Преобразователь угла поворота вала в код

Преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 111077 (21) 2533878/18-24 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 050480. Бюллетень Мо 13

Дата опубликования описания 10. 04. 80

G 08 С 9/04

Государственный комите

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДп, 681. 32Ь (088. 8) (72) Авторы изобретения

P. М. Мирсалимов и В. Б. Ибрагимов

Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова. (71) Заявитель (5 4 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА IIOBOPOTA ВАЛА В КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах для пре- 5 образования угловых перемещений ротора электрических микромашин типа сельсина в цифровой код.

Известны преобразователи угол-код, в которых выпрямленное выходное напряжение сельсина сравнивается по амплитуде с его напряжением питания.

Оба напряжения изменяются по синусоидальному закону. Время от момента перехода через нулевое значение напря-15 жения питания сельсина до момента равенства сравниваемых напряжений пропорционально углу поворота ротора сельсина (1) . Такой преобразователь содержит сельсин, вход которого подключен к источнику напряжения питания, а выходы через выпрямители и переключатели — к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подключен к источнику .напряжения питания, а выход — к триггеру, формирователь кода грубого отсчета, входы Которого соединены с выходами сельсина и источником напряжения питания, а выходы — с управляющими входами пе- ЗО реключателей и входами старших разрядов счетчика, второй компаратор, вход которого подключен к источнику напряжения питания, а выход через первый вентиль — к триггеру, выход которого соединен с управляющим вхЬдом второго вентиля, другой вход которого подключен к генератору импульсов, а выход — ко входам младших разрядов счетчика, и блок управления, вход которого соединен с источником напряжения питания, а выход — с формирователеЬ кода грубого отсчета, управляющим входом первого вентиля и устанОвочным входом счетчика.

В таком преобразователе максимальный временный интервал ь t между импульсом начала счета, соответствующим моменту перехода через нуль напряжения питания сельсина, и импульсом окончания счета, соответствующим моменту равенства сравниваемых напряжений (напряжения питания U, и выпрямленного выходного напряжения U сельсина в точке 8 = 60 угловой оси), со- ставляет 3,3 м.сек. для частоты f.

50 Гц напряжения питания сельсина (вычисляются по формуле z t = — ) .

Om

ыц

Гакое время измерения не позволяет получить высокое быстродействие.

726556

Наиб олее близким тех нич еским решением к изобретению является преобразователь угла поворота вала в код (2), содержащий источник напряжения питания подключенный к сельсину формирователю кода грубого отсчета, первому и второму компаратору и блоку управления, и элементы И, ИЛИ. Выход сельсина подключен ко вторым входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, один выход которого подключен к другоМу входу первого к9мпафйтора, выход которого подключен к одному входу триггера. Второй компаратор через первый элемент И подключен к другому входу триггера, который через второй элемент И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, подключен к счетчику.

Выходы счетчика подключены к преобразователю кодов, выходы которого и одни выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к цифровому блоку.

Другие выходы формирователя хода гру- бого отсчета подключены к блоку эле- ментов ИЛИ„выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора. 25

Выходы блока управления подключены к установочному входу счетчика и к уп-! ранляющему входу первого элемента И.

Такое построение преобразователя позволяет уменьшить время измерения до

Ь t = 1,66 м.сек за счет получения в каждом 60-ти градусном секторе информации о той его половине, н которой находится искомый угол поворота. Однако и это время измерения н ряде практических случаев, когда требуетСя высокая скорость отработки угла поворота, оказывается неприемлемым.

Целью изобретения является повыше ние быстродейстдия преобразователя. Поставленная цель достигается тем, 40 что н предложенный преобразователь введены нычитатели и ключи. Входы первых двух вычитателей попарно под-, ключены к ныходам сельсина, а выходы ко входам третьего вычитателя. Выходы вычитателей подключены к третьим входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, другой выход которого подключен к другому входу третьего компаратора и входу первого ключа, Один выход коммутатора подключен ко входу второго ключа, Другие входы первого и второго ключей соеди йенЫ с выходами третьего компаратора, а выходы ключей объединены и подключены к выпрямителю. Другие выходы фор-55 мирователя кода грубого отсчета через одни элементы ИЛИ подключены к одним входам элементов И, другие вхо- ды которых соединены с выходами тре- тьего компаратора, а выходы через щ другие элементы ИЛИ подключены к управляющим входам преобразователя ко.дов.

