SU1249702A1 - Преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к элементам автоматического регулировани  и может быть использовано в качестве дискретного датчика угла, например, в системах числового программного управлени  станками и роботами. Це- лью изобретени   вл етс  повышение точности за счет уменьшени  погрешности квантовани  по уровню. Дл  этого в преобразователь, содержащий триггер, первый элемент И, генератор, счетчик, дешифратор и компаратор, введены первый и второй элементы задержки , второй элемент И, одновибра- тор и элемент пам ти. На статорные обмотки датчика угла йоочереди подаютс  импульсы, формируемые генератором , счетчиком и дешифратором. С помощью компаратора, элемента задержки , одновибратора и элемента пам ти определ етс , с каких статориых обмоток поступил сигнал, и затем определ етс  положение роторной обкладки относительно статорных обкладок , что обеспечивает повьшение точности преобразовател . 3 ил. 1О (а СО Ч

Description

Изобретение относитс  к Элементам систем автоматического регулировани  и может быть использовано в качестве дискретного датчика угла, например, в системах числового программного управлени  станками и роботами.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет уменьшени  погрешности квантовани  по уровню.

На фиг. 1 изображена схема преобразовател  угла поворота вала в код; на фиг. 2 - зависимость амплитуды сигнала датчика угла от положени  роторной обкладки относительно ста- торных; на фиг. 3 - временна  диаграмма напр жений в различных точках преобразовател .

Преобразователь угла поворота вала в код содержит триггер 1, элемент И 2, генератор 3, счетчик 4, дешифратор 5, датчик 6 угла (емкостной) компаратор 7 (с гистерезисцой характеристикой ) , элементы 8 и -9 задержки , элемент И 10, одновибратор 11,

элемент 12 пам ти, .управл ющий вход 13 и вьрсоды 14-16. Датчик 6 угла содержит статорные обкладки 17 в виде узких проводников, параллельных оси датчика 6, количество которых соответствует диапазону преобразовани  преобразовател , ротор 18 с роторной обкладкой 19, параллельной статорным обкладка(м 17, узел 20 с-ьема сигнала с роторной обкладки.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом .

При поступлении запускающего.импульса на управл ющий вход 13 триггер 1 измен ет свое состо ние и формирует на втором выходе сигналу., , соответствующий 1, который разрешает прохождение импульсов генератора 3 через элемент И 2 на вход счетчика 4. Изменение состо ний счетчи- ка 4 измен ет и состо ни  выходов дешифратора 3. В каждом новом состо нии дешифратор 5 возбуждает очередную статорную обкладку 17 датчика

6 угла, так как подает напр жение обкладки 19,

(п-1)-Д; (n-l)+u П-д I n+u (п+1 )-6,

;

(п-1 ) + й 1 (п-1 )+Зл, П+& п+Зй (п+1 )+4

Границы зоны расположени  роторной обкладки 19

Номера статорных обкладок 17, при возбуждении которых срабатывает компаратор 7

п-1

2497022

на обкладку 17. Возбуждение статор- ных обкладок 17, расположённых вбли- . зи роторной обкладки 19, вызывает по вление на последней, вследствие

5 наличи  емкостной св зи, наведенного напр жени , которое снимаетс  через узел 20 съема сигнала.

На фиг. 2 приведена зависимость амплитуды выходного.сигнала ид дат10 ика 6 угла от положени  роторной обкладки 19 относительно ,статорной Обкладки 17 с номером и при возбуждении последней. Максимальна  величина сигнала Ьд , равна U; , соответ15 ствует расположению роторной обкладки 19 точно под статорной обкладкой 17. При смещении роторной обкладки 19 в ту или, иную сторону величина сигнала Уд уменьшаетс . На фиг. 2

20 приведены значени  сигнала Уд(Уд,, ...,U) при фиксированных положени х роторной обкладки 19 с интервалом i , равным четверти рассто ни  между центрами соседних статорных

обкладок 17. Сигнал Од с выхода датчика 6 угла поступает на вход компаратора 7. Поскольку вершина импульсов на выходе датчика 6 угла может иметь значительный спад (фйг.З), то дл  устойчивости работы преобразовател  компаратор 7 должен иметь гистерезисную характеристику. Порог срабатывани  компаратора 7 устанавливаетс  равным величине U (фиг. 2). Ширина гисте.резиса должна быть не менее величины спада вершины импульса Уд , но не более разности Чд -U (фиг. 2).

В этом случае при последовательном возбуждении статорных обкладок 17 компаратор 7 срабатывает при возбуждении либо одной, либо двух блц- жайших к роторной обкладке 19 статорных обкладок 17. I

В таблице приведены номера статорных обкладок 17, при возбуждении которых срабатьгоает компаратор 7 в зависимости от положени  роторной

п-1 ;п

п

п;п+1 п+1

3 . . Рассмотрим случай последовательного возбуждени  статорных обкладок 17 в пор дке возрастани  их номеров

Из-таблицы видно, что если цикл преобразовани  заканчивать по первому срабатыванию компаратора 7, соответствующему , например, возбуждению h-й статорной об.кладки 17, то в преобразователе будет зафиксирова код, соответствующий расположению роторной обкладки 19 в зоне от h -ь до h+3ui. В этом случае погрешность дискретности равна 4 д .

