Преобразователь угла поворота вала в код
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровыми вычислительными устройствами. Техническим результатом является повышение точности работы преобразователя, для этого в преобразователь перемещения в код, содержащий блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, генератор, выявитель окантов, аналоговый коммутатор, шесть резисторов, четыре операционных усилителя, умножающий цифроаналоговый преобразователь, компаратор, реверсивный счетчик, арктангенсное ПЗУ, введены два резистора, Д-триггер, логический блок запрета прохождения импульсов, элемент НЕ, четыре аналоговых ключа и формирователь управляющих импульсов, а также регистр записи кода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровыми вычислительными устройствами.
Известен преобразователь угла поворота вала в код (авт. св. N 1076935, кл. Н 03 М 1/06, опубл. 1984), содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, выявитель октантов, аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, арктангенсное ПЗУ, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и регистр хранения кода. Построение этого преобразователя угла поворота вала в код соотносится с применением циклического аналого-цифрового преобразователя последовательного поразрядного приближения с циклом преобразования, включающим n-разрядных и два вспомогательных такта (Домрачев В.Г. Матвеевский В. Р. Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений, Справочное пособие, М. Энергоатомиздат, 1987, с. 214). В этом построении чем выше запросы к точности и вместе с тем к большей разрядности аналого-цифрового преобразования, тем больше цикл преобразования, увеличение которого обуславливает свои проблемы достижения точности в достоверности измерения угла поворота вала. Свободным от этого противоречия для получения непрерывной цифровой информации о текущем угле поворота вала является следящий преобразователь. Известен такой преобразователь угла поворота вала в код (прототип) (см. вышеуказанную книгу, с. 236 241), содержащий синусно-косинусный датчик угла, вход которого соединен с генератором, а первый и второй выходы с выявителем октантов и аналоговым коммутатором, входы управления которого соединены с логическими выходами выявителя октантов, имеющим соединение с входом синусно-косинусного датчика угла, умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП), аналоговый вход которого соединен с первым выходом аналогового коммутатора, дифференциальный усилитель, один вход которого соединен с выходом УЦАП, а другой с вторым выходом аналогового коммутатора, фазочувствительный выпрямитель, соединенный с входом синусно-косинусного датчика угла и с выходом дифференциального усилителя, преобразователь напряжение-частота, вход которого через фильтр нижних частот соединен с выходом фазочувствительного выпрямителя, а выходы которого соединены с тактовыми входами реверсивного счетчика, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, одни входы которых соединены с выходом 3-го разряда выявителя октантов, а другие входы соединены со своими цифровыми выходами реверсивного счетчика, тангенсное ПЗУ, входы которого соединены с выходами элементов блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выходы соединены с цифровыми входами УЦАП. В известном устройстве (прототипе) имеются следующие недостатки. Наличие большого числа элементов в построении замкнутого следящего контура преобразователя: УЦАП дифференциальный усилитель фазочувствительный выпрямитель фильтр низких частот преобразователь напряжение-частота - реверсивный счетчик блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ тангенсное ПЗУ УЦАП. Другим недостатком является возможность циклической работы реверсивного счетчика в угловом положении ротора синусно-косинусного датчика на стыках октантов преобразования угла поворота ротора в код, приводящей к ошибке в определении кода угла. Это объясняется тем, что при подходе к стыку между октантами реверсивный счетчик в качестве устойчивого положения должен иметь на своих выходах все нули, если рассматривать, что движение происходит от произвольного значения внутри октанта к началу октанта, или все единицы, если рассматривать, что поворот ротора синусно-косинусного датчика происходит от произвольного значения внутри октанта к концу октанта. При этом схема работает таким образом, что при подходе угла поворота ротора синусно-косинусного датчика к значению, отвечающему стыку между октантами, устойчивое нулевое или единичное положение счетчика может достигаться лишь посредством последовательного изменения кода счетчика от данного значения в сторону уменьшения до нуля или в сторону увеличения до единиц на всех разрядах счетчика соответственно. И если на границе между октантами создается ситуация, когда для приведения системы в устойчивое состояние требуется еще больше уменьшить сигнал на выходе УЦАП, а счетчик находится в нулевом положении по всем разрядам, или еще больше увеличить сигнал на выходе УЦАП, а на всех разрядах оказываются единицы, на счетчик подается импульс, посредством которого он перескакивает с нулевых значений на все единичные или с единичных значений на все нулевые соответственно. Вследствие этого появляется циклическая работа счетчика, где, с одной стороны, происходит последовательное приближение счетчика через все промежуточные значения от любого значения, в том числе от одного из предельных значений к другому предельному значению, наиболее близкому к состоянию равновесия, а, с другой стороны, совершается перескок счетчика от граничного значения, наиболее близкого к состоянию равновесия, к другому наиболее удаленному от состояния равновесия, после чего снова начинается работа счетчика через все промежуточные значения к граничному значению, наиболее близкому к состоянию равновесия, и т.