Преобразователь угла поворота вала в код

Преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и 734775

Союз Советскин

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 06,04.77 (21) 2473865/18-24 (51) М. Кд.

С 08 С 9/04 с присоелнненнем заявки ¹

Гооудврствеиный комитет (23) Приоритет ио йеивм изобретений и отнрытий

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 17.05,80 (53) УДК681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Курников и О. Н, Оржеровская (7l ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для преобразования .угла поворота вала в цифровой эквивалент.

Известно, что препизионные преобразователи угол-код обычно строятся как двух-В или трехотсчетные системы, так как повышение точности одноотсчетного преобразователя ограничивается технологическими трудностями изготовления кодируюшего элемента (КЭ), инструментальной погреш l0 ностью аналоговых узлов, а также предельной ошибкой квантования, определяемой граничным быстродействием логических схем, образующих отсчетную часть преоб15 разователя.

Измерение углового положения вала с помощью многоотсчетных преобразователей делает необходимым согласование соседних отсчетов для устранения погрешности измерения, равной весу младшего разряда грубого отсчета (ГО). для согла-. сования отсчетов корректируют показания канала ГО по результатам анализа показа2 ний каналов ГО и точного отсчета (ТО).

Анализ показаний и корректировка, осушест вляются с помошью согласующего устройства, логика работы которого определяет- ся принятой в преобразователе методикой получения числового эквивалента угла.

Один из распространенных методов преобразования угла в код включает в себя

1 предварительное преобразование угла в изменение фазы электрического сигнала и далее в интервал времени, заполняемый импульсами стабильной частоты, число которых будет пропорционально искомомуперемешению вала 1 .

Код угла в подобных преобразователях формируется с помощью счетчиков ГО и

ТО. Суть согласования отсчетов заключается в том, что в преобразователь вводится согласуюший разряд (CP) и необходимость введения поправки в ГО определяется логическим анализом показаний старших разрядов ТО и СР при условии совмещения

"нулей ТО и ГО, что достигается первоначальной установкой статора фазовраша3 з толя ГО таким образом относительно статора ТО, чтобы "нуль" ГО совпадал с каким-либо "нулем" Т0. Поправка в этом случае вводится путем алгебраического сложения единицы с показаниями ГО, и для введения поправки преобразователь снабжается комбинационными сумматорами, количество которых равно числу разрядов в счетчике ГО. В этом случае отпадает надобность в комбинационных сумматорах.

Дальнейшее упрощение схемь1 согласующе го устройства и преобразсвателя в целом достигается за счет организации сдвига

"нуля ГО относительно "нуля" Т0 на угол, равный половине зоны согласования

Блок-схема подобного преобразователя содержит фазовращатели точного и грубого отсчетов, соединенные между собой, каждый из которых соответственно через первый и второй нуль — детекторы подключены к одним из входов соответствующих триггеров, выходы которых соединены с первыми входами элементов И. Выход первого элемента И подключен к одному из входов счетчика точного отсчета, а выход второго элемента И вЂ” к первому входу блока согласования отсчетов. Источник питания подключен к фазовращателям точ ного и грубого отсчетов, к третьему нуль детектору и умножителю, выходы которого соединены со вторыми входами элементов И. Выход третьего нуль-детектора со-. единен со входом третьего триггера, первый выход которого соединен с другими входами первого и второго триггеров и со . вторым входом блока согласования отсчетов. Второй выход третьего триггера соединен с третьим входом блока согласования отсчетов, выход которого соединен с одним из входов счетчика грубого отсчета. Выход счетчика точного отсчета соединен с четвертым входом блока comaсования отсчетов (2).

Известный преобразователь имеет следующие недостатки.

Для получения на выходе преобразователя кода, соответствующего углу поворота вала, необходимо совмещать "нуль" фазовращателя ТО с "нулем вала, а фазовращатепь ГО устанавливать в такое положение, при которск импульсы приращения угла в канале ГО будут выдаваться в окрес жостях точек

4775 4

Осуществить подобную выставку и точно зафиксировать фазовращатели в нужном положении можно только с помощью механи о

55 о-=(ак+ Я, (,) rae k — количество полных половин полюсов датчика ТО, укладывающихся в угол d..

