SU894770A1 - Преобразователь сигналов синусно-косинусного датчика угла в код - Google Patents

Description

Изобретение относится к системам' автоматического контроля и преобразования сигналов в цифровой код, а именно к преобразователям сигналов синусно-косинусного датчика угла в код.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик , выходы которого через последовательно соединенные выпря мители и усилители-интеграторы подключены ко входам блока сравнения, выход которого подключен ко входам блока сложения непосредственно и через дешифратор, бдок определения квадранта . выходы которого соединены с ¹ выходами датчика, и блок управления, . вход которого подключен к выходу генератора, а выходы - к управляющим входам усилителей-интеграторов и блоков сравнения и сложения Г1]. ²

Недостаток данного преобразователя нелинейность характеристики преобразования. Так, например, число импуль2 сов, поступивших на блок сложения,прог, порционально 1ц9или (1 - ctqS) (где Θ - угол поворота ротора датчика), что вызывает необходимость введения в состав устройства специального нелинейного .блока - дешифратора, а это усложняет конструкцию преобразователя и уменьшает его точность.

Наиболее близок к предлагаемому преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, выходы которого через переключатель октантов соединены со входами выпрямителей, ключи, входы которых соединены с выходами выпрямителей, а выходы - со входом фильтра нижних частот, и индикатор нуля, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход ко входу формирователя прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами ключей и входами блока преобразования временных э

интервалов в код, выход которого является выходом устройства [21.

Недостатком этого преобразователя является нелинейность характеристики преобразования, так как в состоянии < устойчивого равновесия отношение выходных сигналов формирователя соответствует тангенсу измеряемого угла. Для того, чтобы код на выходе устройства был прямо пропорционален этому г углу, необходим вычислительный блок с арктангенсной характеристикой преобразования для вычисления кода угла внутри октанта. Однако подобный блок сложен с конструктивной точки зрения _f и не может обеспечить высокую точность функционального преобразования кодов. Это усложняет преобразователь в целом и уменьшает его точность.

Цель изобретения - повышение точ- ₂ ности преобразователя сигналов синусно-косинусного датчика угла в код за счет линеаризации характеристики преобразования в процессе измерения.

Поставленная цель достигается тем, ₂ что в преобразователь сигналов синусно-косинусного датчика угла в код, содержащий переключатель октантов, входы которого соединены с выходами синусно-косинусного датчика угла, а выходы - со входами соответствующих выпрямителей, и Последовательно соединенные фильтр нижних частот, нуль-индикатор и формирователь прямоугольных , импульсов, выходы которого соединены со входами блока преобразования вре- ³ менных интервалов в код, введены два импульсно управляемых блока, сигнальные входы которых подключены к выходам соответствующих выпрямителей, управляющие входы импульсно управляв- ⁴¹ мых блоков соединены с соответствующими выходами формирователя прямоугольных импульсов, первые выходы импульсно управляемых блоков подключены к выходам нулевого потенциала ^4: преобразователя, а вторые выходы подключены ко входу фильтра нижних частот .

Кроме того, в преобразователе сигналов синусно-косинусного датчика угла,* в код каждый импульсно управляемый блок содержит два резистора, ключ и конденсатор, первый вход ключа через первый резистор подключен к сигнальн'ому входу импульсно-управляемого блока , второй вход ключа соединен с управляющим входом импульсно управляемого блока, выход ключа через конден сатор и второй резистор подключен соответственно к первому и второму выходам импульсно управляемого блока.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя сигналов синуснокосинусного датчика угла в код.

Преобразователь содержит преключатель 1 октантов, синусно-косинусный датчик 2 угла (СКДУ), выпрямители 3 и 4, импульсно управляемые блоки 5 и 6,. входы которых подключены к выходам соответствующих выпрямителей 3 и 4, а выходы соединены со входом фильтра 7 нижних частот, выход которого соединен со входом нуль-индикатора 8 и формирователь 9 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом нуль-индикатора 8 , а выходы - с управляющими входами блоков 5 и 6 и входами блока 10 преобразования временных интервалов в код, выход которого является выходом устройства.

