Преобразователь угла поворота вала в код

Преобразователь угла поворота вала в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

Б. А. Солдатов, В. Н. Науменко, B. С., Малов и :Л., М:..Гохфельд (7) ) Заявитель (5 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования угловых перемещений в цифровой код.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последователь но соединенные генератор импульсов, делитель частоты, фильтр, фазорасщепитель, фааовращатель, компараторы и каналы считывания, цополнительный делитель часто1О ты и дополнительный комцаратор t 1) .

Недостатком преобразователя является невысокая точность.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, двоичный счетчик, выходы ко, торого подключены к входам блока совпадения, формирователь опорный сигналов, входы которого подключены к двоичному 20 счетчику, формирователь синусоидального сигнала, соединенный через первый уси-. литель с одной входной обмоткой фазовращателя, формирователь косинусоидаль2 ного сигнала, соединенный через второй усилитель с второй входной обмоткой фазовращателя с двумя выходными обмотками, два нуль-органа, входами подключенных к входным обмоткам фазовра» щателя, выходы нуль-органов соединены с одними входами триггеров, дешифратор дифференциальный усилитель, пиковые детекторы, фильтр и регистрирукщий блок (2)

Не цостаток известного преобразователя — невысокая точность.

Бель изобретения — повышение точности преобразователя угла поворота вала в код.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом и -разрядного цвоичногосчетчика, выходы которого сое диненыс И первыми входами блока совпадения, формирователь опорных сигналов, входы которого соединены с прямыми выходами И и (И-1) разрядов

942095

tl -разрядного двоичного счетчика, фазоврвщатель с двумя входными и двумя выходными обмотками, первый вывод первой входной обмотки которого через первый усилитель подключен к выходу фор- З мирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй входной обмотки фазовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинусоидального сигнала, первый нульорган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом первого триггера, и второй нуль-орган, вход которого соединен с вторым выво- 1 дом второй входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом второго триггера, введены два элемента И-НЕ, два источника тока, четыре компаратора, четыре интегратора, третий, четвертый, пяс тый и шестой триггеры, два ннвертора, два

I делителя напряжения, два повторителя, источник опорного напряжении и блок нуль-органов, входы которого соединены с выходными обмотками фазовращателя, первый выход соединен с И вторыми входами блока совпадения, а второй выход— с (И1- и) первыми входами. блока совпадения (щ- и} вторых входов которого подключены к соответствующему числу

30 выходов старших разрядов И -разрядного двоичного счетчика, первый выход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом первого триггера и с опним входом третьего триггера, второй вы-З5 ход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом второго тригге-„ ра и одним входом четвертого триггера, входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами (и- 1) и (и-2} разрядов

И -разрядного двоичного счетчика, а выход - с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом первого компаратора, другой вход которого подклеен.через первый интегратор к выходу первого триггера, выход первого компаратора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через первый инвертор соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, второй вывод первой входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом второго компаратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой вход которого соединен с выходом второго нуль-органа, а выходчерез последовательно соединенные второй интегратор, первый повторитель и первый делитель напряжения подключен к выходу первого инвертора, входы второго элемента И-HE соединены с инверсным выходом (И -1) разряда и с прямым выходом (Yl -2) paapsaa И -разрядного двоичного счетчика, выход второго элемента И-НЕ соединен с вторым источником тока, вторым конденсатором и одним входом третьего компаратора, другой вход которого подключен через третий интегратор к выходу второго триггера, выход третьего компаратора соединен с другим входом четвертого триггера, выход которого через второй инвертор соединен с входом формирователя косинусоидального сигнала, второй вывод второй входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом четвертого компаратора, другой вход которого соединен с другим входом другого компаратора и подключен к источнику опорного напряжения, выход четвертого компаратора соединен с одним входом шестого триггера, другой вход которого соединен с выходом первого нульоргана, а выход через последовательно соединенные четвертый интегратор, второй повторитель и второй делитель напряжения подключен к выходу второго инвертора.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 импульсов, и -разрядный двоичный счетчик 2, блок

