Преобразователь угла поворота вала в код

(53)М. Кл. С 08 С 9/00 с присоединением заявки М -ВвеуАарствеяяыб комитет СССР во делам яэабретеякк и втерытя 11(72) Авторы изобретения Ленинградский институт авиационнопо приборостроения"(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛАВ КОД 1Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике, а именно кпреобразователям типа угол-код, ипредназначено для. ввода данных в цифровые вычислительные машины,Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие индукционный датчик угла типа вращающегося трансформатора, преобразователь напряжения в код, коммутаторобмоток (фаз) датчика угла, логический блок и регистр для записикода 1 и 1.2).В известных устройствах на выходеиндукционного датчика угла формируются синусное и косинусное напряженияв функции угла поворота, поступающие на вход преобразователя напряжение-код,В преобразователе 11 синусное и щокосинусное напряжения поступают через селектор октанта (логическийблок) на вход преобразователя напряжение-код, включающего линейные 2множительные устройства. Старшие три разряда определяются логическим блоком при выборе октанта, а остальные формируются в преобразователе напряжение-код.Недостатками такого преобразователя являются погрешность, обусловленная нелинейной зависимостью синусного и косинусного напряжений от угла поворота в пределах 45 , а также необходимость иметь преобразователь напряжение-код на большое число разрядов, что предъявляет высокие требования к электронным элементам и на практике ограничивает точностные возможности преобразователя угла в код.Устройство 21 снижает погрешность от нелинейной зависимости синусного и косинусного напряжений, поскольку здесь используется функциональный преобразователь напряжениекод и выходной код формируется по номерам функциональных уровней напряжения,2091 4 Данное устройство также обладает существенными недостатками. Выход" ные напряжения преобразователя чис" ла Фаз изменяются в функции угла поворота по закону синуса или косинуса т.е. преобразователь имеет принципиальную ошибку от нелинейности вы" ходного напряжения СКВТ. Наличие двух электрических машин -СКВТ - дат" цика и преобразователя числа фазувеличивает массогабаритные показатели устройства, что также является недостатком, в особенности для бортовых систем.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий индукционный дат-, цик угла - трехфазный сельсин, выходы которого .подключены к входам коммутатора фаз и блока компара торов, демодулятор, линейный делитель напряжения РЛДН ), дешифратор входы которого связаны с выходами блока компараторов, а выход подключен к входу коммутатора фаз и первому входу ЛДН одновременно, вычитающий блок, блок умножения на коэффициент и реверсивный счетчик, соединенные последовательно. Вход вычитающего блока соединен с выходом демодулятора, первый и второй выхо" ды блока питания подключены соот 3 94 Однако он требует применения высокоточного функционального преобразователя, что является на.практике сложной технической задачей и также ограничивает точностные воэмож" ности преобразователя угла в циф" ровой код. Преобразователь угла поворота вала в код 21 содержит до, полнительно преобразователь числа фаз, выполненный в виде синусно"ко" синусного вращающегося трансформа" тора СКВТ) с двухфазной первичной и 2" " Фазной вторичной обмотками и предназначенный для повышения точ" ности преобразования угла в код. Ло" гический блок определяет первые и-разрядов двоичного кода путем срав нения Фазы и модуля входных напряжений преобразователя числа фаэ с фазой и модулем опорного напряжения и записывает их в регистр. В преде" лах угла 180"/ХЧ значения остальных разрядов кода определяются пре" образователем напряжение-код и также записываются в регистр. 