SK287617B6

SK287617B6 - Predictive digital position sensor

Info

Publication number: SK287617B6
Application number: SK90-2007A
Authority: SK
Inventors: Bohuslav Lakota; Zdislav Exnar
Original assignee: Akadémia Ozbrojených Síl Gen. M. R. Štefánika
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2011-04-05
Also published as: SK902007A3

Abstract

Solving numerical prediction position sensing encoder enables the design of rotating parts of the system and measuring the instantaneous position of a moving part, which is based on the management of the oscillator according to the value of differential rotation speed derived from the passage through the rotating part of its fixed position. This purpose is achieved by the instantaneous position of the numerical value is derived from the pulse voltage controlled oscillator (5) and because calibration counter range is the final value of the counter pulse (2) after the arrival of the pulse sensor fixed position (1) compared with a value of digital comparator (3). The resulting figure is the comparison of both figures led to terminal (12) production control voltage circuit (4). Depending on the value at terminal (12) production control voltage circuit (4) generates the control voltage, which is introduced into the terminal (14) voltage-controlled oscillator (5). This voltage is adjusted frequency voltage-controlled oscillator (5) so that its value varies depending on the value of the output of the comparator (3) to achieve a zero difference in this terminal. Signal from the voltage-gated oscillator (5) is guided to the input (16) of the divider 1: n, which will reduce the frequency signal in the rate of 1: n, which is used to progressively download counter value (2) and result reading (19) is the numerical value of the instantaneous position of the rotating system.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka oblasti rádioelektroniky a rádiolokačnej techniky zaoberajúcej sa snímaním polohy rotujúcich objektov.The invention relates to the field of radioelectronics and radiolocation technology dealing with the positioning of rotating objects.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Na snímanie polohy natočenia sa používajú analógové a číslicové snímače, od ktorých výstupov závisí kvalita a presnosť činnosti celého systému. Používané snímače svojou konštrukciou nevyhovujú čo do presnosti a spoľahlivosti diskrétnemu číslicovému spracovaniu signálov pri rotujúcich častiach systému s nelinearitami a vysokou úrovňou šumu. Chyby, ktoré zavádzajú tieto snímače pri spracovaní a ich nedostatočná presnosť, znehodnocujú spracovanie signálov v systémoch riadenia. Preto je potrebné tieto snímače polohy rotujúcich časti systému nahradiť inteligentnými predikčnými snímačmi polohy.Analog and digital encoders are used for sensing the position of rotation, the outputs of which depend on the quality and precision of the whole system. Due to their design, the sensors used do not satisfy the precision and reliability of discrete digital signal processing in rotating parts of the system with non-linearities and high noise levels. The errors that these sensors introduce during processing and their lack of precision undermine signal processing in control systems. Therefore, these position sensors of rotating parts of the system need to be replaced by intelligent prediction position sensors.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Navrhované riešenie predikčného číslicového snímača polohy umožňuje univerzálnu konštrukciu snímača polohy rotujúcich častí systému a vytvorenie číselného kódu, ktorý zodpovedá aktuálnej polohe systému s presnosťou odvodenou od typu použitého čítača a frekvencie riadeného signálu. Tým sa dosahuje požadované rozdelenie kruhu na dielce, ktoré určujú presnosť prevodu, ale aj stabilizáciu prevodu pri zmene rýchlosti otáčania. Zapojenie predikčného číslicového snímača polohy tvorí snímač fixnej polohy, čítač impulzov, číslicový komparátor, obvod výroby riadiaceho napätia, napäťovo riadený oscilátor a delič 1 : n. Čítanie polohy je odvodené od signálu snímača fixnej polohy, ktorý vydá pri prechode rotujúcej časti cez tento snímač signál kalibrácie, ktorý vynuluje čítač impulzov. Tým na výstupe čítača bude hodnota nuly a zároveň sa posledná hodnota čítača odošle na číslicový komparátor. Na číslicovom komparátore dôjde k porovnaniu tejto hodnoty s hodnotou požadovanou. Na výstupe číslicového komparátora vznikne ich rozdiel, na základe ktorého sa v obvode výroby riadiaceho napätia vytvorí riadiace napätie. Napäťovo riadený oscilátor podľa tohto napätia upraví (zvýši, ponechá, zníži) generovanú frekvenciu signálu, ktorého kmitočet je upravený deličom 1 : n. Takto upravený signál sa vedie na vstup čítača, ktorý postupne načíta impulzy a na jeho výstupe bude kódové slovo, ktoré zodpovedá uhlu natočenia systému v danom okamihu. Pri zvýšení alebo znížení rýchlosti otáčania systému vznikne na číslicovom komparátore signál, ktorý zmení veľkosť riadiaceho napätia na výstupe obvodu výroby riadiaceho napätia a v dôsledku toho dôjde k zmene kmitočtu napäťovo riadeného oscilátora tak, aby vstupná frekvencia signálu zodpovedala zvolenému rozsahu čítača. Takto vytvorená spätnoväzobná slučka dokáže riadiť snímanie polohy v širokom rozsahu zmien rýchlosti otáčania systému.The proposed solution of the predictive digital position sensor enables universal construction of the position sensor of rotating parts of the system and creation of a numerical code that corresponds to the current position of the system with accuracy derived from the type of counter used and the frequency of the controlled signal. This achieves the desired distribution of the ring into the parts, which determine the accuracy of the transmission, but also stabilize the transmission as the speed of rotation changes. The wiring of the predictive digital position sensor consists of a fixed position sensor, a pulse counter, a digital comparator, a control voltage production circuit, a voltage-controlled oscillator, and a 1: n divider. The position reading is derived from the fixed position sensor signal which, when the rotating part passes through the sensor, generates a calibration signal that resets the pulse counter. This will output the counter value to zero and at the same time send the last counter value to the digital comparator. On the digital comparator, this value is compared with the desired value. At the output of the digital comparator, a difference is generated which generates a control voltage in the control voltage production circuit. The voltage-controlled oscillator adjusts (increases, keeps, decreases) the generated frequency of the signal according to this voltage, the frequency of which is adjusted by a 1: n divider. The signal thus adjusted is applied to a counter input which in turn reads the pulses and outputs a code word that corresponds to the angle of rotation of the system at a given moment. Increasing or decreasing the rotation speed of the system produces a signal on the digital comparator that changes the magnitude of the control voltage at the output of the control voltage production circuit and consequently changes the frequency of the voltage controlled oscillator so that the input signal frequency corresponds to the selected counter range. The feedback loop thus formed can control position sensing over a wide range of system speed changes.

