Преобразователь угла поворота вала в код

. Н АВТОРСН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ 2) 4102010/24-24(56) Авторское свидетельство СССРУ 409260 кле С 08 С 9/00 1973Авторское свидетельство СССР1282330, кл. Н 03 М 1/50, 1985.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД(57) Изобретение относится к автомтике и вычислительной технике, аименно к двухотсчетным преобразовалям угол - фаза временной интервалкод, и может быть использовано длясвязи аналоговых источников информции систем управления с улравляюще141 цифровой вычислительной машиной. Целью изобретения является повышение точности в динамическом режиме, Преобразователь угла поворота вала в код содержит многополюсный Фазовра, щатель 7, формирователи 5, б старт- и стоп-импульсов, генератор 8 такто вых импульсов, распределители 13, 14 импульсов, триггеры 24-3 д, элементыЭИ 31-44 элементы ИЛИ 45-48 элементВНЕ 49, реверсивный счетчик 50 грубо, го отсчета, реверсивный счетчик 51точного отсчета, регистр 52, схему53 сравнения, триггеры, элементы И, элемент ИЛИ, шину 2 сброса, шину 3 опроса. Поставленная цель достигает 1977ся тем, что в преобразователе использующем классический метод последовательного счета, при котором преобразуемый временной интервал, ограниченный старт- и стоп-импульсами,заполняется импульсами от генераторакварцованной частоты (точный отсчет),аппаратно организуется грубый отсчетпутем постоянного измерения и анализа двух соседних значений точногото тоотсчета (М и Н 1 ), что позволиТ.1+4ло в раз (где Т - цикл управнзвИ,ления, Тн, - цикл измерения) увеличить скорость движения измеряемоговала. б ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к двухотсчетным преобразователям угол - фаза - временной интервал -5 код, и может быть использовано длясвязи аналоговых источников информа" ;ции систем управления с управляющеимцифровой вычислительной машиной.Целью изобретения является повыше ние точности преобразования временной интервал - код путем организациив преобразователе измерения каждого временного интервала в течение циклауправления и запоминания в регистре 15текущего значения кода в конце каждого цикла измерения.На фиг. 1 представлена. структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - функциональная схема распределителя 20 импульсов; на фиг. 3 - 6 - временные диаграммы работы преобразователя.Преобразователь 1 угла поворота вала в код (Фиг. 1) с входами 2 - 4 содержит первый 5 и второй 6 форми рователи импульсов, многополюсный фазовращатель 7, четырехфазный генератор 8 импульсов с первым 9, вторым 10 третьим 11 и четвертым 12 выходами, первый 13 и второй 14 распреде лители импульсов с первым 15, вторым 16, третьим 17 и четвертым 18 управляющими входами, с информационным входом 19, входом 20 сброса, а также с первым 21, вторым 22 и третьим 23 выходами: с первого по седьмой триг.геры 24-30; с первого по четырнадцатый элементы И 31-44; с первого по четвертый элементы ИЛИ 45-48; элемент НЕ 49, реверсивные счетчики грубого 50 и точного 51 отсчетов, регистр 52, элемент 53 сравнения. Распределитель импульсов (фиг. 2) содержит элемент ИЛИ 54, триггеры 55 и 56, элементы И 57-59.Вход 2 устройства 1 предназначен для подсоединения сигнала "Начальный сброс" к распредеЛителям импульсов, триггерам 24 и 25, элементу 46 и входу сброса счетчика 50, вход 3 - для подключения сигнала "Опрос" к второму управляющему входу регистра 52 и элементу 49, а вход 4 - 1 для подключения эталонного кода, равного поло-, вине максимального значения периода1следования старт-сигналов ( - Т) к элементу 53.Устройство работает следующим образом.В начале работы (включение источника питания) на вход 2 устройства 1 поступает аппаратный сигнал "Начальный сброс", по которому триггеры устройства 1 и все разряды счетчиков грубого и точного отсчетов устанавливаются в нулевое состояние. В момент3 1419 действия сигнала "Начальный сброс" на выходе генератора 8 имеется часто" та Р,Г . На обмотку возбуждения фазовращателя подается синусоидальное напряжениеС фазовращателя снимаются опорное напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, и напряжение фазовращателя, изменяющееся по косинусоидальному закону. Синусоидальное напряжение подается на формирователь 5 импульсов, а косинусоидальное - на формирователь 6 импульсов.15Формирователи импульсов вырабатывают старт- и стоп-сигналы при прохождении фазы подаваемого на них синусно-косинусного напряжения через нуль, Временной интервал, ограничен- .)