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55"ветотвенно к входу датчика угла итретьему входу ЛДН, При подключении к входу датчика угла питающегонапряжения с блока питания на его выходах фазах) формируется система из 3-х напряжений, имеющих пространственный сдвиг друг относительно друга на угол равный 2 Г/3 и изменяющихся в функции угла повбротавала по закону синуса. В каждой иэ 30-градусных зон изменения угла соотношение выходных напряжений фаз между собой и нулевым уровнем различно, что отражается в выходных сигналах блока компараторов. Тем самым для каждой 30"градусной зоны "запрограммированы" рабочая и опорная фазы, подключением которых к входам демодулятора управляет сигнал с дещифратора. Выходное напряжение рабочей Фазы в диапазоне 0-30 О после Фа" эочувствительного выпрямления в демодуляторе поступает на один из входов ЛДН, на два других входа которого подаются соответственно выходной сигнал с дещифратора и некоторый опорный сигнал постоянного тока с блока питания, с которым срав" нивается по величине напряжение рабочей Фазы. Сигнал с ЛДН приходит на вход вычитающего блока, который формирует единичные прирацэния, поступающие через блок умножения на коэффициент на вход реверсивного счетчика и формирующие в его разрядах двоичный код 31.Известный преобразователь угла поворота вала в код обладает существенными недостатками. Степень нелиней ности синусоидальной функции на отрезке 0-30 составляет 3,41, что принципиально ограничивает точностные возможности известного устройства на уровне 0,7-1,0 угл.град, 8-9 дв. разрядов). Сигнал опорной Фазы подключаемый к демодулятору, необходим лищь для выделения огибающей сигнала рабочей Фазы, к входу ЛДН он не подключается, а для нормального функционирования блока ЛДН к нему подводится опорный сигнал из бло" ка питания. Таким образом, при преобразовании в код в блоке ЛДН рабочий и опорный сигналы формируются разными источниками с различными электромагнитными системами, в разной степени подверженными воздействию эксплуатационно-технологических фак942091 5 1 О 15 го 35 40 45 50 торов, Это обстоятельство приводитк дополнительным ошибкам преобразования угла е.код от увеличения фазовой и амплитудной погрешностей приизйенвнии условий эксплуатации, чтотакже снижает точностные возможностиизвестного преобразователя. Цель изобретения - повышение точности преобразования угла поворота вала в код.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий а-фазный датчик угла, вход которого соединен с выходом блока питания, основные выходы.а-фаэного датчика угла соединены с сигнальными входами уп равляемого коммутатора фаз, линейный делитель напряжения и реверсивный счетчик, введены преобразователь коднапряжение, задающий генератор, блоки выборки и хранения, блок сравнения, реверсиенце счетчик младших и старших разрядовкоммутатор стробов и формирователь строб-импульсов, вход которого соединен с дополнительным выходом а-фазного датчика, угла, выходы формирователя строб-импульсов соединены с первым и вторым информационными входами коммутатора стробов, первый выход которого соединен с первым входом первого блока выборки и хранения, второй выход - с первым входом второго блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с первым выходом управляе-. мого коммутатора фаз, второй выход управляемого коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и хранения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход второго блока выборки и хранения соединен с опорным входом линейного делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика младших разрядов, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших . разрядов соединены с кодовыми входами линейного делителя напряжения, выход реверсивного счетчика младших разрядов подключен к входу реверсивного счетчика, выходы которого через преобразователь код-напряжение соединены с управляющими входами управляемого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питания, первый выход реверсивного счетчика соединен с входом реверсивного счетчика старших разрядов, а второй выход.