RU2240651C1

RU2240651C1 - Shaft angle-of-turn to code converter

Info

Publication number: RU2240651C1
Application number: RU2003108802/09A
Authority: RU
Inventors: Д.А. Чернышев (RU); Д.А. Чернышев
Original assignee: Открытое акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-11-20

Abstract

FIELD: computer engineering; automation and data processing and measurement technology.

SUBSTANCE: converter has sine-cosine angle transducer, reference voltage supply, pulse burst shaping unit, threshold element, flip-flop, selectors, switches, inverting amplifier, inverter, multiplying unit, comparator, sine-cosine code conversion unit, sequential approximation register, EXCLUSIVE OR gate, AND gates, registers, adder, subtraction unit, reference code shaping unit, ratio-of-two division unit, and two arithmetic units.

EFFECT: enhanced precision of conversion.

1 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники в частности, к преобразователям угла поворота вала в код, и может быть использовано в системах обработки данных.The invention relates to the field of computer technology, in particular, to converters of the angle of rotation of the shaft into a code, and can be used in data processing systems.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный трансформаторный датчик, селектор октантов, суммирующие масштабные усилители, линейные множительные устройства, суммирующий блок, масштабные устройства, компаратор, регистр и блок управления (см. а.с. СССР № 416717, кл. G 08 C 9/00, 1972 г.).A known converter of the angle of rotation of the shaft into a code containing a sine-cosine transformer sensor, an octant selector, summing scale amplifiers, linear multipliers, a summing block, scale devices, a comparator, a register and a control unit (see AS USSR No. 416717, cl G 08 C 9/00, 1972).

Недостатком преобразователя является его сложность, низкое быстродействие и невысокая точность.The disadvantage of the converter is its complexity, low speed and low accuracy.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь угла поворота вала в код, принятый за прототип и содержащий (см. а.с. СССР № 1105920, кл. G 08 C 9/00, 1984 г.) синусно-косинусный датчик угла, вход которого соединен с источником опорного напряжения, один выход синусно-косинусного датчика угла подключен к аналоговому входу первого блока умножения, а другой через первый ключ и через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и второй ключ подключен к аналоговому входу второго блока умножения, выходы первого и второго блоков умножения подключены ко входам компаратора, выход которого подключен к одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к одному из входов регистра последовательного приближения, вход блока формирования пачки импульсов соединен с источником опорного напряжения, а выход подключен к другому входу регистра последовательного приближения, один выход которого подключен к другому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к управляющему входу первого ключа непосредственно и через инвертор - к управляющему входу второго ключа, а выходы разрядов регистра последовательного приближения подключены ко входам блока синусно-косинусного преобразования кода, первый и второй выходы которого подключены к цифровым входам первого и второго блоков умножения соответственно.Closest to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a shaft angle converter into a code adopted as a prototype and containing (see AS USSR No. 1105920, class G 08 C 9/00, 1984) sine-cosine the angle sensor, the input of which is connected to the reference voltage source, one output of the sine-cosine angle sensor is connected to the analog input of the first multiplication unit, and the other through the first key and through the inverting amplifier and the second key connected in series to the analog input of the second smart block The outputs of the first and second multiplication units are connected to the inputs of the comparator, the output of which is connected to one of the inputs of the EXCLUSIVE OR element, the output of which is connected to one of the inputs of the sequential approximation register, the input of the pulse train forming unit is connected to the reference voltage source, and the output is connected to another input of the sequential approximation register, one output of which is connected to the other input of the EXCLUSIVE OR element and to the control input of the first key directly and through the inverter to the control input of the second key, and the outputs of the bits of the sequential approximation register are connected to the inputs of the sine-cosine code conversion unit, the first and second outputs of which are connected to the digital inputs of the first and second multiplication blocks, respectively.

Недостатком преобразователя является низкая точность, обусловленная использованием в его составе большого количества аналоговых и цифроаналоговых элементов, имеющих, как правило, низкие (невысокие) точностные параметры (напряжение смещения нуля, температурный дрейф, коэффициент передачи, дифференциальная нелинейность, чувствительность, сопротивление открытого канала и т.п.).The disadvantage of the converter is its low accuracy, due to the use of a large number of analog and digital-analog elements, which usually have low (low) accuracy parameters (bias voltage, temperature drift, transfer coefficient, differential nonlinearity, sensitivity, open channel resistance, etc.) .P.).

