контролируется по квадрантам (выход формирователя 7), а для угла ц - по октантам (выход регистра 8 октантов), На первом месте слева этого кода - сигнал задания режима (грубая установка - "1", точная - "О"), на втором месте - сигнал направления (при точной установке этЬт сигнал -0 , а при грубой - задает требуемое направление в этом режиме:1" - по часовой стрелке, "0" - против).1305864 Таблица 3 Код блока 6 сравнения цифрового при октантах угла11 111 1 Ч Ъ Ч 1 711 Квадрант угла 1 Ч 11 00 00 00 1 О 10 10 10 10 00 00 00 00 1 О 1 О 11 11 00 00 00 00 10 00 00 00 Таблица 4 Октант угла(код регистраоктантов) Выходнойкод 11,Выходной код Г) 8 35 1 (000) 11 (001)111(010)Ч(011)7 (100) 1011 1011 0101 0101.1010 1010 0101 0100 1000 1010 Ч(101) 0000 Ч 1 Т(110) 0000 ЧТ 11(111) 0000 0101 50 1010 1101 55 Выходные коды блока 6 Формируются на соответствующих выходах селектора-мультиплексора 15 (сдвоенного). Его адресные входы, являющиеся общи 20 ми для двух его частей, соединены с выходами Формирователя 7, Селектор- мультиплексор 5 имеет две группы по четыре информационных входа: йдля формирования сигнала направления при грубой установке, 0- для формирования сигнала задания режима. На эти входы подается преобразованный код октанта заданного угла . Преобразование производится блоком 4 в соответствии с табл.4,Принцип формирования сигналов блока 6 цифрового сравнения можно проиллюстрировать примером, Допустим, что заданный угол М находится в первом октанте, а исходное положе-ние угла с - в четвертом квадранте.Если бы не было запрещения перемещения ротора СКВТ 23 через границумежду первым и четвертым октантами,то отработка заданного углапроизводилась бы по кратчайшему пути спереходом из четвертого квадранта(требуемое положение), При наличиизапрещенной границы первый - восьмойоктант для принудительного движениявала в противоположную сторону (внаправлении третьего квадранта) навыходе блока 6 при угле с(в четвертом квадранте и угле у в первом октанте должен быть код "11" (табл.З,четвертая строка, первый столбец ).Первая "1" задает режим грубой установки вала (блокируются сигналы формирователя 11), вторая "1" задаетдвижение по часовой стрелке к третьему квадранту,В соответствии с табл.2 при указанном взаимном положении углов с иц (четвертая строка, первый столбец)на выходе Формирователя 7 имеетсякод "11", который служит адреснымвходом сдвоенного селектора-мультиплексора, т.е. на его выходы поступают сигналы, поданные на его четвертые входи (первые входы подключаютсяпри адресном коде "00" ). Из этогоследует, что в кодах Ви В. ловступающих на входы селектора 15 изблока 14 преобразования кода в код,при задании углав первом октанте11 11на четвертых местах должны быть 1(п ерв ая строка табл . 4) . Далее в ал врежиме г ру б он установки перемещается из четвертого квадранта в третий ,Так как в этом случае также возможенпуть кратчайшей отработки заданногоугла , проходящий через запргпипную границу (при точной установке следует сохранить режим грубой ус;ановки с тем же направлением движения (табл,З, третья сторона, первый столбец). В соответствии с кодом "10" Формирователя 7, выбираемым иэ табл.2 для указанного взаимного располоения углов ос и 1(третья строка, грвый столбец), ня третьи выходы селекО торя 15 должны быть поданы (табл,4).При переходе угла с на второй квадрант следует сохранить режим грубой установки с тем же направлением 15 (табл,3, вторая строка, первый столбец), так как максимально возможная разница между углом с, расположенном на втором квадранте, и углом С в первом октянте может достичь 180 . 20 Это, в свою очередь, при погрешнсстях в определении квадранта угла с в Формирователе 7, если работать в ре-:име точной установки, может привести к отработке заданного угла о, проходя щей через запрещенную границу, Учитывая, что в соответствии с табл,2 Фор-. мирователь 7 при указанном положении вала (- 4 Ы Л) формирует код ОО, на ЗО первых местах в выходных кодах блока 14 должен быть "1" (первая строка табл.4).Наконец, при заходе в первый квадрант следует обеспечить режим тсчной35 установки, завершающийся полной отработкой задания (на выходе блска 6 в соответствии с табл,З должен быть код 00), Тяк как в соответствии с табл.З формирователь 7 Формирует код 40 "01", то в кодах первой строки 4 на вторых местах должны быть "0".Таким же образом определяются и другие коды Ви В я, задающие режим установки (точный, грубый, а при трубой установке и ее направле - ние, Табл,З определяет код, который должен быть на выходе блока 6 при определенных положениях углов а( и следовательно, и соответствующий бит (0" или "1") в кодах Б 1-л и В ; , Место бита в этих кодах определяется двоичным числом из табл,2 получаемых при тех же положениях углов (квадранты) и 4(октанты).