реверсивного счетчика соединен с управляющий входом коммутатора стробов,На фиг. 1 представлена струк" тураня схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - диаграмма выходных напряжений индукционного щ"фазного датчика в функции поворота вала сПреобразователь углаповорота ва ла в код содержит е-фазнцй датчик 1 угла, представляющий собой многофазно-многополюсный вращающийся трансформатор МИВТ), обмотка возбуждения которого расположена на роторе, имеет Р - пар полюсов и подключена к выходу блока 2 питания, выходц вторичных обмоток (щ-фаз) подключены к группе сигнальных входов уп 25, равляемого коммутатора 3 фаз, два блока 4 и 5 выборки и хранения (БВХ)первые входы которых связаны соответ"ственно с первым и вторым выходамиуправляемого коммутатора 3 фаз, формирователь 6 строб-импульсое, вход которого подключен к дополнительномувыходу ММВТ, коммутатор 7 стробов, двавхода которого соединены с соответ"ствующими выходами формирователя 6,а первый и второй выходы подключенысоответственно к вторым входам блоков 4 и 5Предлагаемое устройствовключает также блок 8 сравнения, первый вход которого связан с выходомблока 4 непосредственно, второй - свыходом блока 5 через линейный делитель 9 напряжения, а выход подключенк управляющему входу реверсивногосчетчика 10, задающий генератор 11,импульсный выход которого соединенсо счетным входом блока 10, а выходсинусоидального сигнала - с входомблока 2, два дополнительных реверсивных счетчика 12 и 13 соответственно фазных зон и зон однозначностисоединенных последовательно с реверсивным счетчиком 10, и преобразователь 14 кода в систему напряжений. Группа кодовых выходов реверсивного счетчика 10 соединена с управляющими входами блока 9, группа из (К) кодовых выходов К"разрядного реверсивного счетчика 12(К=1 пв+1)соединена с входами блока 14, 2 а выходов которого подключены к управ" ляющим входам коммутатора 3 фаз, дополнительный выход реверсивного счет чика 12 соединен с третьим входом коммутатора 7 стробов. Выходные сигналы фаз ИМВТ имеют трапецеидальный . закон .изменения в функции угла поворота с (фиг.2), который обеспечивается соответствующим выполнением геометрических размеров зубцов статора и ротора ИИВТ, т.е. наличием линейного закона изменения выходно- гЬ напряжения 0(а) 1-фазы в диа" пазоне дискретности МИВТ, определяемой ц:1 Г/ссси неизменности по амплитуде напряжения О+(с ) фазы (1+1), начало которой смещено по углу относительно фазы 1 на 90 .эл.град., в пределах дискретности МИВТ с 1Данными условиями обеспечйваетЩй) ся линейный характер функции 1= мои ) что позволяет использовать при пре" образовании напряжения в код в качестве опорного выходной сигнал (1+-фазьс, а в качестве аналогового-сигнал 1-фазы. Дополнительный выход МИВТ является выходом второй роторной обмотки ММВТ, уложенной на роторе одновременно с обмоткой возбуждения и имеющей с ней общую схему намотки. Сигнал с дополнительного выхода МИВТ используется для запуска формирователя 6 строб-импульсов,Преобразователь работает следующим образом.При запуске задающего генератора 1,1 синусоидальный сигнаас его выхода после усиления по мощности в блоке 2 питания поступает на обмотку возбуждения ИМВТ. При этом на выходных обмотках ММВТ формируется система из сп напряжений ( по числу фаз), сдвинутых относительно друг друга по углу Ы на величину о (фиг.2)1 Эти напряжения поступают на сигналь" ные входы управляемого коммутатора 3 фаз, который является 2 щ-канальным устройством (пс каналов для рабочих и в каналов для опорных фаэ). При некотором угле (, производится выбор нужной пары фаз (рабочей и опорной), отношение выходных сигналов которых преобразуется в дальнейшем в код, Выходы данной пары фаз ИМВТ подключаются с помощью коммутатора 3 соответственно к первым45 мощью которой рабочий и опорный сигналы уравновешиваются по амплитуде на входах блока 8 сравнения, при этом на кодовых выходах реверсивного счетчика 10 формируется двоичный код,пропорциональный величине рабочего сигнала, снимаемого с выхода рабочей фазы при некотором угловом положении Ы 1. Разряды реверсивного счетчика 10 образуют первую группу разрядов выходного кода предлагаемого преобразователя (младших) и фор" мируются при изменении угла А в диапазоне о= щ, т.