SU879271A1

SU879271A1 - Method and device for displacement-to-phase conversion

Info

Publication number: SU879271A1
Application number: SU742084756A
Authority: SU
Inventors: Леонид Викторович Бурилин; Борис Петрович Леонов; Андрей Иванович Милюков; Виктор Прокофьевич Орлов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8624
Priority date: 1974-12-17
Filing date: 1974-12-17
Publication date: 1981-11-07

Description

Изобретение относится к автоматическому контролю и регулированию и может быть использовано при создании устройства ввода информации в цифровые вычислительные машины.The invention relates to automatic control and regulation and can be used to create a device for inputting information into digital computers.

Известный способ преобразования $ перемещение-фаза fl ] заключается в формировании и подведении к квадратурным входным обмоткам ВТ двух квадратурных сигналов, одинаковых по амплитуде. Оба эти сигнала модулируют по амплитуде в функции перемещений, ротора путем изменения взаимоиндукции между каждой входной и выходной обмоткой. Сигналы, индуктируемые каждой из входных квадратурных обмоток, геометрически суммируются на выходной обмотке, а о перемещении ротора судят по фазе результирующего выходного сигнала. 2QA known method of converting $ displacement-phase fl] is to form and bring to the quadrature input windings of the VT two quadrature signals of the same amplitude. Both of these signals are modulated in amplitude as a function of the displacements of the rotor by changing the mutual induction between each input and output windings. The signals induced by each of the input quadrature windings are geometrically summed on the output winding, and the movement of the rotor is judged by the phase of the resulting output signal. 2Q

В этом способе преобразования уголфаза точность преобразования угла в фазу обусловлена точностью ВТ. Уменьшение погрешностей, вносимых ВТ, мо— жет'быть достигнуто увеличением его числа пар полюсов. Однако в существующих ВТ для увеличения числа пар полюсов требуется значительно увеличить его габариты, что часто является недопустимым.In this method of converting an angle-phase, the accuracy of converting the angle to phase is due to the accuracy of the VT. A decrease in the errors introduced by the VT can be achieved by increasing its number of pole pairs. However, in existing VTs to increase the number of pole pairs, it is necessary to significantly increase its dimensions, which is often unacceptable.

Наиболее близким к изобретению является способ преобразования перемещение-фаза f2], заключающийся в том, что формируют равные по амплитуде квадратурные сигналы, модулируют оба эти сигнала по амплитуде в функ- ‘ ции перемещения и геометрически суммируют эти сигналы. Для повышения точности- преобразования периодически, переключают квадратурные сигналы между собой, вьщеляя на выходе преобразователя ошибку от неравенства амплитуд этих сигналов, которую затем· исключают. Определяют перемещение по фазе результирующего сигнала.Closest to the invention is a displacement-phase conversion method f2], which consists in generating quadrature signals of equal amplitude, modulating both of these signals in amplitude in the displacement function, and geometrically summing these signals. To increase the accuracy of the conversion periodically, quadrature signals are switched among themselves, inserting at the converter output an error from the inequality of the amplitudes of these signals, which is then eliminated. The phase displacement of the resulting signal is determined.

Известно устройство для преобразования перемещение-фаза, содержащее последовательно соединенные источник переменного напряжения и преобразователь Лз].A device for converting a displacement-phase containing a series-connected source of alternating voltage and a Converter LZ].

Известно также устройство для преобразования перемедаение-фаза, содержащее синусно-косинусный вращающийся трансформатор и фазосдвигающий контур [4 ],It is also known a device for converting the mediation-phase, containing a sine-cosine rotating transformer and phase-shifting circuit [4],

Недостатком известных технических решений является невысокая точность преобразования.A disadvantage of the known technical solutions is the low accuracy of the conversion.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.The purpose of the invention is improving the accuracy of the conversion.

Эта цель достигается тем, что в известном способе амплитуды квадратурных сигналов выбирают таким образом, что их отношение равно заданному увеличению масштаба преобразования .This goal is achieved by the fact that in the known method, the amplitudes of the quadrature signals are selected in such a way that their ratio is equal to a given increase in the scale of the transformation.

