SU1080174A1 - Функциональный преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Abstract

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий синусно-косинусный вращающийс  трансформатор, выходы которого соединены с двум  входами аналогоцифрового преобразовател  через аналоговый коммутатор и непосредственно с входами определител  октантов,выход которого соединен с третьим входом аналогового коммутатора, три накаплиВспощих сумматора, причем инверсный выход второго сумматора подключен к входу младших разр дов первого сумматора , выход третьего сумматора подключен к шине выходного кода, а вход младших разр дов подключен к шине константы, отлич ающийс  тем, что, с целью .расширени  области применени  преобразовател , в него введены два элемента 2 ИЛИ, один элеMeiJT 4 ИЛИ, четыре элемента 4 И, два D-триггера, один элемент 2 И, восемь инверторов, тактовые входы всех сумматоров через первый элемент 2 И соединены с генератором импульсов, ,вЕ1ход определител  октантов подключен к входу первого инвертора, к первому входу первого элемента 4 И, к первому и второму входам второго элемента 4 И, .к входу второго инвертора, к первому входу третьего элемента 4 И и к входу третьего инвертора, выход которого подключен к второму входу первого элемента 4 И и к первому вхо: С :СОШЗг:АЯ | 1: .. ,„.......J3 - :n vs v€:iA i - - yifTEKA ду четвертого элемента 4 И, выход которого подключен к первому входу элемента 4 ИЛИ, выход которого подключен к входу четвертого инвертора, выход КОТОРОГО подключен к второму входу элемента 2 И, выход которого подключен к. тактовым входам первого и второго D-триггеров, выход аналогоцифрового преобразовател  подключен к первому входу первого элемента 2 ИЛИ и к первому входу второго эле .мента 2 ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, выходы -первого и второго элементов 2 ИЛИ подключены к входу старших разр дов первого и второго накапливающих сумматоров, выход первого накаплива- р ющего сумматора подключен к входу младших разр дов второго накапливаю (Л щего сумматора, к второму входу четвертого элемента 4 И, через п тый инвертор к третьему входу первого эле-, мента 4 И и к D-входу первого Dтриггера , единичный выход которого iподключен через шестой инвертор к третьему входу четвертого элемента 4 И и к четвертому входу первого элемента , 4 И, выхол которого подключен к второму входу элемента 4 ИЛИ, выход 00 второго накапливающего сумматора подключен к D-входу второго D-триггера , единичный выход которого подключен к третьему входу второго элемента 4 И и через седьмой ин-вертор . к второму входу третьего элемента 4 4 И, выход которого подключен к третьему входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен также к третьему входу третьего элемента 4 И и через восьмой инвертор - к четвертому входу второго элемента 4 И, выход которого-подключен к четвертому входу элемента 4 ИЛИ выход второго инвертора подключен к четвертым- входам третьего и четвертого элементов 4 И, выход определител  октантов подключен к второму входу первого элемента 2 ИЛИ.