Первый импульсно управляемый блок 5 содержит резисторы 11 и 12, ключ 13 и конденсатор 14, второй импульсно управляемый блок 6 содержит резисторы 15 и 16, ключ 17 и конденсатор 18.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Выходные сигналы и Vn СКДУ 2 подаются на переключатель ι октантов, который, во-первых, формирует код октанта угла поворота 9 ротора СКДУ 2 и, во-вторых, подключает указанные сигналы разной полярности к фазочувствитепьным выпрямителям 3 и 4. Выходы последних через два одинаковых импульсно управляемых блока 5 и 6 (ИУБ) с дробно-рациональной характеристикой соединены со входом фильтра 7. Ключи обоих ИУБ 5 и 6 управляются широтно-импульсными сигналами (ШИС), формируемыми блоком 9, ключ 13 первого ИУБ 5 управляется ШИС с относительной длительностью прямоугольных импульсов (£'(3= γ , где 2* - длительность , а Т - период прямоугольных импульсов), а ключ 17 второго ИУБ 6 управляется ШИС с относительной длительностью f₀- 1 - % прямоугольных импульсов (в дальнейшем используется упрощенная форма записи: ШИС *С₀ или ШИС ««о) · Выходные токи ИУБ 5 и 6 суммируются на входе фильтра 7, который •из суммарного сигнала выделяет постоянную составляющую и изменяет через нуль-индикатор 8 скважность ШИС То и ШИС , формируемых блоком 2, до тех пор, пока эта составляющая не станет

равной нулю. Данный момент времени ^ксируется нуль-индикатором 8, срабатывание которого указывает ьа достижение состояния устойчивого равновесия схемы. Соотношение, характеризующее 5 это состояние, может быть записано

V» _ + R16(1 -to )]

V₄ “ Tl -ir₀ ) (R11 + RlZ't'o) ’ ,_β где Vj, V^_ - выходные сигналы выпрямителей 3 и 4;

R11,R12 и - сопротивления резисторов

R15»R1^ первого и второго ИУБ 5 и и 6 соответственно.

Известно, что

Выберем следующие значения сопротивлений резисторов, используемых в составе ИУБ устройства и

R11 = 1,8 R12, R15 = 1,8 R16, R12 « R16 » R,

Из сравнения вышеприведенных со- м отношений и замены переменной х на Ср получается

Ч»? arctq^·

Μ

Так как напряжения V-j и V4 пропорциональны SinOn CosO соответственно, а их отношение пропорционально, очевидно tq θ то длительность *t₀ прямоугольных импульсов формирователя 49 9 (в момент времени, соответствующий состоянию устойчивого равновесия схемы) связана с углом поворота Θ ротора. датчика линейной зависимостью.

Блок 10 предназначен для преобразования длительности прямоугольных импульсов формирователя 9 в цифровой код. Как и to данный код связан с Θ линейной зависимостью, поэтому нет необходимости в его дальнейшем преобразовании, которое вносит су- .

Щёственную погрешность в результаты измерений.

Claims (2)