В устройстве, содержащем последовательно соединенные источник переменного напряжения и преобразователь, цель достигается путем снабжения квадратурным масштабирующим контуром, вход которого соединен с выходом источника переменного напряжения, и сумматор, один' из входов которого соединен с выходом преобразователя, другой - с выходом квадратурного масштабирующего контура,а коэффициент передачи квадратурного масштабирующего контура выбран из соотношения: где иIn a device containing an ac voltage source and a converter connected in series, the goal is achieved by supplying a quadrature scaling circuit, the input of which is connected to the output of the ac voltage source, and an adder, one of whose inputs is connected to the output of the converter, and the other with the output of the quadrature scaling circuit, and the transmission coefficient of the quadrature scaling contour is selected from the relation: where and

К^- коэффициенты передачи преобразователя и квадратурного масштабирующего контура;K ^ - transfer coefficients of the transducer and quadrature scaling circuit;

М - масштаб преобразования.M is the conversion scale.

В устройстве, содержащем синуснокосинусный вращающийся трансформатор и фазосдвигающий контур, цель дости гается тем, что число витков синусной (W^) и косинусной (WgP обмоток выбирается из соотношения где М — изменение масштаба преобра зования.In a device containing a sine-cosine rotating transformer and a phase-shifting circuit, the goal is achieved by the fact that the number of turns of the sine (W ^) and cosine (WgP windings is selected from the relation where M is the change in the scale of the transformation.

Способ преобразования перемещение-фаза заключается в том, что формируют два сигнала, смещенные по фазе на 90°, амплитуды этих сигналов выбирают таким образом, что их отношение равно заданному увеличению масштаба преобразования. По меньшей мере один из сигналов модулируют по амплитуде в функции измеряемого перемещения. Далее геометрически суммируют эти сигналы. Величину перемеще ния определяют по фазе результирующего сигнала.The movement-phase conversion method consists in the fact that two signals are generated, phase-shifted by 90 °, the amplitudes of these signals are selected in such a way that their ratio is equal to a given increase in the conversion scale. At least one of the signals is modulated in amplitude as a function of the measured displacement. Next, these signals are geometrically summed. The amount of displacement is determined by the phase of the resulting signal.

На фиг. 1 представлена схема устройства для преобразования перемеще5 ние-фаза, реализующего способ и выполненного на основе индукционного преобразователя и квадратурного масштабирующего контура,' на фиг.'2 схема устройства для преобразования 10 .перемещение-фаза, реализующего способ и выполненного на основе синусно-косинусного вращающегося трансформатора.In FIG. 1 is a diagram of a device for converting a displacement-phase transition that implements the method and is based on an induction converter and a quadrature scaling circuit, 'in Fig. 2 a diagram of a device for converting 10. Displacement-phase implementing a method and based on a sine-cosine rotating transformer.

₁₅ Устройство на фиг._1 содержит однофазный источник 1 переменного напряжения, выход которого соединен с преобразователем 2 и с квадратурным масштабирующим контуром 3, состоящем из последовательно включенного фазосдвигающего звена 4 и масштабирующего звена 5. Выходы преобразователя и квадратурного масштабирующего контура соединены с входом сумматора 6, с вывода которого снимается выходное напряжение устройства. В качестве преобразователя 2 может использоваться вращающийся трансформатор, индукционный потенциометр или другое индукционное устройство, обеспечиваю³⁰ щее в малом угловом диапазоне поворота ротора линейное изменение выход-. ного напряжения. Фазосдвигающее звено 4 представляет собой RC-цепи или грубый фазовращатель, а масштабиру35 ющее звено - масштабный трансформатор или делитель напряжения. ₁₅ The device of Fig. 1 contains a single-phase AC voltage source 1, the output of which is connected to the transducer 2 and to the quadrature scaling circuit 3, consisting of a phase shifting link 4 and the scaling link 5 connected in series. The outputs of the converter and the quadrature scaling circuit are connected to the input of the adder 6, from the output of which the output voltage of the device is removed. As the transducer 2 can be used rotating transformer induction potentiometer or other inductive device provides ³⁰ present in a small angular range of rotation of the rotor The output ramp. voltage. The phase shifting unit 4 is an RC circuit or a coarse phase shifter, and the scaling unit is a scale transformer or voltage divider.

