Функциональный преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, а именно к устройствам преобразования угла поворота вала в и фровой код с синусно-косинусными датчиками угла (СКДУ), работающими в амплитудном режиме. Целью изобретения является повышение 9 быстродействия преобразования в функциональных преобразователях угла поворота вала в тех случаях, когда масштаб преобразования СКДУ не является двоичным числом. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматоры 5, 6, 7, генератор 8 импульсов, элемент И 9, инвертор 14, элемент ИЛИ 16, шину 19 первой константы, введены элемент И 10, сумматор 11, счетчик 12, дешифратор 13, инвертор 15, блок 17 элеа ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 18 эле- ® ментов 2И-ИЛИ, шина 20 второй константы . Выходные сигналы синусно-косинусного датчика 1 угла, приведенные в первый октант аналоговым коммутатором 3 и определителем 2 октантов, преобразуются анашого-цифровым преобраСЛ СО о со со iu б W - IP -I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 Н 03 И 1/64 ф l(;,»;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ С8ИДЕТЕПЬСТВУ (21) 3996439/24-24 (22) 23.12.85 (46) 07,05.87. Бюл. Ь". 17 (72) А.Б.Шишков (53) 681.325(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 875421, кл. G 08 С 9/04, 1980.

Зверев А.Е., Максимов В.П., Мясников В.А. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код.-Л.:

Энергия, 1974 с. 137-151 °

Авторское свидетельство СССР

¹ 1080174, кл. Н 03 И 1/64, 1984. (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, а именно к устройствам преобразования угла поворота вала в цифровой код с синусно-косинусными датчиками угла (СКДУ), работающими в амплитудном режиме.

Целью изобретения является повышение

„„SU„„1309314 А1 быстродействия преобразования в функциональных преобразователях угла поворота вала в тех случаях, когда масштаб преобразования СКДУ не является двоичным числом. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматоры 5, 6, 7, генератор 8 импульсов, элемент И 9, инвертор 14, элемент ИЛИ 16, шину 19 первой константы, введены элемент

И 10, сумматор 11, счетчик 12, дешифратор 13, инвертор 15, блок 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. блок 18 элементов 2И-ИЛИ, шина 20 второй константы. Выходные сигналы синусно-косинусного датчика 1 угла, приведенные в первый октант аналоговым коммутатором

3 и определителем 2 октантов, преобразуются аналого-цифровым преобра1309314

1

U)

Б й

sin p =

cos (5 =

П3

sin р=

cos =

25 = 5+. (а

Π= q90 —

1) * 90 в нечетных октантах; в четных октан" (2) тах, эователем 4 в код тангенса угла, который при помощи двух накапливающих сумматоров 5 и 6, замкнутых в кольцо, преобразуется в число-импульсный код в пределах октанта, а первая и вторая константы С1 и С2, используемые для формирования параллельного кода угла, выбираются с учетом масштаба преооразования СКДУ. Такой принцип действия преобразователя приводит к уменьшению числа и рабочих тактов за счет того, что начальные условия при решении системы уравнений задаютИзобретение относится к автоматике и измерительной технике, а именно к амплитудным способам преобразования угла поворота вала в цифровой код угла с использованием синусно-косинусных вращающихся трансформаторов (СКВТ).

Цель изобретения — повышение быстродействия преобразователя путем уменьшения числа и рабочих тактов при решении системы разностных уравнений за счет того, что начальные. условия при решении системы задаются ° равными yf0) = tg(3, x)0) = 1 независимо от номера октанта, решение производится в пределах октанта, а константы, используемые для формирования выходного кода, выбираются с учетом масштаба преобразования.

На чертеже представлена структурная схема функционапьного преобразования угла поворота вала в код.

Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1 угла, определитель 2 октантов, аналоговый коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, сумматоры 5-7 и 11, генератор 8 импульсов, элемент И 9, элемент И 10, сумматор 11, счетчик

12, дешифратор 13, инверторы 14 и 15, элемент ИЛИ 16, блок 17 элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 18 элементов

2И-ИЛИ, шину 19 первой константы, шину 20 второй константы, шину. 21 выходного кода.

