SU1076934A1

SU1076934A1 - Shaft rotation angle encoder

Info

Publication number: SU1076934A1
Application number: SU823526426A
Authority: SU
Inventors: Сергей Анатольевич Калинин; Виталий Иванович Левашов; Дмитрий Ильич Вышецкий; Михаил Борисович Баранов
Original assignee: Предприятие П/Я А-3890; Ленинградское Специальное Конструкторское Бюро Тяжелых И Уникальных Станков
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1984-02-29

Abstract

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОГОТА ВАЛА В КОД, содержаиций первый фазовый дискриминатор), первый вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика, .а выходы с соответствующими второго реверсивного счетчика, информационные выходы которого соединены с управл ющими входами счетчика с переменным коэффициентом делени , а зна ковьй выход - с первым входом перво го коммутатора, первые выходы которого соединены с входами первого реверсивного счетчика, а вторые выходы - с входами накопител , второй вход первого коммутатора соединен с первьм выходом генератора импульсов а третий вход - с выходом счетчика с переменным коэффициентом делени , вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, делитель частоты, выход которого подключен к входу источника питани фазовращател , выход которого соединен со входом фазовращател , выход которого подключен через первый формирователь фазовых импульсов ко второму входу первого фазового дискриминатора , отличающийс тем, что, с целью повышени точности , в него введены второй формирователь фазовых импульсов, второй фазовый дискриминатор, второй коммутатор и счетчик, вход второго формировател фазовых импульсов подключен к выходу источника питани фазовращател , а выход - к первому входу второго фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с выходом счетчика, выходы второго фазового дискриминатора соединены с первь ш входами второго коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам делител частоты, второй вход второго коммутатора и вход счетчика объединены и подключены к первому нлходу генератора импульсов.CONVERTER ANGLE OF SHAKING THE SHAFT IN THE CODE, containing the first phase discriminator), the first input of which is connected to the output of the first reversible counter, .a outputs from the corresponding second reversible counter, the information outputs of which are connected to the control inputs of the counter with a variable division factor, and the output - with the first input of the first switch, the first outputs of which are connected to the inputs of the first reversible counter, and the second outputs - with the accumulator inputs, the second input of the first switch is connected The third input is connected to the output of a counter with a variable division factor, the input of which is connected to the second output of the pulse generator, a frequency divider whose output is connected to the input of the power supply of the phase shifter, the output of which is connected to the output of the phase shifter, the output of which is connected through The first phase pulse generator to the second input of the first phase discriminator, characterized in that, in order to improve the accuracy, the second phase pulse generator is introduced into it the second phase discriminator, the second switch and the counter, the input of the second phase pulse generator is connected to the output of the power source of the phase shifter, and the output is connected to the first input of the second phase discriminator, the second input of which is connected to the output of the counter, the outputs of the second phase discriminator are connected to the first inputs of the second the switch, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the frequency divider, the second input of the second switch and the counter input are combined and connected to the first input of the pulse generator s.

Description

Изобретение относитс k автоматике , телемеханике и вьачислительной технике и может быть использовано в системах числового программного yfi- равлени , в приводах станков и промьшшенных роботов.The invention relates to k automation, telemechanics and computational techniques and can be used in numerical yfi software systems, in machine tool drives and industrial robots.

Известен преобразователь уголкод содержавдий фазовращатель, источник питани фазовращател , соединенный с выходом делител частоты, подключенного к выходу генератора импульсов, формирователь фазового . сдвига, псдключенный входом к выходу фазовращател , а выходом к перBfcjM входам схем совпадени , другие входы которых подключены к делителю частоты, выходы схем совпадени соединены с входами схемы вы влени величины и знака приращени угла и установочжми входами реверсивного счетчика, импульсный вход которого соединен через счетчик с переменным коэффициентом пересчета с выходом генератора импульсов, а знаковый вход реверсивного счетчика - со схемой вы влени величины и знака приращени угла, другой выход этой схеNbi через блок коэффициентов соединен с управл ющими входами счетчикд с переменным коэффициентом пересчета IJ The known converter is an angular code containing a phase shifter, a power source of the phase shifter connected to the output of a frequency divider connected to the output of the pulse generator, and a phase driver. shift, connected to the output of the phase shifter, and output to the BFcjM input of the matching circuit inputs, the other inputs of which are connected to the frequency divider, the outputs of the matching circuit connected to the inputs of the circuit for detecting the magnitude and sign of the angle increment and setting the reverse counter, the pulse input of which is connected through the counter with a variable conversion factor with the output of the pulse generator, and the sign input of the reversible counter - with a circuit for detecting the magnitude and sign of the angle increment, another output of this circuit through the coefficient block Ient connected to the control inputs of the counter with a variable conversion factor IJ

Недостатками данного преобразовател угол-код вл ютс сложность его построени и недостаточна точность обусловленна уходом фазы сигнала питани фазовращател во времени и с изменением рабочей температуры.The disadvantages of this angle-code converter are the complexity of its construction and the lack of accuracy due to the departure of the phase of the power supply signal of the phase shifter in time and with a change in the operating temperature.