е, на линейном участке выходйого сигнала рабочей Фазы, их число определяет дискретность преобразователя, равную(= в ,.входам блоков 4 и 5 выборки и хранения, где сигналы переменного токапреобразуются в сигналы постоянноготока путем стробирования их импуль сами той же частоты (,несущей), поступающими с выходов коммутатора 7стробов. Стробирующие импульсы вырабатываются формирователем 6 стробимпульсов (ФСИ ), на вход которого 1 ф поступает сигнал переменного тока несущей частоты с дополнительного выхода ИИВТ. ФСИ б формирует строб-им-пульсы требуемой ширины в момент перехода через 0 из отрицательного по .лупериода напряжения. несущей частоты в положительный, причем на второмего выходе импульсы имеют фазовыйсдвиг на 180 эл.град, относительно импульсов на первом выходе. Ком мутатор 7 стробов подключает тотили иной выход ФСИ 6 к соответствующим входам блоков 4 и 5 в зависимости от фазы рабочего и опорного сигналов тем самым обеспечивается одно полярность сигналов, поступающих навходы блока 8 сравнения.Управление коммутатором стробовосуществляется сигналами с дополнительного выхода первого дополнительзв ного реверсивного счетчика 12, Амплитуда сигналов постоянного тока с выходов 4 и 5 пропорциональна амплитуде синусоидальных сигналов. С выхода блока 4 снимается рабочий ( ана"логовый) сигнал, который поступаетна первый вход блока 8 сравнения, ас выхода блока б - опорный, которыйподается на вход ЛДН 9, Блоки 8, 10и 9 совместно с задающим генератором11 образуют первую замкнутую системуследящего уравновешивания, с погде и - число двоичных разрядов первой группы. Введение в преобразователь первого дополнительного ре" версивного счетчика 12 и преобразователя 14 кода в систему напряжений образует совместно с коммутатором 3 фаз, блоками 4 и 5 и первой системой следящего уравновешивания вторую замкнутую систему, которая осуществляет поиск и выбор требуемой пары . Фаэ при некотором К 1, Выбор нужной пары рабочей и опорной фаз производится путем последовательного перебора парных сочетаний Фаэ и сравнения их выходных сигналов в блоке 8. Номер выбранной 1-той рабочей фазы определяет код на выходе реверсивного счетчика 12, разряды .которого образуют вторую группу кодовых выходов преобразователя. Число разрядов второй группы (средних)зависит от количества фаз ИИВТК=1 пв+1. Увеличение их числа на достигается тем, что в код преобразуются как прямая полуволна огибающей выходного сигнала рабочей фазы,(0 М; Р), так и обратная (,Р с 1 р в ), т.е, каждая фаза исполь-1 Р фзуется в качестве рабоцей, (а такжеопорной) дважды за период измененияогибающей. Однозначность цифрового отсчета угла предлагаемым преобразователем сохраняется в диапазоне0 с й . Для расширения рабочего1 Рдиапазона преобразователя по углуповорота вала служат разряды третьей группы (старшие), которые Формируются вторым дополнительным реверсивным счетчиком 13, который осуществляет подсчет зон однозначностиотсчета при углах поворота о 721Р и формирует на выходе двоичный кодстарших разрядов, число которых определяется заданной велициной рабочего диапазона преобразователя. Прирабочем диапазоне, перекрывающемполный угол, необходимое число разрядов реверсивного счетчика 13 определяется выражением гъ 1 пр. Общеечисло разрядов выходного кода преобразователя определяется суммой и+1+гДля предлагэемогд преобразователя величина линейного диапазона=.ж составляет единицы угловых минут,мР поскольку возможное число пар полюсов МИВТ превышает сотню, а количество фаз - восемь и более. Нэ этом коротком участке выходной сигнал1-фазы ММВТ имеет высокую степеньлинейности, а сигнал (1+1)фазы прак"тически неизменен по величине, чтопозволяет осуществлять преобразова-,ние напряжения в код с высокой точностью, реализуя пр 8 и более, строитьпреобразователь угла в код с ценоймладшего разряда 0,75 - 1,5 угл.