Цель изобретения - повышение точностных характеристик преобразователя.The purpose of the invention is to increase the accuracy characteristics of the Converter.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, вход которого соединен с источником опорного напряжения, первый и второй блоки умножения, выходы которых подключены ко входам компаратора, выход которого подключен к одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к одному из входов регистра последовательного приближения, вход блока формирования пачки импульсов соединен с источником опорного напряжения, а выход подключен к другому входу регистра последовательного приближения, один выход которого подключен к другому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к управляющему входу первого ключа непосредственно и через инвертор - к управляющему входу второго ключа, вход которого подключен к выходу инвертирующего усилителя, выходы первого и второго ключей объединены и подключены к аналоговому входу второго блока умножения, выходы разрядов регистра последовательного приближения подключены ко входам блока синусно-косинусного преобразования кода, первый и второй выходы которого подключены к цифровым входам первого и второго блоков умножения соответственно, введены пороговый элемент, триггер, первый и второй переключатели, первый и второй элементы И, первый и второй регистры, сумматор, блок формирования эталонного кода, блок вычитания, блок деления на два и арифметическое устройство, причем вход порогового элемента подключен к источнику опорного напряжения, а выход подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого подключен к управляющим входам первого и второго переключателей и к одному из входов первого элемента И, а инверсный выход - к одному из входов второго элемента И, первый вход первого переключателя соединен со вторым входом второго переключателя и подключен к первому выходу синусно-косинусного датчика угла, второй вход первого переключателя соединен с первым входом второго переключателя и подключен ко второму выходу синусно-косинусного датчика угла, выход первого переключателя подключен к аналоговому входу первого блока умножения, а выход второго переключателя подключен ко входу первого ключа и ко входу инвертирующего усилителя, другой выход регистра последовательного приближения подключен к другим входам первого и второго элементов И, выход первого из которых подключен ко входу записи первого регистра, а выход второго - ко входу записи второго регистра, информационные входы первого и второго регистров объединены и подключены к выходам разрядов регистра последовательного приближения, выходы первого регистра подключены к первым информационным входам арифметического устройства и сумматора, вторые информационные входы которого подключены к выходам второго регистра, а выходы подключены к первым информационным входам блока вычитания, вторые информационные входы которого подключены к выходам блока формирования эталонного кода, а выходы через блок деления на два подключены ко вторым информационным входам арифметического устройства, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу блока вычитания, а выходы являются выходами преобразователя.This goal is achieved by the fact that in the converter of the angle of rotation of the shaft into a code containing a sine-cosine angle sensor, the input of which is connected to a reference voltage source, the first and second multiplication units, the outputs of which are connected to the inputs of the comparator, the output of which is connected to one of the inputs of the element EXCLUSIVE OR, the output of which is connected to one of the inputs of the sequential approximation register, the input of the pulse train forming unit is connected to the reference voltage source, and the output is connected to the other input of the reg sequential approximation, one output of which is connected to the other input of the EXCLUSIVE OR element and to the control input of the first key directly and through the inverter to the control input of the second key, the input of which is connected to the output of the inverting amplifier, the outputs of the first and second keys are combined and connected to the analog input of the second block of multiplication, the outputs of the bits of the sequential approximation register are connected to the inputs of the block of the sine-cosine code conversion, the first and second outputs of which are connected They are connected to the digital inputs of the first and second multiplication blocks, respectively, a threshold element, a trigger, a first and second switch, a first and a second I element, a first and second register, an adder, a reference code generation unit, a subtraction unit, a division unit by two, and an arithmetic device are introduced moreover, the input of the threshold element is connected to the reference voltage source, and the output is connected to the counting input of the trigger, the direct output of which is connected to the control inputs of the first and second switches and to one of the inputs of the first element ent, and the inverse output is to one of the inputs of the second element And, the first input of the first switch is connected to the second input of the second switch and connected to the first output of the sine-cosine angle sensor, the second input of the first switch is connected to the first input of the second switch and connected to the second the output of the sine-cosine angle sensor, the output of the first switch is connected to the analog input of the first multiplication unit, and the output of the second switch is connected to the input of the first key and to the input of the inverting amplifier, d the other output of the sequential approximation register is connected to other inputs of the first and second elements of AND, the output of the first of which is connected to the input of the first register, and the output of the second to the input of the second register, the information inputs of the first and second registers are combined and connected to the outputs of the bits of the serial register approximations, the outputs of the first register are connected to the first information inputs of the arithmetic device and the adder, the second information inputs of which are connected to the outputs of the second reg country, and the outputs are connected to the first information inputs of the subtraction unit, the second information inputs of which are connected to the outputs of the unit for generating the reference code, and the outputs through the division unit by two are connected to the second information inputs of the arithmetic device, the control input of which is connected to the control output of the subtraction unit, and the outputs are the outputs of the converter.

