Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразователя. Для достижения поставленной цели а преобразователь, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, преобразователи 2-4 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6. шину 14 переменного напряжения, введены арксинусный 7 и аркхосинусный 8 преобразователи кода, цифровой компаратор 9, два

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 M 1/64, 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г

1 (21) 4744315/24 (22) 28.06.89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (72) Л.В.Скоробогатов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1043704, кл. Н 03 М 1/64, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1249699, кл. Н 03 М 1 /10, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД,, SU„, 16972б7 Al (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразователя. Для достижения поставленной цели в преобразователь. содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, преобразователи

2-4 переменного напряжения в постоянное, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, шину 14 переменного напряжения, введены арксинусный 7 и арккосинусный 8 преобразователи кода, цифровой компаратор 9, два

1697267

: одновибратора 10 и 11, реверсивный счет,чик 12 и цифроаналоговый преобразователь

: 13, С помощью введенных элементов автоматически устанавливается и поддерживается такое значение опорного напряжения на аналого-цифровых преобразователях, которое обеспечивает наибольшую точность преобразования выходных сигналов синусИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, применяемых в качестве датчиков углов с цифровыми вычислительными устройствами.

Цель изобретения — повышение точно сти и быстродействия преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы его в работы, Преобразователь содержит синусно-косинусный вращающийся трансформа1ор преобразователи 2 — 4 переменного напря-. жения в постоянное, аналого-цифровые преобразователи 5 и б, арксинусный преобразователь 7 кода, арксинусный преобразователь 8 кода, цифровой компаратор 9, одновибраторы 10 и 11, реверсивный счетчик 12, цифроаналоговый преобразователь

13 и шину 14 переменного напряжения, блок синхронизации (не показан).

На фиг. 2а изображены графики возбуждающего переменного напря>кения Uo на шине 14, а также выходных сигналов СКВТ

14 и Uc. Для упрощения они изображены в виде одной синусоиды, так как отличаются только амплитудами, На фиг, 2б изображены выходные напряжения преобразователей 2 — 4 перемен, ного напряжения в постоянное, т,е.

1 I напряжения Us, Ос, 0 . Эти напряжения также отличаются только амплитудами (изображены в виде одной кривой), На фиг. 2в условно изображены выходные логические сигналы аналого-цифровых преобразователей 5 и 6, представляющие собой многоразрядные коды N(S) и К(С). Отключенное состояние выходов аналого-цифровых преобразователей, состояние высокого импеданса показано пунктиром.

На фиг. 2г условно изображены выходные многоразрядные коды преобразователей 7 и 8 кода, т.е, коды Ns(a) и Nc(a),Третье, отключенное, состояние их выходов также показано пунктиром, Нд фиг. 2д показан сигнал HB выходе

"Больше" цифрового компаратора 9, обоз5

ttl 0

35 б

45 но-косинусного вращающегося трансформатора в коды синуса и косинуса. По соотношению аргументов этих функций, представляющих собой коды угла поворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора, вырабатывается сигнал для соответствующей коррекции величины опорного напряжения. 2 ил. наченный U>; на фиг, 2е — сигнал на выходе

"Меньше" цифрового компаратора 9, обозначенный 0<; на фиг. 2ж и " — - выходные сигналы одновибраторов 10 и 11, обозначенные Ою и

011; на фиг. 2и — выходной многоразрядный код реверсивного счетчика 12, обозначенный Оа, на фиг. 2к — вь|ходное напряжение цифроаналогового преобразователя 13, обозначенное О з.

Преобразователь осуществляет преобразование угла поворота вала в код в пределах от Одой/2, т.е, в пределах одного квадранта.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, запитанный напряжением переменного тока Uo, вырабатывает электрические сигналы переменного тока Us и Uc, амплитуды которых пропорциональны соответственно синусу и косинусу угла а его поворота (фиг. 2а).

