Преобразователь угловых перемещений в код

Преобразователь угловых перемещений в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Реснублни

О П И С А Н И Е ()926703

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б! ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 19. 12. 78 (21) 2693501/18-24 с присоединением заявки J4— (23) ПриоритетОпубликовано 07. 05. 82 Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 07.05.82 . (51}M. Кл.

G- 08 С 9/00! веуАэретвбниыл кеиктет

СССР ао делаи иеебретеккл и атерыткк (53) УДК 681.325. (088.8) (72) Авторы изобретения

В.М.Буянкин,А.М.Горбань,Ю.П.Кожарский,М.П.Кузьмицкас, Л.Е.Кулис,Б.И.Минцерис,В.Г.Полетаев, ГТ .Гм

А.Т.Ушинскас, В.ф.йаньгин,Ю.А.Шаталов ьев, Ордена Трудового Красно о Знамени эк перийентаттьнйй науиноисследовательский институт метадлорежущих станков

t (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД

ИзоЬретение относится к автомати ке ..1 измерительной технике и может быть использовано в автоматических системах цифрового управления, в частности влинейных и круговых измерительных преобразователях перемещения рабочих органов станков с числовым программным управлением, цифровой индикации, а также в кинематометрах и координатно-измерительных машинах.

Известен электромеханический компенсационный растровый интерполятор с нелинейными множительными устройствами, выполненными на синусно-косинусных потенциометрах (13.

Это устройство имеет высокую точность, но характеризуется низким быстродействием, обусловленным наличием электромеханических элементов.

Известен также фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, измерительный и индикаторный лимбы, йотоприемники, подключенные к усилителям с регулируемым коэффициентом усиления, источник модулированного света, управляемый генератор, преобразователь частота-напряжение,фильтр нижних частот, S блоки вычитания, блоки формирования модуля.

Достоинством этого преобразователя является возможность автомати" ческой коррекции неидентичности коэф10 фициентов передачи фотоприемников и усилителей 2 1.

Недостатком этого преобразователя является ограниченная точность интер" !

1 поляции шага растра. Кроме того,это устройство преобразует измеряемое перемещение в двоичный код Грея,что существенно сужает область его применения и требует специальных устройств для декодирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угловых перемещений в код, содержащий синусно-косинусный

926703

Умножитель 2(3) выполнен в виде управляемого делителя 11 напряжения, управляющий вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с входом первого сумматора 12, один выход управляемого делителя 11 напряжения под- ° ключен к одному входу второго 13 сумматора непосредственно, другой выход . подключен к другому входу второго сумматора 13 через первый инвертор

14, выход второго сумматора 13 подключен к выходу умножителя, к одному входу переключателя 15 непосредственно, а к другому входу через второй инвертор 16, а выход переключателя

15 и вход умножителя подключены к входам первого сумматора 12. Управляемый делитель 11 напряжения может быть выполнен в виде матрицы типа

R - 2R (фиг.2). датчик угла, выходы которого через переключатель октантов подключены к умножителям,выходы умножителей подключены к вычитателю,выход которого через блок преобразования напряжения в частоту импульсов подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного счетчика через функциональные преобразователи подключены к управляющим входам умножителей 733. î

Недостатком такого преобразователя является динамическая погрешность в режиме постоянной скорости или в режиме постоянного ускорения.

Цель изобретения — уменьшение ди- 1$ намической погрешности преобразова- теля.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угловых перемец ений в код, содержащий синусно-ко- 2О синусный датчик угла, умножители, выходы которых подключены к вычитателю, выход вычитателя подключен к одному входу блока преобразования напряжения в частоту импульсов, вы- 2g ход которого подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного счет чика через функциональные преобразователи подключен к управляющим входам умножителя, введены два последова-щ тельно соединенных интегратора, вход одного из них соединен с выходом вычитателя, а выходы подключены к блоку преобразования напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного д тч ка угла подключены к входам умножителей.

С целью упрощения преобразователя, умножитель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, управляюций вход которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с выходом первого сумматора, один выход управляемого делителя напряжения подключен к одному входу второго сумматора непосредственно, другой выход подключен к другому входу второго сумматора через первый инвертор, выход второго сумматора подключен к выходу умножителя, к одному вХоду переключателя непос50 редственно, а к другому входу через второй инвертор, управляющий вход переключателя соединен с управляющим входом умножителя, а выход переключателя и вход умножителя подключены к входам первого сумматора.