5 с

)Q

45 ческого узла, усложняющего крепление статоров и вносящего дополнительную погрешность в общую погрешность преобраз ователя.

Кроме того, в последнее время в качестве фазовращателей стали применяться датчики совмещенного типа, например поворотные трансформаторы, у которь.х обMoTKE TO и ГО имеют общий магнитопровод. В случае применения подобных фазовращателей невозможно осуществить меха нический разворот фазоврашателя ГО относительно фазовращателя ТО, так как у них общие статор и ротор.

Целью изобретения является повышение надежности путем расширения допустимой зоны рассогласования между "нулем" вала и "нулем" фазовращателя точного отсчета, а также между фазоврашателем грубого отсчета и точного отсчета за счет введения поправок, учитывающих истинное положение фазовращателей, в счетчики ГО и ТО при начальной установке и поправки к результирующему коду.

Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь угла поворота вала в код введены запоминающие. устройства и сумматор. Выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом сумматора, первый выход третьего триггера соединен со входом второго и третьего запоминающих устройств. Выход второго запоминающего устройства соединеч с другим входом счетчика точного отсчета, другие выходы которого соединены со вторым входом сумматора. Первый выход третьего запоминающего устройства соединен с .другим входом счетчика грубого отсчета и с пятым входом блока согласования отсчетов, выход счетчика грубого отсчета соединен с третьим входом сумматора.

Структурная схема преобразователя представлена на фиг. 1, на фиг. 2-изображена диаграмма, поясняющая определение кодов поправок.

Преобразователь угла поворота вала 1 в код содержит (см. фиг. 1) источник питания 2, фазовращатель 3 точного отсчета (ФВТО), фазовращатель 4 грубого отсчета (ФВГО), нуль-детекторы 5-7, триг геры 8-10, умножитель частоты 11, элементы И 12, 13, счетчик 14 ТО, счетчик

15 ГО, блок 16 согласования отсчетов, который состоит из элемента И 17, три геров 18 и 19 и элементов ИЛИ 20, 21, 5 7347 ,запоминающие устройства (ЗУ) 22-24 и сумматор 25.

В качестве ФВГО может использоваться любой синуснс косинусный датчик угла с одной парой полюсов (р = 1); в качест ве ФВТО как датчик с р =- 1, связанный с входным валом через повышаюший редуктор, так и многополюсный датчик угла, что предпочтительнее. Роторы ФИТО и

ФВГО жестко связаны с входным валом. 10

Статоры расположены друг относительно друга и своих роторов таким образом,чтобы в исходном состоянии "нуль" вала совпадал с нулем ФВТО, а "нуль" ФВГО отставал от "нуля" вала на одну четверть 15 полюсного деления ТО.

Преобразователь работает следующим образом, Роторы ФВТО 3 и ФВГО 4 неподвижно закрепляются на валу 1. (таторы фазовра-20 щателей располагаются относительно своих роторов и друг относительно друга произвольным образсм.

Для определения кодов поправок, вводимых в ЗУ 22-24, вал 1 раэворачиваот в нулевое положение и определяют, насколько смешены относительно "нуля" вала "нуль" ГО и ближайший к "нулю вала опережающий "нуль" ТО (см. фиг. 2).

Произвести подобный замер можно с помошью преобразователя, замерив, например, длительности временных интервалов, формируемых триггерами 9 и 10 между старч и стоп- импульсами. Эти интервалы будут пропорциональны в канале ГО углу поворота "нуля" ФВГО 4 относитель но "нуля" вала и в канале ТΠ— углу поворота ближайшего к Ъулю вала опережающего. нуля ФВТО, т.е.

40 сА

r0 т то д.„ =(Т- — <„)/Ð, (2) 7:) 6

Для согласования отсчетов "нуль ГО лолжен быть смешен в зону согласования отсчетов, т.е. в первую половину первого (считая от нуля" вала) полюса ТО. Поэтому код поправки в счетчик ГО (включая согласуюший разряд) равен числу К, определяемому из равенства

К„ = (2 " — 1) - К, (3)

Чо+ где г1„- число значаших разрядов в счет чике ГО; A 1- число разрядов в счетчике ГО, включая разряд согласования;

r ro+<

2 -4 - максимальное число, фиксируемое в счетчике ГО (совместно с разрядом согласования);

К„- число полных половин полюсов датчика ТО, укладывающихся в угол d

Угол рассогласования между "нулем" вала и скорректированным нулем ГО угол )го ), согласно фиг. 2, равен: (4) где Ch -К вЂ” - остаток от сА о после вы.-.

