Преобразователь угла поворота вала в код — SU 1311026 (original) (raw)
(5 р 4 Н 03 М/48 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР В 708386, кл. С 08 С 9/04, 1981.Зверев А,Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код, Л.: Энергия, 1974, с.147-151, рис.72,54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТАВАЛА В КОД(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи ана.логовых источников информации с цифровым вычислительным устройством. Сцелью расширения диапазона однозначного преобразования в преобразователь угла поворота вала в код, со"держащий источникопорного напряжения, синусно-косинусный датчик угла (СКДУ)2, цифроаналоговые преобра131 зователи (ЦАП) 3 и 4, усилитель б блок 7 выборки-хранения, блок 8 преобразования напряжения в частоту (ПНЧ), реверсивный счетчик 9, блок 10 нелинейного преобразования кодов, введены коммутатор 5, блок 11 управления и блок 12 инверторов Блок 11 управления содержит компаратор, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, одновибраторы. Блок 12 инверторов содержит элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инверторы. На вход СКДУ 2 поступает опорное синусоидальное напряжение, вырабатываемое в источнике 1, Выходные сигналы СКДУ 2, промодулированные по законам синуса и косинуса в функции угла д, поворота, поступают на ЦАП 3 и 4. Выходной сигнал усилителя 6 подается на вход бло 1026ка 7 выборки-хранения, где запоминаются мгновенные значения амплитудсигнала рассогласования в моменты,которые определяются фазой сигналарассогласования при отработке пократчайшему расстоянию. Выходнойсигнал блока 7 выборки-хранения пос"тупает на вхоц блока 8 ПНЧ, выходные импульсы которого с частотой,пропорциональной сигналу рассогласования, подаются на вход реверсивногосчетчика 9. На выходных шинах блока10 вырабатывается откорректированныйкод угла М поворота. Номер квадрантаугла поворота определяется при отработке рассогласования кодом старшихп и иразрядов реверсивного счетчика 9, 2 з,л, ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи ана. логовых источников информации с цифровым вичислительным устройством. 5Целью изобретения является расширение диапазона однозначного преобразования.На фиг,1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 структурная схема блока управления; на фиг,З - структурная схема блока инверторов,Преобразователь угла поворора вала в код (фиг.1) содержит источник 1 опорного напряжения, синусно-косинусный датчик угла (СКДУ) 2, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 3 и 4, коммутатор 5, усилитель 6, блок 7 выборки-хранения (БВХ), блок 8 преобразования напряжения в частоту (ПНЧ), реверсивный счетчик 9, блок 10 нелинейного преобразования кодов блок 11 управления и блок -12 инверторов.Блок 11 управления (фиг,2) содержит компаратор 13, элементы 14 и 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, одновибраторы 16 и 17.Блок 12 инверторов (фиг.З) содержит элементы 18 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инверторы 19. Преобразователь работает следующим образом,На вход СКДУ 2 поступает опорноесинусоидальное напряжение П я 1.пИСс опорной частотой й =Ц/27,котороевырабатывается в источнике 1 опорного напряжения Выходные сигналы СКДУ2 промодулированные по амплитудепо законам синуса и косинуса в функ.ции углаповорота, поступают нааналоговые входи ЦАП 3 и 4 соответственно.На цифровые входы ЦАП 3 и 4 с блока 12 инверторов поступают прямые /эи инверсные 1-коды отработки в пределах квадранта,При изменении угла ь в пределахпервого квадранта выходнье напряжения ЦАП 3 и 4 равны соответственно:11. = Ц япС(1-)ядпЖ;11 = П созе, Яя 1.пас,Выходной сигнал усилителя 6, равныйьс - и, = ( -)в 1 п м- 3 соям 11 ягЖ,. (1)подается в блок 7 выборки-хранения,в котором по импульсу выборки с блока 11 управления производится запоминание амплитуды Г 6, Виходной сиг. (4) 20 50 55 3нал БВХ 7 поступает на вход блока8 ПНЧ, выходные импульсы которого счастотой, пропорциональной сигналурассогласования подаются в зависимости от знака сигнала рассогласования (2) на прямой или инверсный вход реверсивного счетчика 9. Отработка рассогласования Ю заканчивается, когдаЬБ = О, (3) т.