Преобразователь угла поворота вала в код

Преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ 942091

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Ц АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 04. 12. 80 (21) 3212094/18-24 (53)M. Кл.

G 08 С 9/00 с присоединением заявки М—

ВееуАарствеяяый комитет

CCCP яо делам яэабретеякк и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 681,325 (088.8) Опубликовано 07. 07. 82, Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 07.07,82

С, Н. Ахутин, В. И. Доброчасов, О.;--А-.--Павлов, В. И. Смирнов, P. Н. Ромашкин и Н.Н.Карсаков

i (72) Авторы изобретения

Ленинградский институт авиационнопо приборостроения"

1 (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к преобразователям типа угол-код, и предназначено для. ввода данных в цифровые вычислительные машины.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие индукционный датчик угла типа вращающегося трансформатора, преобразователь напряжения в код, коммутатор обмоток (фаз) датчика угла, логический блок и регистр для записи кода (1 j u f 2) .

В известных устройствах на выходе индукционного датчика угла формируют ся синусное и косинусное напряжения в функции угла поворота, поступающие на вход преобразователя напряжение-код.

В преобразователе f1) синусное и що косинусное напряжения поступают через селектор октанта (логический блок ) на вход преобразователя напряжение-код, включающего линейные

2 множительные устройства. Старшие три разряда определяются логическим блоком при выборе октанта, а остальные формируются в преобразователе напряжение-код.

Недостатками такого преобразователя являются погрешность, обусловленная нелинейной зависимостью синусного и косинусного напряжений от угла поворота в пределах 45, а также необходимость иметь преобразователь напряжение-код на большое число разрядов, что предъявляет высокие требования к электронным элементам и на практике ограничивает точностные возможности преобразователя угла в код.

Устройство P2) снижает погрешность от нелинейной зависимости синусного и косинусного напряжений, поскольку здесь используется функциональный преобразователь напряжениекод и выходной код формируется по номерам функциональных уровней напряжения.

2091 4

Данное устройство также обладает существенными недостатками. Выход" ные напряжения преобразователя числа фаз изменяются в функции угла поворота по закону синуса или косинуса т.е. преобразователь имеет принципиальную ошибку от нелинейности вы" ходного напряжения СКВТ. Наличие двух электрических машин -СКВТ - дат" чика и преобразователя числа фазувеличивает массогабаритные показатели устройства, что также является недостатком, в особенности для бортовых систем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий индукционный дат- . чик угла - трехфазный сельсин, выходы которого .подключены к входам коммутатора фаз и блока компара» торов, демодулятор, линейный делитель напряжения (ЛДН, дешифратор входы которого связаны с выходами блока компараторов, а выход подключен к входу коммутатора фаз и первому входу ЛДН одновременно, вычитающий блок, блок умножения на коэффициент и реверсивный счетчик, соединенные последовательно. Вход вычитающего блока соединен с выходом демодулятора, первый и второй выхо" ды блока питания подключены соот3 94

Однако он требует применения высокоточного функционального преобразователя, что является на.практике сложной технической задачей и также ограничивает точностные воэможности преобразователя угла в цифровой код. Преобразователь угла поворота вала в код $2) содержит до, полнительно преобразователь числа фаз, выполненный в виде синусно"ко" синусного вращающегося трансформатора (СКВТ) с двухфазной первичной и 2" - фазной вторичной обмотками и предназначенный для повышения точности преобразования угла в код. Логический блок определяет первые и- ðàçðÿäîâ двоичного кода путем срав нения фазы и модуля входных напряжений преобразователя числа фаэ с фазой и модулем опорного напряжения и записывает их в регистр. В преде" лах угла 80 /ХЧ значения остальных разрядов кода определяются npe" образователем напряжение-код и также записываются в регистр.