Напряжения Us, Uc u Uo поступают на преобразователи 2-4 переменного напря>кения в постоянное, осуществляющие преобразование напряжений Us, Uc и Uc, к виду, который позволяет использовать их для работы аналого-цифровы„преоб разователей, т.е, к постоянным напряженлям, равным амплитудам переменных напряжений, Вид сигналов на выходах преобразователей 2 — 4 переменного напряжения в постоянное Us, Uc u Uo зависит от конкретной реализации этих элементов. В случае, если они представляют собой устройства выборки и хранения, форма указанных сигналов соответствует фиг. 26. В каждом периоде переменного напряжения устройства выборки и хранения осуществляют выборку входного переменного напряжения, начиная с моментов времени О, тз, tI и т,д., т.е, выходное напряжение повторяет входное, а с моментов времени ц, И, ty и т.д„формируемых блоком синхронизации, когда значение переменного напряжения достигает положительного максимума, устройство выборки и хранения переводится в режим хранения, в котором напряжение на его выходе сохраняет постоянное значение, равное ам1697267 плитудному, Режим хранения продолжается до начала следующего периода, после чего устройство выборки-хранения снова переводится в режим выборки блоком синхронизации, С выходов преобразователей 2 и 3 переменного напряжения в постоянное выпрям-! ленные напряжения Us и Ос поступают на информационные входы аналого-цифровых преобразователей 5 и 6, на входы для опорного напряжения которых подается сигнал с выхода цифроаналогового преобразова геля 13, для которого опорным напряжением является выходное напряжение 00 преобразователя 4 переменного напряжени- в постоянное. График выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 13 повторяет график выходного напряжения преобразователя 4 переменного напряжения в постоянное с учетом коэффициента деления цифроаналогового преобразователя (фиг. 2к), Для некоторых типов аналого-цифровых преобразователей опорное напряжение должно иметь противоположную полярность по отношению к входному. B этом случае выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 13 должно иметь отрицатель к ю полярность (фиг. 2к), Аналого-цифровые преобразователи 5 и

6 начинают преобразование непосредственно после установки режима хранения на преобразователях 2-4 переменного напряжения в постоянное, т.е. в моменты времени

t1. t4, t1, определяемые соответствующими сигналами блока синхронизации. Во время преобразования опорное и входное напряжения на аналого-цифровых преобразователях не изменяются. При этом выходы аналогоцифровых преобразователей переходят в отключенное состояние фиг, 2в, пунктир) Преобразование заканчивается в моменты времени tz, t5, tg u т,д, (фиг. 2в), после чего на выходах аналого-цифровых преобразователей 5 и 6 устанавливаются соответственно коды N(S) и

N(C), пропорциональные синусу и косинусу угла поворота СКВТ и формируется сигнал

"Конец преобразования" (КП), поступающий на управляющие входы преобразователей 7 и 8 соответственно, Коды N(S) и N(C) поступают соответственно на арксинусный 7 и арккосинусный 8 преобразователи кода, представляющие собой постоянные запоминающие устройства, На их выходах формируются коды угла поворота СКВТ а, обозначенные Ns(Q) и Nc(Q), причем код Ns(<) получен путем определения арксинуса от кода N(S), пропорциональ5

15 0

25 (1

Д

50 ного синусу угла поворота а, а код N (а)— путем определения арккосинуса от кода

N(C), пропорционального косинусу угла поворота а, Выходные сигналы преобразователей 7 и 8 кода приведены на фиг. 2г, Коды

Ns(а) и N (a ) формируются в моменты времени tz, т. .;з и т.д., т,е. после окончания преобразования аналого-цифровыми преобразователями 5 и 6 с задержкой, определяемой параметрами постоянных запомина ощиx,ñtð éñòâ. При отсутствии сигнала упоав iàèè i на входах этих преобразователей на шинах И,(а) и йс(а) устанавливаются сигналы логической ади ":èцы, которые отключают выходы

"Бсльше" "М;-.ныне" ко.,паратора 9.

Коды N,(а) и N, (а) представляют собой коды одчого и того же угла а, полученные пс двум незэьисимым ка,;алам. В идеаль;-,эм случае о:-л1должны совпадать. Ка практике они могут о-:.л чз: =ся, но всегда ограничиваюг ".î÷íîå значение кода угла Q, Коды й,(а) и й,(а) поступают на выход устройства, Одновременно. при наличии сигнала управления Ч на входах преобразователей 7 и 8. они подаются на входы циф-. рог:.;,о компаратора 9, который сравнивает их друг с другом. Цифровой компаратор имеет два выхода "Больше" и "Меньше", Выходные сигналы на них изображены на фиг. 2д и е. Логические сигналы на указанных выходах цифрового компаратора 9 вырабатываются толь:.о после подачи кодов г4(а) и N,(à) на е о входы, что обеспечивается блоком синхронизации.

Если код 4(а) больше кода Nc(c ), то логический сигнал вырабатывается на выходе "Больше", как это показано на фиг. 2д для

Н первого периода в момент времени tz, Если код Ns(c ) меньше кода Кс(а ), логический сигнал вырабатывается на выходе "Меньше" цифрового компаратора, Этот случай изображен на фиг. 2е для второго периода (момент времени tg ).

Сигнал с выхода "Больше" цифрового компаратора поступает на одновибратор

10, который по фронту сигнала вырабатывает короткий импульс (фиг, 2ж, момент времени

tz ). Одиночный импульс с одновибратора

10 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика i2, котооый увеличивает свой выходчой код на единицу младшего разряда. Увеличение выходного кода реверсивного с-,-:тчика условно показано на фиг.