Устройство на фиг; 2 содержит синусно-косинусный вращающийся транс⁴⁰ форматор (ВТ ) 7 и фазосдвигающий контур 8. На обмотку 9 возбуждения ВТ подается напряжение от однофазного источника переменного тока. Квадратурная обмотка 10 служит для выполнения первичного симметрирования. Выходная обмотка 11 ВТ соединена с реактивным сопротивлением 12, а обмотка 1 3 - с активным сопротивлением 14. Выходные клеммы устройства под50 ключены к точке соединения квадратурных обмоток 11 и 13 и к точке соединения сопротивлений 12 и 14. Обмотка 11 (синусная) вращающегося трансформатора 7 выполнена с числом витков 55 W-| равным числу витков обмотки 13 (косинусной) увеличенному на коэффициент повышения масштаба преобразования угла в фазу (м).The device of FIG. 2 contains a sine-cosine rotating trans ⁴⁰ formatter (BT) 7 and a phase-shifting circuit 8. A voltage from a single-phase AC source is supplied to the VT excitation winding 9. The quadrature winding 10 is used to perform primary balancing. The output winding 11 W is connected to the reactance 12, and the winding 1 3 to the active resistance 14. The output terminals of the device are connected to the junction of the quadrature windings 11 and 13 and to the junction of the resistors 12 and 14. The winding 11 (sinus) of the rotating transformer 7 executed with a number of turns 55 W- | equal to the number of turns of the winding 13 (cosine) increased by the coefficient of increasing the scale of conversion of the angle into phase (m).

Способ осуществляется с помощью устройства по фиг. 1 следующим образом.The method is carried out using the device of FIG. 1 as follows.

При подведении напряжения питания от источника 1 на вход преобразователя 2, на вторичной обмотке преобразователя индуктируется ЭДС 11^, которая в малом диапазоне углов поворота ротора равна l^=KU<Z, где К коэффициент, пропорциональности, d,угол поворота ротора. На выходе квадратурного масштабирующего контура 3 создается напряжение U|^, амплитуда которого определяется передаточными функциями фазосдвигающего и масштабирующего звеньев. Фаза напряжения U_Kс помощью фазосдвигающего звена 4 смещается на 90° относительно фазы напряжения .When the supply voltage is supplied from the source 1 to the input of the converter 2, an EMF 11 ^ is induced on the secondary winding of the converter, which in the small range of rotor rotation angles is l ^ = KU <Z, where K is the coefficient of proportionality, d, and the angle of rotation of the rotor. At the output of the quadrature scaling circuit 3, a voltage U | ^ is created, the amplitude of which is determined by the transfer functions of the phase-shifting and scaling links. The voltage phase U _K using phase shifting link 4 is shifted 90 ° relative to the voltage phase.

Напряжение на выходе квадратурного масштабирующего контура равно Uj^= j Kj- U. Угол сдвига фазы сигнала на выходе сумматора 6 определяется выражением tg *^·= которое при малых значениях углов Ψ равно Ψ Следовательно масштаб преобразования угла <£ ь фазу V определяется отношением коэффициентов передачи преобразователя (. К ) и квадратурного масштабирующего контураThe voltage at the output of the quadrature scaling circuit is equal to Uj ^ = j Kj- U. The phase angle of the signal at the output of the adder 6 is determined by the expression tg * ^ · = which for small angles Ψ is equal to Ψ Therefore, the scale of the transformation of the angle <£ b phase V is determined by the ratio of the coefficients transducer converter (.K) and quadrature scaling loop

Способ осуществляется с помощью устройства по фиг. 2 следующим образом.The method is carried out using the device of FIG. 2 as follows.

При подключении обмотки возбуждения; 9 к источнику питания, на обмотках 11 и 13 индуктируются квадратурные ЭДС, зависящие от угла поворота и равные и U₂--KU_b ~COSpd, где Ufcj - напряжение питания;When connecting the field winding; 9 to the power source, quadrature EMFs are induced on the windings 11 and 13, depending on the angle of rotation and equal to U ₂ --KU _b ~ COSpd, where Ufcj is the supply voltage;

W — число витков обмотки возбуждения 9;W is the number of turns of the field winding 9;

» w_o — числа витков вторичных обмо— ² ток И и 13."W _o - the number of turns of the secondary windings - ² current And and 13.

При малых значениях углов поворота ротора (at) и сдвига фазы (Ψ) выходное напряжение устройства имеет сдвиг фазы, равный: Ч* - р.ЦFor small values of the angle of rotation of the rotor (at) and phase shift (Ψ), the output voltage of the device has a phase shift equal to: * * - p.

Следовательно масштаб преобразования угла в фазу в новом устройстве увеличен' по сравнению с существующими преобразователями в W^/^раза.Consequently, the scale of the conversion of the angle to phase in the new device is increased 'in comparison with the existing converters W ^ / ^ times.

