SU830478A1

SU830478A1 - Shaft angular position-to-code converter

Info

Publication number: SU830478A1
Application number: SU792816535A
Authority: SU
Inventors: Александр Витальевич Золотухин; Анатолий Павлович Мантуло; Валерий Васильевич Петьков
Original assignee: Опытно-Конструкторское Техноло-Гическое Бюро Института Металло-Физики Ah Украинской Ccp
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1981-05-15

Description

1one

Изобретение относитс к автоматике и вычислительной технике к может быть использовано дл точного измерени угла поворота вала в различных отрасл х науки и техники.The invention relates to automation and computing technology can be used to accurately measure the angle of rotation of the shaft in various aspects of science and technology.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий св занный с двигателем растровый кодируюндий диск, по обе стороны которого закреплены источники света и фотоэлементы, св занные со схемой регистрации 1.A known transducer of the angle of rotation of the shaft into a code containing a raster encoded disk associated with an engine, on both sides of which there are fixed light sources and photo cells associated with the recording circuit 1.

Недостатком данного преобразовател вл етс невысока точность, что обусловлено возможной нестабильностью вращени кодирующего диска. Кроме того, после каждого предыдущего цикла работы прорези дне ка занимают по отношению к фотоэлементам произвольное, неопределенное положение , в результате чего ощибка при из.мерени х может составл ть две единицы счета.The disadvantage of this converter is low accuracy due to possible instability of rotation of the encoding disk. In addition, after each previous cycle of operation, the bottom slits occupy an arbitrary, indeterminate position with respect to the photocells, with the result that the measurement error can be two units of counting.

Известен преобразователь угол-код, содержащий соединенный с двигателем диск опроса, генератор счетных импульсов, две пары фотодиод-источник света и св занный с ними, через нуль-орган блок формировани кода, в состав которого вход т триггеры , ключевые схемы и блок измерени отнощени числа счетных импульсов. Дл устранени вли ни нестабильности вращени диска опроса данный преобразователь снабжен дополнительным фотодиодом и катущками индуктивности, что в определенной мере повышает точность измерени (2J.The known angle-code converter contains a polling disk connected to the motor, a counting pulse generator, two pairs of photodiode-light source and a block for generating a code through which the triggers, key circuits and the ratio measurement unit are connected through them. counting pulse numbers. To eliminate the influence of the instability of the rotation of the interrogation disk, this converter is equipped with an additional photodiode and inductors, which to a certain extent improves the measurement accuracy (2J.

Однако при нефиксированном положении диска возможна ошибка в две единицы счета , что отрицательно сказываетс на точности измерени угла.However, with an unfixed position of the disc, an error of two counts is possible, which negatively affects the accuracy of angle measurement.

Цель изобретени - повышение точности преобразовател путем уменьшени возможной ошибки до одной, единицы счета.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the converter by reducing the possible error to one unit of account.

Поставленна цель достигаетс тем,что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий двигатель, соединенный с кодирующим диском, две пары фотодиод-источник света, одна из которых установлена на корпусе, а друга - на кодируемо.м йалу, два нуль-органй, входы которых соединены с фотодиодами, а выходы - с дву .м входами первого триггера, вь1ход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со входо .м счетчика, генератор, второй элемент И и второй триггер, введены синхронный делитель частоты и блок питани двигател .The goal is achieved by the fact that the converter of the shaft rotation angle into the code containing the motor connected to the coding disk, two pairs of photodiode-light source, one of which is mounted on the housing, and the other is encoded. whose inputs are connected to photodiodes, and the outputs to the two inputs of the first trigger, whose input is connected to the first input of the first element I, the output of which is connected to the input of the counter, generator, the second element And and the second trigger, a synchronous frequency divider and power unit engine.

выход которого соедиигп с .двигателем, первый вход блока riirui ;;iH двигател соединен с выходом второе чу,1Ь-органа, третьим входом второго триггера и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом блока питани двигател и выходом второго триггера, выход второго элемента И соединен со входом генератора, выход которого соединен с третьим входом первого триггера, вторым входом первого элемента И и входом синхронного делител частоты, выход которого соединен со вторым входом блока питани двигател , а первый и второй входы второго триггера соединены с шинами команд «Стоп и «Старт.the output of which is combined with the engine, the first input of the riirui ;; iH engine is connected to the second output of the 1B-organ, the third input of the second trigger and the first input of the second element I, the second input of which is connected to the third input of the engine power supply and the output of the second trigger , the output of the second element And is connected to the input of the generator, the output of which is connected to the third input of the first trigger, the second input of the first element And and the input of the synchronous frequency divider, the output of which is connected to the second input of the engine power supply, and the first the first and second inputs of the second flip-flop are connected to the rails command "Stop," Start.