ный старт- и стоп-сигналами, пропорционален сдвигу фаз между опорным напряжением и напряжением фазовращателя, Устройство 1 решает задачи преобразования последовательности времен нык интервалов в двоичный код (точный отсчет) и подсчета пройденных полюсных делений (грубый отсчет). О прохождении полюса свидетельствует изменение максимального значения временного 30 интервала на минимальное значение или изменение максимального значения временного интервала на максимальное значение. Максимальному значению временного интервала соответствует временной интервал между соседними старт-сигналами. Для преобразования временных интервалов в код устройство 1 использует классический метод ,последовательного счета, при котором преобразуемый временной интервал, ограниченный старт- и стоп-сигналами, заполняется импульсами от генератора. По старт-сигналу элемент 13 формирует три управляющих импульса. Импульс на выкоде 21 элемента 13 устанавливает триггер 24 в единичное состояние, разрешая прохождение через элемент 31 последовательности однотактных импульсов с выхода 9 на суммирующий вход счетчика 51 точного50 отсчета (фиг. 3). Импульс на выходе 22 элемента 13 устанавливает триггер 25 в нулевое состояние. Импульс на выходе 23 элемента 13 используется для анализа состояния триггера 24.По любому пришедшему стоп-сигналу элемент 14 формирует три управляющих импульса. Импульс на выходе 21 эле 77 4.мента 14 устанавливает триггер 25 в единичное состояние (фиг. 3). Импульс на выходе 22 элемента 14 устанавливает триггер 24 в нулевое состояние. Импульс на выходе 23 элемента 14 используется для анализа состояния триггера 25. Появление подряд двух старт-сигналов на выходе элемента 5 (фиг. 5) соответствуетизменению максимального значения временного интервала на минимальное (прохождение полюса в сторону увеличения угла). Устройство 1 улавливает эти парные сигналы и формирует на их основе импульс на выходе элемента 34, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика грубого отсчета. Появление подряд двух стоп-сигналов на выходе элемента 6 (фиг. 6) соответствует изменению минимального значения временного интервала на максимальное значение (прохождение полюса в сторону уменьшения угла). Устройство 1 улавливает эти парные сигналы и формирует их на основе импульс на выходе элемента 33, поступающий на вычитающий вход реверсивного счетчика грубого отсчета.В зависимости от взаимного расположения старт- и стоп-сигналов устройство 1 работает в четырех режимах по организации точного отсчета угловой величины.В первом режиме стоп-сигнал расположен в первой половине максимального периода следования старт-сигнала, т.е. измеряемый временной интер 1вал лежит в пределах Ог.2 Тмеис где Т , = Т+ ь . В дальнейшем середину максимального периода следо,вания стар-сигналов будем называть "Метка середины" или "Метка". Работа преобразователя в первом режиме отракена на временной диаграмме фиг. 4. Но старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состояние. Триггеры 25 и 27 по сигналу "Начальный сброс" устанавливаются в нулевое состояние, т.е. на инверсном выходе триггера 27 присутствует логическая единица. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы Р, . По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение счетных импульсов Р на сум 5 14119 мирующий вход счетчика точного отсчета; триггер 25 устанавливается в единичное состояние; импульс на выходе 21 элемента 14 пройдя через элеменУ5 ты 44, 42 и 48, устанавливает триггер 29 в единичное состояние под такт Р и в случае отсутствия сигнала "Опрос" на входе 3 организует зались содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт Р, подтверждающего нулевое состояние риггера 27 и устанавливающего тригер 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом Р, триггер 29 устанавливается в нулевое состояие и схема замирает до прихода слеующего старт- или стоп-сигнала.Бо втором режиме стоп-сигнал расоложен за "Меткой", т.е. временной" тервал лежит в пределах 25 1максТ, 1 де Т = Тном+Работа преобразователя во втором30ежиме отражена на временной диаграме фиг. 5. По старт-сигналу триггеры4, 28 и 30 устанавливаются в единичое состояние, Триггеры 25 и 27 поигналу "Начальный сброс" устанавли. ается в нулевое состояние, т.