3 совпадения, формирователь 4 опорных импульсов, формирователь 5 синусоидального сигнала, формирователь 6 косинусидального сигнала, усилители 7 и 8 мощности, нуль-орган 9 и 10, эталонные резисторы ll и 12, блок 13 нулт органов, источники 14 и 15 тока, кон денсаторы 16 и 17, элементы И-НЕ 18 и 19, компараторы 20-23, триггеры

24-29 (Р-триггеры), инверторы 30 и

31, интеграторы 32-35, повторители

36 и 37, делители 38 и 39 напряжения, фазовращатель 40 с входными обмотками

41 и 42 и выходными обмотками 43 и

44, источник 45 опорного напряжения., Нуль-орган 9 содержит KoMlIBpBTop 46 н узел 47 выделения заднего фронта, а нуль-орган 10» компаратор 48 и узел

49 выделения переднего фронта.

Элемент И-НЕ 18, источник 14, конденсатор 16, компаратор 20, триггер 24, инвертор 30, формирователь 5, усили.942095

5 тель 7, резистор 11, нуль-орган 9, триггер 26, интегратор 32, компвратор

22, триггер 28, интегратор 34, повторитель 36 и делитель 38 образуют первый (синусный) канал формирования квадратурного нвпряжения1 с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока. Элемент И-HE 19, источник 15, конденсатор 17, компарвтор 21, триггер

25, инвертор 31, формирователь 6, усилитель 8, резистор 12, нуль-орган 10, триггер 27, интегратор ЗЗ, компаратор

23, триггер 29, интегратор 35, повторитель 37 и делитель 39 образуют второй (косинусный) канал формирования квадратурного напряжения с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока. 20

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Сигналы по разрядным шинам И -разрядного двоичного счетчика 2 поступают у на входы блока 3 совпадения, на другие входы которого приходят сигналы с блока компараторов грубого и точного отсчета.

На входы формирователя 4 и элементы

И-HE 18 и 19 приходят сигналы (фиг.

20, д, В ) .c yj-разрядного двоичного счетчика 2. Сигнал с одного выхода формирователя 4 (фиг. 24) поступает нв D -вход триггера 24, с выхода которого сдвинутый по фазе сигнал (фиг.

2И) проходит на вход формирователя 5 через инвертор 30. Формирователь 5 формирует синусоидальный сигнал, который через усилитель 7 (фиг. 2А) запитывает обмотку 41 фазовращвтеля 40. Сит нал с другого выхода формирователя 4 (фиг. 2 ) поступает нв 37-вход триггера

25, с выхода которого сдвинутый по фазе сигнал (фиг. 2К) проходит на вход формирователя 6 через инвертор 31. Формирователь 6 формирует косинусоидальный сигнал, который через усилитель 8 (фиг. 2М) запитывает обмотку 42 фазоврвщателя 40. Токи в обмотках 41 и 42 фазоврвщвтеля 40 обеспечивают режим

50 вращакщегося поля. Сигналы с выхода фазовращвтеля 40 несут информацию об . угле поворота вала в виде фазового сдвига относительно синусоидального питающего напряжения (фиг. 2А). Фаза выходного напряжения фазоврвщвтеля 40 по

i5 грубому отсчету (обл откв 44) однозначна в пределах одного оборота и имеет периодичность в 360 . Фаза выходного д напряжения фазоврвщателя 40 по точному отсчету (обмотка 43) многозначна в пределах оборота и иметт периодичность

360 /Р, Р =2п ", где — коэффициент редукции обмотак 43 и 44 точного и грубого отсчета; уи- число разрядов выходного кодл блока 3 совпадения; Ичисло разрядов И -разрядного двоичного счетчика 2.

Блок 3 совпадения по сигналам с и-разрядного двоичного счетчика 2 и блока 13 выдает код Я (aL ), пропорциональный углу поворота вала aL. Сформированные в каждом канале напряжения (фиг; 2 Л, М) синхронны по фазе с опор ными прямоугольными сигналами (фиг.

