SU1262730A1 - Преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано дл  св зи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышени  точности преобразовател  в него введены блок управлени  и дешифратор, а АЦП вьтолнен с промежуточным преобразованием входных напр жений в частоту. Выходные сигналы СКВТ, модулированные по ам:плитуде в функции синуса и косинуса угла oi поворота, поступают в АЦП. В блоках преобразовани  напр жени  в частоту (ПНЧ ) производитс  модул ци  частоты выходными сигналами СКВТ. Первый и второй реверсивные счетчики суммируют выходные импульсы соответственно первого и второго ПНЧ в первый полупериод несущей выходных сигналов СКВТ с положительным знаком, а во второй полупериод - с отрицательным знаком. В результате за период несущей в реверсивных счетчиках формируютс  коды, пропорциональные . синусу и косинусу угла oi поворота. В блоке делени  формируетс  код тангенса угла поворота. В блоке функци (Л онального кода тангенс угла преобразуетс  в линейный код угла fti . Дл  компенсации погрешностей усилителей и ПНЧ предусмотрен второй коммутатор, установленный между выходами ПНЧ и входами реверсивньрс счетчиков, а врем  измерени  в этом режиме составл ет два периода несущей. Сигналы переключени  в зависимости от режима работы преобразовател  формирует блок управлени . 2 з.п. ф-лы, 1 ил, 2 табл..

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике быть использовано для связи вых источников информации с вычислительным устройством.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя.

Преобразователь содержит источник 1 переменного напряжения, синуснокосинусный вращающийся трансформатор. (СКВТ)2, коммутатор 3, аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 4, блок 5 функционального преобразования кода в код, дешифратор 6, блок 7 управления .

АЦП 4 содержит первый 8 и второй 9 усилители, первый 10 и второй 1.1 .блоки преобразования напряжения в частоту, коммутатор 12, первый 13 и второй 14 реверсивные счетчики, первый 15 и второй 16 регистры, блок 17 деления и элемент 18 задержки.

Блок 7 управления содержит первый формирователь 19 импульсов, счетчик 20, дешифратор 21, второй формирователь 22 импульсов и шину 23 управления .

Блок 5 функционального преобразования кода в код может быть выполнен в виде блока постоянной памяти, в одну половину которой занесена функция арктангенса, а в другую - арккотангенса.

При величине измеренного угла об , определяемого выходным кодом блока 5, менее или равным 45°, и соответственно величине тангенса этого, угла менее единицы, блок 5 реалируёт функ- до цию арктангенс, а при об > 45 - арккотангенс. Выбор реализуемой функции осуществляется по сигналу на управляющем входе блока 5 с выхода дешифратора 6.

Дешифратор 6 предназначен для оп, г ⁰ ределения реализации условия об ё 45 или об. > 45^й и может быть выполнен в виде блока сравнения входного кода с константой, пропорциональной 45 .

В случае использования преобразо·* вателя в системе, где измеряемый угол не может превышать 45°, в блок 5' заносится только функция арктангенс, а дешифратор 6 выполняется в виде элемента гальванической развязки, так что его выходной сигнал не влияет на функции, реалиуемые дешифрато55 соответствующие входы которых могут быть шиной логической единииспользованмя преобразо где измеряемый ром 21 и блоком 5, управляющие соединены с цы.

В случае вателя в системе, угол может превышать 90 , необходимо ввести блоки определения номера квадранта по выходным сигналам СКВТ 2, осуществляющие подсчет числа'переходов через 1^/2, и соответственно дешифрацию выходного кода с учетом квадранта. Возможно также использование известных схем определения квадранта с выдачей этой информации на выход преобразователя.

Дешифратор 21 выполняется стандартной методике синтеза вых автоматов в соответствии ритмом работы преобразователя,по которому задается таблица истинности,например , в следующем виде (см. табл . 1 и 2).

по цифрос алгопропорционально вызакону и поступают

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения с источника 1 на выходах СКВТ 2 формируются синусоидальные напряжения, амплитуды которых пропорциональны соответственно синусу и косинусу измеряемого угла об . Эти сигналы через усилители 7 и 8 и коммутатор 3 поступают на входы соответствующих блоков 10 и 11. Выходные высокочастотные сигналы блоков 10 и 11 модулируются по частоте ходным сигналам усилителей 8 и 9 по синусоидальному через коммутатор 12 на счетные входы соответствующих счетчиков 13 и 14, в которых накапливается значение интеграла соответствующего выходного сигнала СКВТ 2.