"ветотвенно к входу датчика угла и третьему входу ЛДН. При подключении к входу датчика угла питающего напряжения с блока питания на его выходах (фазах) формируется система из 3-х напряжений, имеющих пространственный сдвиг друг относительно друга на угол равный 2Г/3 и изменяоцихся в функции угла повброта вала по закону синуса. В каждой иэ

30-градусных зон изменения угла соотношение выходных напряжений фаз между собой и нулевым уровнем различно, что отражается в выходных сигналах блока компараторов. Тем самым для каждой 30-градусной зоны

"запрограммированы" рабочая и опорная фазы, подключением которых к входам демодулятора управляет сигнал с дешифратора. Выходное напряжение рабочей Фазы в диапазоне 0-30О после фаэочувствительного выпрямления в демодуляторе поступает на один из входов ЛДН, на два других входа которого подаются соответственно выходной сигнал с дешифратора и некоторый опорный сигнал постоянного тока с блока питания, с которым сравнивается по величине напряжение рабочей фазы. Сигнал с ЛДН приходит на вход вычитающего блока, который формирует единичные прирацэния, поступающие через блок умножения на коэффициент на вход реверсивного счетчика и формирующие в его разрядах двоичный код P3).

Известный преобразователь угла поворота вала в код обладает существенными недостатками. Степень нелиней ности синусоидальной функции на отрезке 0-30 составляет 3,413, что принципиально ограничивает точностные возможности известного устройства на уровне 0,7-1,0 угл.град. (8-9 дв. разрядов). Сигнал опорной фазы подключаемый к демодулятору, необходим лишь для выделения огибающей сигнала рабочей фазы, к входу ЛДН он не подключается, а для нормального функционирования блока ЛДН к нему подводится опорный сигнал из бло« ка питания. Таким образом, при преобразовании в код в блоке ЛДН рабочий и опорный сигналы формируются разными источниками с различными электромагнитными системами, в разной степени подверженными воздействию эксплуатационно-технологических фак10

S5

35 0

942091

50 торов, Это обстоятельство приводит к дополнительным ошибкам преобразования угла в.код от увеличения фазовой и амплитудной погрешностей при изменении условий эксплуатации, что также снижает точностные возможности известного преобразователя.

Цель изобретения - повышение точности преобразования угла поворота вала в код.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий п1-фазный датчик угла, вход которого соединен с выходом блока питания, основные выходы. m-фаэного датчика угла соединены с сигнальными входами уп равляемого коммутатора фаз, линейный делитель напряжения и реверсивный счетчик, введены преобразователь коднапряжение, задающий генератор, блоки выборки и хранения, блок сравнения, реверсивные счетчик младших и старших разрядов,,коммутатор стробов и формирователь строб-импульсов, вход которого соединен с дополнительным выходом m-фазного датчика, угла, выходы формирователя строб-импульсов соединены с первым и вторым информационными входами коммутатора стробов, первый выход которого соединен с первым входом первого блока выборки и хранения, второй выход— с первым входом второго блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с первым выходом управляе-. мого коммутатора фаз, второй выход управляемого коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и хранения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход второго блока выборки и хранения соединен с опорным входом линейного делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика младших разрядов, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших . разрядов соединены с кодовыми входами линейного делителя напряжения, выход реверсивного счетчика младших разрядов подключен к входу реверсивного счетчика, выходы которого через преобразователь код-напряжение соединены с управляющими входами управляемого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питания, первый выход реверсивного счетчика соединен с входом реверсивного счетчика старших разрядов, а второй выход.реверсивного счетчика соединен с управляющим входом коммутатора стробов.

На фиг. 1 представлена структураня схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - диаграмма выходных напряжений индукционного

m-фазного датчика в функции поворота вала ..