е. при выполнении равенства йПри угле ив номер квадранта2 угла сб определяется при отработкерассогласования кодом старших и ииразрядов реверсивного счетчика9. Код старших разрядов изменяетсяот ОО в первом квадранте до 11 - вчетвертом квадранте,Поскольку на цифровые входы ЦАП3 и 4 поступают кодыи 1-отработки угла рассогласования в пределах квадранта, аугол е поворота может находиться в любом квадранте,то необходимо коды на цифровых вхо"дах ЦАП 3 и 5 изменятьв зависимости от номера квадранта,Это Осуществляется с помощью блока 12 инверторов, В зависимости от 40 состояния (и)-го разряда реверсивного счетчика 9 на выходах элементов 18 ИСКЛЮЧАЮИЕЕ ИЛИ (вход ЦАП 4) вырабатывается прямой или инверсный код младших разрядов реверсивного 45 счетчика 9, который после инверсии в инверторах 19 поступает на вход ЦАП 3,Так как фаза сигналов, поступаю" щих на аналоговые входы ЦАП 3 и 4, меняется с номером квадранта, а коэфФициенты передач ЦАП 3 и 4и (1-) - величины положительные, то для отработки рассогласования фаза выходного сигнала ЦАП 4 также должна меняться в зависимости от номера . квадранта, что осуществляется с помощью коммутатора 5. 4Выходной сигнал ЦАП 4 в 1 и 111квадрантах поступает на вычитающийвход усилителя 6, а во 11 и 17 квад.рантах - на второй суммирующий входусилителя 6,В блоке 7 запоминаются мгновенныезначения амплитуд сигнала рассогласования в моменты, которые опреде-ляются фазой сигнала рассогласования при отработке по кратчайшему расстоянию,При отработке рассогласования отнулевого положения при )6 ; расположенном в 1 и 11 квадранте, импульсыс выхода блока 8 ПНЧ должны поступать на прямой вход реверсивногосчетчика 9, т.е, входное напряжениеблока 8 - положительное, а при отработке угла К , расположенного в П 1или 1 квадранте, выходные импульсы блока 8 должны поступать на инверсный вход счетчика 9, т.е, входное напряжение блока 8 - отрицательное. В соответствии с этим и действительной фазой сигнала рассогласования на входе блока 7 импульсы выборки на управляющий вход блока 7должны подаваться при максимальномзначении амплитуды 11, со смещениемпо фазе на Й при расположении К во11 и 111 квадрантах по сравнениюс 1 и 1 У квадрантами,Эти импульсы вырабатываются вблоке 11 управления, На входы элемента 14 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступаеткод старших разрядов реверсивногосчетчика 9, На второй вход элемента15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает нулевойсигнал при угле отработки, относящемся к 1 или 1 Ч квадранту, и единичный сигнал при угле отработки,относящемся к 11 или 111 квадранту.На первый вход элемента 15 подаетсямеандр опорной частоты Г, сформированный.компаратором 13. Одновибратор16 вырабатывает задержку в четвертьпериода опорного напряжения, а одновибратор 17 вырабатывает импульсвыборки, поступающий на управляющийвход блока 7,Рассмотрим несколько примеров преобразования угла поворота о в кодпри расположении 06 в разных квадрантах, при начальном значении кода отработки= О (1 квадрант),Угол ю расположен в 1 квадранте, В этом случае фаза сигнала рассогласования совпадает с фазой опорного1026 6 51015 20 25 30 Если М, расположен в 111 квадранте, то при= О сигнал рассогласования, определяемый выходным сигналом ЦАП 3 (Бд = О), находится в протиноФазе с опорным. Поскольку код ф в начале отработки соответствует 1 квадранту, то на выходе БВХ 7 вырабатывается отрицательное напряжение Угол отработки переходит н 1 Ч квадрант, момент выборки остается преж 50 55 5 13сигнала. С выхода блока 7 снимаетсяположительное напряжение, поэтомуимпульсы с выхода блока 8 поступаютна вход прямого счета реверсинного.счетчика 9 на увеличение кода 5Угол 06 расположен в 11 квадранте,В этом случае выходной сигнал ЦАП 4,противофазный опорному напряжению,подается на инверсный вход усилителя 6, Выходной сигнал ЦАП 3, синфаэный опорному напряжению, поступаетна прямой вход усилителя 6, В результате сложения сигнал на выходеусилителя 6 совпадает по Фазе сопорным сигналом и аналогично рассмотренному случаю импульсы, вырабатываемые блоком 8, поступают на прямой вход реверсивного счетчика 9(увеличение кода отработкиф. При переходе кода отработки но 11 квадрант выходной сигнал ЦАП 3 равенБ эпМ(1-)=0, следовательно, меняется на противоположную фаза сигнала рассогласования, но однонременноменяется для 11 квадранта кода отработкимомент выборки с выхода блока 1. На выходе блока 7 вырабатывается по-прежнему положительное напряжение, благодаря чему в ревеосивном счетчике 9 происходит накапливание импульсов блока 8 до тех пор,пока не будет выполняться эквиналентное равенство юс =.3,Угол 0 относится к 1 Ч кнадранту.