Vstupná svorka čítača impulzov je pripojená na výstupnú svorku snímača fixnej polohy a výstupná svorka čítača impulzov je pripojená na vstupnú svorku číslicového komparátora. Výstupná svorka číslicového komparátora je pripojená na vstupnú svorku obvodu výroby riadiaceho napätia. Na výstupnú svorku obvodu výroby riadiaceho napätia je pripojená vstupná svorka napäťovo riadeného oscilátora. Výstupná svorka napäťovo riadeného oscilátora je pripojená na vstupnú svorku deliča 1 : n. Výstupná svorka deliča 1 . n je pripojená na druhú vstupnú svorku čítača impulzov. Z druhej výstupnej svorky čítača impulzov vystupuje kódové slovo, ktoré reprezentuje aktuálnu polohu antény.The pulse counter input terminal is connected to the fixed position sensor output terminal and the pulse counter output terminal is connected to the digital comparator input terminal. The digital comparator output terminal is connected to the input terminal of the control voltage production circuit. A voltage-controlled oscillator input terminal is connected to the output terminal of the control voltage production circuit. The output terminal of the voltage-controlled oscillator is connected to the input terminal of the 1: n divider. Divider output terminal 1. n is connected to the second pulse counter input terminal. From the second output terminal of the pulse counter, a code word is output which represents the current position of the antenna.