Функциональный преобразователь выполнен в виде формирователя симмет" ричного треугольного напряжения кодового сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 принципиальная схема умножителя.

Преобразователь угловых перемещений в код, содержит синусно-косинусный датчик 1 угла, умножители 2 и 3, выходы которых подключены к вычитателю 4, выход вычитателя 4 подключен к одному входу блока 5 преобразования напряжения в частоту импульсов, выходы которого подключены -к реверсивному счетчику 6, выходы реверсивного счетчика 6 через функциональные преобразователи 7 и 8 подключены к управляющим входам умножителей 2 и 3, два последовательно соединенных интегратора 9 и 10, вход интегратора 9 соединен с выходом вычитателя 4, а выходы интеграторов 9 и 10 подключены к блоку преобразователя напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного датчика 1 угла подключены к входам умножителей

2и3 °

Преобразователь работает следующим образом.

Сигнал U = Us op д. с первого выхода синусно-косинусного датчика 1 поступает на вход умножителя 2, который реализуют функцию четырехквадратного умножителя синусоидального сиггнала и на нелинейную рациональную функцию вида

926703 6 изменяется знак обратной связи и при х < 512 умножитель реализуют функцию вида (1 в).

На втором выходе синусно-косинусного датчика 1 формируется сигнал вида U 11 = 0сорс, который поступает на вход умножителя 3.

Умножитель 3 реализуют функцию четырехквадратного умножения коси10 нусоидального сигнала Uq на нелинейную рациональную функцию вида

5 при х > 512; (а) (1) (Х) при х<

) (Р) А (512) (а) (4) (2) где х - десятиразрядный двоичный код, поступающий на управляющий вход умножителя 2; р - число полюсных делений датчика 1; - - угол поворота датчика 1 .

Покажем, что коэффициент переда- 15 чи приведенной на фиг. 2 структурной схемы четырехквадратного умножителя соответствует выражению 1 а,в.

Переключатель 15 управляется старшим разрядом двоичного кода х, пос- gp тупающего с выхода функционального преобразователя 7 таким обрзаом, что в тех случаях, когда указанный старший .разряд принимает значение "1", выход инвертора 16 через сопротив- 2s ление Ro подключается к входу первого сумматора 12. При этом напряжение 0 еь>у,.1 на выходе второго сумматора 13 следующим образом зависит. от напряжения 0В „11 на первом входе пер-ЗВ вого сумматора 12.

1 1

Roc Roc

"вылA = (Uq x„q 0Вьж ь)

ocq х- 512 512

35 — — (х - 512)

RII в,о

0sbiix1m = 0в 4

1 + \х 512) 4о

Roñ

Roc4 0I где я „- сопротивление на первом входе первого сумматора 12;

R „- сопротивление обратной связи первого сумматора 12; 4

%с — общее сопротивпение обрат1 ной связи.

Из выражений 1 и 2 следует, что

;коэффициенты А и В равны

1 1

Roc В = Roc .(3) ю

RBx 512 Кос,„512

В тех случаях когда старший разряд двоичного кода Х принимает значение "0", т.е. в тех случаях, когда х с 512, переключатель 15 подключает выход второго сумматора 13 через сопротивление К„о, к входу первого сумматора 12. Вследствие этого

1+ В (у 512) при у > 512;

B. ) = A (- 512) 1

1 — В (х - 5.12) при у < 512, (в) где у - десятиразрядный двоичный код, поступающий на управляющий вход умножителя 3.

Сигналы с выходов умножителей 2 и 3 поступают на входы вычитателя 4, на выходе которого формируется сигнал вида

U = 0 „(з1а рcL- f(x) - cos рй-f(ó). (5)

Этот сигнал" поступает на вход первого интегратора 9, выход которого связан с входом второго интегратора 10. Выходные сигналы вычитателя

4 и интеграторов 9 и 10 поступают соответственно на первый, второй и третий входы блока 5 преобразования напряжения в частоту. На выходах блока 5 формируется последовательность импульсов частоты

f < = к„u > + к 0 + к u, (6) где U 4. = Ugdt;

05 = 0 ЙС, К .„К <, К > — постоянные коэффициенты.

При положительном знаке первой части выражения (6) импульсы частоты fg формируются на одном выходе блока 5, а при отрицательном знаке - на другом выходе блока 5. Выходные импульсы блока 5 поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 6.