Управление включением (пуск-стоп) исполнительного механизма 1 осуществляется первым выходным сигналом Формирователя 11 сигнала рассогласования (инверсный выход триггера 20). Если по результатам сравнения кодов октанта угла у и квадранта угла с в текущий момент времени в блоке 6 сравнения формируется включение режима грубой установки, то выходной сигнал режима этого блока ("1", первый выход) задает сигнал пуска на выходе формирователя 11 путем удерживания триггера 20 в нулевом положении. Кроме того этот сигнал блока 6 блокирует работу триггера 19, удерживая его в нулевом положении, Благодаря этому сигнал реверса исполнительного механизма 1, снимаемый с элемента ИЛИ 1 О, определяется непосредственно выходным сигналом направления с блока 6, который поступает на один из входов элемента ИЛИ 10, другой вход которого подключен к выходу триггера 19.Таким образом, в режиме грубой установки обеспечивается безусловное включение исполнительного механизма 1 и задание такого направления перемещения, которое исключает пересечение границы первый - восьмой октант, что обеспечивается блоком 6.При последующем перемещении исполнительного механизма 1 код квадранта угла она выходе формирователя 7 кода квадрантов изменяется, в результате чего наступает момент, когда результаты сравнения его с кодом октантов углаприведут к формированию на втором выходе блока 6 сигнала режима точной установки "0" , В результате снимается блокировка формирователя 11 и сигналы управления исполнительным механизмом 1 определяются Формирователем 11 по анализу напряжения рассогласования Б . Так как в режиме точной установки сигнал направления блока 6 равен "0" (табл.4), то сигнал реверса на выходе элемента ИЛИ 10 однозначно повторяет выходной сигнал триггера 19. Формировательсигнала рассогласования осуществляет трехпозиционное управление исполнительным механизмом 1 путем подачи на него сигналов: пуск по часовой стрелке, пуск против часовой стрелки, останов, поступающих с триггеров 19 и 20. Контроль величины напряжения 1 р на выходе блока 5 сравнения производится в каждом цикле работы по импульсам С 2, СЗ генератора 3. Эти импульсы по 1305864 1220 25 35 40 50 55 являются в пределах времени существования импульса С питания СКВТ 23,Импульс С 4 появляющийся в конце пикла работы, используется как служебный для подготовки формирователя 11 к работе в следующем цикле.Иаправление перемещения исполнительного механизма 1 определяется по знаку напряжения П с помощью компаР ратора 16, формирующего на выходецифровой уровень "0" или 1 в соответствии с этим знаком. Выходной сигнал компаратора 16 считывается по переднему фронту импульса С 2, смещенномуво времени по отношению к началу импульса С 1 питания на величину, достаточную для завершения переходных процессов. Передний фронт импульса С 2воздействует на стробирующий вход Стриггера 19, вход П которого подключен к компаратору 16, фиксируя на триггере 19 знак рассогласования между угламиив данном цикле работы. Сигнал с выхода триггера 19 через элемент ИЛИ 10 подается на вход реверса исполнительного механизма 1,обеспечивая его перемещение в направлении уменьшения рассогласования,Сигнал пуска исполнительного механизма 1 формируется в том случае,когда напряжение рассогласования Ппревышает по модулю определенную величину, задаваемую зоной равенства. Сравнение напряжения П с зоной равенР ства производится с помощью компаратора 16 при подаче на него модулирующего импульса, равного зоне равенства в масштабе амплитуд напряженийСКВТ 23. Модулируюший импульс выключается импульсом СЗ генератора 3.Этот импульс формирует аналогичныйключ 17, который под действием импульса СЗ подключает опорное напряжение П к одному из входов компаратора 16 вместо опорного напряженияП 1, которое имеется на выходе аналогового ключа 17 при отсутствии этого импульса. Если напряжение П поступающее на другой вход компаратора 6, имеет величину П (ПРП 2 т то под действием модулирующего импульса амплитудой П -П выходной сигнал компаратора 16 изменяется на противоположный по отношению к исходному. Полярность модулирующего импульса выбирается такой, что в зонеравенства его появление вызывает переход О.ф на выходе компаратора 16.Одно из опорных напряжений, например Пд, может быть равно нулю, В этом случае зона равенства имеет середину на уровне П /2, что при необходимо 2 йсти можно учесть введением постоянного смещения в задание угла. Естественно назначить величину зоны равенства близкой к половине веса младшего разряда цифрового кода ЦАП 4,Факт изменения состояния выхода компаратора 16 под действием модулирующего импульса, свидетельствующий о том, что исполнительный механизм 1 приблизился к заданному углу с на величину, меньшую зоны равенства /с- У Л Ч, Фиксируется в текущем цикле триггерами 18 и 20, Триггер 18 в конце предыдущего цикла устанавливается в исходное (нулевое ) состояние импульсом С 4 генератора 3. Импульс С 2, подаваемый на Э-вход триггера 18, обеспечивает условия (разрешение ) для перехода триггера в единичное состояние, если под действием модулирующего импульса, сформированного в интервале существования импульса С 2, выходной сигнал компара" тора 16 изменяется, т.