23, Z.), сдвинутыми по фазе на 90, в свою очередь, последние синфазмыс сигналами И -разрядного двоичного счет чика 2. Фаза сигнала обмотки 41 (фиг. 2 ) регистрируется нуль-органом 9. Узел

47 выделения заднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг. 2М) в момент перехода сигнала обмотки (фиг. 2w) от отрицательного напряжения к положительному, так как компаратор 46 инвертирует сигнал. Триггер 26 производит сравнение фазы опорного прямоугольного сигнала на 3-входе (фиг. 24) с фа-. зовым импульсом нв C-входе (фиг. 2М).

Сигнал нв выходе нуль-органа 9 (фиг. 2 р), иллюстрирует наличие фазового смещения сигнала 4 (фиг. 2к) на угол Ь9 который может иметь любой знак DT íîсительно опорного сигнала (фиг. 2 ).

Триггер 26 производит двоичную кодировку знака hf и в режиме слежения за фвзовой ошибкой вырабатывает на выходе широтно-модулированный сигнал (фиг. 2p), в на выходе интегратора 32-- постоянное напряжение, пропорциональное широтно-модулированному сигналу (фиг. 2p).

Элемент И-НЕ 18, источник 14 и конденсатор 16 образуют источник пилообразного напряжения (фиг. 2д), частота которого в два раза выш» частоты опорного сигнала (фиг. 28), твк квк она синхронизирована от (й -1) разряда двоичного счетчика. Напряжение (фиг. 2д) на компарвторе 20 непрерывно сравнивается с напряжением интегратора 32. Если фазовый имп„льс на выходе нуль-органа

9 (фиг, 2и) сдвинут левее переднего фронта опорного сигнала (фиг. 28), то триггер 26 по инверсному выходу устанавливается в "1" (фиг. 2P) и увеличивает напряжение нв выходе интегратора

32. При этом передний фронт сигнала

7 94 на выходе компаратора 20 (фиг. як) линейно сдвигается вправо. Пропорционально ему сдвигается вправо сигнал триггера 24 (фиг. 24). Триггер 24 ра,ботает по переднему фронту сигнала на б -входу. Таким образом, замыкается контур автоматической сйнхрониэации фазы синусного канала и производится компенсация фазового сдвига формирователя 5.

Аналогично работает контур автомати ческой синхронизации фазы косинусного канала. Фаза косинусного сигнала (фиг.

2м) регистрируется нуль-органом 10.

Узел 49 выделения переднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг. 2о) в момент перехода косинусного сигнала от положительного напряжения.к отрицательному. Фазовые импульсы нуль органа 10 (фиг. 20) косинусного сигнала (фнг. 2Q сдвинуты на -90 от фазовых импульсов (фиг. 28) синусного сит нала (фиг. 2л). Сигнал с триггера 27 берется с прямого выхода.

Для создания высокочастотного кругового вращающегося поля в фазовращателе 40 в преобразователе имеется в каждом канале контур автоматической стабилизации тока.

Контур стабилизации тока синусного канала образован формирователем 5, усилителем 7, нуль-органом 10, резисто- . ром 11, компаратором 22, триггером

28, интегратором 34, повторителем 36, и делителем 38. Контур стабилизации тока косинусного канала образован формирователем 6, усилителем 8, нуль-органом 9, резистором 12, компаратором

23, триггером 29, интегратором 35, повторителем 37 и делителем 39. Общим является источник 45 опорного напряжения. Амплитуды токов стабилизируются на уровне

00 7 Uon

В)И А, л cos Q, 2 где Uoq — напряжение источника 45; сопротивление эталонного резистора 11;

Й-. - сопротивление эталонного резистора 12.

При равенстве 8зт и ат,токи 15;и и

I cos практически равны.

Компаратор 22 производит сравнение синусоидального выражения на эталонном резисторе 11 с положительным напряжением опорного источника 45 Цр (фиг. 2С). Триггер 28 производит срав нение выходного сигнала компаратора

2095 8

22 .(фиг. 2т) с фазовыми импульсами (фиг. 20) сигнала (фяг, 2м) 1котэрые вырабатывааотся в тот момент времени, когда амплитуда синусоидального напряжения максимальна. Тем самым триггер

28 производит двоичную кодировку знака возмущения по амплитуде ЬО 051и- Оьц и вырабатывает на выходе широтно-модулированный сигнал (фиг. 2у). Если Ь0 д, то широтно-модулированный сигнал (фиг. 2У) переходит в состояние "0", если ЬО О- в состояние 1". Постоянное напряжение на выходе интегратора 34 во времени пропорционально широтно-модулированным сигналам (фиг.