Импульсы на выходе формирователя формируются в каждый из моментов прохождения входного напряжения СКВТ 2 через нулевое значение.

В соответствии с табл. 1 рассмотрим работу преобразователя в первом режиме, характеризующемся максимальным быстродействием. В исходном состоянии ( фаза несущей выходного напряжения СКВТ 2 равна нулю) счетчик обнулен, коммутаторы 3 и 12 пропускают входные сигналы на одноименные выходы, реверсивные счетчики 13 и 14 осуществляют суммирование входных импульсов. Через 1/2 периода напряжения источника 1 формирователь сформирует импульс, по переднему фронту которого состояние счетчика i

20, дешифратора 2) и управляемых ими блоков изменится в соответствии с табл.1. Теперь счетчики 13 и 14 5· осуществляют вычитание из накопленного за первый полупериод значения кода импульсов с частотой, пропорциональной напряжению отрицательной полуволны выходных сигналов СКВТ 2. 10

В момент появления третьего импульса на выходе формирователя 19 через период напряжения источника 1 в счетчиках 13 и 14 окажутся зафиксированными величины N, и М₂, про- 15 порциональные синусу и косинусу угла ού поворота.

При этом на входе формирователя 22 появляется перепад напряжения, по которому формирователь 22 формирует 20 импульс, осуществляющий перезапись выходного кода счетчиков 13 и 14 в регистры 15 и 16 соответственно. Через элемент 18 выходной импульс формирователя 22 осуществляет перевод ²⁵ преобразователя в исходное состояние.

Результат деления выходных кодов регистров 15 и 16 на выходе блока 17 пропорционален, таким образом, тангенсу измеряемого угла, а выходной 30 код блока 5 пропорционален измеряемому углу. Если значение угла превысит 45 (момент перехода через 45° фиксируется дешифратором 6), коммутатор 3 переключается так, что в регистр 15j₅ заносится значение косинуса измеряемого угла, а в регистр 16 - значение синуса. В блоке 5 по управляющему сигналу дешифратора 6 реализуется при этом функция арккотангенс, так что до выходной код блока 6 вновь пропорционален измеряемому углу.

Устройство может работать также во втором режиме повышенной точности в соответствии с. табл.2. В этом 45 случае осуществляется периодическое переключение коммутаторов 3 и 12 так, что в течение одного периода напряжения источника 1 первый выходной сигнал СКВТ 2 проходит через уси-50 . литель 8 и блок 10, а в течение следующего периода - через усилитель 9 и блок 11. Выходной код счетчиков 13 и 14 переписывается при этом в регистры 15 и 16 после двух перио- . 55 дов выходного напряжения источника 1, при этом компенсируются погрешности усилителей 8 и 9 и блоков 10

1262730 4 и 1 1 преобразования напряжения в час Тоту.

Существенным преимуществом предла гаемого преобразователя является исключение составляющей погрешности, обусловленной появлением в выходном сигнале СКВТ 2 четных гармоник и случайных наводок. Это объясняется тем, что выходной сигнал СКВТ 2 интегрируется в течение одного или нескольких периодов, интеграл же от знакопеременной периодической функции в течение целого числа периодов равен нулю.

Смещение моментов коммутации выходных сигналов СКВТ 2 в коммутаторе 3 по отношению к нулевым значени1ям несущей выходных сигналов СКВТ 2 приводит к погрешности второго порядка малости.

Claims (3)