е. нанверсном выходе триггера 27 появлятся логическая единица, Следователь-о, на суммирующий вход счетчикаочного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы ",. Выход40 четчика точного отсчета заведен на фход А элемента 53 сравнения. К входу В элемента 53 сравнения подключена Фина 4, на которую программным способом или жесткой запайкой подается :талонный код числа, соответствующего йоловине максимального периода слеДования старт-сигналов. В момент ра 1 енства содержимого счетчика точного Отсчета и эталонного кода на выходе (А = В) элемента 53 появляется имгульс, при совпадении которого с счетным импульсом на элементе 35 выабатывается импульс "Метка", устанавливающий триггер 26 в единичное 55 состояние. Триггер 26, установленный ц единичное состояние, разрешает прохождение через элемент 37 одного им 77пульса под такт Г , Импульс на выходе элемента 37 устанавливает триггер 27 в единичное состояние и, пройдя через элемент 45, устанавливает все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние, После этого тактовым импульсом Р триггер 26 устанавливается в нулевое состояние. По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, триггер 25 - в единичное, импульс на выходе 23 элемента 14, пройдя через элемент 39, поступает на вычитающий вход счетчика 51 точного отсчета. После того, как триггер 25 установится в единичное состояние, тактовые импульсы Р с выхода 11 генератора 8 через элементы 41, 40 и 47 поступают на вычитающий вход счетчика 51. По старт-сигналу, пришедшему после стоп-сигнала, организуются установка триггера 24 в единичное состояние и подтверждение единичного состояния триггеров 28 и 30; установка в нулевое состояние триггера 43 и 48 переводит триггер 29 в единичное состояние и в случае отсутствия си- нала "Опрос" на шине 3 организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, разрешает прохождение через элемент 36 и 46 одного импульса под такт Р, устанавливающего триггера 27 и 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние, после чего тактовым импульсом Р, триггер 29 устанавливается в нулевое состояние и схема замирает до прихода следующего старт-сигнала,В третьем режиме появляются подряд два старт-сигнала.Работа преобразователя в третьем режиме отражена на временной диаграмме фиг. 6. По старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состояние, а триггер 25 - в нулевое. Триггер 27 в конце предыдущего измерения устанавливается в нулевое состояние. Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы Р . В момент равенства содержимого счетчика точного отсчета и эталонного кода вырабатывается импульс "Метка", устанавливающий триггер 26 в единичное состояние. Импульс на выходе элемента 37 устанавливает141197триггер 27 в единичное состояние и, пройдя через элемент 45, устанавливает все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние, После5 этого тактовым импульсом Р 4 триггер 26 возвращается в нулевое состояние. По следующему старт-сигналу организуется подтверждение единичного состояния триггеров 24, 28 и 30 и нулевого состояния триггера 25. Импульс на выходе 23 элемента 13, пройдя через элемент 34, поступает на суммирующий вход счетчика 50 грубого отсчета и . пройдя через элементы 43 и 48, устанавливает триггер 29 в единичное состояние и организует запись содержимого счетчиков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние, раз решает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса под такт Р, устанавливающего триггеры 27 и 28 в нулевое состояние, после чего тактовым импульсом Р, триггер 29 уста навливается в нулевое состояние и схема находится в ожидании прихода следующего старт-сигнала.В четвертом режиме появляются под-, ряд два стоп-сигнала. 30По старт-сигналу триггеры 24, 28 и 30 устанавливаются в единичное состояние. Триггеры 25 и 27 установлены в нулевое состояние (фиг. 6), Следовательно, на суммирующий вход счетчика точного отсчета с выхода элемента 31 поступают счетные импульсы Р. По стоп-сигналу триггер 24 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение счетных импуль 40 сов Р, на суммирующий вход счетчика точного отсчета; триггер 25 устанавливается в единичное состояние и организует запись содержимого счетчи" ков грубого и точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичное состояние разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульса, подтверждающего нулевое