Description

Изобретение относитс  к автоматике и измерительной технике, а имен но к амплитудным способаммпреобразовани  угла поворота вала в цифровой код угла с использованием синуснокосйнусных вращающихс  трансформаторов (СКВТ). Известен преобразователь угла поворота вала СКВТ в код, основанный на том, что выходные напр жени  СКВТ преобразуютс  в напр жени  посто много тока с помощью фазочувствительного детектировани , определитель октантов по знаку продетактированных напр жений и соотношению их абсолютных величин определ ет номер октанта , в котором находитс  угол поворота вала СКВТ. В соответствии с полученным номером октанта аналоговый коммутатор формирует напр жени , пропорциональные синусу и косинусу угла oi поворота вала СКВТ, приведенного в первый октант (угол ). Затем в реверсивный счетчик записываетс  некоторое значение кода угла / в пределах первого октанта, с.помощью функциональных управл емых делителей наход т значени  , со5|3 и производитс  умножение cos/ на напр жение, пропорциональное а п «., si и Р- на напр жение , пропорциональное созоб. Компаратором определ етс  знак разности этих произведений, импульсам генератора в соответствии со знаком разности производитс  увеличение или уменьшение кода реверсивного счетчика таким образом, чтобы эта разность стремилась к нулю1б 1вб- cos f -CoStjif Ksirif О . При этомр- вб, т. е. с, некоторой погрешностью получают код угла поворота вала СКВТ, приведенного в первый октант, три старших разр да кода угла оп-редел ютс  по номеру октанта определителем октантов l Существенным недостатком этого преобразовател   вл етс  необходй- чмость функционального преобразовани  кода угла, что достигаетс  применением функциональных управл емых делителей напр жени , в которых получение высокой точности аппроксимации тригонометрических функций затруднительно Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  фун кциональный преобразователь .plj , содержащий синусно-косинусный враща- ющийс  трансформатор, определитель октантов, аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, три накапливаквдих сум матора, блок управлени , два дешифра тора, формирователь констант и основанный на решении системы разностных уравнений t« V|lM-0-K-X n-i X wl-X n-0-Hi-YL«-i где число, равное отношению цен разр дов выходов и входов сумматоров (т - смещение разр дной сетки между выходами и входами сумматоров); Путем сравнени  выходных сигналов СКВТ между собой и с нулевым уровнем определ етс  номер октанта, в котором находитс  угол ot поворота вала СКВТ, использу  номер октанта, формируютс  напр жени , пропорциональные синусу и косинусу угла о , приведенного в первый октант(51п/3 ,cos); с помощью линейного аналого-цифрового преобразовани  находитс  код .отношени  этих напр жений, т.е. . Полученный код используетс  дл  задани  начальных условий при решении системы (1): .. Решение системы (1) имеет вид (l.Kr.Xtcil.yM-si« (n.rctgК-° с )Пользу сь выражением (2) можно олределить число импульсов и, поданных на тактовые входы сумматоров, образующих цифровой осцилл тор, с момента начала вращени  вектора др момента равенства нулю выходного кода сумматора (Y О ) .-4-arctgl KLol в нечетных октантах N p/arctrf4 :, в четных - N С%-fJ)/arctgk.. Дл  формировани  двоичного кода угла 3 выходной сумматор производитпо тактовым импульсам суммирование константы С, которой присваиваетс  формирователем констант в нечетных октантах значение С arctgK, а в четных С -Qicc F.B дополнительном коде. Таким образом, при переходе выходного кода сумматора через нуль, что фиксируетс  дешифратором, на выходах преобразовател  формируетс  двоичный код угла об. Недостатком данного преобразовател   вл етс  невозможность масштабировани  преобразуемого угла, если масштаб преобразовани  не  вл етс  двоичным числом. Это обусловлено тем, что вращение вектора происходит днутри одного октанта. Этот недостаток ограничивает применение преобразовател  в многоканальных системах, имекнцих недвоичные передаточные числа, например i 9, 18, 36, 180, 360, 3600, 6000, 1000 (4,5,6), так как дл  согласовани  веса .разр дов кодов грубого и точного отсчетов должны относитьс  как двоичные числа (1). Дл  выполнени  указанного услови  необходимо трименение дополнительных умножитедей , осуществл ющих масштабирование.

Цель изобретени  - расширение области применени  преобразовател  птем обеспечени  возможности дробного целого и еди-ничного масштабировани  угла в процессе преобразовани .

Дл  этого начальные услови  при решении системы (1) задаютс  в нечетных октантах равными 1, где р - угол поворота СКВТ, приведенный в первый октант, а в четных С0 i,f,(b. Решение системы (1) производитс  в пределах полного круга, а константу, участвующую в формировании выходного кода, выбирают с учетом масштаба преобразовани . Поставленна  цель достигаетс  тем что в функциональный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращэ о цийс  трансформатор , выходы.которого соединены с двум  входами аналого-цифрового преобразовател  через аналоговый коммутатор и непосредственно с входами определител  октантов, выход которого соединен с третьим входом аналогового комму т тора, три накапливаю щих сумматора,причем инверсный вы ход второго сумматора подключен к входу младших разр дов первого сумматора , выход третьего сумматора подключен к шине выходного кода, авход младших разр дов подключен х шине константы, введены два элемента 2 ИЛИ, один элемент 4 ИЛИ, четыре элемента 4 И, два D-триггера, .один элемент 2 И, восемь инверторов, тактовые входы всех сумматоров через первый элемент 2 И соединены с генератором импульсов, выход определител  октантов подключен к входу первого инвертора, к первому входу первого элемента 4 И, к первому и второ му входам второго элемента 4 И, к входу второго инвертора, к первому входу третьего элемента 4 И и к входу третьего инвертора,выход которого подключен к второму входу первого элемента 4 И и к первому входу четвертого элемента 4 И, выход которого подключен к первому входу элемента 4 ИЛИ, выход которого подключен к входу четвертого инвертора, выход которого подключен к второму входу элемента 2 И, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго D-триггеров, выход аналого-цифрового преобразовател  подключен к первому входу первого 2 ИЛИ и к первому входу второго элемента 2 ИЛИ, второй вход которого подключе к выходу первого инвертора, выходы первого и второго элементов 2 ИЛИ подключены к входу старших разр дов первого и второго накапливаквдих сумматоров , выход первого накапливающего сумматора подключен к входу младших разр дов второго накапливающего сумматора, к второму входу четвертого элемента 4 И, через п тый инвертор к третьему входу первого элемента 4 И и к D-входу первого D-триггера , единичный выход которого подключен через шестой инвертор к третьему входу четвертого элемента 4 И и к четвертому входу первого элемента 4 И, выход которого подключен к второму входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен к D-входу второго D-триггера, единичный выход которого подключен к третьему входу второго элемента 4 И и через седьмой инвертор - к второму входу третьего элемента 4 И, выход которого подключен к третьему входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен также к третьему входу третьего элемента 4 И и через восьмой инвертор - к четвертому входу второго элемента 4 И, выход которого подключен к четвертому входу элемента 4 ИЛИ, выход второго инвертора подключен к четвертым входам третьего и четвертого элементов 4 И. Выход определител  октантов подключен к второму входу первого . элемента 2 ИЛИ.