Использование нового способа преобразования перемещение-фаза в малом угловом диапазоне обеспечивает по сравнению с существующими способами увеличение масштаба преобразования 'при сохранении числа пар полюсов вращающегося трансформатора. Это дает пропорциональное повышение точности преобразования перемещение-фаза без повышения требований к точности вращающегося трансформатора.The use of a new method of converting the displacement-phase in a small angular range provides, in comparison with existing methods, an increase in the conversion scale while maintaining the number of pole pairs of the rotating transformer. This provides a proportional increase in the accuracy of the movement-phase conversion without increasing the accuracy requirements of a rotating transformer.

При осуществлении способа устройством, состоящим :из индукционного преобразователя, квадратурного масштабирующего контура и сумматора, высокая точность преобразования перемещения в фазу обеспечивается при использовании однофазного источника питания и широко применяемых в приборостроении элементов с низкими точностными показателями. Все элементы устройства серийно выпускаются отечественной промышленностью. Устройство дает возможность в широких пределах регулировать масштаб преобразования угла в. фазу, а следовательно, и его точность.When implementing the method with a device consisting of an induction converter, a quadrature scaling circuit and an adder, high accuracy of the conversion of displacement to phase is ensured by using a single-phase power supply and elements with low accuracy indicators widely used in instrumentation. All elements of the device are serially produced by the domestic industry. The device makes it possible to broadly adjust the scale of the transformation of the angle in. phase, and therefore its accuracy.

Осуществление способа устройствам, состоящим из синусно- косинусного вращающегося трансформатора с 'разным числом витков вторичных квадратурных обмоток и фазосдвигающих цепей, обеспечивает повышение точности преобразования при максимальном сокращении числа используемых элементов. Кроме того, увеличение масштаба и связанное с ним повышение точности преобразования в этом устройстве производится без увеличения габаритов и точности изготовления вращающегося трансформатора.The implementation of the method for devices consisting of a sine-cosine rotating transformer with a different number of turns of the secondary quadrature windings and phase-shifting circuits, improves the conversion accuracy while minimizing the number of elements used. In addition, the increase in scale and the associated increase in the accuracy of the conversion in this device is carried out without increasing the size and accuracy of manufacturing a rotating transformer.