В этом случае выходной сигнал ЦАП 3поступает на прямой вход усилителя6 в противофазе с опорным, Посколькувыходной сигнал ЦАП 4 (Б = О), при= О, то сигнал рассогласования иопорный сигнал находятся в противофазе, и в моменты выборки, соответствующие 1 и 1 Ч квадранту кода отработки, навыходе блока 7 вырабатывается отрицательное напряжение иимпульсы блока 8 поступают на входинверсного счета реверсивного счетчика.9. Отработка производится пократчайшему пути,ним, выходной сигнал ЦАП 4 подается на инверсный вход усилителя 6. При переходе кода отработкииз 1 Ч квадранта н 111 напряжение ЦАП 3 Б = О, Фаза сигнала рассогласования определяется фазой инвертированного усилителем 6 выходного напряжения ЦАП 4, т,есовпадает с фазой опорного сигнала, но поскольку момент выборки меняется, то на выходе блока 7 по-прежнему вырабатывается отрицательное напряжение, благодаря которому направление отработки рассогласования не меняется.Аналогичным образом производится и отслеживание угла поворота 0В соответствии с соотношением (4 методическая погрешность преобразонания равна И 3 = -- агсй 8 - -,1.)Для сведения методической погрешности преобразования к нулю н преоб" раэователе используется блок 1 О нелинейного преобразования кодов, выполненный в виде блока постоянной памяти, на адресные входы которого поступает код (п) младших разрядов ренерсивного счетчика 9, а на выходных шинах вырабатывается откорректированный код И угла поворота 0 а Формула изобретения 1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а первый и второй выходы подключены к аналоговым входам соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей,выход первого цифроаналогового преобразователя подключен к первому сумсуммирующему входу усилителя, выходусилителя подключен к первому входублока выборки-хранения, выход которого через блок преобразования напряжения в частоту подключен к входамреверсивного счетчика, выходы младших разрядов реверсивного счетчикаподключены к входам блока нелинейного преобразования кодов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что., с цельюрасширения диапазона однозначногопреобразования, в преобразовательвведены коммутатор, блок управления7и блок инверторов, информационные входы которого соединены с выходами младших разрядов реверсивного счетчика, а первая и вторая группа выходов подключены к цифровым входам соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выход второго цифроаналогового преобразователя подключен к информационному входу коммутатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму суммирующему и вычитающему входам усилителя, первый вход блока управления соединен с источником опорного напряжения, остальные входы соединены с выходами старших разрядов реверсивного счетчика, а выход подключен к второму входу блока выборки-хранения, выход младшего из старших раз рядов реверсивного счетчика подключен к управляющим входам блока инверторов и коммутатора. 2, Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит компаратор, два 311026 8элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и два одновибратора, вход компаратора и входыпервого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ явля.ются соответственно первым и остальными входами блока управления, выходкомпаратора и выход первого элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к входамвторого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого через первый одновибра 10 тор подключен к входу второго одновибратора, выход второго одновибратора является выходом блока управления,3. Преобразователь по п,1, о т 15 л и ч а ю щ и й с я тем, что блокинверторов содержит элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инверторы, первые входыэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являютсяинформационными входами блока инвер торов, вторые входы объединены и являются управляющим входом блока инверторов, а выходы подключены к входам соответствующих инверторов, выходы инверторов и выходы элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются соответственно первой и второй группой выходов блока инверторов.131102 бСоставитель Е, Бударина РедактоР М. БандУРа ТехРед М.Ходанич - КоРРектоР А. ТЯско Заказ 1903/56 Тираж 902 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4