Jt го rop го читания из него К половин полюсов датчика ТО.

Для выполнения операции согласования необхошь о также, чтобы в исходном положении "нуль ТО опережал "нуль ГО на одну четверть полюсного деления ТО, т.е.

"нуль ТО должен занимать положение, обозначенное на фиг. 2 как скорректированный "0" ТО .

Поэтому код чоправки в счетчик Т0 должен соответствовать углу, равноато му . (5) где сго,с, — замеренные длительности вре45 менных интервалов в каналах

ГО и ТО соответсвенно

Т вЂ” период напряжения питания фаэоврашателей; сА г — угол рассогласования между

"нулями" вала 2 и ГО; с,, - угол рассогласования между нулем вала и ближайшим к нему опережеюшим "нулем

ТО;

Р— число пар полюсов ФВТО.

Выбор кодов поправок производится следуюшим обре ом (см. диаграмму на фиг. 2), Поправка к результируюшему коду необходима для совмешения скорректированного "нуля" ТО с истинным нулем" вала.

Эта поправка должна соответствовать углу

Ао

Поправки вводятся в ЗУ один раз, при регуЛировке преобразователя, и остаются постоянными все время эксплуатации, если в течение этого времени датчики на валу е переустанавливаются.

Код поправки в ЗУ 23 равен числу

Ьо= К, в ЗУ 22N„= К, me K> — целое

<о г число дискретов, укладываюшихся в угол ф, . Дискретом преобрезоветеля с итаегся

7 73477 цена отсчетной единицы, определяемая из равенства

2Л:

2" где д — суммарное число разрядов в счеч 5 чиках ТО и ГО, исключая разряд согласования.

Коц по равки в ЗУ 24 равен числуИ =„Kç, где К вЂ” целое число дискретов, укладывающихся в угол а о

В качестве ЗУ могут использоваться, например, группы вентилей, выполнвнных на микросхемах серии 134, потенциальные входы которых постоянно подключены к шинам "5B" или "общий" в зависимости 15 от того, код "1" или "0" должен храниться в данной ячейке. При подаче на вторые входы элементов И импульса опроса на выходах элементов И появляется импульсный код, соответствующий хранимому в 20 данном ЗУ числу..

При переустановке фазоврашателей на валу 1 новые коды поправок заносятся в ЗУ перекоммутацией шин памяти. После внесения в ЗУ кодов поправок преобразователь готов к работе.

По выходным сигналам источника питания 2, принятым в качестве опорного напряжения и описываемым равенством13 =„ а нулевом детекторе 5 вырабаты 0 ваются короткие импульсы, совпадающие во времени с моментами перехода сигнала 0 „через нуль от отрицательной полуволны к положительной, которые воздейсч вуют на счетный вхоц триггера 8. На каж- 5 цые два импульса, поступающих на счетный ахоп триггера 8, с его выхоцов выдается по одному старт-импульсу и по опному импульсу согласования, причем если старт-импульс выдается по кажюму нечет40 ному входному импульсу, то импульс согласования выдается по каждому четному входному импульсу (или наоборот). Старт импульс всегда отстоит от импульса согласования на время, равное одному пери45 оду опорного напряжения. Со старчимпульса начинаечся цикл преобразования.

Нуль-детекторы 6 и 7 формируют стопимпульсы в моменты времени, совпадающие с точками перехоца через нуль сигна50 лов 0 „иЦ от отрицательной полуволны

« его к положительной.

Цикл преобразования начинается со старчимпульса. Старт»импульс осущесч вляет запись в счетчики 14 и 15 ТО и

ГО кодов поправок из ЗУ 22 и 23. Кроме того, страчимпульс устанавливает чтит гер 19 блока согласования в нуль, а

5 8 триггер 18, являющийся разрядом соглаования, в состояние "0" или "1" в зависимости от кода поправки в ЗУ 23. Если число К, определяемое из равенства (3), четное, то в младшем разряде ЗУ 23 записан "нуль" и триггер 18 по старт-импульсу устанавливается в "нуль", а если

К вЂ” нечетное, то в младшем разряде

ЗУ 23 единица" и триггер 18 по стратимпульсу устанавливается в "единицу".