Преобразователь работает следующим образом. ся равными y(0j = tgp, х(01 = 1 независимо от номера октанта, а решение системы уравнений производится в пределах октанта, при этом константы

С1 и С2 позволяют формировать код угла с масштабом, котсрый может быть больше, меньше или равен единице.

При этом максимальное время преобразования уменьшается в восемь раз по сравнению с функцио- нальными преобразователями, работающими в пределах пол— ного оборота. ) ил.

Выходные сигналы синусно-косинусного датчика 1 угла, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота вала 0 подключены к информационным входам аналогового коммутатора 3 и входам определителя 2 октантов, который, сравнивая выходные напряжения датчика 1 угла с нулевым уровнем и между собой, формирует код октантов:

В„, 8„, 8> — первый, второй и третий разряды кода октантов (80 — старший разряд). По коду октантов, поступающему с выхода определителя 2 октантов на управляющий вход аналогового

15 коммутатора 3, последний формирует сигналы, пропорциональные синусу и косинусу угла 8, приведенного в первый октант, по следующим выражениям

I sin 8(1соз8I в 1,4,5 и 8 октантах, (cos et, (1)

j зхпд в 2,3,6 и 7 октантах, где p — угол О, приведенный в первый октант.

З0 Углы 8 и р связаны следующими соотношениями где q; — номер квадранта;

13093

U — напряжение íà j-м выходе

i-ro элемента.

Сигналы с выходов аналогового коммутатора 3 поступают на входы линейного АЦП 4 отношения напряжений в код, при этом в.качестве эталонного сигнала используется напряжение U

Я 0 а в качестве измеряемого - U . На ( выходе АЦП 4 формируется код

10 (4 (3) где N. — код на у-м выходе i-го

I элемента..

Код N поступает на установочный 15 вход первого накапливающего сумматора 5. Генератор 8 импульсов формирует непрерывную последовательность импульсов, к которой не предъявляется требований по стабильности частоты. 20

Накапливающие сумматоры 5-7 на каждый импульс, поступающий на их тактовые входы, производят суммирование своего содержимого с числом на их входах В и запоминание полученной 25 суммы. По шине 19 на второй вход блока 17 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подается двоичный код первой константы

С1 = 2 "arctg.2 где 1 — масштаб преобразования, 30 ш - смещение разрядной сетки входов В первого и второго накапливающих сумматоров 5 и 6 относительно их входов А.

Ы„= С1+ В, (4) который поступает на третий вход блока 18. По шине 20 на четвертый вход блока 18 подается двоичный код второй константы С2 = 1 90 о 45

Выход определителя 2 октантов подключен к входам четвертого сумматора 11, осуществляющего сложение кода квадрантов с младшим разрядом кода октантов, в результате чего на его выходе формируется двоичный код (5) N (q — 1) +9>

Код с выхода сумматора 11 поступает на информационный вход двоичного счетчика 12, работающего на вычитание ° Каждый импульс, поступающий на

Первый вход блока 17 управляется младшим разрядом 8 кода октантов.

На выходе блока 17 формируется двоичный код

14

4 счетный вход счетчика 12 с выхода —

1 элемента И 10, уменьшает его содержимое на единицу младшего разряда. Выход счетчика 12 подключен к входу дешифратора 13, на выходе которого формируется нулевой уровень напряжения при нулевом коде на его входе.

Выход дешифратора 13 подключен к первым входам блока 18 и элемента

И 10 непосредственно и-через инвертор 14 — к второму входу элемента 9 и второму входу блока 18, на выходе которого формируется код

8 = (С1h Б„+) V (С2h 01Э ) (6)

В начале цикла преобразования в накапливающие сумматоры 5 и 6 по входам А записываются соответственно код tg р и код единицы, в счетчик

12 — код с выхода сумматора 11, в на- капливающий сумматор 7 — код нуля.