Структурная схема преобразователя угла поворота вала в код представлена на чертеже.The block diagram of the Converter shaft angle to the code shown in the drawing.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит синусно-косинусный датчик угла 1, источник 2 опорного напряжения, блок 3 формирования пачки импульсов, пороговый элемент 4, триггер 5, первый 6 и второй 7 переключатели, первый 8 и второй 11 ключи, инвертирующий усилитель 9, инвертор 10, первый 12 и второй 13 блоки умножения, компаратор 14, блок 15 синусно-косинусного преобразования кода, регистр 16 последовательного приближения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, первый 18 и второй 19 элементы И, первый 20 и второй 21 регистры, сумматор 22, блок 23 вычитания, блок 24 формирования эталонного кода, блок 25 деления на два и арифметическое устройство 26.The converter of the angle of rotation of the shaft into a code contains a sine-cosine angle sensor 1, a reference voltage source 2, a pulse train forming unit 3, a threshold element 4, a trigger 5, the first 6 and second 7 switches, the first 8 and second 11 keys, an inverting amplifier 9, inverter 10, first 12 and second 13 blocks of multiplication, comparator 14, block 15 of the sine-cosine code conversion, sequential approximation register 16, the element EXCLUSIVE OR 17, the first 18 and second 19 elements AND, the first 20 and second 21 registers, adder 22, block 23 subtraction, block 24 forms tion reference code unit 25 dividing into two and the arithmetic unit 26.

Вход синусно-косинусного датчика угла 1 объединен со входами блока 3 формирования пачки импульсов и порогового элемента 4 и соединен с источником 2 опорного напряжения, первый выход синусно-косинусного датчика угла 1 соединен с первым входом первого переключателя 6 и со вторым входом второго переключателя , а второй выход синусно-косинусного датчика угла 1 соединен со вторым входом первого переключателя 6 с первым входом второго переключателя 7, выход первого переключателя 6 соединен с аналоговым входом первого блока 12 умножения, выход второго переключателя 7 соединен со входом первого ключа 8 и со входом инвертирующего усилителя 9, выход инвертирующего усилителя 9 соединен со входом второго ключа 11, выходы первого 8 и второго 11 ключей объединены и соединены с аналоговым входом второго блока 13 умножения, выходы первого 12 и второго 13 блоков умножения соединены со входами компаратора 14, выход компаратора 14 соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 соединен с первым входом регистра 16 последовательного приближения, выходы разрядов регистра 16 последовательного приближения соединены с информационными входами первого 20 и второго 21 регистров и со входами блока 15 синусно-косинусного преобразования кода, первый и второй выходы блока 15 синусно-косинусного преобразования кода соединены с цифровыми входами первого 12 и второго 13 блоков умножения соответственно, выход блока 3 формирования пачки импульсов соединен со вторым входом регистра 16 последовательного приближения, первый выход регистра 16 последовательного приближения соединен со вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, с управляющим входом первого ключа 8 и со входом инвертора 10, выход инвертора 10 соединен с управляющим входом второго ключа 11, второй выход регистра 16 последовательного приближения соединен с первыми входами первого 18 и второго 19 элементов И, выход порогового элемента 4 соединен со счетным входом триггера 5, прямой выход триггера 5 соединен с управляющими входами первого 6 и второго 7 переключателей и со вторым входом первого элемента И 18, инверсный выход триггера 5 соединен со вторым входом второго элемента И 19, выходы первого 18 и второго 19 элементов И соединены со входами записи первого 20 и второго 21 регистров соответственно, выходы первого регистра соединены с первыми информационными входами сумматора 22 и арифметического устройства 26, выходы второго регистра соединены со вторыми информационными входами сумматора 22, выходы сумматора 22 соединены с первыми информационными входами блока 23 вычитания, выходы блока 24 формирования эталонного кода соединены со вторыми информационными входами блока 23 вычитания, выходы блока 23 вычитания через блок 25 деления на два соединены со вторыми информационными входами арифметического устройства 26, управляющий выход блока 23 вычитания соединен с управляющим входом арифметического устройства 26, выходы арифметического устройства 26 являются выходами преобразователя.The input of the sine-cosine angle sensor 1 is combined with the inputs of the block 3 of the formation of the burst of pulses and the threshold element 4 and is connected to the source 2 of the reference voltage, the first output of the sine-cosine angle sensor 1 is connected to the first input of the first switch 6 and the second input of the second switch, and the second output of the sine-cosine angle sensor 1 is connected to the second input of the first switch 6 with the first input of the second switch 7, the output of the first switch 6 is connected to the analog input of the first multiplication unit 12, the output is second of the first switch 7 is connected to the input of the first key 8 and to the input of the inverting amplifier 9, the output of the inverting amplifier 9 is connected to the input of the second key 11, the outputs of the first 8 and second 11 keys are combined and connected to the analog input of the second multiplication unit 13, the outputs of the first 12 and second 13 multiplying units are connected to the inputs of the comparator 14, the output of the comparator 14 is connected to the first input of the EXCLUSIVE OR element 17, the output of the element EXCLUSIVE OR 17 is connected to the first input of the sequential approximation register 16, the outputs of the register bits RA 16 sequential approximation are connected to the information inputs of the first 20 and second 21 registers and to the inputs of the block 15 sine-cosine code conversion, the first and second outputs of the block 15 sine-cosine code conversion are connected to the digital inputs of the first 12 and second 13 blocks of multiplication, respectively, output unit 3 forming a burst of pulses is connected to the second input of the sequential approximation register 16, the first output of the sequential approximation register 16 is connected to the second input of the EXCLUSIVE OR 17 element , with the control input of the first key 8 and with the input of the inverter 10, the output of the inverter 10 is connected to the control input of the second key 11, the second output of the sequential approximation register 16 is connected to the first inputs of the first 18 and second 19 AND elements, the output of the threshold element 4 is connected to the counting input trigger 5, the direct output of trigger 5 is connected to the control inputs of the first 6 and second 7 switches and to the second input of the first element And 18, the inverse output of trigger 5 is connected to the second input of the second element And 19, the outputs of the first 18 and second 19 e elements And are connected to the recording inputs of the first 20 and second 21 registers, respectively, the outputs of the first register are connected to the first information inputs of the adder 22 and the arithmetic device 26, the outputs of the second register are connected to the second information inputs of the adder 22, the outputs of the adder 22 are connected to the first information inputs of block 23 subtraction, the outputs of the block 24 of the formation of the reference code are connected to the second information inputs of the block 23 of the subtraction, the outputs of the block 23 of the subtraction through the block 25 of dividing by two are connected to With the information inputs of the arithmetic device 26, the control output of the subtraction unit 23 is connected to the control input of the arithmetic device 26, the outputs of the arithmetic device 26 are the outputs of the converter.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.The Converter angle of rotation of the shaft in the code works as follows.