е. появляется выходной импульс, который вызывает переход триггера 18, воздействуя на его стробирующий вход С. Задний фронт импульса С 2, воздействуя на стробирующий вход С триггера 20, ус-. танавливает его в состояние, идентичное тому, в котором оказался триггер 18 после воздействия модулируюшего импульса на компаратор 16. Иными словами, по импульсу СЗ производится сравнение величины рассогласования с зоной равенства с помощью компаратора 16 и триггера 8, а по заднему фронту импульса С 2 результат этого сравнения фиксируется на триггере 20, который непосредственно управляет пуском исполнительного механизма 1Формула изобретения 1, Преобразователь кода в угловое положение вала, содержащий генератор, первый выход которого подключен к входу питания исполнительного механизма, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму аналоговым входам селектора октантов, первый и второй выходы селектора октантов подключены соответственно к аналоговому входу цифроаналогового преобразователя и1:3058 б 4 14 1 Зпервому входу аналогового блока сравнения регистр октантов и регистр тригонометрического кода, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам селектора октантов и к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя и расширения области его применения, в него введены формирователь кода квадрантов, цифровой блок сравнения, формирователь сигналов рассогласования и элемент ИЛИ, третий и четвертый выходы исполнительного механизма под ключены соответственно к третьему и четвертому аналоговым входам селектора октантов, первый и второй выходы которого подключены к информационным входам формирователя кода квадрантов, выходы формирователя кода квадрантов подключены к первой группе входов цифрового блока сравнения, вторая группа входов которого соединена с выходами регистра октантов, 25 первый и второй выходы цифровогс блока сравнения подключены соответс твенно к первому входу элемента ИЛИ и к перьому информационному входу формирователя сигналов рассогласования, 30 второй информационный вход которого соединен с выходом аналогового блока сравнения, а первый и второй выходы подключены соответственно к первому управляющему входу исполнительного механизма и к второму входу элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ подключен к второму управляющему входу исполнительного механизма, второй, третий и четвертый выходы генератора подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам формирователя сигналов рассогласования, а второй выход генератора подключен к управляющему входу формирователя кода квадрантов.2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что селектор октантов содержит первый и второй переключатели, первый, второй, 5 третий и четвертый аналоговые входы которых соединены соответственно друг с другом и являются первым, вторым, третьим и четвертым аналоговыми входами селектора октантов, первый и второй управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно друг с другом и являются первым и вторым управляющими входами селектора октантов, третий управляющий вход второго переключателяявляется третьим управляющим входомселектора октантов, первый и второйвыходы первого переключателя соединены с общей шиной, а первый и второй выходы второго переключателя являются соответственно первым и вторым выходами селектора октантов.3, Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что цифровой блок сравнения содержит блок преобразования кода в код и селектор- мультиплексор, первая и вторая группы выходов блока преобразования кода в код йодключены соответственно к первой и второй группам информационных входов селектора-мультиплексора, адресные входы которого являются первой группой входов цифрового блока сравнения, первый и второй выходы - соответственно первым и вторым выходами цифрового блока сравнения, а входы блока преобразования кода в код являются второй группой входов цифрового блока сравнения.4, Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что формирователь сигналов рассогласования содержит компаратор, ключ, первый, второй и третий триггеры, первый и второй источники опорного напряжения, выходы которых подключены соответственно к первому и второму информа- ционным входам ключа, выход ключа подключен к одному входу компаратора, выход компаратора подключен к С- входу первого триггера и Р-входу второго триггера, прямой выход первого триггера подключен к 0-входу третьего триггера, К-вход второго триггера соединен с К-входом третьего триггера, К-вход второго триггера и другой вход комларатора являются соответственно первым и вторым информационными входами формирователя сигналов рассогласования, П-вход первого триггера соединен с С-входами второго и третьего триггеров, В-вход первого триггера, управляющий вход ключа и К-вход первого триггера являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими входами формирователя сигналов рассогласования, а инверсный выход третьего триггера и прямой выход второго триггера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя сигнала рассогласования.