2и в момент времени tz

lV

С выходя реверсивного счетчика код подается на цифроаналоговый преобразователь I3, который в момент времени tz

v увеличивает свое выходное напряжение на

1697267 величину, соответствующую одному дискрету (фиг, 2к). В результате этого в следующий (eTopoujl период (на фиг, 2) аналого-цифровое преобразование будет производ .ться при большей величине .опорного напряжения, 5 что позволит уменьшить разброс Выходных кодов Ns(a) и Кс(а), т.е. увел чить точность преобразования угла в код, Если код К(а) меньше кода Nc(a)., то логический сигнал вырабатывается на выхо- 10 де "Меньше" цифрового комп-"ратора (фиг, и.

2е, второй период, момент времени т5

Лоплческий сигнал с выхода "Меньше циф-. рового компаратора подаегся на вход Одновибратора 11, который по фрон.у сигнала 15 вырабатывает одиночный короткий импульс и. (фиг. 2з, момент времени t5 ), по.-.,уп"-.foùëé на Вычита!Ощий ВхОд pBDppcf .ВР Ого счетчика

12, что вызывает уменьшение его состояния на единицу младшего разряда. Э-го измене- 2С ние условно показано на фиг, 2и,"мсмент

1\/ времени Ь ).

С выхода реверсивного счетчика код поступает на цифроаналоговый преобразователь 13, который в момент времени t5 2 4 уменьшает свое выходное напряжение на величину, соответствующую Одному дискрету (момент Воеме :fr, 15 на фиг. 2к). Поэтому аналого-цифровое преобразование в следующий (третий) период будет производиться ЗО при меньшей величине Опорного напряжения, что приведет к возрастанию кода Ng(a) и уменьшению кода К (a), т.е. к более точному приближению выходов-кодов %(а) и К (а) к истинному значению кода угла поворота Ç5

СКБТ а.

В предельном случае код N>(a) становится равным коду Nc(a) (фиг. 2в,третий период). При этОИ логический си! Нал не вырабатывается ни на одном из выходоь циф- 9 лп рового компаратора 9, одновибраторы 1С и

11 не срабатывают, состояние реверсивного счетчика 12 и коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя 13 не изменяются. На аналого-цифровые преоб- "5 разователи. при следующем преобразовании будет поступать то же самое опорное напряжение, что и В предыдущем периоде, которое в данном случае соответствует своему истинному значению.

После некоторого числа цикпов преобразований устанавливается требуемое значение опорного напряжения на аналого-цифровых преобразователях 5 и 6 или весьма близкое

1., к нему. После этого на их Выходах вырабатываются коды синуса и косинуса угла наворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора, а на выходах арксинусного 7 и арккосинусного 6 рпеобразователей кода — N,(а) и N,(à) угла а, ограничивающие точное значение кода угла а, Из кодов

К,(а) и N (à) может быть выбран код, имеющий меньшую погрешность в соответствии с крутизной функций арксинуса и арккосинуса при полученном значении кода угла а.

Равенство кодов К,(а) и К,(а) означает, что преобразование угла поворота вала в код выполнено с максимально возможной точностью, и„что коды Ма) и N((a) cooTBBTGT вуют коду угла а.

Синхронизация работы всех блоков преобразователя обеспечивается блоком синхронизации, Диапазон рабжы преобразователя 0†- 96 . Учитывая монотонное возрастание синуса и монотонное убывание косинуса в диапазоне изменения аргумента от О до л/2, .очное значение кода угла а закл:очено между кедами Ns(a ) и Ng(а) или равно им.

Таким образом, преобразователь угла поворота вала в код позволяет, используя противоположный характер изменения функций синуса и косинуса в диапазоне значений аргумента от О до л/2, выявить ошибку преобразования угла поворота синусно-косинусного вращающегося трансформатора в цифровой код и устранить ее путем изменения величины опорною напряжения на аналого-цифровых преобразователях. Этим преобразователь превращается в замкнутую систему с Отрицательной обратной связью по результату преобразования.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, синусный и косинусный выходы которого соединены с входами первого и второго преобразователей переменного напряжения в постоянное соответственно, выходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, шину переменного напряжения, подключенную к входу возбуждения синус: О--косинусного вращающегося трансформатора и к входу третьего преобразователя переменного напряжения в постоянное, О т л и ч а ю uö и и с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены арксинусный и арккосинусный преобразователи кода, цифровой компаратор, два одновибратора, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь., выход которого соединен с входами опорного напряжения первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с Входами соответственно арксинусного и арккосинусного преобра1697267 зователей кода, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым входами цифрового компаратора, а вхОд "Больше" которого соединен с входом первого одновибратора, а выход Меньше" — с входом второго одновибратора, выходы первого и второго одновибраторов соединены соответственно с суммирующим и вычитаащим входами реверсивного c:æò÷ì!.à, выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к выходу третьего преобразователя переменного напряжения

5впостоянное,,вы:ходы "Конец преобразования" первого и второго аналого- цифровых преобразователей соединены с управляющими входами соответственно арксинусного и арккосинусного преобразователей кодов.