На выходе функционального преобразователя 7 формируется двоичный код х, представляющий собой симметричную треугольную функцию содержимого реверсивного счетчика 6. На выходе функционального преобразователя 8 формируется двоичный код у, представляющий собой симметричную треугольную функцию содержимого реверсивного счет/ Я чика о сдвинутую на — относитель-!

1 но выходного сигнала функционального преобразователя 7, Код х поступает на управляющий вход умножителя

2, а код у — на управляющий вход умножителя 3.

Для обеспечения астатизма третьего порядка в систему вводят интегра- 16 торы 9 и 10. 8 режиме постоянной скоI рости измеряемого перемещения напряжения на выходе интегратора 10,управляющего блоком 5 преобразования напряжение - частота, устанавливается таким, >5

RTo напряжение 3В выходах GJ1GKGB 4 и устанавливается равным нулю и динамическая погрешность преобразования также устанавливается равной нулю, В режиме постоянного ускорения динами-щ ческая ошибка преобразования также равна нулю. 8 этом режиме после окончания переходного процесса напряжение на выходе интегратора 9 устанавливается постоянным, напряжение на выходе 2S интегратора 10 линейно возрастает,а содержимое реверсивного счетчика б, выполняющего функцию цифрового интегратора, изменяется по параболическому закону и изменяет значения функ- о ции х и у таким образом, что напряжение U> на вьйоде третьего блока вычитателя 1, пропорциональное погрешности преобразования, устанавливается равным нулю.

Методическая ошибка преобразования, обусловленная использованием кусочно-нелинеиных функций (}() и (У) для формирования сигнала рас согласования, также невелика. При оптимальном выборе коэффициентов А и В в выражениях 1(а,a) и 4 (а,a) относительная фазовая погрешность преобразования составляет не более

"0,00$2i от полюсного деления дат1 при идеальных синусоидальных сигналах.

Выходная информация, соответству ющая измеряемому перемещению, посту4 пает с выхода реверсивного счетчика о.

Таким образом, формируется выходная информация об измеряемом перемещении в пределах полюсного деления датчика 1.

Таким образом, устройство представляет собой замкнутую аналого-цифровую следящую систему с астатизмом третьего порядка. Применение нелинейных умножителей, выполненных на матрицах R --2R и операционных усилителях, позволяет реализовать малые методическую и инструментальную погрешности устройства как в статическом, так и в динамическом режиме. формула изобретения

Преобразователь угловых перемещений в код, содержащий синуснокосинусный датчик угла, умножители, выходы которых подключены к вычитателе, выход вычитателя подключен к одному входу блока преобразования напряжения в частоту импульсов, выход которого подключен к реверсивному счетчику, выходы реверсивного счетчика через функциональные преобразователи подключены к управляющим входам умножителей, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности преобразователя, в него введены два последовательно соединенные интегратора, вход одного из них соединен с выходом вычитателя, а выходы подключены к блоку преобразования напряжения в частоту, выходы синусно-косинусного датчика угла подключены к входам умножителей.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, умножитель выполнен в виде управляемого делителя напряжения, управляющий вход. которого соединен с управляющим входом умножителя, а другой вход соединен с выходом первого. сумматора, один выход управляемогоделителя напряжения подключен к одному входу второго сумматора непосредственно, другой выход подключен к другому входу второго умматора через первый инвертор, выход второго сумматора подключен к выходу умножителя, к одному входу переключателя непосредственно, а к другому входу через второй инвертор,,управляющий вход переключателя соединен с управляющим входом умножителя, а выход переключателя и. вход умножителя подключены к входам первого сумматора.

3. Преобразователь по и. 1, о т-. л и ч а ю шийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде формирователя симметричного треугольного напряжения кодового сигнала.

926703

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Преснухин Л.H. и др. Муаровые растровые датчики положения и их применение. "Иашиностроение", 1969, стр. 89-91

2. Авторское свидетельство СССР

11 477439, кл. G- 08 С 9/06, 1974.

3. Имид Г. Устройство и принцип действия преобразователей аналогкод. Перевод ГОНТИ 11 4211(71), 1971, с. 213, рис. 1У.11 . (прототип}.

926703

t юг Г

Составитель А.Смирнов

Редактор Н.Гришанова ТехредЖ. фастелевич Корреткор Г PeUjeTi èê

Заказ 2988/44 Тираж 639 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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