На фиг.1 представлена функциональна  схема преобразовател } на фиг.2 диаграммы, по сн кадие его работу. .

Преобразователь содержит СКВТ 1, определитель 2 октантов, аналоговый ко имутатор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, накапливающие сумматоры 5,6 и 7, элементы 8 и 9 2 ИЛИ,, инвертор 10, D-триггеры 11 и 12, генератор 13 импульсов, элемент 14 2И, логический блок.15, содержащий инверторы 16-21, элементы 22-25 4 И, элемент 26 4 ИЛИ, инвертор 27, шину 28 константы, шину 29 выходного кода.

В основу работы преобразовател  положен следукиций алгоритм.

Напр жени , пропорциональные синусу и косинусу угла поворота об, сравнивают между собой и с нулевым уровнем , в результате чего определ етс  номер октанта, в котором находитс  уголок. Первым прин т октант, в котором sin л О, соз оС О , sin 06 cos «С , увеличение; номера октанта - против часовой стрелки. По известному номеру октанта определ ютс  сигналы, пропорциональные синусу и косинусу угла (t , приведенного в первый октант, по следующим выражени м:

Sinfi l9inetn в 1,4,5 и 8 октантах сов(Ч |соа«.| 1(3)

Mnf |coetCll во 2,3,6 и 7 октантах соар |ein«tl i

Путем линейного аналого-цифрового преобразовани  определ етс  код тангенса угла /3, при этом в качестве . эталонного сигнала используетс  сигнал , пропорциональный cos fi, а в качестве измер емого - sin 5 .

Далее производитс  решение системы разностных уравнений (1), причем начальные услови  в нечетных октантах принимаютс  равными ЧСоЗ рЛрзЗ 1, в четных -ХСО 1, QO t.tfp« Процесс решени  происходит в соответствии с формулами (1): на каждом такте новое значение переменной Y определ етс  как разность значени  Y на предыдущем такте и значени  X на предыдущем такте, умноженного на двоичное число К , новое значение переменной X определ етс  как сумма значени  X на преПи 4 ki f MoTnnolsb H.arctgfc-arci ) X W (U KrNx4ol+Y4ol-cos п-агсЦ k- arctg 1 Как следует из анализа этих в.ыражений дл  всех октантов число тактов N oc)airci K, что по сн етс  диаграммами на. Фиг. 2. Двоичный код угла Jot в том числе и старшие разр ды, определ етс  N-кратным суммированием кон станты, равной С S.-arct K.. Преобразователь работает следующим образом.. Аналого-цифровой преобразователь 4 по сигналам СКВТ 1 формирует код irfp. В начале цикла йреобразовани  в накапливающие сумматоры 5 и 6 записываютс  числа, которые приход т на их входы А. В нечетных октантах (ot/j 0) на вход А накапливающего сум матора 5 через схему 8 поступает код , а на вход А накапливающего сумматора 6 с выхода схемы 9 - код единицы , в четных октантах (2 1) 3 наоборот. В знаковые разр ды накапливающих сумматоров 5,6 и триггеры 11 и 12 записываютс  нули, что соответствует положительным начальным значени м X и Y. В начапливак дий сум матор 7 в начале цикла записываетс  код нул . После задани  начальных условий выходным сигналом F блока 15 разрешаетс  прохождение импульсов генератора 13 через элемент 14 на тактовые входы накапливающих су1«маторов 5,6 И 7 и триггеров 11 и 12. По мере поP Sofll ,Yob- lVoln vS,« Xotnlveio«Aob-OVot eto«,Xotn- lXoW

По шине 28 на вход В накапливающего сумматора 7 подаетс  двоичный код константы С J-ofCtg 2, где m смещение разр дной сетки входов В накапливающих сумматоров 5,6 и 7 относительно входов А (и выходов). На выходной шине 29 формируетс  двоичный код угла об с учетом масштаба преобразовани . Триггеры 11 и 12 выполн ют роль элементов задержки

дыдущем такте и значени  У на предыдущем такте, умноженного на число К. Геометрическа  интерпретаци  процесса решени  есть вращение вектора,, заданного своими декартовыми координатами X и Y (фиг. 2). Если угол ci находитс  в 1-м квадранте, то процесс решени  продолжаетс  до момента изменени  знака переменной Y с + на -, в 3-м - jfo изменени  знака Y с - на +, во 2-м - до изменени  знака X с + на -, в 4-м - до изменени  знака X с - на +. Число тактов N, за которое протекает процесс решени , определ етс  из выражений дл  переменных X ,Y:

:4)

XLol

на один такт. Момент смены знака фиксируетс  блоком 15: функци  F становитс  равной нулю и запрещаетс  дальнейшее прохождение импульсов через 0 схему 14. Число рабочих тактов, как указывалось выше, N oi/arct K.