Если же после первого срабатывани  компаратора 7 возбудить еще последующую (ь+1)-ую статорную обкладку I7 и проанализировать состо ние компаратора 7 в этот момент, то погрешность дискретности может быть уменьшена вдвое. Действительно, если при возбуждении (п+1)-и статорной обкладки 17 компаратор 7 не сработает , то возможное положение роторной обкладки 19 определ етс  зоной от П-& до п+ Д, если компаратор 7 сра- батает, то зто значит, что роторна  обкладка I9 расположена в зоне от п- & до п+ЗЛ. При расположении роторной обкладки 19 в зоне от п & до компаратор 7 срабатывает только при возбуждении п-й статорной обкладки 17, а при расположении роторной обкладки 19 в зоне от п+Д до п+Зл компаратор 7 срабатывает при возбуждении как п-й, так и (п+1)й статорных обкладок 17. Если возб гждение статорных обкладок 17 производитс  без пауз, то на выходе компаратора 7 формируетс  напр жение и (фиг. З) в виде короткого или длинного импульсов. Длительность короткого импульса равна периоду выходного напр жени  генератора 3, за исключением случа  срабатьшани  компаратора 7 в момент запуска преобразовател , когда этот импульс может быть короче (фиг. 3). Длительность длинного импульса определ етс  спадом напр жени  за счет разр да емкости между обкладками 17 и 19 датчика 6 угла при остановке счетчика 4.

При срабатывании компаратора 7 одновибратор I1 формирует короткий импульс Ug , задержанный при помощи элемента 9 задержки на величинуГ , равную, примерно, 1,5 Т, .где Т - период напр жени  генератора 3. Импуль

7024

Uj с одновибратора 11 поступает на вход элемента И 10, который при единичном состо нии второго входа формирует сигнал, устанавливающий триггер 1 в исходное состо ние. При этом на первом выходе триггера 1 и, следовательно, на выходе 14 формируетс  уровень 1, свидетельствующий об окончании цикла преобразовани , а на втором - уровень О, поступающий на вход элемента И 2 и запрещающий прохождение через него им- пульсов от генератора 3 на вход . счетчика 4. После этого на выходах

счетчика 4 и, следовательно, на

выходах 15 преобразовател  сохран етс  код, соответствующий последней возбужденной статорной обкладке 17 датчика 6 угла. Одновременно импульс

Uj - одновибратора 11 поступает на тактовый вход элемента 12 пам ти, который осуществл ет запоминание и дальнейшее хранение информации о состо нии выхода компаратора 7 после

возбуждени  последней статорной обкладки 17 в-цикле. Если на выходе компаратора 7 сформировалс  короткий импульс, то на выходе элемента 12 пам ти формируетс  нулевой уровень , если длинный, то - единичный.

Таким образом, после окончани  цикла преобразовани  на выходах I5 преобразовател  будет сформирован

код, соответствующий номеру статорной обкладки 17 датчика 6 угла, расположенной непосредственно за роторной обкладкой 18, а на выходе 16,  вл ющемс  дополнительным младшим

разр дом преобразовател , будет сформирован нулевой или единичный уровень . Значение на выходе 16 зависит от положени  роторной обкладки I9 относительно двух статорных обкладок

17, последовательно возбужденных в конце цикла преобразовани . Если роторна  обкладка I9 расположена под предпоследней статорной обкладкой 17, то на выходе 16 сформируетс  нулевой уровень. Единичный уровень на выходе 16 формируетс  в том случае , когда роторна  обкладка 19 расположена между последней и предьщу- щей статорными обкладками 17. Погрешность квантовани  преобразовател  в этом случае равна половине рассто ни  между центрами статорных обкладок 17..

$

в момент запуска преобразовател  оторна  обкладка 19 может находитьс  в любом положении, в том числе и между статорными обкладками 17, Если при этом первой в момент пуска будет возбуждена статорна  обкладка 17 с большим номером из ближайших к роторной обкладке 19, то в счетчике 4 будет сформирован код на единицу больше, чем требуетс , т.е. ошибочный код. Исключение этой ошибки обеспечиваетс  элементом 8 задержки и элементом И 10. Элемент 8 задержки формирует единичный сигнал U на входе элемента И 10 с задержкой Т Поэтому при срабатывании компаратора 7 в момент пуска преобразовател  импульс с одновибратора 11 не проходит через элемент И 10 и преобразование не прекращаетс , а будет продолжатьс  до возбуждени  необходимой статорной обкладки 17, как это показано на диаграмме (фиг. З). Be- личина задержки t, должна быть не менее длительности двух периодов генератора 3 и импульса одновибратора 1 1 .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий триггер, первый вход которого  вл етс  управл ю497026

   щим входом преобразовател , первый вьпсод - первые управл ющим выходом преобразовател , второй выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора, а вьпюд соединен с входом счетчика, выходы которого  вл ютс  информационными выходами преобразовател  и подключены к вхоQ дам дешифратора, выходы которого соединены с входами датчика угла, выход которого подключен к входу компаратора, отличающий- с   тем, что, с целью повьш1ени 

   5 точности преобразовател , в него

   введены первый и второй элементы задержки , второй элемент И, одновиб- ратор и элемент пам ти, вход первого элемента задержки подключен к второг му выходу триггера, а выход - к первому входу второго элемента И, выход компаратора соединен с входом второго элемента задержки и информационным входом элемента пам ти, выход которого  вл етс  вторым управл ющим выходом преобразовател , выход второго элемента задержки соединен с входом одновибратора, выход которого подключен -к тактовому входу элемента пам ти и второму входу второго элемента И, выход которого соединен с вторым вхо, -,ом триггера.

   0

   5

   0

   й(

   ., л л ofMaff/fff/Ю O/77f/ffU/ . //t/Mf /f с/77оторнои (flus.

   /7ff/7ff e f/ff ууащ1 М7&

   фиг.З