состояние триггера 27 и устанавливающего триггер 28 и все разряды счетчика точного отсчета в нулевое состояние. После этого тактовым импульсом Р, триггер 29 возвращается в нулевое состояние. По следующему стоп-сигналу импульс на выходе 23, элемента 14, пройдя через элемент 33, поступает на вычитающий вход счетчи" ка 50 грубого отсчета, Импульс на 77 8выходе 21 элемента 14 подтверждаетединичное состояние триггера 25 и,пройдя через элементы 44, 42 и 48устанавливает триггер 29 в единичноесостояние под такт Р и организуетзапись содержимого счетчика грубогои точного отсчетов в регистр. Триггер 29, установленный в единичноесостояние, разрешает прохождение через элементы 36 и 46 одного импульсапод такт Р 4, подтверждающего нулевоесостояние триггеров 27 и 28, послечего тактовым импульсом Р триггер29 возвращается в нулевое состояниеи схема замирает до прихода следующего старт-сигнала.При возникновении у пользователянеобходимости в информации о величине угла, в устройство 1 по входу 3поступает сигнал "Опрос", по которому код последней измеренной угловойвеличины вводится в управляющую ЦВИ.Во время опроса запись содержимогосчетчиков 50 и 51 в регистр 52 запрещается,Распределитель импульсов (фиг. 2)работает следующим образом.В начале Работы на вход 20 посту-,пает аппаратный сигнал "Начальныйсброс", по котррому триггер 55 устанавливается в нулевое состояние. Попереднему фронту старт- или стоп-сигнала триггер 55 устанавливается вединичное состояние. Триггер 56 отслеживает состояние триггера 55 с помощью последовательности тактовыхимпульсов, подключенных к входу 15и заведенных на вход С триггера 56.При установке триггера 56 в единичноесостояние организуется следующаяпоследовательность импульсов на выходах распределителя импульсов: импульс на выходе 23 появляется присовпадении на элементе 58 последовательности импульсов, подключенных квходу 16, и единицы на прямом выходетриггера 56; импульс на выходе 2) появляется при совпадении на элементе59 последовательности импульсов,подключенных к входу 18, и единицына .прямом выходе триггера 56;.выход22 является прямым выходомтриггера 56.Таким образом, введение реверсивного счетчика точного отсчета и признака "Метка", соответствующего середине полюсного деления, позволяетаппаратно получать значения полногоугла при преобразовании угловой величины во время вращения ротора фазовращателя.Обычно максимальное значение вели 5 чины точного отсчета, соответствующее одному полюсному делению грубого отсчета, равно числу с основанием два,кт.е. Т,ц, =- 2 . Поэтому значение временного интервала точного отсчета,1меньшее - Т к, измеряется от стартсигнала до стоп-сигнала и равно Значение временного интервала точного отсчета", большего - Т , онреде яется как разность между уменьшаемыми вычитаемым, соответствующим ременному интервалу от стоп-сигнала о старт-сигнала, и равно То 20 ЙТном + д ) - Сгде й - значение ременного интервала, измеренное от старт-сигнала до стоп-сигнала.Следовательно, изобретение позвоит повысить точность преобразования, 25 начительно упростить программу обработки точных и грубых значений угловой величины и уменьшит время ее исолнения ЦВИ.ЗО формула изобретения Преобразователь угла поворота валакод, содержащий многополюсный фазоращатель, первый выход которого 1 одключен к входу первого формирователя импульсов, а вшпрой выход - к ходу второго формирователя импульсов, первый триггер, выход которого подключен к первому. входу первого ,лемента И, второй элемент И, выход Которого подключен к первому управляющему входу регистра, шину опроса, ко:Моторая подключена к второму управля - Мщему входу регистра и через элемент 3 Е кпервому. входу второго элемента45 Й, первый, второй, третий и четвертый :выходы генератора импульсов подключеНы соответственно к первому, второму, третьему и четвертому управлщощим ходам первого распределителя импуль О Сов, первый, второй. третий и четвертый входы второго распределителя имПульсов подключены к третьему, четвертому, первому и второму.