При повороте вала синусно-косинусного датчика угла 1 на некоторый угол α_i в его выходных обмотках вырабатываются напряжения, амплитуда которых пропорциональна синусу и косинусу угла поворота вала.When the shaft of the sine-cosine angle sensor 1 is rotated by a certain angle α _i , voltages are generated in its output windings, the amplitude of which is proportional to the sine and cosine of the shaft rotation angle.

По сигналу опорного напряжения ~U_оп источника 2 блок 3 формирования пачки импульсов вырабатывает последовательность тактовых импульсов, по которым происходит поочередное (начиная со старшего) переключение разрядов регистра 16 последовательного приближения, а также пороговый элемент 4 вырабатывает последовательность опорных импульсов, равных по длительности полупериоду опорного напряжения ~U_оп, по заднему фронту каждого из которых происходит переключение триггера 5, на прямом и инверсном выходах которого будут сформированы противоположные по фазе последовательности импульсов, равные по длительности периоду опорного напряжения ~U_оп.According to the signal of the reference voltage ~ U _op source 2, the block of pulses forming unit 3 generates a sequence of clock pulses, according to which the bits of the sequential approximation register 16 are switched alternately (starting from the oldest), and also threshold element 4 generates a sequence of reference pulses equal in duration to the reference half-time voltage ~ U _op, on the trailing edge of each of which there is a trigger switch 5, in direct and inverse outputs of which are formed counterfield rip out of phase pulse trains of equal duration period reference voltage ~ U _op.

В первый момент времени, когда триггер 5 находится в состоянии "01", первый переключатель 6 подключает к аналоговому входу первого блока 12 умножения напряжение от синусно-косинусного датчика угла 1, пропорциональное U_sinαi, а второй переключатель 7 подключает к аналоговому входу второго блока 13 умножения (либо через первый ключ 8, либо через инвертирующий усилитель 9 и второй ключ 11) напряжение от синусно-косинусного датчика угла 1, пропорциональное U_cosαi, а во второй момент времени, когда триггер 5 находится в состоянии "10", первый переключатель 6 подключает к аналоговому входу первого 12 блока умножения напряжение, пропорциональное U_cosαi, от синусно-косинусного датчика угла 1, а второй переключатель 7 подключает к аналоговому входу второго блока 13 умножения (либо через первый ключ 8, либо через инвертирующий усилитель 9 и второй ключ 11) напряжение, пропорциональное U_sinαi, от синусно-косинусного датчика угла 1.At the first time, when the trigger 5 is in the state "01", the first switch 6 connects to the analog input of the first block 12 of the multiplication voltage from the sine-cosine angle sensor 1, proportional to U _sinαi , and the second switch 7 connects to the analog input of the second block 13 multiplication (either through the first switch 8, or through the inverting amplifier 9 and the second switch 11) the voltage from the sine-cosine angle sensor 1, proportional to U _cosαi , and at the second moment of time, when the trigger 5 is in the state "10", the first switch 6 odklyuchaet to the analog input of the first 12 blocks multiplying a voltage proportional to U _cosαi, from the sine-cosine angle sensor 1 and the second switch 7 connects to an analog input of the second block 13, multiplication (either through the first key 8, either via the inverting amplifier 9 and a second radical 11 ) voltage proportional to U _sinαi from the sine-cosine angle sensor 1.

И в первом и во втором случаях в первых двух тактах преобразования определяется квадрант, в котором находится кодируемый угол, а в последующих тактах преобразования определяется непосредственно значение кодируемого угла.In both the first and second cases, in the first two conversion steps, the quadrant in which the encoded angle is located is determined, and in subsequent conversion steps, the value of the encoded angle is determined directly.