Наиболее близким к предлагаемому устройству вл етс преобразователь угла поворота вала в код, содержащий фазовращатель, генератор импульсов, делитель частоты, источник питани фазовращател , формирователь фазовьтх импульсов, фазовый дискриминатор, первый рев сивньай счетчик, второй реверсивный счетчик, счетчик с переменным коэффициентом делени , логический блок, накопитель. Первый выход генератора соединен с первым входом логического блока, выход делитеп частоты соединен с входом фазовращател , вькод которого соединен с входом формировател фазового импульса , выход последнего подключен к первому входу фазового дискриминатора , второй вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика . Выходы фазового дискриминатора соединены с соответствуидими входами второго реверсивного счетчика, информационные выходы которого подключены к управл ющим входам счетчика с переменньа коэффициентом делени . Второй выход генератора импульсов соединен с первым входом счетчика с переменным коэффициентом делени . Знаковый выход второго ревер сивного сче тчика соединен со. вторымThe closest to the proposed device is a shaft angle converter into a code containing a phase shifter, a pulse generator, a frequency divider, a phase shifter power source, a phase pulse former, a phase discriminator, a first roar single counter, a second reversing counter, a counter with a variable division factor, a logical block drive. The first output of the generator is connected to the first input of the logic unit, the output of the frequency divider is connected to the input of the phase shifter, which code is connected to the input of the phase pulse former, the output of the last is connected to the first input of the phase discriminator, the second input is connected to the output of the first reversible counter. The outputs of the phase discriminator are connected to the corresponding inputs of the second reversible counter, the information outputs of which are connected to the control inputs of the counter with variable division factor. The second output of the pulse generator is connected to the first input of the counter with a variable division factor. The sign output of the second reversive counter is connected with. the second

входом логического блока, первые вы ходы которого соединены с соответствуюдими входами первого реверсивного счетчика, а вторые выходы - с соответствующими входами накопител , третий вход логического блока подключен к выходу счетчика с переменным коэффициентом делени 2j .the input of the logic unit, the first outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first reversible counter, and the second outputs - with the corresponding inputs of the accumulator, the third input of the logic unit is connected to the output of the counter with a variable division factor 2j.

Однако известное устройство характеризуетс Недостаточной точностью из-за нестабильности фазы сигнала |ПИтани фазовращател во времени и с изменением рабочей температуры.However, the known device is characterized by insufficient accuracy due to the instability of the phase of the signal | Pitany phase shifter in time and with a change in operating temperature.

Цель изобретени - повышение преобразовател .The purpose of the invention is to increase the converter.