Такое выполнение преобразовател позвол ет исключить ошибки, обусловленные нестабильностью вращени диска, а также устранить ошибку в одну единицу счета, котора возникает вследствие того, что прорезь диска занимает в начале измерений неопределенное положение по отношению к оптической оси опорной неподвижной пары фотодиод-источник света.Such an embodiment of the converter allows eliminating errors caused by instability of the disk rotation, as well as eliminating the error in one counting unit, which occurs due to the fact that at the beginning of the measurements the disk slot occupies an indeterminate position relative to the optical axis of the reference fixed photodiode-light source pair.

На чертеже приведена схема преобразовател угла поворота вала в код.The drawing shows a diagram of the converter angle of rotation of the shaft in the code.

Преобразователь содержит синхронный двигатель (переменного тока) 1 и кодирующий диск 2 с прорез ми. Диск размешен .между элементами пар фотодиод-источник света (светодиод)-3 и 4. Пара 3 закреплена неподвижно (на корпусе устройства), а пара 4 установлена на кодируемом валу 5, угол поворота которого необходимо измер ть, фотодиоды пар 3 и 4 св заны через нуль-органы 6 и 7 с устройством 8 формировани кода , в которое входит RS-триггер 9, к первому и второму .входам которого подключены нуль-органы 6 и 7, элемент И 10, один из входов которого св зан с выходом RS-триггера 9 и счетчик 11, подключенный к выходу элемента И 10. Кроме того, преобразователь содержит генератор 12 счетных импульсов, элемент И 13, а также устройство 14 управлени двигателем, в состав которого входит синхронный делитель 15 частоты, блок 16 питани двигател и трехвходовый Д-триггер 17, первый и второй входы которого св заны с шина.ми сигналов соответственно «Стоп и «Старт. Генератор 12 счетных импульсов через делитель 15 св зан с блоком 16 питани двигател , который в свою очередь подключен к двигателю 1. Кроме того, генераглр 12 св зан с устройством 8 формировани кода, а именно - с третьим входом тригlofia 9 и вторым входом элемента И 10.The converter contains a synchronous motor (alternating current) 1 and a coding disc 2 with slots. The disk is placed between the elements of the photodiode-light source pairs (LED) -3 and 4. Pair 3 is fixed (on the device case), and pair 4 is mounted on the encoded shaft 5, the rotation angle of which is to be measured, photodiodes pair 3 and 4 are entered through null-bodies 6 and 7 with a code-generating device 8 that includes an RS flip-flop 9, the first and second inputs of which are connected null-organs 6 and 7, element 10, one of the inputs of which is connected to the RS output -trigger 9 and the counter 11 connected to the output element And 10. In addition, the converter contains neural clock 12 counting pulses, element 13 and the engine control device 14, which includes a synchronous frequency divider 15, motor power supply 16 and three-input D-flip-flop 17, the first and second inputs of which are connected to the bus. Stop and “Start. The generator 12 counting pulses through a divider 15 is connected to the power supply unit 16 of the engine, which in turn is connected to the engine 1. In addition, the generator 12 is connected with the device 8 forming a code, namely with the third input of the triangle 9 and the second input element And ten.

нуль-органа 7, св занный с первым входом триггера 9, а также с третьим входом триггера 17, первым входом блока 16 питани и одним из входов элемента И 13, второй вход которого подключен к выходу триггера 17. При этом выход триггера zero-organ 7 associated with the first input of the trigger 9, as well as with the third input of the trigger 17, the first input of the power supply unit 16 and one of the inputs of the And 13 element, the second input of which is connected to the output of the trigger 17. In this case the trigger output

17 св зан также с третьим входом блока 16 питани двигател .17 is also connected to the third input of the engine power supply 16.

Преобразователь работает следуюшим образом.The converter works as follows.

После предыдущего цикла измерений (или специального подготовительного цикла ) кодирующий диск 2 занимает, за счет наличи устройства управлени двигателем 14, строго фиксированное положение, при котором щель диска располагаетс на оптической оси пары 3 фотодиод-источник света.After the previous measurement cycle (or a special preparatory cycle), the coding disk 2 occupies, due to the presence of an engine control device 14, a strictly fixed position at which the disk slot is located on the optical axis of the pair 3 of the photodiode-light source.

На входе нуль-органа 7 присутствует фототок приемника света (фотодиода пары 3), а на выходе - потенциал логической единицы , который поступает на первый вход триггера 9 и на третий вход Д-триггера 17.At the input of the zero-body 7 there is a photocurrent of the light receiver (photodiode pair 3), and the output is the potential of the logical unit, which is fed to the first input of the trigger 9 and to the third input of the D-trigger 17.

До поступлени команды «Старт триггер 17 находитс в состо нии, когда на его выходе присутствует логический «О.Prior to the arrival of the command, the start trigger 17 is in a state where a logical "O" is present at its output.

Логический ноль поступает через элемент 13 на запрещающий вход генератора 12. На выходе генератора 12 напр жение отсутствует, двигатель 1 обесточен, счетчик 11 незаполнен.A logical zero enters through the element 13 at the prohibiting input of the generator 12. At the output of the generator 12, the voltage is absent, the engine 1 is de-energized, the counter 11 is empty.