1. 3 интервалов в код, выход которого  вл етс  выходом устройства CZ. Недостатком этого преобразовател   вл етс  нелинейность характеристики преобразовани , так как в состо нии устойчивого равновеси  отношение выходных сигналов формировател  соответ ствует тангенсу измер емого угла. Дл  того, чтобы код на выходе устройства был пр мо пропорционален этому углу, необходим вычислительный блок с арктангенсной характеристикой прербразовани  дл  вычислени  кода угла внутри октанта. Однако подобный блок сложен с конструктивной тоуки зрени  и не может обеспечить высокую точность функционального преобразовани  кодов. Это усложн ет преобразователь в целом и уменьшает его точность. Цель изобретени  - повышение точности преобразовател  сигналов синусно-косинусного датчика угла в код за смет линеаризации характеристики преобразовани  в процессе измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем что в преобразователь сигналов синусно-косинусного датчика угла в код, содержащий переключатель октантов, входы которого соединены с выходами синусно-косинусного датчика угла, а выходы - со входами соответств(ра4их выпр мителей, и Последовательно соеди ненные фи ьтр нижних частот, нуль-индикатор и формирователь пр моугольных импульсов, выходы которого соединены со входами блока преобразовани  временных интервалов в код, введены два импульсно управл емых блока, сигнальные входы которых подключены к выходам соответствующих выпр мителей, управл ющие входа импульсно управл емых блоков соединены с соответствующими выходами формировател  пр моугольных импульсов, первые выходы импульсно управл емых блоков подключены к выходам нулевого потенциала преобразовател , а бторые выходы подключены ко входу фильтра нижних частот . Кроме того, в преобразователе сигналов синусно-косинусного датчика угл в код каждый импульсно управл емый блок содержит два резистора, ключ и кондёнсатор, первый вход ключа через первый резистор подключен к сигнальнЪму входу импульсно-управл емого бло ка, второй вход ключа соединен с управл ющим входом импульсно управл емого блока, выход ключа через конден0 сатор и второй резистор подключен соответственно к первому и второму выходам импульсно управл емого блока. На чертеже приведена структурна  схема преобразовател  сигналов синуснокосинусного датчика угла в код. Преобразователь содержит преключатель 1 октантов, синусно-косинусный датчик 2 угла (СКДУ), выпр мители 3 и it, импульсно управл емые блоки 5 и 6,, входы которых подключены к выходам соответствующих выпр мителей 3 и t, а выходы соединены со входом фильтра 7 нижних частот, выход которого соедипен со входом нуль-индикатора 8 и формирователь 9 пр моугольных импульсов, вход которого соединен с выходом нуль-индикатора 8 , а выходы - с управл ющими входами блоков 5 и 6 и входами блока 10 преобразовани  временных интервалов в код, выход которого  вл етс  выходом устройства. Первый импульсно управл емый блок 5 содержит резисторы 11 и 12, ключ 13 и конденсатор 14, второй импульсно управл емый блок 6 содержит резисторы 15 и 1б, ключ 17 и конденсатор 18. Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. Выходные сигналы V и Vp СКДУ 2 подаютс  на переключатель i октантов, который, во-первых, формирует код октанта угла поворота 9 ротора СКДУ 2 и, во-вторых, подключает указанные сигналы разной пол рности к фазочувствительным выпр мител м 3 и 4. Выходы последних через два одинаковых импульсно управл емых блока 5 и 6 (ИУБ) с дообно-рациональной характеристикой соединены со входом фильтра 7. Ключи обоих ИУБ 5 и б управл ютс  широтно-импульсными сигналами (ШИС), формируемыми блоком Э ключ 13 первого ИУБ 5 управл етс  ШИС с относительной длительностью VQ пр моугольных импульсов (0 S , где V - длительность , а Т - период пр моугольных импульсов ) , а ключ 17 второго ИУБ 6 упpa8л eтcJ i ШИС с относительной длительностью 0 1 пр моугольных импульсов (в дальнейшем используетс  упрощенна  форма записи: ШИС Т или ). Выходные токи ИУБ 5 и 6 суммируютс  на входе фильтра 7, который ,3 суммарного сигнала выдел ет посто нную составл ющую и измен ет через нуль-индикатор 8 скважность ШИС to и , формируемых блоком 2, до тех пор, пока эта составл юща  не станет равнс нулю. Данный момент времени фиксируетс  нуль-индикатором 8, срабатывание которого указывает ка дост жение состо ни  устойчивого равновеси схемы. Соотношение, характеризующее это состо ние, может быть записано - R16(1 -«Го ) О --гго) (R11 + R12fо) V - выходные сигналы выпр мителей 3 и ;R11,R12 и - сопротивлени  резисторо R15.R16 первого и второго ИУБ 5 и 6 соответственно. Известно, что I х(2,8 - х) f / tq 2 ( ) (1,8+х) Выберем следующие значени  сопротивлений резисторов., используемых в составе ИУБ устройства R11 1,8 R12, R15 1.8 Rt6, R12 « R16 R, Из сравнени  вышеприведенных соотношений и замены переменной х на f получаетс  vl 3- tquJТак как напр жени  V и V4 пропор циональны 51пди CosO соответствен но, а их отношение пропорционально, очевидно tqв то длительность TO пр моугольных импульсов формировател 9 (в момент времени, соответствующий состо нию устойчивого равновеси  схе мы) св зана с углом поворота S рото датчика линейной зависимостью. Блок 10 предназначен дл  преобразовани  длительности Vo(o) пр моугольных импульсов формировател  9 в цифровой код. Как и ио данный код св зан с О линейной зависимостью, по этому нет необходимости в его дальне шем преобразовании, которое вносит с Щёственную погрешность в результаты измерений. Формула изобретени  1.Преобразователь сигналов синуснокосинусного датчика угла в код, содержащий переключатель октантов, входы которого соединены с выходами синуснокосинусного датчика угла, а выходы со входами соответствующих выпр мите- лей, и пбследовательно соединенные фильтр нижних частот, нуль-индикатор, формирователь пр моугольных импульсов, выходы которого соединены со входами блрка преобразовани  временных интервалов в код, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены два импульсно управл емых блока, сигнальные входы которых подключены к выходам соответствующих выпр мителей, управл ющие входы импульсно управл емых блоков соединены с соответствующими выходами формировател  пр моугольных импульсов, первые выходы импульсно управл емых блоков подключены к выходам нулевого потенциала преобразовател , а вторые выходы подключены ко входу фильтра нижних частот. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что в нем каждый импульсно управл емый блок содержит два резистора, ключ и крнденсатор ,. первый вход ключа через первый резистор подключен к сигнальному входу импульсно управл емого блока вто рой вход ключа соединен с управл ющим входом импульсно управл емого блока , выход ключа через конденсатор и второй резистор подключен соответст- венно к первому и второму выходам импульсно управл емого блока. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР If 57«7«0, кл. G 08 С 9/0, 1977.
2. 2.Авторское свидетельство СССР Н- , кл. G 08 С 9/0, 1977 (прототип ).