Поставленна цель достигаетс тем, что в преобразователь угла повррота вала в код, содержащий первый фазовый дискриминатор, гервый вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика, а выходы - с соответствующими входами второго реверсивного счетчика, информационные выходы которого соединены с управл ющими входами счетчика с переменным коэффициентом делени , а знаковый ылход - с первым входом первого коммутатора , первые выходы которого соединены с входами первого реверсивного счетчика, а вторые выходы - с входами накопител , второй вход первого KONffviyTaTopa соединен с первым выходо генератора импульсов, а третий вход с выходом счетчика с переменным коэффициентом делени , первый вход которого соединен с вторьгм выходом генератора импульсов, делитель частоты, выход которого подключен к входу источника питани фазовращател , выход которого соединен с входом фазоврашдтел , выкод которого подключен через первый формирователь фазовых имг льсов ко второму входу первого фазового дискриминатора, введены второй формирователь фазовых импульсов, второй фазовый дискриминатор, второй коммутатор и счетчик, вход второго формировател фазовых импульсов подключен к выходу источника питани фазоврсвдател , а выход - к первому вкоду второго фазового дискриминатора , второй вход которого соединен с алходом счетчика, выходы второго фазового дискриминатора соединены с первыми входами второго коммутатора, вцходы которого подключены к соответствующим входам делител частоты, второй второго коммутатора и и вход счетчика объединены и подключены к- первому выходу генератора импульсов.The goal is achieved by converting the shaft rotation angle into a code containing the first phase discriminator, the first input of which is connected to the output of the first reversible counter, and the outputs to the corresponding inputs of the second reversing counter, the information outputs of which are connected to the counter inputs of variable counter the division factor, and the sign output - with the first input of the first switch, the first outputs of which are connected to the inputs of the first reversible counter, and the second outputs - with the accumulator inputs the second input of the first KONffviyTaTopa is connected to the first output of the pulse generator, and the third input with a variable division counter output, the first input of which is connected to the second output of the pulse generator, a frequency divider whose output is connected to the input of the power supply of the phase shifter, the output of which is connected to the input of the phase array, the code of which is connected through the first phase generator to the second input of the first phase discriminator, introduced the second phase pulse generator, the second phase the discriminator, the second switch and the counter, the input of the second phase-pulse generator is connected to the output of the power supply of the phase switch, and the output is connected to the first input of the second phase discriminator, the second input of which is connected to the counter, and the outputs of the second phase discriminator are connected to the first inputs of the second switch, which inputs connected to the corresponding inputs of the frequency divider, the second second switch and the counter input are combined and connected to the first output of the pulse generator.