Claims

The invention relates to automatic control and regulation and can be used to create an input device for digital computers. The first mode of displacement-phase transformation p consists of forming and supplying two quadrature signals of the same amplitude to the quadrature input windings W. Both of these signals are modulated in amplitude as a function of the movements of the rotor by changing the mutual induction between each input and output winding. The signals induced by each of the quadrature input windings are geometrically summed at the output winding, and the movement of the rotor is judged according to the phase of the resulting output signal. In this method of converting the phase, the accuracy of converting the angle to the phase is determined by the accuracy of the VT. A decrease in the errors introduced by a CT can be achieved by increasing its number of pole pairs. However, in existing BTs, in order to increase the number of pole pairs, it is required to significantly increase its dimensions, which is often unacceptable. The closest to the invention is the displacement-phase f2j transform method, which consists in forcing quadrature equal signals in amplitude, modulate both these amplitude signals as a function of displacement, and geometrically summarizes these signals. To improve the accuracy of the conversion, the quadrature signals are periodically switched between each other, introducing an error at the output of the converter from the inequality of the amplitudes of these signals, which are then turned off. The phase displacement of the resultant signal is determined. A device for transforming a displacement-phase is known, which contains series-connected spring voltage source 3 and converter Dz. It is also known a device for converting the sweeping-phase comprising a sine-cosine rotating transformer and a phase-shifting circuit 4. A disadvantage of the known technical solutions is the low conversion accuracy. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the conversion. This goal is achieved by the fact that in a known method the amplitudes of the quadrature signals are chosen in such a way that their ratio is equal to a given increase in the scale of the transform. In a device containing a series-connected alternating voltage source and a converter, the target is achieved by supplying a quadrature scaling circuit whose input is connected to the output of a variable voltage source, and an adder, one of the inputs of which is connected to the output of the converter, the other to the quadrature scaling circuit output, and the transfer coefficient of the quadrature scaling circuit is selected from the relation: V m where K, and Cl are the transfer coefficients of the converter and quadrature scale abutting circuit; M - scale conversion In a device containing a sine-sinus rotary transformer and a phase-shifting circuit, the goal is achieved in that the number of turns of the sinus (Wj) and cosine (Wo) windings is selected from the ratio M, where M is the change of the conversion scale. The displacement-phase transformation method consists in forming two signals that are shifted in phase by 90 °, the amplitudes of these signals are chosen in such a way that their ratio is equal to a given increase in the conversion scale. At least one of the signals is modulated in amplitude as a function of the measured movement. Further, these signals are geometrically summarized. The magnitude of the displacement14 is not determined by the phase of the resulting signal. FIG. 1 is a diagram of a displacement-phase conversion device implementing a method and made on the basis of an induction converter and a quadrature scaling circuit; FIG. 2 is a diagram of a device FOR a transfer-phase conversion implementing a method and made on the basis of a sine-cosine rotating transformer. The device in FIG. Contains a single-phase alternating voltage source J, the output of which is connected to converter 2 and to quadrature scaling circuit 3, consisting of a series-connected phase-shifting element 4 and scaling link 5. The outputs of the converter and quadrature scaling circuit are connected to the input of adder 6 from the output of which the output voltage of the device is removed. As a converter 2, a rotating transformer, an induction potentiometer, or other induction device can be used, providing a linear variation of the output voltage in a small angular range of rotor rotation. Phase-shifting element 4 is a KS circuit or coarse phase shifter, and the scaling link is a large-scale transformer or voltage divider. The device in FIG; 2 contains a sine-cosine rotary transformer (BT) 7 and a phase-shifting circuit 8. The excitation winding 9 is supplied with voltage from a single-phase AC source. Quadrature winding 10 serves to perform primary balancing. The output winding 11 W is connected to the reactance 12, and the winding 1 3 is connected to the active resistance 14. The output terminals of the device are connected to the connection point of the quadrature windings 11 and 13 and to the connection point of the resistances 12 and 14. The winding 11 (sinus) of the rotating transformer 7 is made with the number of turns of W / i equal to the number of turns of W of the winding 13 (cosine) increased by the ratio of the scale of converting the angle to phase (m). The method is carried out using the device of FIG. 1 as follows. When supplying voltage from source 1 to the input of converter 2, the secondary voltage of the converter is induced by EMF Uy, which is equal to U KUa6 in a small range of rotor angles of rotation, where K is the proportionality factor, and 6 is the angle of rotor rotation. At the output of the quadratic scaling circuit 3, a voltage Uj is created, the amplitude of which is determined by the transfer functions of the phase-shifting and scaling links. The phase of the voltage of the voltage with a base of the phase-shifting link 4 cm is 90 degrees relative to the phase of the voltage LL. The voltage at the output of the quadrature scaling loop is U | x j K,). The phase angle of the signal at the output of the adder 6 is determined by the expression tan f; - y, which at small angles H is equal to i7V "Consequently, the scale of the transform: neither the angle oC nor phase V is determined by the ratio of the transfer coefficients of the converter (K) and the quadrature scaling contour (1C). The method is carried out using the device of FIG. . 2 as follows. When connecting the excitation winding; 9 to the power source, quadrature emf is induced on the windings 11 and 13, depending on the angle of rotation and equal to w.NWo U KU - siMRoi. and and, ki is the cospo where Uu is the supply voltage; W is the number of turns of the field winding 9; W is the number of turns of the secondary windings 11 and 13. With small values of rotor rotation angles (oO and phase shift (P), the output voltage; the device has a phase shift equal to: Consequently, the scale of the angle to phase conversion in the new device is increased compared to with existing converters in W / Wpasa. Using a new method of converting the displacement-phase in a small angular range provides an increase in the scale of conversion 16 while maintaining the number of pole pairs of a rotating transformer. gives a proportional increase in the displacement-phase conversion accuracy without exceeding the requirements for the accuracy of a rotating transformer.When the method is performed, the device consists of 1m: from an induction converter, quadrature scaling circuit and adder, high accuracy of conversion to displacement using a single-phase power source and widely used instrumental elements with low accuracy indicators. All elements of the device are serially produced by the domestic industry. The device makes it possible to regulate the scale of angle conversion to a wide range. phase, and hence its accuracy. The implementation of the method of the device, consisting of sine; A cosine rotary transformer with a different number of turns of the secondary quadrature windings and phase-shifting circuits ensures an increase in the conversion accuracy with a maximum reduction in the number of elements used. In addition, the increase in scale and the associated increase in conversion accuracy in this device is carried out without increasing the size and accuracy of the manufacturing of the rotating transformer. Claim 1. Transform-phase conversion method, consisting in forming quadrature signals, at least one of the modulated-signals. ) cosiness in amplitude as a function of displacement, geometrically summarizes these signals, and displacement is judged in phase of the resulting signal, characterized in that, in order to increase the accuracy of the conversion, the amplitudes of the quadrature signals are chosen so that their ratio is equal to a given increase in the conversion scale .

2. A displacement-phase conversion device comprising a series-connected alternating voltage source and a converter, characterized in that it is provided with a quadrature