Одновременно с вращением вектора производитс  N-кратное суммирование в накапливающем сумматоре 7 константы С t-arci к, тем самым в конце цикла ступлени  импульсов происходит вращение вектора начальных условий, ааданного своими проекци ми X п , Y п по часовой стрелке до момента соответствующей смены знака одной из переменных X п , Y fn (диаграмиол на фиг.2), т.е. происходит решение системы уравнений (1). Определитель 2 октантов, сравнива  выходные напр жени  СКВТ 1 между собой и с нулевым уровнем, формирует код октанта. Первому октанту присваиваетс  код 000. Аналоговый коммутатор 3 преобразует сигналы UsinoC, UcoboirB соответствии с выражени ми (3), привод  тем самым угол at в первый Октант. Аналого-цифровой преобразователь 4 имеет линейную характеристику , его выходной код равен отношению напр жений, поступающих на измерительный и эталонный входы соответственно , т.е. bjp . Накапливающий сумматор 5 (6,7) на каждый импульс , поступающий на тактовый вход Т, производит суммирование своего содержимого с числом на его входе В и запоминание полученной суммы. Генератор 13 формирует непрерывную последовательность импульсов, к которой не предъ вл етс  требований по стабильности частоты. Логический блок 15 реализует переключательную

.преобразовани  на шине 29 формируетс . I двоичный код угла вС , причем мас|Штаб преобразовани  i может быть больше , меньше или равен единице.

Экономический эффект от использовани  изобретени  обусловлен техническими особенност ми, изложенными выше .

У ч/oftmoHTTj

А

/1

ef/frrravrfT

5 oMrnaf/TT 1У

8 oMjrra rff

Claims (1)

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, выходы которого соединены с двумя входами аналогоцифрового преобразователя через аналоговый коммутатор и непосредственно с входами определителя октантов,выход которого соединен с третьим входом аналогового коммутатора, три накапливающих сумматора, причем инверсный выход второго сумматора подключен к входу младших разрядов первого сум матора, выход третьего сумматора подключен к шине выходного кода, а вход младших разрядов подключен к шине константы, отлич ающийся тем, что, с целью расширения области применения преобразователя, в него введены два элемента 2 ИЛИ, один элемент 4 ИЛИ, четыре элемента 4 И, два D-триггера, один элемент 2 И, восемь инверторов, тактовые входы всех сумматоров через первый элемент 2 И соединены с генератором импульсов, выход определителя октантов подключен к входу первого инвертора, к первому входу первого элемента 4 И, к первому и второму входам второго элемента 4 И, к входу второго инвертора, к первому входу третьего элемента 4 И ду четвертого элемента 4 И, выход которого подключен к первому входу элемента 4 ИЛИ, выход которого подключен к входу четвертого инвертора, выход котооого подключен к второму входу элемента 2 И, выход которого подключен к. тактовым входам первого и второго D-триггеров, выход аналогоцифрового преобразователя подключен к первому входу первого элемента 2 ИЛИ и к первому входу второго элемента 2 ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, выходы первого и второго элементов 2 ИЛИ подключены к входу старших раз рядов первого и второго накапливающих сумматоров, выход первого накаплива- д ющего сумматора подключен к входу JS младших разрядов второго накапливающего сумматора, к второму входу четвертого элемента 4 И, через пятый ин вертор к третьему входу первого элемента 4 И и к D-входу первого Dтриггера, единичный выход которого (подключен через шестой инвертор к третьему входу четвертого элемента 4 И и к четвертому входу первого элемента

   4 И, выход которого подключен к второму входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора подключен к D-входу второго D-триг гера, единичный выход которого подключен к третьему входу второго эле мента 4 И и через седьмой инвертор .к второму входу третьего элемента

   4 И, выход которого подключен к третьему входу элемента 4 ИЛИ, выход второго накапливающего сумматора под ключей такжетретьему входу третьеэлементай через восьмой ини к входу третьего инвертора, выход которого подключен к второму входу первого элемента 4 И и к первому вхо теля октантов подключен к второму входу первого элемента 2 ИЛИ.

   вертор - к четвертому входу второго элемента 4 И, выход которого подключен к четвертому входу элемента 4 ИЛИ выход второго инвертора подключен к четвертым- входам третьего и четвертого элементов 4 И, выход определи-