вьжодам,генератора соответственно первый и 55 второй формирователи импульсов, вы,", ;оды которых подключены к информационным входам соответственно, первого и второго распределителей импульсов, первый выход второго распределителя импульсов подключен к Я-входу второго триггера, выход которого подклю" чен к первому входу третьего элемента И, второй выход второго распределителя импульсов подключен к первому К-входу первого триггера, третий выход второго распределителя импульсовподключен к второму входу третьегоэлемента И, выход которого подключенк вычитающему входу реверсивного счетчика грубого отсчета, выход которого подключен к первому информационному входу регистра, первый выход первого распределителя импульсов подключен к Б-входу первого, триггера, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выходкоторого подключен к суммирующемувходу реверсивного счетчика грубогоиотсчета, второн выход первого распределителя импульсов подключен к первому К-входу второго триггера, третийвыход первого распределителя импульсов подключен к второму входу четвертого элемента И, шина сброса подключена к входам сброса первого и второго распределителей импульсов, реверсивного счетчика грубого отсчета, вторым К-входам первого и второго триггеров, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счетчика точного отсчета, выход которого подключен к вторым информационнымвходам регистра, первый выход генератора импульсов подключен к второму входу первого элемента И, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразования угловой величины, в него введены с пятого по четырнадцатый элементы И, второй, третий н четвертый элементы ИЛИ, с третьего по седьмой триггеры, элемент сравненияшина эталонногокода, выход счетчика точного отсчетасоединен с первой группой входов элемента сравнения, вторая группа входов которого подключена к шине эталонного кода, выход элемента сравнения подключен к первому входу пятогоэлемента И, выход которого подключенк Б-входу третьего триггера, К-вход которого подключен к четвертому выходу генератора импульсов и первому входу шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход кото1411977 12 рого подключен к шине сброса, выходвтаррго элемента ИЛИ подключен кК-входам четвертого и пятого триггеров и первому входу первого элементаИЛИ, второй вход которого соединенс 5-входом четвертого триггера и подключен к выходу седьмого элемента И,первый вход которого подключен к выходу третьего триггера, а второйвход - к второму выходу генератораимпульсов, выход пятого триггера подключен к третьему входу первого элемента И и первому входу восьмого элементаИ, выход которого подключенк первым входам девятого и десятогоэлементов И, второй вход десятогоэлемента И подключен к выходу одиннадцатого элемента И, выходы девятогои десятого элементов И подключены ссоответственно к первому и второмувходам третьего элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к вычитающемувходу реверсивного счетчика точногоотсчета, суммирующий вход которогоподключен к выходу первого элементаИ и второму входу пятого элемента И,четвертый вход первого элемента Иподключен к инверсному выходу четвертого триггера и первому входу двенадцатого элемента И, прямой выход четвертого триггера подключен к второмувходу восьмого элемента И и первому входу тринадцатого элемента.И, выходыдвенадцатого и тринадцатого элементовИ подключены соответственно к перво"му и второму входам четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключенк Я-входу шестого триггера и второмувходу второго элемента И, К-входшестого триггера .подключен к первомувыходу генератора импульсов, выходшестого триггера подключен к второмувходу шестого элемента И, 8-вход пятого триггера подключен к второмувходу тринадцатого элемента И и третьему выходу первого распределителяимпульсов, второй вход девятого элемента И подключен к третьему выходувторого распределителя импульсов,первый вход одиннадцатого элемента 2 О И подключен к третьему выходу генератора импульсов, второй вход одиннадцатого элемента И подключен к выходу второго триггера, второй входдвенадцатого элемента И подключен квыходу четырнадцатого элемента И,первый вход которого подключен к первому выходу второго распределителяимпульсов, второй вход четырнадцатого элемента И подключен к прямому вы- З 1 ходу седьмого триггера, К-вход которого подключен к шине сброса, а8-вход " к первому выходу первогораспределителя импульсов.1411977 дюрас 2 Составитель М. Сидороваедактор Н.Лазаренко Техред М.Дидык Корректор Г. Режет Подпикомитет е С аказ ЗЬ 73/56 1 ИИП ии и открь кая наб 30 Д водственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Г, р Орос бЮФ Севю 2 З( БИО) 4=8 РЖОВ Тираж 928 Государственного делам изобретений осква, Ж, Рауш