Определение квадранта кодируемого угла происходит следующим образом.The definition of the quadrant of the encoded angle is as follows.

По первому тактовому импульсу блока 3 формирования пачки импульсов старший разряд (α=180°) регистра 16 последовательного приближения устанавливается в состояние, соответствующее уровню "лог.1", а его инверсный выход, который непосредственно соединен с одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, устанавливается в состояние, соответствующее уровню "лог.0". В этом случае напряжение, пропорциональное U_sinαi, от синусно-косинусного датчика угла 1 через первый переключатель 6 и первый блок 12 умножения подключается к инвертирующему входу компаратора 14, на неинвертирующий вход которого через второй блок 13 умножения подается нулевой потенциал. Если при сравнении синусное напряжение имеет прямую фазу, компаратор 14 вырабатывает сигнал, соответствующий уровню "лог.0", и в старший разряд (α=180°) регистра 16 последовательного приближения через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 записывается нулевое значение, а если при при сравнении синусное напряжение имеет обратную фазу, компаратор 14 вырабатывает сигнал, соответствующий уровню "лог.1", и в старший разряд (α=180°) регистра 16 последовательного приближения через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 записывается единичное значение.According to the first clock pulse of the pulse train forming unit 3, the senior bit (α = 180 °) of the sequential approximation register 16 is set to the state corresponding to the level “log.1”, and its inverse output, which is directly connected to one of the inputs of the EXCLUSIVE OR 17, set to the state corresponding to the level of "log.0". In this case, the voltage proportional to U _sinαi from the sine-cosine angle sensor 1 through the first switch 6 and the first multiplication unit 12 is connected to the inverting input of the comparator 14, to the non-inverting input of which the zero potential is supplied through the second multiplying unit 13. If during comparison the sinus voltage has a direct phase, the comparator 14 generates a signal corresponding to the level of "log.0", and a zero value is written to the high-order bit (α = 180 °) of the sequential approximation register 16 through the element EXCLUSIVE OR 17, and if during comparison the sine voltage has a reverse phase, the comparator 14 generates a signal corresponding to the level of "log.1", and a single value is written to the high-order bit (α = 180 °) of the sequential approximation register 16 through the element EXCLUSIVE OR 17.

Если в старшем разряде (α=180°) регистра 16 последовательного приближения записано нулевое значение, то по сигналу с инверсного выхода старшего разряда регистра 16 последовательного приближения, соответствующего уровню "лог.1", первый ключ 8 открывается, а второй ключ 11 закрывается по сигналу управления с выхода инвертора 10, соответствующего уровню "лог.0". В этом случае напряжение, пропорциональное U_cosαi, от синусно-косинусного датчика угла 1 через второй переключатель 7, первый ключ 8 и второй блок 13 умножения подключается к неинвертирующему входу компаратора 14, на инвертирующий вход которого через первый блок 12 умножения подается нулевой потенциал. Если при сравнении во втором такте преобразования косинусное напряжение имеет прямую фазу, компаратор 14 вырабатывает сигнал, соответствующий уровню "лог.1", и в следующий разряд (α=90°) регистра 16 последовательного приближения через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 записывается нулевое значение, что однозначно соответствует первому квадранту преобразуемого угла, а если при сравнении косинусное напряжение имеет обратную фазу, компаратор 14 вырабатывает сигнал, соответствующий уровню "лог.0", и в разряд (α=90°) регистра 16 последовательного приближения через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 записывается единичное значение, что однозначно соответствует второму квадранту преобразуемого угла.If a zero value is recorded in the high-order bit (α = 180 °) of the sequential approximation register 16, then the signal from the inverse output of the high-order bit of the sequential approximation register 16, corresponding to the level “log.1”, opens the first key 8, and the second key 11 closes the control signal from the output of the inverter 10 corresponding to the level of "log.0". In this case, the voltage proportional to U _cosαi from the sine-cosine angle sensor 1 through the second switch 7, the first switch 8 and the second multiplication unit 13 is connected to the non-inverting input of the comparator 14, to the inverting input of which through the first multiplication unit 12 the zero potential is supplied. If the cosine voltage has a direct phase when comparing the second conversion clock, the comparator 14 generates a signal corresponding to the level of "log.1", and a zero value is written to the next digit (α = 90 °) of the sequential approximation register 16 through the element EXCLUSIVE OR 17, which unambiguously corresponds to the first quadrant of the angle being transformed, and if the cosine voltage is inverse phase when comparing, the comparator 14 generates a signal corresponding to the level of "log.0" and into the discharge (α = 90 °) of the register 16 of successive approximation through the element EXCLUSIVE OR 17, a unit value is written, which uniquely corresponds to the second quadrant of the angle being transformed.