Преобразователь угла поворота ва ла в код содержит m-фазный датчик

1 угла, представляющий собой многофазно-многополюсный вращающийся трансформатор (МГВТ), обмотка возбуждения которого расположена на роторе, имеет P - -nap полюсов и подключена к выходу блока 2 питания, выходы вторичных обмоток (m-фаз) подключены к группе сигнальных входов уп>5, равляемого коммутатора 3 фаз, два блока 4 и 5 выборки и хранения (БВХ) первые входы которых связаны соответ" ственно с первым и вторым выходами управляемого коммутатора 3 фаз, формирователь 6 строб-импульсов, вход которого подключен к дополнительному выходу ММВТ, коммутатор 7 стробов, два входа которого соединены с соответ" ствующими выходами формирователя 6, а первый и второй выходы подключены соответственно к вторым входам блоков 4 и 5. Предлагаемое устройство включает также блок 8 сравнения, первый вход которого связан с выходом блока 4 непосредственно, второй — с выходом блока 5 через линейный делитель 9 напряжения, а выход подключен к управляющему входу реверсивного счетчика 10, задающий генератор 11, импульсный выход которого соединен со счетным входом блока 10, а выход синусоидального сигнала - с входом блока 2, два дополнительных реверсивных счетчика 12 и 13 соответственно фазных зон и зон однозначности соединенных последовательно с реверсивным счетчиком 10, и преобразователь 14 кода в систему напряжений.

Группа кодовых выходов реверсив55 ного счетчика 10 соединена с управляющими входами блока 9, группа из (К-1) кодовых выходов К-разрядного реверсивного счетчика 12(К=1nm+1) 942091 8 соединена с входами блока 14, 2m выходов которого подключены к управляющим входам коммутатора 3 фаз, дополнительный выход реверсивного счет чика 12 соединен с третьим входом коммутатора 7 стробов. Выходные сигналы фаз ИМВТ имеют трапецеидальный . закон .изменения в функции угла поворота с {фиг.2), который обеспечивается соответствующим выполнением геометрических размеров зубцов статора и ротора ИИВТ, т.е. наличием линейного закона изменения выходно" го напряжения U-() t-фазы в диапазоне дискретности ИИВТ, определяемой q„=F/я1и неизменности по амплитуде напряжения U„+ > (R ) фазы (1+1) . начало которой смещено по углу относительно фазы íà 90 .эл.град., в пределах дискретности МИВТ о

Данными условиями обеспечйваетU (cl ся линейный характер функции =- () что позволяет использовать при преобразовании напряжения в код в качестве опорного выходной сигнал (1+j)-фазы, а в качестве аналогового-сигнал i-фазы. Дополнительный выход MMBT является выходом второй роторной обмотки ММВТ, уложенной на роторе одновременно с обмоткой возбуждения и имеющей с ней общую схему намотки. Сигнал с дополнительного выхода МИВТ используется для запуска формирователя 6 строб-импульсов, Преобразователь работает следующим образом.

При запуске задающего генератора

1.1 синусоидальный сигнаас его выхода после усиления по мощности в блоке 2 питания поступает на обмотку возбуждения ИМВТ. При этом на выходных обмотках ИМВТ формируется система из m напряжений (по числу фаз), сдвинутых относительно друг друга по углу Ы на величину q (фиг.2)

Эти напряжения поступают на сигналь" ные входы управляемого коммутатора

3 фаз, который является 2m-канальным устройством (m каналов для рабочих и m каналов для опорных фаэ).

При некотором угле (, производится выбор нужной пары фаз (рабочей и опорной), отношение выходных сигналов которых преобразуется в дальнейшем в код. Выходы данной пары фаз

ИМВТ подключаются с помощью коммутатора 3 соответственно к первым входам блоков 4 и 5 выборки и хранения, где сигналы переменного тока преобразуются в сигналы постоянного тока путем стробирования их импульсами той же частоты (несущей), поступающими с выходов коммутатора 7 стробов. Стробирующие импульсы вырабатываются формирователем 6 стробимпульсов (ФСИ ), на вход которого поступает сигнал переменного тока несущей частоты с дополнительного выхода ИМВТ. ФСИ 6 формирует строб-им- пульсы требуемой ширины в момент перехода через 0 из отрицательного поiS ..лупериода напряжения. несущей частоты в положительный, причем на втором его выходе импульсы имеют фазовый сдвиг на 180 эл.град, относительно импульсов на первом выходе. Ком2о мутатор 7 стробов подключает тот или иной выход фСИ 6 к соответствующим входам блоков 4 и 5 в зависимости от фазы рабочего и опорного сигналов тем самым обеспечивается одно25 полярность сигналов, поступающих на входы блока 8 сравнения.