1 Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател . На чертеже представлена структурна  схема преобразовател . Преобразователь содержит источник 1 переменного напр жени , синуснокосинусный вращающийс  трансформатор ( СКВТ)2, коммутатор 3, аналого-цифро вой преобразователь(ЛЦП) 4, блок 5 функционального преобразовани  кода в код, дешифратор 6, блок 7 управлени  . АЦП 4 содержит первый 8 и второй 9 усилители, первый 10 и второй 1.1 .блоки преобразовани  напр жени  в частоту, коммутатор 12, первьм 13 и второй 14 реверсивные счетчики, первый 15 и второй 16 регистры, блок 17 делени  и элемент 18 задержки. Блок 7 управлени  содержит первый формирователь 19 импульсов, счетчик 20, дешифратор 2, второй формирователь 22 импульсов и шину 23 управлени  . Блок 5 функционального преобразовани  кода в код может быть выполнен в виде блока посто нной пам ти, в .одну половину которой занесена функци  арктангенса, а в другую - арккотангенса . При величине измеренного угла oi , определ емого выходным кодом блока 5 менее или равным 45, и соответствен но величине тангенса этого, угла менее единицы, блок 5 реалирует функцию арктангенс, а при oi 45 - арккотангенс . Выбор реализуемой функции осуществл етс  по сигналу на управл ющем входе блока 5 с выхода дешифратора 6. Дешифратор 6 предназначен дл  определени  реализации услови  о ё 45 или об 45 и может быть вьтолнен в виде блока сравнени  входного кода с константой, пропорциональной 45 . В случае использовани  преобразот вател  в системе, где измер емый угол не может превьшать 45°, в блок 5 заноситс  только функци  арктанген а дешифратор 6 вьтолн етс  в виде элемента гальванической разв зки, так что его выходной сигнал не вли ет на функции, реалиуемые дешифрато30 ром 21 и блоком 5, соответствующие управл ющие входы которых могут быть соединены с шиной логической единицы . В случае использовани  преобразовател  в системе, где измер емый угол может превьшать 90 , необходимо ввести блоки определени  номера квадранта по выходным сигналам СКВТ 2, осуществл ющие подсчет числапереходов через if/2, и соответственно дешифрацию выходного кода с учетом квадранта. Возможно также использование известных схем определени  квадранта с выдачей этой информации на выход преобразовател . Дешифратор 21 выполн етс  по стандартной методике синтеза цифровых автоматов в соответствии с алгоритмом работы преобразовател ,по кото-рому задаетс  таблица истинности,например , в следующем виде (см. табл . 1 и 2). Преобразователь работает следутощим образом. При подаче переменного напр жени  с источника 1 на выходах СКВТ 2 формируютс  синусоидальные напр жени , амплитуды которых пропорциональны соответственно синусу и косинусу измер емого угла . Эти сигналы через усилители 7 и 8 и коммутатор 3 поступают на входы соответствующих блоков 10 и 11. Выходные высокочастотные сигналы блоков 10 и I1 модулируютс  по частоте пропорционально выходным сигналам усилителей 8 и 9 по синусоидальному закону и поступают через коммутатор 12 на счетные входы соответствующих счетчиков I3 и 14, в которых накапливаетс  значение интеграла соответствующего выходного сигнала СКВТ 2. Импульсы на выходе формировател  19формируютс  в каждый из моментов прохождени  входного напр жени  СКВТ 2 через нулевое значение. В соответствии с табл. 1 рассмотрим работу преобразовател  в первом режиме, характеризующемс  максимальным быстродействием. В исходном состо нии ( фаза несущей выходного напр жени  СКВТ 2 равна нулю) счетчик 20обнулен, коммутаторы 3 и 12 пропускают входные сигналы на одиоименные выходы, реверсивные счетчики 13 и 14 осуществл ют суммирование входных импульсов. Через 1/2 периода напр жени  источника i формирователь 3 l5 сформирует импульс, по переднему фронту которого состо ние счетчика 20, дешифратора 21 и управл емых ими блоков изменитс  в соответствии с табл.1. Теперь счетчики 13 и 14 осуществл ют вычитание из накопленного за первый полупериод значени  кода импульсов с частотой, пропорциональной напр жению отрицательной полуволны выходных сигналов СКВТ 2. В момент по влени  третьего импульса на выходе формировател  19 через период напр жени  источника 1 в счетчиках 13 и 14 окажутс  зафиксированными величины N, и И, пропорциональные синусу и косинусу угл об поворота. При этом на входе формировател  22 по вл етс  перепад напр жени , п которому формирователь 22 формирует импульс, осуществл ющий перезапись выходного кода счетчиков 13 и 14 в регистры 15 и 16 соответственно. Че рез элемент 18 выходной импульс фор мировател  22 осуществл ет перевод преобразовател  в исходное состо ние Результат делени  выходных кодов регистров 15 и 16 на выходе блока 1 пропорционален, таким образом, тангенсу измер емого угла, а выходной код блока 5 пропорционален измер ем му углу. Если значение угла превыси 45 (момент перехода через 45 фикХ1 сируетс  дешифратором 6, коммутатор 3 переключаетс  так, что в регистр заноситс  значение косинуса измер емого угла, а в регистр 16 - значени синуса. В блоке 5 по управл ющему сигналу дешифратора 6 реализуетс  пр этом функци  арккотангенс, так что выходной код блока 6 вновь пропорционален измер емому углу. Устройство может работать также во втором режиме повьшенной точности в соответствии с. табл.2. В этом случае осуществл етс  периодическое переключение коммутаторов 3 и 12 так, что в течение одного периода на пр жени  источника 1 первый выходной сигнал СКВТ 2 проходит через уси литель 8 и блок 10, а в течение следующего периода - через усилитель 9 и блок 11. Выходной код счетчиков 13 и 14 переписьгоаетс  при этом в регистры 15 и 16 после двук перио- . ДОН выходного напр жени  источника 1, при этом компенсируютс  псгреш .ности усилителей 8 и 9 и блоков 10 7304 и 1 1 преобразовани  напр же и  в частоту . Существенным преимутцеством предла гаемого преобразовател   вл етс  исключение составл ющей погрешности, обусловленной по влением в выходном сигнале СКВТ 2 четных гармоник и случайных наводок. Это объ сн етс  тем, что выходной сигнал СКВТ 2 интегрируетс  в течение одного или нескольких периодов, интеграл же от знакопеременной периодической функции в течение целого числа периодов равен нулю. Смещение моментов коммутации выходных сигналов СКВТ 2 в коммутаторе 3 по отношению к нулевым значени1 м несущей выходных сигналов СКВТ 2 приводит к погрешности второго пор дка малости. Формула изобретений 1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник переменного напр жени , подключенный к входу синусно-косинусного вращающего трансформатора, выходы которого подключены к информационным входам коммутатора, выходы коммутатора подключены к входам аналого-цифрового преобразовател , выходы которого подключены к информационным в.ходам блока функционального преобразовател  кода в код, отличаю щи йс   тем, что, с целью повьшени  точности преобразовател , в него введены блок управлени  и дешифратор, первьй вход блока управлени  соединен с выходом-источника переменного напр жени , а второй вход - с первым выходом дешифратора, первый выход блока управлени  подключен к управл ющему входу коммутатора, второй, третий и четвертый выходы блока управлени  подключены соответственно к первому, второму и третьему управл ющим входам аналого-цифрового преобразовател , второй выход дешифратора подключен к управл ющему входу блока функционального преобразовани  кода в код, выходы которого подклю .чены к входам дешифратора.