Prednosťou zapojenia je generovanie kódového slova, ktoré predstavuje aktuálnu polohu antény s požadovanou presnosťou a odstránením chýb čítania polohy dosiaľ používanými snímačmi v súvislosti s nelinearitami systému a šumami. Navrhované riešenie dosahuje vynikajúce výsledky napr. pri systéme snímania polohy antény riadiacich (prehľadových) rádiolokátorov.The advantage of the connection is the generation of the code word, which represents the current position of the antenna with the required accuracy and eliminates the positioning errors of the sensors used so far in connection with system non-linearities and noise. The proposed solution achieves excellent results eg. in an antenna position sensing system for control (surveillance) radars.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Na priloženom výkrese je znázornené blokové zapojenie predikčného číslicového snímača polohy a priebeh signálov vo vybraných bodoch.The attached drawing shows the block connection of the predictive digital position sensor and the waveform at selected points.

Príklad uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Zapojenie predikčného číslicového snímača polohy tvorí snímač fixnej polohy 1, čítač impulzov 2, číslicový komparátor 3, obvod výroby riadiaceho napätia 4, napäťovo riadený oscilátor 5 a delič 1 : n 6. Okamžitá číselná hodnota polohy systému je odvodená od impulzov napäťovo riadeného oscilátora 5 a z dôvodu kalibrácie rozsahu čítača je konečná hodnota čítača impulzov 2 po príchode impulzu zo snímača fixnej polohy 1 porovnaná s nastavenou hodnotou číslicového komparátora 3. Výsledok porovnania je menší, rovnajúci sa alebo väčší než nula podľa toho, či bola konečná hodnota čítača impulzov 2 menšia, rovnajúca sa alebo väčšia ako nastavená hodnota. Výsledná hodnota porovnania oboch čísel je vedená na svorku 11, ktorá je pripojená na svorku 12 obvodu výroby riadiaceho napätia 4. V závislosti od hodnoty na svorke 12 obvod výroby riadiaceho napätia 4 vygeneruje riadiace napätie, ktoré je privedené na výstupnú svorku 13. Svorka 13 je pripojená na svorku 14 napäťovo riadeného oscilátora 5. Týmto napätím je upravený kmitočet napäťovo riadeného oscilátora 5 tak, že sa jeho hodnota mení v závislosti od hodnoty na svorke 11 číslicového komparátora 3 s cieľom dosiahnuť nulového rozdielu na tejto svorke. Signál z napäťovo riadeného oscilátoru 5 je vedený na výstupnú svorku 15, ktorá je spojená so vstupnou svorkou 16 deliča 1 : n 6. Na deliči 1 : n 6 dôjde k zníženiu frekvencie signálu v pomere 1 : n, ktorý je vedený na výstupnú svorku 17 deliča 1 : n 6 a tá je spojená so vstupnou svorkou 18 čítača impulzov. Tieto signály sa používajú k postupnému načítaniu hodnoty čítacom 2 a výsledok čítania tvorí číselnú hodnotu okamžitej polohy rotujúcej sústavy a tá je vyvedená na výstupnú svorku 19 (obr. 1).The wiring of the predictive digital position sensor consists of the fixed position sensor 1, the pulse counter 2, the digital comparator 3, the control voltage production circuit 4, the voltage controlled oscillator 5 and the divider 1: n 6. The instantaneous numerical value of the system position is derived from the pulses of the voltage controlled oscillator 5 az Due to the calibration of the counter range, the final value of the pulse counter 2 upon arrival of the pulse from the fixed position sensor 1 is compared to the set value of the digital comparator 3. The result of the comparison is less than or equal to zero. or greater than the set value. The resulting value comparison of the two numbers is applied to terminal 11, which is connected to terminal 12 of the control voltage production circuit 4. Depending on the value at terminal 12, the control voltage production circuit 4 generates a control voltage that is applied to the output terminal 13. This voltage adjusts the frequency of the voltage-controlled oscillator 5 so that its value varies depending on the value at terminal 11 of the digital comparator 3 in order to achieve a zero difference at that terminal. The signal from the voltage-controlled oscillator 5 is applied to the output terminal 15, which is connected to the input terminal 16 of the 1: n 6 divider. On the 1: n 6 divider, the frequency of the 1: n signal is reduced. divider 1: n6 and this is connected to the input terminal 18 of the pulse counter. These signals are used to sequentially read the value by reader 2, and the read result is a numerical value of the instantaneous position of the rotating system and that is output to the output terminal 19 (Fig. 1).