Структурная схема преобразователя представлена на чертеже. 65

Преобразователь содержит сельсин

1, вход которого подключен к источнику 2 напряжения питания, а выходы — к одним входам коммутатора 3, вычитатели (блоки вычитания напряжений) 4, 5 и б. Входы вычитателей (4 и 5) попарно подключены к выходам сельсина 1, входы вычитателя б — к выходам первых двух нычитателей 4 и 5, а выходы всех вычитателей — к другим входам коммутаторр 3. Входы формирователя 7 кода грубого отсчета подключены к источнику 2 напряжения питания, входам сельсина 1 и нычитателей 4, 5 и 6, а выходы. — ко входам старшиХ разрядов цифрового отсчетного блока 8 и через блок 9 элементов ИЛИ к упранляющим входам коммутатора 3.. Входи компаратора 10 соединены с выходами коммутатора 3„ а выходы со входом ныпрямителя 11 через ключи 12 и 13, выходы которых объединены, а управляющие ° входы подключены к выходам этого компаратора. Один вход компаратора 14 подключен к выходу выпрямителя 11, другой вход — к источнику 2 напряжения питания, а выход — к одному из входов триггера 15. Вход компаратора

16 подключен к источнику 2 напряжения питания, а выход через первый элемент И 17 — к другому входу триггера 15, выход которого соединен с управляющим входом второго элемента

И 18, другой вход которого подключен генератору 19 импульсов, а выход через счетчик 20 и преобразователь 21 кода — ко входам младших разрядов блока 8. Вход блока управления 22 подключен к источйику 2 напряжения питания, а выходы — к управляющему входу элемента И 17 и установочному входу счетчика 20. Выходы формирователя 7 через элементы ИЛИ 23 подключены к элементам И 24, другие входы которых соединены с выходами компаратора 10, а выходы через элементы

ИЛИ 25 подключены к управляющим входам преобразователя 21 кодов.

Напряжения фазных обмоток сельсина 1 определяются следующим образом.

U< =NU sinru t sin 6, U =KU sine t sin ( — 120 )

=KU sin m t sin (8 — 240 )

3 где u,æ — амплитудное з начение и круговая частота напряжения и питания сельсина; — угол поворота ротора сельсинау — коэффициент трансформации, постоянный для данного типа сельсина.

Наличие напряжений (1) позволяет измерить угол поворота О с необходимой точностью н каждом из двенадцати

30-ти градусных секторов угловой оси за время, не превышающее 1,66 м.сек

<аУ при i = <д = 50 гц. Для уменьшения

72б 556 этого времени формируются дополнительные напряжения, изменение знака фа эы которых происх Оцит в точках угловбй оси, соответствующих углам K

Q- — 4 — n б 3 где и = О, 1, 2, 3,,4, 5.

Услов ию (2 ) удовлетворяют напряжения, полученные путем вь1полнения операций вычита ния

1I0

Оул- у — (04- „).Þ sinu>t cos(0- р 3 (3) — 0-0 (04 04= л04 +4ncatcos (8- 420о) (4)

-0 = лл0

35 ллз4оло1 41; (О 90о) (5

Операции вычитания (3), (4) и (5) реализуют соответственно.вычитатели 5, 4 и б. Масштабный множитель - учитывает- 20 ся при реализации первых двух операций путем соответствующего выбора HQминальных значений сопротивлений резисторов, включенных во входные цепи и цепь обратной связи операционных Я5 усилителей, на основе которых построены все вычитатели.