сек Использование для преобразования в код отношения выходных напряжений 1-той и (1+1)-той фаз ИИВТ в качест ве аналогового и опорного сигналов позволяет значительно снизить влияние технологических и практически исключить влияние эксплуатационных Факторов на точность преобразования угла в код, поскольку колебания. собственных параметров машины и из" менения величины амплитудной и фа 6 15 20 Экономический эффект при использовании предлагаемого преобразователя составит порядка 60 тыс.руб в год зовой погрешностей в выходном сигнале ИИВТ проявляются в разной степени и с тем же знаком как в аналоговом, так и в опорном напряжениях ипри их сравнении исключаются, Запускформирователя строб-импульсов сиг- .,налом с дополнительного выхода ИМВТпозволяет исключить ошибки преобразования угла, в код, вызванные уходом фазы рабочего и опорного сиг- .налов относительно строб-импульсапри изменении условий эксплуатациипреобразователя, В данном случаесдвиг фазы стробируемого сигнала 35вызывает и сдвиг строб-импульса тойже величины и направления, исключающий вышеуказанные ошибки. Введение в преобразователь угла поворота вала в код новых, по сравнениюс прототипом, элементов - двух блоков выборки и хранения, формирователя строб-импульсов коммутатора стробов, блока сравнения и двух дополнительных реверсивных счетчиков " и 45связей между ниии в совокупности свысокоточным многофазно-многополюсным вращающимся трансформатором, при- .мененным по прямому назначению, позволяет в несколько раз повысить точность преобразования угла в код, увеличив. разрешающую способность.преобразователя и снизив его чувствительность к факторам технологическогои эксплуатационного характера,9420 Преобразователь угла повороте вала в код, содержащий в-Фазный дат чик угла, вход которого соединен свыходом блока питания, основные выходы е-фазного датчика угла соединены с сигнальными входами управляемого коммутатора фаз, линейный делитель :напряжения и реверсивный счетчик, 1 в о т л и ч а ю щ я й с я тем, что с целью повышения точности преобразователя, в него введены преобразователь код-напряжение, задающий ге" нератор, блоки выборки и хранения 1 В блок сравнения, реверсивные счетчи" ки младших и старших разрядов, коммутатор стробов и формирователь строб"импульсов, вход которого соединен с дополнительным выходом в-фаз" 20 ного датчика угла, выходы формирователя .строб-импульсов соединены с ,первым и вторым информационными вхо" дамикоммутатора стробов, первый выход которого соединен с первым 23 входом первого блока выборки и хранения, второй выход " с первым входом второго блока выборки и хра". нения, второй вход которого соединен с первым выходом управляемого комму- ЗФ татора фаз, второй выход управляемого коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и храненйя, выход которого соединей с первым входом блока сравнения, вы- Ь. 9112ход .второго блока выборки и хранения соединен с опорным входом линейного делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика младших разрядов второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших разрядов соединены с кодовыми входами линейноГо делиТеля напряжения, выходреверсивного. счетчика младших разрядов подключен к входу реверсивного счетчика, выходы которого через преобразователь код-напряжение соединены с управляющими входами управляемого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питания, первый выход реверсив" ного счетчика соединен со вхо,дом реверсивного счетчика старших )разрядов, а второй выход реверсивного счетчика соединен с управляющИм входом коммутатора стробов. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИф 416717, кл. 6 08 С 9/00, 1972., 2. Авторское свидетельство СССРйф 446693, кл. 6 08 С 19/04, 1973.3, Авторское свидетельство СССРЮ 693414, кл. 6 08 С 9/04, 1976912091 Составитель И. НазаркинаРедактор Н. Чубелко Техред К.Мыцьо Корректор М, Пож Заказ ое Патент", г. Ужгоро Проектна иа 8 Й 7/43 Тираж бч 2НИИПИ Государственного комипо делам изобретений и от13035, Москва, Я, Раушск Подпиета СССРрытийя наб д