д. пока ротор синусно-косинусного датчика не пройдет пограничное положение между октантами. В результате наличия такого эффекта показания преобразователя в промежуточной области между октантами искажаются до величины целого октанта. В известном прототипе выявитель октантов и аналоговый коммутатор каждый имеет свою пару оперативных усилителей, соединенных через сопротивления с выходами синусно-косинусного датчика. Наряду с этим имеется прямая связь с выходами синусно-косинусного датчика других элементов того и другого устройства. Этим увеличивается влияние схемы преобразователя на работу синусно-косинусного датчика. Целью изобретения является повышение точности работы преобразователя, надежности работы преобразователя и расширение области его применения. Указанная цель достигается тем, что из построения замкнутого следящего контура преобразователя исключается дифференциальный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, фильтр низких частот, преобразователь напряжение-частота, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и тангенсное ПЗУ. В следящий контур вводится компаратор, один вход которого соединяется с УЦАП, другой с вторым выходом аналогового коммутатора, Д-триггер, информационный вход которого соединяется с выходом компаратора, а выход с входом направления счета реверсивного счетчика, выходы счетчика соединяются с цифровыми входами УЦАП. В устройство преобразователя вводится формирователь управляющих импульсов и логический блок запрета прохождения импульсов. Вход формирователя управляющих импульсов соединен с входом синусно-косинусного датчика. Выход формирователя управляющих импульсов, несущий перепад напряжения, совпадающий с моментом прохождения амплитудного значения напряжения на входе синусно-косинусного датчика, соединен с входом синхронизации (записи) Д-триггера и с входом синхронизации выявителя октантов. Другой выход формирователя управляющих напряжений, несущий управляющий перепад импульсного напряжения, сдвинутый по отношению к управляющему перепаду напряжения, идущему на вход синхронизации Д-триггера, не менее чем на время, необходимое для переключения режима работы реверсивного счетчика, через логический блок запрета прохождения импульсов подключен к тактовому входу "С" реверсивного счетчика. Другой вход логического блока запрета прохождения импульсов соединен с выходом Д-триггера. Третий вход этого блока соединен с цифровыми выходами реверсивного счетчика. Вместо тангенсного ПЗУ внутри следящего контура к выходу реверсивного счетчика подключается арктангенсное ПЗУ. Элементы блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ одним входом соединены с выходом младшего разряда выявителя октантов, а другим входом соединены с выходом ПЗУ. Чтобы создать однородные условия работы для выявителя октантов и замкнутого контура следящего преобразования угла поворота вала в код и обеспечить работу того и другого по каждому полупериоду аналогового сигнала синусно-косинусного датчика, на каждом выходе синусно-косинусного датчика устанавливаются по два операционных усилителя с идентичным их подключением. Каждый вход операционных усилителей одной пары усилителей через свой резистор подключен к одному выходу синусно-косинусного датчика. Каждый вход операционного усилителя другой пары операционных усилителей через свой резистор подключен к другому выходу синусно-косинусного датчика. В цепи обратной связи каждого из операционных усилителей установлены резисторы того же номинала, что и резисторы на входе операционных усилителей. Вводятся четыре аналоговых ключа, первые выводы которых соединены с шиной нулевого провода. Вторые выводы аналоговых ключей соединены с неинвертирующими входами соответствующих операционных усилителей. Введен элемент НЕ. Первый выход формирователя управляющих импульсов, несущий импульсное напряжение, отвечающее знаку (меандру) напряжения возбуждения синусно-косинусного датчика, соединен с входом элемента НЕ и с управляющими входами аналоговых ключей, находящихся в цепи одного из операционных усилителей, подключенных к одному выходу синусно-косинусного датчика, и одного из операционных усилителей, подключенных к другому выходу синусно-косинусного датчика. Выход элемента НЕ соединен с управляющими входами ключей, находящихся в цепи каждого из других операционных усилителей, подключенных к первому и второму выходам операционных усилителей. При таком подключении управляющих входов аналоговых ключей на выходе одного операционного усилителя из подключенных к одному выходу синусно-косинусного датчика получается напряжение, равное напряжению на данном выходе