Если в старшем разряде (α=180°) регистра 16 последовательного приближения записано единичное значение, то по сигналу с инверсного выхода старшего разряда регистра 16 последовательного приближения, соответствующего уровню "лог.0", первый ключ 8 закрывается, а второй ключ 11 открывается по сигналу управления с выхода инвертора 10, соответствующего уровню "лог.1". В этом случае напряжение, пропорциональное U_cosαi, от синусно-косинусного датчика угла 1 через второй переключатель 7, инвертирующий усилитель 9, второй ключ 11 и второй блок 13 умножения подключается к неинвертирующему входу компаратора 14, на инвертирующий вход которого через первый блок 12 умножения подается нулевой потенциал. Если при сравнении во втором такте преобразования косинусное напряжение имеет обратную фазу, на выходе инвертирующего усилителя 9 - прямую фазу, компаратор 14 вырабатывает сигнал, соответствующий уровню "лог.1", и в разряд (α=90°) регистра 16 последовательного приближения через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 записывается единичное значение, что однозначно соответствует третьему квадранту преобразуемого угла, а если при сравнении косинусное напряжение имеет прямую фазу, на выходе инвертирующего усилителя 9 - обратную фазу, то компаратор 14 вырабатывает сигнал, соответствующий уровню "лог.0", и в разряд (α=90°) регистра 16 последовательного приближения через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 записывается нулевое значение, что однозначно соответствует четвертому квадранту преобразуемого угла.If a single value is recorded in the high-order bit (α = 180 °) of the sequential approximation register 16, then the signal from the inverse output of the high-order bit of the sequential approximation register 16, corresponding to the level of "log.0", closes the first key 8, and the second key 11 opens by the control signal from the output of the inverter 10 corresponding to the level of "log.1". In this case, the voltage proportional to U _cosαi from the sine-cosine angle sensor 1 through the second switch 7, the inverting amplifier 9, the second switch 11 and the second multiplication unit 13 is connected to the non-inverting input of the comparator 14, to the inverting input of which is supplied through the first multiplication unit 12 zero potential. If, when comparing the cosine voltage in the second conversion step, the phase is inverse, the output of the inverting amplifier 9 is in the direct phase, the comparator 14 generates a signal corresponding to the level of "log.1" and into the discharge (α = 90 °) of the register 16 of successive approximation through EXCLUSIVE OR 17, a single value is written, which unambiguously corresponds to the third quadrant of the angle being transformed, and if, when comparing, the cosine voltage has a direct phase, the output of the inverting amplifier 9 is the inverse phase, then the comparator 14 AET signal corresponding to the level "logic 0" and the discharge (α = 90 °) successive approximation register 16 via the exclusive OR 17 writes a zero value that uniquely corresponds to the fourth quadrant of the converted angle.

Таким образом, значения двух старших разрядов (α=180°) и (α=90°) составляют код квадранта преобразуемого угла.Thus, the values of the two most significant bits (α = 180 °) and (α = 90 °) make up the quadrant code of the angle being transformed.

Последующее преобразование, начиная с третьего такта, выполняется путем поразрядного уравновешивания при последовательном переключении следующих разрядов регистра 16 последовательного приближения, начиная со старшего разряда.Subsequent conversion, starting from the third step, is performed by bitwise balancing when sequentially switching the next bits of the sequential approximation register 16, starting with the highest bit.

В основу работы преобразователя положено использование приближенной зависимостиThe operation of the converter is based on the use of an approximate dependence

где U_sinαi и U_cosαi - напряжения с выходов синусно-косинусного датчика угла 1;where U _sinαi and U _cosαi are the voltages from the outputs of the sine-cosine angle sensor 1;

α_i - преобразуемый угол;α _i - convertible angle;

N₁ и N₂ - выходные коды блока 15 синусно-косинусного преобразования кода, причем N₁=cos N, a N₂=sin N,N ₁ and N ₂ are the output codes of block 15 of the sine-cosine code conversion, with N ₁ = cos N, a N ₂ = sin N,

где N - выходной код регистра 16 последовательного приближения.where N is the output code of the sequential approximation register 16.

Эта зависимость реализуется на участке, соответствующем квадранту преобразуемого угла. Коды N₁=cos N и N₂=sin N формируются блоком 15 синусно-косинусного преобразования кода, выполненного на основе постоянного запоминающего устройства.This dependence is realized in the area corresponding to the quadrant of the angle being transformed. Codes N ₁ = cos N and N ₂ = sin N are generated by the block 15 of the sine-cosine code conversion, based on read-only memory.

Первый 12 и второй 13 блоки умножения осуществляют операцию умножения синусного U_sinαi и косинусного U_cosαi напряжений, приложенных к их аналоговым входам, на коды N₁=cos N и N₂=sin N соответственно, поступающие на их цифровые входы с выхода блока 15 синусно-косинусного преобразования кода.The first 12 and second 13 multiplication blocks perform the operation of multiplying the _sine U _sinαi and cosine U _cosαi voltages applied to their analog inputs by codes N ₁ = cos N and N ₂ = sin N, respectively, supplied to their digital inputs from the output of block 15 sine cosine code conversion.