Výstupná svorka 7 snímača fixnej polohy i je pripojená na vstupnú svorku 8 čítača impulzov 2. Výstupná svorka 9 čítača impulzov 2 je pripojená na vstupnú svorku 10 číslicového komparátora 3 a jeho výstupná svorka Uje pripojená na vstupnú svorku 12 obvodu výroby riadiaceho napätia 4. Výstupná svorka 13 obvodu výroby riadiaceho napätia 4 je pripojená na vstupnú svorku 14 napäťovo riadeného oscilátora 5, ktorého výstupná svorka 15 je pripojená na vstupnú svorku 16 deliča 1 : n 6. Výstupná svorka 17 deliča 1 : n 6 je pripojená na vstupnú svorku 18 čítača impulzov 2. Výsledné číslo prevodu polohy systému je pripojené na výstupnú svorku 19 čítača impulzov 2.The output terminal 7 of the fixed position sensor 1 is connected to the input terminal 8 of the pulse counter 2. The output terminal 9 of the pulse counter 2 is connected to the input terminal 10 of the digital comparator 3 and its output terminal U is connected to the input terminal 12 of the control voltage production circuit 4. 13 of the control voltage production circuit 4 is connected to the input terminal 14 of the voltage controlled oscillator 5, whose output terminal 15 is connected to the input terminal 16 of the divider 1: n 6. The output terminal 17 of the divider 1: n 6 is connected to the input terminal 18 of the pulse counter 2 The resulting system position conversion number is connected to the output terminal 19 of the pulse counter 2.

Prednosťou zapojenia je prevod okamžitej polohy rotujúceho systému s požadovanou presnosťou danou počtom rádov použitého čítača impulzov 2 a deliča 1 : n 6. Výsledná hodnota nie je zaťažená šumom, vlastnou konštrukciou snímača a chybami vznikajúcimi nelinearitami systému a prostredia. Realizácia snímača je nenáročná na zásah do konštrukcie stávajúceho systému.The advantage of the connection is the conversion of the instantaneous position of the rotating system with the required accuracy given by the number of orders of the used pulse counter 2 and divider 1: n 6. The resulting value is not burdened by noise, intrinsic sensor design and errors resulting from system and environment nonlinearities. Implementation of the sensor is easy to interfere with the construction of the existing system.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Predikčný snímač polohy je využiteľný pri všetkých systémoch, kde je potrebné snímať okamžitú polohu rotujúcej časti s vysokou presnosťou a požiadavkou odstránenia nelinearít v priebehu snímania. Snímač sa osvedčil pri snímaní polohy antény prehľadového rádiolokátora, pri ktorom sa anténa otáča konštantnou rýchlosťou. V tomto prípade sa v okamihu objavenia odrazeného signálu od cieľa hodnota čítača impulzov 2 na svorke 19 priradila zistenému cieľu. Táto hodnota predstavuje azimut daného cieľa.The predictive position sensor is useful in all systems where it is necessary to sense the instantaneous position of the rotating part with high accuracy and the requirement to remove non-linearities during the scanning. The sensor has proven itself in sensing the position of the surveillance radar antenna, at which the antenna rotates at a constant speed. In this case, when the reflected signal from the target appears, the value of the pulse counter 2 at the terminal 19 is assigned to the detected target. This value represents the azimuth of the target.

Claims

PATENT CLAIMS

Wiring a predictive digital position sensor for determining the instantaneous position of a rotating system consisting of a position sensor, a pulse counter, a digital comparator, a control voltage production circuit, a voltage-controlled oscillator and a 1: n divider, characterized in that the pulse counter (2) is connected the input terminal (8) is connected to the output terminal (7) of the fixed position sensor (1) and through the output terminal (9) to the input terminal (10) of the digital comparator (3) and its output terminal (11). 12) the control voltage production circuit (4) and its output terminal (13) is connected to the input terminal (14) of the voltage oscillator (5) and its output terminal (15) is connected to the input terminal (16) of the divider 1: n (6) ) and its output terminal (17) is connected to the input terminal (18) of the pulse counter, while its output terminal (19) is supplied with a reading result as a code number before it sets the immediate position of the rotating part of the system.