Управление коммутатором стробов осуществляется сигналами с дополнительного выхода первого дополнительзв ного реверсивного счетчика 12, Амплитуда сигналов постоянного тока с выходов 4 и 5 пропорциональна амплитуде синусоидальных сигналов. С выхода блока 4 снимается рабочий (ана" логовый 1 сигнал, который поступает на первый вход блока 8 сравнения, а с выхода блока 6 - опорный, который подается на вход ЛДН 9. Блоки 8, 10 и 9 совместно с задающим генератором > 11 образуют первую замкнутую систему следящего уравновешивания, с помощью которой рабочий и опорный сигналы уравновешиваются по амплитуде на входах блока 8 сравнения, при этом на кодовых выходах реверсивного счетчика 10 формируется двоичный код, пропорциональный величине рабочего сигнала, снимаемого с выхода рабочей фазы при некотором угловом положении Qy. Разряды реверсивного счетчика 10 образуют первую группу разрядов выходного кода предлагаемого преобразователя (младших) и формируются при изменении угла d. в диапазоне о„=pw т.е. на линейном участке выходйого сигнала рабочей фазы, их число определяет дискретность преобразователя, равную Ц= †„,.

9 942091

10 где n - число двоичных разрядов первой группы. Введение в преобразователь первого дополнительного реверсивного счетчика 12 и преобразователя 14 кода в систему напряжений образует совместно с коммутатором 3 фаз, блоками 4 и 5 и первой системой следящего уравновешивания вторую замкнутую систему, которая осуществляет поиск и выбор требуемой пары . фаэ при некотором К-. Выбор нужной пары рабочей и опорной фаз производится путем последовательного перебора парных сочетаний фаэ и сравнения их выходных сигналов в блоке

8. Номер выбранной i-той рабочей фазы определяет код на выходе реверсивного счетчика 12, разряды .которого образуют вторую группу кодовых выходов преобразователя. Число разрядов второй группы (средних) зависит от количества фаз ИМВТ

К=!па+1. Увеличение их числа на достигается тем, что в код преобразуются как прямая полуволна огибающей выходного сигнала рабочей фазы (O oL «), так и обратная (p cdÄ â€ ), т.е. каждая фаза исполь-

«2Я зуется в качестве рабочей, (а также опорной) дважды за период изменения огибающей. Однозначность цифрового отсчета угла предлагаемым преобразователем сохраняется B диапазоне

0 с,1й †. Для расширения рабочего

1» p диапазона преобразователя по углу поворота вала служат разряды третьей группы (старшие), которые формируются вторым дополнительным реверсивным счетчиком 13, который осуществляет подсчет зон однозначности отсчета при углах поворота о1j 7

P и формирует на выходе двоичный код старших разрядов, число которых определяется заданной величиной ра6очего диапазона преобразователя. При рабочем диапазоне, перекрывающем полный угол, необходимое число разрядов реверсивного счетчика 13 определяется выражением гъ 1пр. Общее число разрядов выходного кода преобразователя определяется суммой n+k+t

Для предлагаемого преобразователя величина линейного диапазона о„ = -— .х составляет единицы угловых минут, р поскольку возможное число пар полюсов ММВТ превышает сотню, а количество фаз - восемь и более. Нэ этом коротком участке выходной сигнал