На чфтеже представлена структурна схема предлагаемого преобразовател .The layout of the proposed converter is presented on the chart.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, первый выход которого соединен с первым входом коммутатора 2, выходы которого подклюleHH через последовательно соединен ные делитель 3 частоты, источник 4 питани фазовращател и фазовращатель 5 к входу формировател б фазо вцх импульсов. Выход источника 4 пи тани фазовращател соединен также через формщэователь 7 фазовых импул сов с первьм входом фазового дискри минатора 8, второй вход, которого по ключен к выходу счетчика 9. Второй выход генератора 1 импульсов присое динен к первому входу счетчика 10 с переменным коэффициентом делени , выход которого подключен к третьему входу коммутатора 11, второй вход которого соединен с объединенными выходом и входом генератора 1 импул сов и счетчика 9 соответственно. Пер вые выходы коммутатора 11 подключены через соответствукадие входы счетчика 12 реверсивного к другому входу фазового дискриминатор а 13. Вторые выходы коммутатора 11 соединены с соответствующими входами накопител 14, а выходы фазового дискриминатора 13 подключены к входам счетчика 15 реверсивного, один выход которого соединен с аервым входом коммутатора 11 , а другой - со вторым входом счетчика 10 реверсивного. Преобразователь работает следующим образом. Импульсы с выхода генератора 1 с частотой f через коммутатор 2 запол н ют делитель 3 частоты. Источник 4 питани фазовращател преобразует опорные сигналы частотой f, /N с выхо да делител 3 частоты в двухфазное гармоническое напр жение питани фазовращател 5, работающего в фазовом режиме. Синусоидальное напр жение с выхода фазоваращател 5, сдвинутое по фазе на угол, пропорциональный углу разворота его вала, поступает на вход формировател 6 фазового импульса. На выходе его формируетс короткий импульс в момент перехода входного напр жени из отрицательной области синусоиды в положительную. Выходные импульсы формировател б поступают на второй вход первого фазового дискриминатора 13, на первый вход которого поступают импульсы со старшего разр да первого реверсивного счетчика 12, частота которых равна частоте сигнала питани фазовращател 5. В начальный момент времени вал фазовращател 5 неподвижен, накопитель 14 и счетчики 9, 10, 12 и 15 обнулены, поэтому сигнал с выхода первого реверсивного счетчика 12 совпадает по фазе (с точностью до одного периода частоты i)) с выход ным сигналом фазовращател 5. При медленном повороте вала фазовращател 5 в положительном направлении сигнал с его выхода начинает опережать по фазе сигнал с выхода первого реверсивного счетчика 12. Фазовый дискриминатор 13 направл ет фазовый импульс на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 15, устанавлива его выходной код ДМ 4-1. При этом на выходе счетчика 10 с переменным коэффициентом делени по вл етс импульс, который через первый коммутатор 11 добавл етс к импульсам генератора 1 на суммирующем входе счетчика 12, вызыва по вление ) импульсов за период напр жени питани фазовращател 5, что приводит к смещению фазы сигнала на выходе счетчика 12 по отношению к сигналу на выходе фазовращател 5. Первый коммутатор 11 направл ет этот импульс на суммиругаций вход накопител 14 . Добавление одного импульса в счетчике 12 за период сигнала питани фазовращател 5 приводит к тому, что сигнал на выходе последнего отстает по фазе от сигнала на выходе счетчика 12 . В этом случае выходной импульс фазового дискриминатора 13 поступает на вычита йщий вход второго реверсивного счетчика 15, устанавлива его выходной код . При этом на выходе счетчика 10 с переменным коэффициентом делени импульсы отсутствуют, код накопител и фаза сигнала на вызсоде счетчика 12 неизменны. При дальнейшем вращении вала фазовращател рассмотренные процессы повтор ютс , а в накопителе 14 формируетс код N, соответствующий углу поворота вала фазовращател 5 . При вращении вала фазовращател 5 в отрицательном направлении работа преобразовател аналогична выше рассмотренной, а отрицательное изменение фазы сигнала на выходе счетчика 12 и кода накопител 14 осуществл етс коммутатором Ц за счет подачи импульсов с выхода счетчика 10 на вычитаквдие входы реверсив ноге счетчика 12 и накопител 14. При изменении фазы сигналов питани фазовращател на i дс за счет вли ни дестабилизирующих фактс ов в диапазоне рабочих температур по вл етс погрешность преобразовани угла в код. Устранение этой погрешности осуществл етс контуром, включаидим второй формирователь 7 фазовых импульсов, фазовый дискриминатор 8 , второй коммутатор 2 и счетчик 9. При этом второй формирователь 7 фазовых импульсов формирует короткие импульсы при переходе синусоиды сигнала питани фазовращател через нуль из отрицательной области в положительную, поступающие на первый вход второго фазового.The converter contains a pulse generator 1, the first output of which is connected to the first input of the switch 2, the outputs of which are connected via serially connected divider 3 frequencies, the power supply 4 of the phase rotator and the phase rotator 5 to the input of the phase former 6 phase pulses. The output of the source 4 powering the phase shifter is also connected via a formator 7 phase impulses to the first input of the phase discriminator 8, the second input connected to the output of counter 9. The second output of the generator 1 of pulses is connected to the first division factor, the output of which is connected to the third input of the switch 11, the second input of which is connected to the combined output and input of the generator 1 of pulses and counter 9, respectively. The first outputs of the switch 11 are connected via the corresponding inputs of the counter 12 reversing to the other input of the phase discriminator a 13. The second outputs of the switch 11 are connected to the corresponding inputs of the accumulator 14, and the outputs of the phase discriminator 13 are connected to the inputs of the counter 15 reversing, one output of which is connected to the first input switch 11, and the other with the second input of the counter 10 reversing. The Converter operates as follows. The pulses from the output of the generator 1 with the frequency f through the switch 2 fill the divider 3 frequencies. The power source 4 of the phase shifter converts the reference signals of the frequency f, / N from the output and the splitter 3 frequencies into a two-phase harmonic voltage supply of the phase shifter 5 operating in phase mode. A sinusoidal voltage from the output of the phaser 5, which is shifted in phase by an angle proportional to the angle of rotation of its shaft, enters the input of the imaging unit 6 of the phase pulse. At its output, a short pulse is formed at the moment when the input voltage passes from the negative region of the sinusoid to the positive one. The output pulses of the imager b are fed to the second input of the first phase discriminator 13, the first input of which receives pulses from the higher bit of the first reversing counter 12, whose frequency is equal to the frequency of the power signal of the phase shifter 5. At the initial time, the shaft of the phase shifter 5 is fixed, the accumulator 14 and the counters 9, 10, 12 and 15 are set to zero, therefore the signal from the output of the first reversible counter 12 coincides in phase (with an accuracy of one period of frequency i)) with the output signal of the phase shifter 5. When the phase shaft is turned slowly rotator 5 in the positive direction of the signal from its output starts to outperform the phase signal output from the first down counter 12. The phase discriminator 13 sends a pulse to the phase of the second summing input of down counter 15, setting its output code DM 4-1. In this case, a pulse appears at the output of the counter 10 with a variable division factor, which through the first switch 11 is added to the pulses of the generator 1 at the summing input of the counter 12, causing the appearance of pulses during the period of the supply voltage of the phase shifter 5, which leads to a phase shift a signal at the output of counter 12 with respect to the signal at the output of the phase shifter 5. The first switch 11 directs this pulse for summation to the input of the accumulator 14. The addition of one pulse in the counter 12 over the period of the power signal of the phase shifter 5 causes the signal at the output of the latter to be out of phase with the signal at the output of the counter 12. In this case, the output pulse of the phase discriminator 13 is fed to the subtractive input of the second reversible counter 15, setting its output code. In this case, at the output of the counter 10 with a variable division factor, there are no pulses, the accumulator code and the phase of the signal at the output of counter 12 are unchanged. Upon further rotation of the shaft of the phase shifter, the considered processes are repeated, and code N is formed in the accumulator 14, corresponding to the angle of rotation of the shaft of the phase shifter 5. When the shaft of the phase shifter 5 rotates in the negative direction, the converter is similar to the above, and the negative change in the phase of the signal at the output of the counter 12 and the drive code 14 is performed by the switch C by applying pulses from the output of the counter 10 to read the reversing leg of the counter 12 and the drive 14. When the phase of the power supply signals of the phase shifter changes by ids due to the influence of destabilizing facts in the operating temperature range, the error of converting the angle into a code appears. This error is eliminated by a loop, including the second shaper 7 phase pulses, the phase discriminator 8, the second switch 2 and the counter 9. At the same time, the second shaper 7 phase pulses generates short pulses when the sinusoid signal of the phase shifter passes from the negative region to the positive one, coming at the first input of the second phase.