2. Преобразователь по п.1, о т ч личающийс  тем, что аналого-цифровой преобразователь содержит первый и второй усилители, первый и второй блоки преобразовани  на5

пр жени  в частоту, коммутатор, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй регистры, блок делени  и элемент задержки, входы первого и второго усилителей  вл ютс  информационными входами аналого-цифрового преобразовател , выходы первого и второго усилителей через первый и второй блоки преобразовани  напр жени  в частоту соответственно подключены к информационным входам комму т а тора, первый и второй выходы которого подключены к счетным входам первого и второго реверсивных счет .чиков соответственно, выходы разр дов первого и второго реверсивных счетчиков подключены к информационным входам первого, и второго регистров соответственно, выходы которьгх подключены к входам блока делени , выход блока делени   вл етс  выходом аналого-цифрового преобразовател  , управл ющие входы первого и второго реверсивных счетчиков объединены , синхронизирующие входы первого и второго регистров соединены с входом -элемента задержки, выход которого подключен к установочным входам первого и второго реверсивных счетчиков управл ющий вход крммутатора, управ627306

л ющий вход первого реверсивного счетчика и синхронизирующий вход первого регистра  вл ютс  соответственно первым, вторым и третьим управл ю5 щими входами аналого-цифрового преобразовател  .

3. Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что блок управлени  -содержит первый формирова10 гель импульсов, счетчик, дешифратор, второй формирователь импульсов и шину управлени , вход первого формировател  импульсов  вл етс  первым входом блока управлени , выход первого 15 формировател  импульсов подключен к информационному входу счетчика, выходы разр дов которого подключены к группе входов дешифратора, первый выход дешифратора подключен к входу 20 второго формировател  импульсов, выход которого подключен к установочному входу счетчика, второй, третий, четвертый выходы дешифратора и выход второго формировател  импульсов 5  вл ютс  соответственно первым, вторым , третьим и четвертым выходами блока управлени , один вход дешифратора  вл етс  вторым входом блока

управлени , а другой вход дешифрато0 ра соединен с шиной управлени .

Таблица I

.0 О 1

0000 1000 0100

0100

о о

0000

с

1 + О 1

Т a б л и a a 2