1-фазы ММВТ имеет высокую степень линейности, а сигнал (1+))фазы практически неизменен по величине, что позволяет осуществлять преобразова-, ние напряжения в код с высокой точностью, реализуя пр8 и более, строить преобразователь угла в код с ценой младшего разряда 0,75 - 1,5 угл.сек

Использование для преобразования в код отношения выходных напряжений

1-той и (1+))-той фаз ИИВТ в качест ве аналогового и опорного сигналов позволяет значительно снизить влияние технологических и практически исключить влияние эксплуатационных факторов на точность преобразования угла в код, поскольку колебания собственных параметров машины и изменения величины амплитудной и фаIO

Экономический эффект при использовании предлагаемого преобразователя составит порядка 60 тыс.руб в год.. зовой погрешностей в выходном сигнале ИИВТ проявляются в разной степени и с тем же знаком как в аналоговом, так и в опорном напряжениях и при их сравнении исключаются. Запуск формирователя строб-импульсов сиг- . ,налом с дополнительного выхода ИМВТ позволяет исключить ошибки преобразования угла, в код, вызванные уходом фазы рабочего и опорного сиг- . налов относительно строб-импульса при изменении условий эксплуатации преобразователя. В данном случае сдвиг фазы стробируемого сигнала

35 вызывает и сдвиг строб-импульса той же величины и направления, исключающий .вышеуказанные ошибки. Введение в преобразователь угла поворота вала в код новых, по сравнению с прототипом, элементов - двух блоков выборки и хранения, формирователя строб-импульсов коммутатора стро бов, блока сравнения и двух дополнительных реверсивных счетчиков " и

45 связей между ниии в совокупности с высокоточным многофазно-многополюсным вращающимся трансформатором, примененным по прямому назначению, позволяет в несколько раз повысить точность преобразования угла в код, увеличив. разрешающую способность.преобразователя и снизив его чувствительность к факторам технологического и эксплуатационного характера.

11 формула изобретения

9420

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий в-фазный дат чик угла, вход которого соединен с. S выходом блока питания, основные выходы m-фазного датчика угла соединены с сигнальными входами управляемого коммутатора фаз, линейный делитель напряжения и реверсивный счетчик, о т л и ч а ю щ я и с я тем, что с целью повышения точности преобразователя, в него введены преобразователь код-напряжение, задающий ге" нератор, блоки выборки и хранения> блок сравнения, реверсивные счетчики младших и старших разрядов, коммутатор стробов и формирователь строб-импульсов, вход которого соединен с дополнительным выходом m-фаз" 20 ного датчика угла, выходы формирователя .строб-импульсов соединены с .первым и вторым информационными входами коммутатора стробов, первый выход которого соединен с первым 25 входом первого блока выборки и хранения, второй выход - с первым входом второго блока выборки и хра". нения, второй вход которого соединен с первым выходом управляемого комму- 30 татора фаз, второй выход управляемого коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и храненйя, выход которого соединей с первым входом блока сравнения, вы<

91 12 ход второго блока выборки и хранения соединен с опорным входом линейного делителя напряжения, выход ко» торого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика младших разрядов второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших разрядов соединены с кодовыми входами линейноГо делителя напряжения, выход реверсивного. счетчика младших разрядов подключен к входу реверсивного счетчика, выходы которого через преобразователь код-напряжение соединены с управляющими входами управляемого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питания, первый выход реверсив" ного счетчика соединен со вхо,дом реверсивного счетчика старших

) разрядов, а второй выход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом коммутатора стробов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 416717, кл. G 08 С 9/00у 1972., Z. Авторское свидетельство СССР

М 446693, кл. G 08 С 19/04, 1973.

3, Авторское свИдетельство СССР

Р 693414, кл. 6 08 С 9/04, 1976 (прототип).

942091

Составитель И. Назаркина

Редактор Н. 4убелко Техред К.Мыцьо Корректор М. Пожо

Заказ 4847/43 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ 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