По команде «Старт, поступающий на третий вход триггера 17, на его пр мом вы5 ходе формируетс логическа «1, запускающа генератор 12. Высокочастотные счетHbie импульсы поступают с генератора 12 на третий вход триггера 9, и на его выходе по вл етс логическа «1 (до прихода импульса на первом входе триггера 9 присут ствовала единица с выхода нуль-органа 7).By the command "Start arriving at the third input of trigger 17, a logical" 1 starting generator 12 is generated at its forward end. High-frequency counts Hbie are received from generator 12 to the third input of trigger 9, and at its output logical "1 (before the arrival of the pulse at the first input of the trigger 9, there was a unit from the output of the null organ 7).

Одновременно импульсы с генератора 12 поступают на элемент И 10 и после переключени триггера 9 в состо ние единицы (врем переключени намного .меньше длительности импульса) проход т на вход счетчика 11.At the same time, the pulses from the generator 12 arrive at the element AND 10 and after switching the trigger 9 to the state of unity (the switching time is much shorter than the pulse duration) passes to the input of the counter 11.

Таким образом, начина с первого и.мпульса генератора 12 происходит отсчет числа, пропорционального угловому положению вала. QThus, starting with the first impulse of the generator 12, a number is calculated that is proportional to the angular position of the shaft. Q

Поступление первого счетного импульса совпадает с моментом трогани диска 2, так как импульсы с генератора 12 одновременно поступают через синхронный делитель 15 частоты на вход блока 16. Блок 16, работающий по принципу широтно-импульсной модул ции, обеспечивает питани синхронного двигател 1 импульсами, частота которых посто нна, а длительность зависит от изменений скорости вращени диска 0 модул тора.The arrival of the first counting pulse coincides with the moment of moving the disk 2, since the pulses from the generator 12 simultaneously arrive through the synchronous divider 15 of the frequency to the input of the block 16. The block 16, operating according to the pulse-width modulation principle, supplies the synchronous motor 1 with pulses constant, and the duration depends on changes in the speed of rotation of the modulator disk 0.

Claims

In this case, the leading edge of the supplying pulses coincides with the leading edge of the RF counting pulses, and the temporal instability of the motor rotation (taking into account the absence of load on its shaft) approaches the instability of the generator 12 itself. High stability of rotation is ensured by the feedback of the power supply unit 16 with zero power. organ 7. From the beginning of the rotation of the disk, two sequences of pulses from a pair of 3 photodiode-light source and a pair of 4 are formed, the phase shift between which is proportional to the angle of rotation of the shaft. These two sequences, after forming by zero-bodies 6 and 7, arrive at the first and second inputs of trigger 9 and form a temporary interval filled with pulses of generator 12 through element 10. At the command "Stop at the first input of trigger 17, the trigger will switch to zero only at the moment of presence of the signal at the output of the null organ 7, i.e., at the moment when the disc slot coincides with the optical axis of pair 3. At this moment, the short-time signal "Stop, which appears at the output block 16. With each last As the rotation of the disk 2 continues to rotate, the duration of the inhibitory impulse from the element 13 increases, which ultimately stops the engine and the disk in the desired fixed position, which is the initial position for the next cycle, operation. Introduction of a synchronous motor control device to the converter, which ensures that the motor operates in synchronism with the operation of a highly stable generator of counting pulses (the phase shift between the pulses of pair 3 and the generator impulses is constant), eliminates errors due to the instability of the disk rotation, as well makes it possible to combine in time the moment of moving the disk with the moment when the first counting pulse enters the counter, as a result of which an error of one unit of counting is eliminated, ora could be at the origin, and would lead to less accurate measurements. Thus, the proposed converter design provides an increase in the accuracy of measurements (especially in the initial parts of the angular ranges) and reduces the possible error to one unit of count. The economic effect of using this invention is due to its technical features, as described above. The invention The converter of the angle of rotation of the shaft into the code containing the motor is connected and: |, | n with an encoding disk, two pairs of photodiodes of light, one of which is mounted on the housing and the other on the encoded shaft, two zero an organ whose inputs are connected to photodiodes, and the outputs are from two inputs of the first trigger, the output of which is connected to the first input of the first element I, the output of which is connected to the input of the counter, the generator, the second element And and the second trigger differing By the fact that, in order to improve the accuracy of the converter, it has a synchronous frequency divider and an engine power supply unit, the output of which is connected to the engine, - the first input of the engine power supply is connected to the output of the second null organ, the third input of the second trigger and the first input of the second element I, the second input of which is connected the third input of the power supply unit of the engine and the output of the second trigger, the output of the second element I is connected to the input of the generator, the output of which is connected to the third input of the first trigger, the second input of the first element And and the input of the synchronous frequency divider the stroke of which is connected to the second input of the engine power supply unit, and the first and second inputs of the second trigger are connected to the tires of the Stop and Start, Sources of Information commands taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 506893, cl. G 08 C 9/06, 1974.

2. USSR author's certificate jyo 525145, cl. G 08 C 9/06, 1975 (prototype).