дискриминатора 8, на второй вход которого поступают импульсы с выхода счетЧйка 9 с частотой Д. the discriminator 8, the second input of which receives pulses from the output of the count 9 with a frequency of D.

/При kif О и Aпyльcы с выхода генератора 1 через второй кс « мутатор поступают на суммирующий вход делител 3 частоты. Если фаза сигнала питани фазовращател 18 изменитс на -bCf, то фазовый дискриминатор 8 через второй коммутатор 2 добавл ет импульс на суммирующий вход делител 3 частоты, в результате чего фаза сигнала на его выходе по отношению к опорному смещаетс таким обр&зом , что компенсирует уход фазы сигнала источника 4 питани . / When kif O and Apols from the output of the generator 1 through the second CC "mutator arrive at the summing input of the divider 3 frequency. If the phase of the power supply of phase shifter 18 changes to -bCf, then phase discriminator 8 via the second switch 2 adds a pulse to the summing input of the divider 3 frequencies, resulting in a phase of the signal at its output relative to the reference one being shifted so that phase signal source 4 power.

При изменении фазы сигнала 18 на величину +1 выходной импульс второго фазового дискриминатора 8 через второй коммутатор 2 поступает на вые читающий вход делител 3 частоты, в результате чего фаза сигнала на его выходе смещаетс по отношению к опорному сигналу, а следовательно, компенсируетс уход фазы источника питани фазовращате-. . л 4.When the phase of signal 18 changes by +1, the output pulse of the second phase discriminator 8 goes through the second switch 2 to the readout input of the splitter 3 frequency, as a result of which the phase of the signal at its output is shifted relative to the reference signal and, therefore, the phase offset of the source is compensated power phase shifters -. . l 4.

Таким образом, за счет регулировани поддерживаетс фазовый сдвиг между сигналом питани фазовращател 18 и опорным сигналом в пределах 1 дискрета преобразовател .Thus, by adjusting the phase shift between the power supply signal of the phase shifter 18 and the reference signal is maintained within 1 sampler of the converter.

Claims

A SHAFT ANGLE CONVERTER TO A CODE containing a first phase discriminator, the first input of which is connected to the output of the first reverse counter, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the second reverse counter, the information outputs of which are connected to the control inputs of the counter with a variable division coefficient, and the sign output is connected to • the first input of the first switch, the first outputs of which are connected to the inputs of the first • reverse counter, and the second outputs are connected to the inputs of the drive, the second input of the first switch is connected nen with the first output of the pulse generator, and the third input with the output of the counter with a variable division ratio, the first input of which is connected to the second output of the pulse generator, a frequency divider whose output is connected to the input of the phase shifter power source, the output of which is connected to the input of the phase shifter, the output of which connected through the first phase pulse generator to the second input of the first phase discriminator, characterized in that, in order to improve accuracy, a second phase pulse generator is introduced into it , the second phase discriminator, the second switch and counter, the input of the second phase pulse generator is connected to the output g of the phase shifter power supply, and the output is connected to the first input of the second phase discriminator, the second input of which is connected to the counter output, the outputs of the second phase discriminator connected to the first inputs of the second switch, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the frequency divider, the second input of the second switch and the counter input are combined and connected to the first output of the generator s *