В результате поразрядного сравнения на компараторе 14 напряжений, полученных на выходах первого 12 и второго 13 блоков умножения, в регистре 16 последовательного приближения формируется код, пропорциональный углу поворота вала синусно-косинусного датчика угла 1.As a result of bitwise comparison on the comparator 14 voltages received at the outputs of the first 12 and second 13 multiplication blocks, a code proportional to the angle of rotation of the shaft of the sine-cosine angle sensor 1 is generated in the sequential approximation register 16.

В первый момент времени, когда триггер 5 находится в состоянии "01", по окончании цикла преобразования регистр 16 последовательного приближения вырабатывает сигнал "конец кодирования", по которому через первый элемент И 18, полученный в результате преобразования в регистре 16 последовательного приближения код, переписывается в первый регистр 20, причем его значение будет определяться выражениемAt the first moment of time, when the trigger 5 is in the state “01”, at the end of the conversion cycle, the sequential approximation register 16 generates a “coding end” signal, according to which the code is copied through the first AND 18 element obtained as a result of the conversion in the serial approximation register 16 in the first register 20, and its value will be determined by the expression

где α - истинное значение угла с выхода синусно-косинусного датчика угла 1;where α is the true value of the angle from the output of the sine-cosine angle sensor 1;

ΔN - погрешность, полученная в результате преобразования заданного значения угла.ΔN is the error obtained by converting the set value of the angle.

Во второй момент времени, когда триггер 5 находится в состоянии "10", по окончании цикла преобразования регистр 16 последовательного приближения вырабатывает сигнал "конец кодирования", по которому через второй элемент И 19, полученный в результате преобразования в регистре 16 последовательного приближения, код, через второй И 19 переписывается во второй регистр 21, причем его значение будет определяться выражениемAt the second point in time, when the trigger 5 is in the state “10”, at the end of the conversion cycle, the sequential approximation register 16 generates a “coding end” signal, according to which, through the second AND element 19, obtained as a result of the conversion in the sequential approximation register 16, through the second AND 19 is written in the second register 21, and its value will be determined by the expression

Значения кодов N’ и N’’, полученные в первом и втором циклах преобразования, поступают на первый и второй входы сумматора 22, на выходе которого в результате суммирования кодов получаемThe values of the codes N ’and N’ ’obtained in the first and second conversion cycles go to the first and second inputs of the adder 22, the output of which, as a result of summing the codes,

Полученное на сумматоре 22 значение кода (90°±2 ΔN) поступает на один из входов блока 23 вычитания, на другой вход которого поступает значение эталонного кода (α_эт.=90°) с выхода блока 24 формирования эталонного кода. В результате вычитания на выходе блока 24 вычитания получаем выражениеObtained on the adder 22, the code value (90 ° ± 2 ΔN) is supplied to one of the inputs of the subtraction unit 23, the other input of which receives the value of the reference code (α _et. = 90 °) from the output of the block 24 for generating the reference code. As a result of subtraction at the output of the subtraction block 24, we obtain the expression

Блок 25 деления на два делит значение кода, полученного на выходе блока 23 вычитания на два, в результате чего получаемBlock 25 dividing by two divides the value of the code obtained at the output of block 23 of subtraction by two, resulting in

Полученное в результате деления на два значение кода или, другими словами, вычисленная в результате преобразования погрешность (±ΔN) с выхода блока 25 деления на два поступает на одни из входов арифметического устройства 26, на другие входы которого поступает значение кода N’ с выхода первого регистра, полученное после первого цикла преобразования. В зависимости от сигнала управления с выхода блока 22 вычитания арифметическое устройство 26 осуществляет операцию сложения/вычитания полученной погрешности ΔN со значением кода N’, полученного после первого цикла преобразования. В результате получаемThe code value obtained by dividing by two, or, in other words, the error calculated by the conversion (± ΔN) from the output of the dividing unit 25, is fed to one of the inputs of the arithmetic device 26, the other inputs of which receive the code value N 'from the output of the first register obtained after the first conversion cycle. Depending on the control signal from the output of the subtraction unit 22, the arithmetic device 26 performs the addition / subtraction operation of the obtained error ΔN with the code value N ’obtained after the first conversion cycle. As a result, we get

что соответствует истинному (без погрешности) значению кода преобразуемого угла.which corresponds to the true (without error) value of the code of the converted angle.