Изменение знака фазы и соотношения амплитуд исходных (U«U, U ) и дополнительных (09„, У, 209 ") напряжений происходит теперь в точках угло-вой оси, которые разбивают весь диапа зон изменения угла поворота 8 на 24 сектора по 15о каждый. В каждом секторе процесс измерения угла поворота 8 происходит в следующей последовательности, Ь

Выходные напряжения сельсина 1 и вычитателей 4, 5 и б подаются на формирователь 7 кода грубого отсчета, который по результатам анализа знака 4О фазы этих напряжений относительно напряжения питания формирует код Nf грубого отсчета, изменяющийся с дискретностью 30о (заносится непосредственно в старшие декады цифрового очсчетйого 45 блока 8) и управляющий потенциал, со- . ответствующий тому иэ 30-ти градусных секторов, в котором находится искомый угол поворота О . Этот потенциал через соответствующую пару элементов ИЛИ блока 9 управляет коммутатором 3, ус.танавливая пару его ключей в замкнутое состояние, при котором ко входам компаратора 10 подключаются меньшее

:из исходных и меньшее из дополнительных напряжений, действующих в данном секторе. Например, в секторе 0-30 о. где справедливы следующие соотношения U„< U, U4 < U, и U9 < U94

Ug < Uq, ко входам комйаратора 10 з подключаются напряжения U u U . ®

Компаратор 10 сравнивает этй напря жения и выбирает меньшее иэ них. Если исходное напряжение U„ìåíüøå, чем дополнительное U (U U),,то сигнал с выхода комп а ра т ора 10 по- 65

U4 = U или (U )m s1n 9 = (U )m sin m a t, где (Uz)m и (U„)m †. максимальное значение выпрямленного (исходного или дополнительного) напряжения и амплитудное значение напряжения U ïèòания.

При выполнении условия (U ) (U„) справедливо следутлтцее соот ношение:

В 8

44тт е л > 2тст

Для максимального угла поворота

8 в рабочем секторе, который в данном случае равен 15, время измерения a t npu f = 50 гц равно 0,83 мсек, что вдвое меньше, чем в прототипе..

Если частота следования тактовых импульсов генератора 19 равна ff, то начение кода И точного отсчета, отображающего угол поворота 9 в пределах выбранного. 15 -ти градусного сектора, составит:

=2е

4 где2 = —

2тл т

= const.

Ф ступает на управляющий вход ключа 12 и устанавливает его в замкнутое -состояние, при котором на вход выпрямителя

11 поступает напряжение U Выпрямитель 11 преобразует поданное íà его вход напряжение в сигнал Uz постоянного тока, который подключается к одному из входов компаратора 14. На другом входе комттаратора 14 действует напряжение развертки, в качестве которого используется напряжение питания Uâ

В момент перехода напряжения U питания через нуль из отрицательной

:области в положительную комттаратор

16 формирует импульс с начала счета, который проходит через открытый (разрешающим потенциалом с выхода блока

22 управления) элемент И 17 и устанавливает триггер 15 в такое положение, при котором тактовые импульсы с генератора 19 через элемент И 18 поступают на вход счетчика 20. В момент времени, соответствующий равенству напряжений U> и U, срабатывает компаратор 14 и импульс конца счета с его выхода возвращает триггер 15 в исходное положение. При этом элемент

И 18 закрывается, и поступлЕние тактовых импульсов на вход счетчика 20 прекращается.

Содержимое счетчика 20 в момент времени, соответствующий появлению импульса конца счета, пропорционально углу поворота ротора сельсина.

Действительно, в момент равновесия выполняется

726556 В зависимости от того, в какой половине 30-ти градусного секторалевой или правой (в каком иэ 15-ти градусных секторов четном или нечетном) находится искомый угол поворота 9, содержимое счетчика 20 переносится в цифровой отсчетный блок 8 через преобразователь 21 кода в прямом илй обратном коде. Признак переноса кода и дополнительный разряд кода N грубого отсчета формируются элемента- 1О ми ИЛИ 23, И 24 и ИЛИ 25. Элементы

ИЛИ 23 объединяют определенные выходы формирователя 7 кода грубого отсчета так, что в нечетных 30-ти градусных секторах (0-30О, 60-90 и др.) на выходе одного из элементов ИЛИ 23 появляется высокий потенциал. Он является разрешающим для пары элементов И 24. Если в этих секторах У (U@, сигнал с одного выхода компаратора 10 проходит через элемейты И. 24 и ИЛИ 25 20 на одий управляющий вход преобразователя 21 кода и разрешает перенос со держимого счетчика 20 в цифровой от-, счетный блок 8 в прямом коде. Если