Единичное значение сигнала с выхода дешифратора 13 открывает элемент

И 10 и разрешает прохождение константы С2 на вход В накапливающего сум- . матора 7. Импульсы генератора 8 поступают на тактовый вход накапливающего сумматора 7 и счетный вход счетчика 12, уменьшая его содержимое до нуля, что фиксируется дешифратором

13: выходной сигнал последнего становится равным нулю и запрещается дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 10. Число р импульсов, прошедших на выход элемента И 10, с учетом выражения (5) равно р = q — 1 — в нечетных октантах, р = q — в четных октантах . (7) Код на выходе накапливающего сумматора 7, получаемый р-кратным суммированием константы С2, равен с учетом выражения (7)

N = (q-1).Р-90 — в нечетных октантах, N = q У 90 - в четных октан7 тах. (8)

Единичное значение выходного сигнала инвертора 14 разрешает прохождение импульсов генератора 8 через элемент И 9 на тактовые входы накапливающих сумматоров 5-7. При этом на выход блока 18 в соответствии с выражением (6) проходит код С1 в нечетных октантах и код минус С1 в

130931 дполнительном коде в четных октантах.

По мере поступления импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 5 и 6 производится решение системы разностных уравнений с начальными условиями у(0) = tgp, х(0) = 1 в виде

y(n) = -(! .+ к),(ха (0) + у (03 х

x sin(n.arctg К вЂ” arctg y(0j/х(0)), х(п) = (1 + к) x (0) + у (О х(9) х cos(n arctg К вЂ” arctg у(0)/xt03), f5 гдеК=2.

Решение системы происходит до момента смены знака переменной y(nj с плюса на минус, при этом знаковый разряд у (n ) накапливающего суммато0 ра 5 принимает единичное значение, и прекращается поступление импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 5-7. Число рабочих тактов решения системы равно 25 (10) n = p/arctg К

= 1(1 /q — 1) 90 + р) — в нечетных октантах, N = 1(q.90 — p ) — в четных ок7 тантах. (11) С учетом выражения (2) можно записать

45 (12) Таким образом, в конце цикла преобразования на шине 21 формируется

50 двоичный код угла 7 B ..

Поскольку решение системы происходит в диапазоне 0-45, а по изо вестному устройству — в диапазоне—

360 максимальное время преобразования уменьшается в 8 раз, что повышает быстродействие предлагаемого преобразователя.

Одновременно с решением системы в накапливающем сумматоре 7 происходит и-кратное суммирование константы

С1 с начальным содержанием сумматора

7 в нечетных октантах, либо п,— êðàòное вычитание константы С1 из начального содержания сумматора 7 в четных октантах, т.е.

6

Формула изобретения

Функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого подключены к входам определителя октантов и к информационным входам аналогового коммутатора, выходы которого подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, выходы разрядов определителя октантов подключены к управляющим входам аналогового коммутатора, первый, второй и третий сумматоры, выход первого сумматора соединен с разрядным входом второго сумматора, выход которого соединен с разрядным входом первого сумматора, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход кот ор or о с оеди не н с т акт о выми входами первого и второго сумматоров, первый инвертор, элемент ИЛИ, шину первой константы, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены четвертый сумматор, второй элемент И, счетчик, де" шифратор, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, второй инвертор, блок элементов

2И-ИЛИ, шина второй константы, выходы двух старших разрядов определителя октантов подключены к установочным входам четвертого сумматора, разрядный вход которого соединен с входом блока элементов ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходом младшего разряда определителя октантов., выход четвертого сумматора подключен к информационному входу счетчика, группа выходов которого подключена к входам дешифратора, выход которого подключен к первым входам второго элемента И и блока элементов 2И-ИЛИ и через первый инвертор — к вторым входам первого элемента И и блока элементов 2И-ИЛИ, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к установочному входу первого сумматора, выход которого через второй инвертор подключен к третьему входу перво: о элемента И, выход которого подключен к одному входу элемента ИЛИ, другой вход которого соединен со счетным входом счетчика и выходом второго. элемента

И, второй вход которого соединен с выходом генератора, выход элемента

ИЛИ подключен к тактовому входу третьего сумматора, разрядный вход

1309314

Составитель М.Сидорова

Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

Редактор Н.Рогулич

Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1804/56

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 которого соединен с выходами блока элементов 2И-ИЛИ, одна группа входов которого соединена с выходами блока элементов ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ, группа входов которого соединена с шиной первой константы, шина второй конс-, танты подключена к другой группе входов блока элементов 2И-ИЛИ.