Необхоцимость подобной установки триггера 18 связана с тем, что в счетчике ТО

15 можно фиксировать только целые полюса, половины же полюсов фиксируются в разряде согласования.

Стар-импульс также устанавливает в

"единицу" триггеры 9 и 10, разрешая тем самым прохождение импульсов заполнения с умножителя частоты 11 через элементы И 12 и 13, В результате в счетчиках

14 и 15 начинают формироваться коды, соответствующие углам поворота вала 1, отсчитанные не от истинных нулей" фазавращателей, а от их скорректированных положений.

Стоп-импульсы устанавливают триггеры

9 и 10 в состояние нуль", и элементы

И 12, 13 закрываются. Первый цикл преобразования на этом заканчивается. В счетчиках ГО и ТО зафиксированы коды, пропорциональные углам поворота вала, отсчитанные от скорректированных нулей" фазовращателей. Для получения в счетчиках 14 и 15 числа, пропорционального углу поворота вала относительно обшей точки отсчета, совпадающей со скорректированным "нулем" ТО, осуществляется операция согласования, т.е. импульс согласования, вырабатываемый в триггере

8, проходит через. элемент И 17, если старший разряд счетчика ТО 14 стоит после окончания первого дикла преобразования в состоянии "0 . Импульс согласования, прошедший через элемент И 17, добавится к содержимому счетчика ГО 15 только в том случае, если по окончании первого цикла преобразования триггер 18 остался в состоянии "1 ", а триггер 19— в состоянии "0".

Для получения на выходе преобразователя кода числа, пропорционального углу поворота вала и отсчитанного относительно истинного, а не смещенного нуля" вала, результирующий код выводится в вычислительное устройство через сумматор

g5, осуществляющий алгебраическое сло,жение кода поправки й„р„с кодом числа, зафиксированного в счетчиках 14, 15 пос9 7347 че операции согласования. На этом заканчивается полный цикл преобразования.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий фазоврашатели точного и грубого отсчета, соединенные между собой, каждый из которых соответственно чео рез первый и второй нуль-детекторы подключены к одним из входов соответствующих триггеров, выходы которых соединены с первыми входами элементов И, выход первого элемента И подключен к од- 15 ному из входов счетчика точного отсчета, а выход второго элемента И вЂ” к первому входу блока согласования отсчетов, источник питания подключен к фазоврашателям точного и грубого отсчетов, к третьему 20 . нуль-детектору и умножителю частоты, выходы которого соединены со вторыми входами элементов И, выход третьего нульдетектора соединен со входом третьего триггера, первый выход которого соединен с другими входами первого и второго триггеров и со вторым входом блока согласования отсчетов, второй выход третьего триггера соединен с третьим,,входом блока согласования отсчетов, выход которо75 10 го соединен с одним из входов счетчика грубого отсчета, выход счетчика точного отсчета соединен с четвертым входом блока согласования отсчетов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точйости преобразователя, в него введены запоминающие устройства и сумматор,выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом сумматора, первый выход третьего триггера соединен со входом второго и третьего запоминающихг устройств, выход второго запоминающего устройства соединен с другим входом счет чика точного отсчета, другие выходы которого соединены со вторь.м входом сумматора, первый выход третьего запоминающего устройства соединен с другим входзм счетчика грубого отсчета и с пятым входом блока согласования отсчетов, выход счетчика грубого отсчета соединен с третьим входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зверев А. E. Преобразователь угловых перемещений в цифровой код, Л., "Энергия", 1974, с. 153»156.

2. Заволокин А. К. Последовательные преобразователи непрерывных величин в числовые эквиваленты. N., Госэнергоиздат, 1962, с. 61-63 (прототип).

734775

Составитель И, Назаркрна

Редактор Т. Орловская Техред Л. Теслюк Корректор Н. Степ

Заказ 2093/53 Тираж 682 П одписн ое

11НИНПИ Государственого комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, М осква, Ж-35, Раушскаа наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул..Проектная, 4