синусно-косинусного датчика или инверсное к нему, а на другом, наоборот инверсное или равное ему. Это позволяет выполнить и выявитель октантов, и аналоговый коммутатор с четырьмя входами, исключив из их состава собственные по принадлежности операционные усилители, и реализовать работу преобразователя по каждому полупериоду напряжения возбуждения синусно-косинусного датчика. На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - пример построения формирователя управляющих импульсов; на фиг. 3 диаграммы напряжений, поясняющие работу преобразователя. Преобразователь содержит синусно-косинусный датчик 1, формирователь управляющих импульсов 2, компаратор формирователя управляющих импульсов 3, фазосдвигающий элемент 4 входного напряжения формирователя управляющих импульсов, компаратор 5 формирователя управляющих импульсов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 формирователя управляющих импульсов, одновибратор 7 формирователя управляющих импульсов 2, операционные усилители 8 11 преобразователя, аналоговые ключи 12 15, элемент НЕ 16, выявитель октантов 17, аналоговый коммутатор 18, компаратор 19, умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 20, реверсивный счетчик 21, Д-триггер 22, логический блок запрета прохождения импульсов 23, регистр записи кода 24, арктангенсное ПЗУ 25, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26. Преобразователь работает следующим образом. На обмотку возбуждения синусно-косинусного датчика 1 фиг. 1 подается напряжение Uг= Usin























Формула изобретения
1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, синусно-косинусный датчик угла, вход которого подключен к выходу генератора, первый и второй выходы синусно-косинусного датчика угла соединены каждый с тремя резисторами, вторые выводы резисторов, подключенных первыми выводами к первому выходу синусно-косинусного датчика, соединены соответственно с первым и вторым входами первого операционного усилителя и с первым входом второго операционного усилителя, вторые выводы резисторов, подключенных первыми выводами к второму выходу синусно-косинусного датчика, соединены соответственно с первым и вторым входами третьего операционного усилителя и с первым входом четвертого операционного усилителя, выходы первого и третьего операционных усилителей соединены с первым и вторым информационными входами выявителя октантов, выходы второго и четвертого операционных усилителей соединены с первым и вторым информационными входами аналогового коммутатора, управляющие входы которого соединены с выходами выявителя октантов, выход младшего разряда выявителя октантов соединен с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока, первый выход аналогового коммутатора соединен с аналоговым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, реверсивный счетчик, арктангенсное постоянное запоминающее устройство и компаратор, отличающийся тем, что в него введены два резистора, первые выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами синусно-косинусного датчика, вторые выводы которых соединены соответственно с вторыми входами второго и четвертого операционных усилителей, D-триггер, логический блок запрета прохождения импульсов, элемент НЕ, первый, второй, третий и четвертый аналоговые ключи и формирователь управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом генератора, первый выход формирователя управляющих импульсов соединен с входом элемента НЕ и управляющими входами второго и четвертого аналоговых ключей, выход элемента НЕ соединен с управляющими входами первого и третьего аналоговых ключей, первые выводы ключей соединены с шиной нулевого потенциала, вторые выводы аналоговых ключей соединены с неинвертирующими входами соответствующих операционных усилителей, выходы первого и третьего операционных усилителей соединены соответственного с третьим и четвертым информационными входами аналогового коммутатора, выходы второго и четвертого операционных усилителей соединены соответственно с третьим и четвертым информационными входами выявителя октантов, вход синхронизации которого подключен к второму выходу формирователя управляющих импульсов, который соединен с входом синхронизации D-триггера, третий выход формирователя управляющих импульсов соединен с первым входом логического блока запрета прохождения импульсов, второй выход аналогового коммутатора и выход умножающего цифроаналогового преобразователя соединены с входами компаратора, выход которого соединен с информационным входом D-триггера, выход которого соединен с входом направления счета реверсивного счетчика и с вторым входом логического блока запрета прохождения импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены с цифровым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, цифровыми входами логического блока запрета прохождения импульсов и с входами арктангенсного постоянного запоминающего устройства, выходы которого соединены с вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в него введен регистр записи кода, информационные входы которого подключены к выходам блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а вход синхронизации к выходу D-триггера.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3