29). Повторитель 36 напряжения имеет высокое входное сопротивление. Выходное напряжение повторителя 36 через делитель 38 поступает на вход формирователя 5 и одновременно запитывает инвертор 30. Если ЩъО,.то амплитуда прямоугольных импульсов (фиг. 24) уменьшается, тем самым уменьшается амплитуца выхоцного синусоицального напряжения (фиг. 2Л). Устройство 36 может быть как повторителем, так и усилителем напряжения. Аналогично работает контур стабилизации тока в косинусном канале.

На С-вход триггера 29 приходят фазовые импульсы (фиг. 2н) синуспидального сигнала (фиг. 2p ), которые вырабатываются в тот момент времени, когда амплитуда косинусоидального нацряжения максимальна.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом И -разрядного двоичного счетчика, выходы которого соединены, с И первыми входами блока совпадения, формирователь опорных cm налов, входы которого соединены с прямыми выходами и и (И-1) разрядов

Й-разрядного; двоичного счетчика, фаэовращатель с двумя входными и двумя выходными обмотками, первый вывод первой входной обмотки которого через первый усилитель подключен к выходу формирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй. входной обмотки фаэовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинусоидшпного сигнала, первый нуль-орган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовращателя, а выход — с одним входом первого трит

9 9420 гера и, второй нуль-орган, вход которого соединен с вторым выводом второй входной обмотки фазовращателя, а выходс одним входом второго триггера, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью S повышения. точности преобразователя, в него введены два элемента И-НЕ, два источника тока, четыре компаратора, четыре интегратора, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, два инвертора, 10 два делителя напряжения„два повторителя, источник опорного напряжения и блок нуль-органов, входы которого соединены с выходными обмотками фазовращателя, первый выход соединен с И вторыми sxo- 1 дами блока, совпадения, а второй выход.с (111- n) первыми входами блока совпадения,(фп- И) вторых входов которого подключены к соответствующему числу выходов старших разрядов И-разрядного 20 двоичного счетчика, первый выход фор. мирователя опорных сигналов соединен с другим иходом первого триггера и одним входом третьего триггера, второй выход формирователя опорных сигналов 2$ соединен с другим входом второго триг. гера и общим входом четвертого триггера, входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами (И-1 ) и (т1 -2) разрядов д-разрядного двоичного сче ЗО чика, s выход — с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом первого компаратора, другой вход хоторого подключен через первый интегратор к выходу первого триггера, выход первого 35 компара тора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через первый инвертор соединен с входом формирова теля синусоидального сигнала, второй вывод первой входной обмотки фазовращателя 40 соединен с одним входом второго компа10 ратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой вход которого соединен с выходом второго нуль-органа, а выход через последовать но соединенные второй интегратор, первый повторитель и первый делитель напряжения подключен к выходу первого инвертора, входы второго элемента И-НЕ соединены с инверсным выходом (I3-1) разряда и с прямым выходом (И-2} разряда ll -разрядного двоичного счетчика, выход второго элемента H-HE соединен с вторым источником тока, вторым конденсатором и одним входом третьего компаратора, другой вкад которого подключен через третий инвэртор к выходу второго триггера, выход третьего компараторасоединен с другим входом четвертого триггера, выход которого через второй иивертор соединен с входом формироватеж косинусидального сигнала, второй вывод второй входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом четвертого компаратора, другой вход которого соединен с другим входом второго компаратора и подключен к источнику опорного напряжв . ния, выход четвертого компаратора соединен с одним входом шестого триггера, другой вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, а выход через последовательно соединенные четвертый интегратор, второй повторитель и второй делитель напряжения подключен к выходу второго инвертора.

Источники информации, принятые во вникание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 595755, кл. 608 С 9/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 604018, кл. GO8 С 9/04, 1976 (прототип } .

042095

Составитель Е. Бударина

Редактор Н. Чубелко Техред К.Мыцьо Корректор М. Пожо

Заказ 4847/43 Тираж 642 П одписное

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