< Би то сигнал с другого вйхода компаратора 10 проходит через другие элементы И 24 и ИЛИ 25 на другой управляющий вход преобразователя 22 кода и разрешает перенос содержимого счетчика 20 в цифровой отсчетный блок

8 в обратном коде. Если в четных 30 градусных секторах П < U, то сигнал с одного выхода компаратора 10 проходит через соответствующие элементы И 24 и ИЛИ 25 на преобразователь

22 кода и переписывает .содержимое счетчика 20 в цифровой отсчетный блок

8 в обратном коде. Если U U, то содержимое счетчика 20 переписывается в цифровой отсчетный блок 8 в прямом коде. В любом случае в нечетных О

15-ти градусных секторах, где с увеличением угла поворота 9 амплитуда действующего напряжения (U или U ) увеличивается, содержимое счетчика

20 переносится в цифровой отсчетный 4 .блок 8 в прямом коде, а в четных 15-ти градусных секторах, где с увеличением угла поворота 9 амплитуда действу-. ющего напряжения уменьшается — в обратном коде. Эта закономерность используется для формирования дополнительного разряда кода N< грубого отсчета, отображающего положения 15-ти градус ""ного сектора внутри 30- тй =градусного, с помощью выходных сигналов элементов

ИЛИ 25. При этом выходной сигнал одного элемента ИЛИ 25 соответствует левой половине любого 30-ти градусного сектора, а выходной сигнал другого элемента ИЛИ 25 — правой).

Работа устройства синхронизуется. выходными сигналами блока 21 управле-, ния. Первый сигнал устанавливает счетчик 20 в исходное состоянйе, а второй подготавливает элемент И 17 для прохождения импульса начала счета с выода компаратора 16 на вход триггера

15. Формирователь 7 кода грубого отсчета непосредственно не связан с блоком 21 управления, поэтому код N грубого отсчета (включая и его дополнительный разряд) непрерывно индицируется в цифровом отсчетном блоке 8.

Время измерения 6 t в преобразователе уменьшено вдвое за счет уменьшения рабочего сектора до 15 . Это позволяет увеличить быстродействие преобразователя. б

Формула изобретения Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник напряжения питания, подключенный к сельсину, формирователю кода грубого отсчета, первому и второму компараторам и блоку управления, выход сельсина подключен к вторым входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, один выход которого подключен к одному входу третьего компара тора, выпрямитель, подключенный к другому входу первого компаратора, выход которого подключен к одному входу триггера, второй компаратор через первый элемент И подключен к другому входу триггера, который через второй элемент И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, подключен к счетчику, выходы счетчика подключены к преобразователю кодов, выходы которого и одни выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к цифровому блоку, другие выходы формирователя кода грубого отсчета подключены к блоку элементов ИЛИ, выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора, выходы блока управления подключены к установочному входу счетчика и к управляющему входу первого элемента И, и элементы И, ИЛИ, отличающийся тем, S что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены вычитатели и ключи, входы первых двух вычитателей попарно подключены к выходам сельсина, а выходы — ко входам третьего вычитателя, выходы вычитателей подключены к третьим входам формирователя кода грубого отсчета и коммутатору, другой выход которого под ключен к другому входу третьего ком5 паратора и входу первого ключа, один выход коммутатора подключен ко вхо— ду второго ключа, другие входы первого и второго ключей соединены с выходами третьего компаратора, выходы ключей кода объединены и подключены к выпрямителю, другие выходы формирователя кода грубого отсчета через одни Элементы ИЛИ подключены к одним входам элемейтов И, другие входы которых соединены с выходами третьего

5 компаратора, а выходы — через другие

726556

С ос та в итель A. Смирнов

Редактор Л. Утехина Техред М.Петко Корректор И. Вигула

Заказ 655/36 Тираж 682 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лементы ИЛИ подключены к управляю- щим входам преобразователя кодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 428427, кл. G 08 С 9/04, 13.09.72, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 556476, кл. G 08 С 9/04, 12.11.75 (прототип) .