Пример №1:Example No. 1:

α_зад.=20° 20°’α _ass = 20 ° 20 ° '

ΔN=0° 18’ΔN = 0 ° 18 ’

N’=20° 20’+0° 18’=20° 38’N ’= 20 ° 20’ + 0 ° 18 ’= 20 ° 38’

NΣ=20° 38’+69° 58’=90° 58’NΣ = 20 ° 38 ’+ 69 ° 58’ = 90 ° 58 ’

NΣ=20° 38’+69° 58’=90° 36’NΣ = 20 ° 38 ’+ 69 ° 58’ = 90 ° 36 ’

N_{разности}=90° 36’-90°=0° 36’(упр. “лог.0” - режим вычитания)N _difference = 90 ° 36'-90 ° = 0 ° 36 '(ex. “Log.0” - subtraction mode)

N_{деления}=0° 36’/2=0° 18’N _divisions = 0 ° 36 '/ 2 = 0 ° 18'

N_1*=20° 38’-0° 18’=20° 20’N _{1 *} = 20 ° 38'-0 ° 18 '= 20 ° 20'

Пример №2:Example No. 2:

α_зад.=20° 20°’α _ass = 20 ° 20 ° '

ΔN=-0° 18’ΔN = -0 ° 18 ’

N’=20° 20’-0° 18’=20° 02’N ’= 20 ° 20’-0 ° 18’ = 20 ° 02 ’

N^”=90°-20° 20’-0° 18’=69° 22’N ^” = 90 ° -20 ° 20'-0 ° 18 '= 69 ° 22'

NΣ=20° 02’+69° 22’=89° 24’NΣ = 20 ° 02 ’+ 69 ° 22’ = 89 ° 24 ’

N_{разности}=89° 24’-90°=-0° 36’(упр. “лог.1” - режим сложения)N _difference = 89 ° 24'-90 ° = -0 ° 36 '(ex. “Log.1” - addition mode)

N_{деления}=0° 36’/2=0° 18’N _divisions = 0 ° 36 '/ 2 = 0 ° 18'

N_2*=20° 02’+0° 18’=20° 20’N _{2 *} = 20 ° 02 '+ 0 ° 18' = 20 ° 20 '

Таким образом, введение в процесс преобразования двух циклов преобразования одного и того же углового параметра вращения вала синусно-косинусного датчика угла при перекоммутации на его выходах синусно-косинусных напряжений и поочередным проведением двух циклов преобразования с последующим вычислением погрешности преобразования и арифметического извлечения ее из первоначально значения кода, полученного после первого цикла преобразования, позволяет в значительной степени повысить точностные характеристики преобразователя в целом.Thus, the introduction into the conversion process of two conversion cycles of the same angular parameter of rotation of the shaft of the sine-cosine angle sensor when reconnecting sine-cosine voltages at its outputs and sequentially carrying out two conversion cycles, followed by calculation of the conversion error and arithmetic extraction of it from the original value code obtained after the first conversion cycle, can significantly improve the accuracy characteristics of the Converter as a whole.

Claims

The converter of the angle of rotation of the shaft into a code containing a sine-cosine angle sensor, the input of which is connected to a reference voltage source, the first and second multiplication units, the outputs of which are connected to the inputs of the comparator, the output of which is connected to one of the inputs of the “EXCLUSIVE OR” element, the output of which connected to one of the inputs of the sequential approximation register, the input of the pulse train forming unit is connected to a reference voltage source, and the output is connected to another input of the sequential approximation register, the din output of which is connected to another input of the “EXCLUSIVE OR” element and to the control input of the first key directly and through the inverter to the control input of the second key, the input of which is connected to the output of the inverting amplifier, the outputs of the first and second keys are combined and connected to the analog input of the second block multiplications, the outputs of the bits of the sequential approximation register are connected to the inputs of the sine-cosine code conversion block, the first and second outputs of which are connected to the digital inputs of the first and volts horn of multiplication blocks, respectively, characterized in that a threshold element, a trigger, first and second switches, first and second AND elements, first and second registers, an adder, a reference code generating unit, a subtraction unit, a division unit by two and an arithmetic device are introduced into it moreover, the input of the threshold element is connected to the reference voltage source, and the output is connected to the counting input of the trigger, the direct output of which is connected to the control inputs of the first and second switches and to one of the inputs of the first AND element and the inverse output is to one of the inputs of the second element AND, the first input of the first switch is connected to the second input of the second switch and connected to the first output of the sine-cosine angle sensor, the second input of the first switch is connected to the first input of the second switch and connected to the second output sine -cosine angle sensor, the output of the first switch is connected to the analog input of the first multiplication unit, and the output of the second switch is connected to the input of the first key and to the input of the inverting amplifier, another the output of the sequential approximation register is connected to other inputs of the first and second elements AND, the output of the first of which is connected to the recording input of the first register, and the output of the second to the recording input of the second register, the information inputs of the first and second registers are combined and connected to the outputs of the bits of the sequential approximation register the outputs of the first register are connected to the first information inputs of the arithmetic device and the adder, the second information inputs of which are connected to the outputs of the second register, the outputs are connected to the first information inputs of the subtraction unit, the second information inputs of which are connected to the outputs of the reference code generation unit, and the outputs are connected through the division block by two to the second information inputs of the arithmetic device, the control input of which is connected to the control output of the subtraction unit, and the outputs are outputs transducer.