SU942091A1 - Преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Description

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

1

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно к преобразовател м типа угол-код, и предназначено дл . ввода данных в цифровые вычислительные машины.

Известны преобразователи угла поворота вала в код, содержащие индукционный датчик угла типа вращающегос  трансформатора, преобразователь напр жени  в код, коммутатор обмоток (фаз) датчика угла, логический блок и регистр дл  записи кода l и 2.

В известных устройствах на выходе индукционного датчика угла формируют с  синусное и косинусное напр жени  в функции угла поворота, поступающие на вход преобразовател  напр жение-код .

В преобразователе 1J синусное и косинусное напр жени  поступают через селектор октанта (логический блок) на вход преобразовател  напр жение-код , включающего линейные

множительные устройства. Старшие триразр да определ ютс  логическим блоком при выборе октанта, а остальные формируютс  в преобразователе напр жение-код .

Недостатками такого преобразовател   вл ютс  погрешность, обусловленна  нелинейной зависимостью синусного и косинусного напр жений от угла поворота в пределах tS, а

10 также необходимость иметь преобразователь напр жение-код на большое число разр дов, что предъ вл ет высокие требовани  к электронным элементам и на практике ограничивает

15 точностные возможности преобразовател  угла в код.

Устройство 2 снижает погрешность от нелинейной зависимости синусного и косинусного напр жений,

20 поскольку здесь используетс  функциональный преобразователь напр жениекод и выходной код формируетс  по номерам функциональных уровней напр жени . 3 Однако он требует применени  высоко точного функционального преоб|эазовател , что  вл етс  на практике сложной технической задачей и также ограничивает точностные возможности преобразовател  угла в цифровой код Преобразователь угла поворота вала в код f2j содержит до . полнительно преобразователь числа фаз, выполненный в виде синусно-косинусного вращающегос  трансформатора (СКВТ) с двухфазной первичной и 2 - фазной вторичной обмотками i предназначенный дл  повышени  точности преобразовани  угла в код. Ло гический блок определ ет первые п-разр дов двоичного кода путем сра нени  фазы и модул  входных напр жений преобразовател  числа фаз с фазой и модулем опорного напр жени  и записывает их в регистр. В пределах угла jeo/ll значени  остальных разр дов кода определ ютс  преобразователем напр жение-код и также записываютс  в регистр. Данное устройство также обладает существенными недостатками. Выходные напр жени  преобразовател  числа фаз измен ютс  в функции угла по ворота по закону синуса или косинус т.е. преобразователь имеет принципиальную ошибку от нелинейности выходного напр жени  СКВТ. Наличие двух электрических машин -СКВТ - да чика и преобразовател  числа фаз увеличивает массогабаритные показатели устройства, что также  вл етс  недостатком, в особенности дл  бортовых систем. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  преобразователь угла поворота вала в код, содержащий индукционный датчик угла - трехфазный сельсин, выходы которого ;подключены к входам коммутатора фаз и блока компара- торов, демодул тор, линейный делитель напр жени  (.ЛДН), дешифратор входы которого св заны с выходами блока компараторов, а выход подключен к входу коммутатора фаз и первому входу ЛДН одновременно, вычитающий блок, блок умножени  на коэф фициент и реверсивный счетчик, соед ненные последовательно. Вход вычитающего блока соединен с выходом демодул тора, первый и второй выходы блока питани  подключены соот1 ветственно к входу датчика угла и третьему входу ЛДН. При подключении к входу датчика угла питающего напр жени  с блока питани  на его выходах Сфазах) формируетс  система из 3-х напр жений, имеющих пространственный сдвиг друг относительно друга на угол равный 27Г/Э и измен ющихс  в функции поворота вала по закону синуса. В каждой из 30-градусных зон изменени  угла соотношение выходных напр жений фаз между собой и нулевым уровнем различно , что отражаетс  в выходных сигналах блока компараторов. Тем самым дл  каждой 30-градусной зоны запрограммированы рабоча  и опорна  фазы, подключением которых к входам демодул тора управл ет сигнал с дешифратора . Выходное напр жение рабочей фазы в диапазоне О-ЗО после фазочувствительного выпр млени  в демодул торе поступает на один из входов ЛДН, на два других входа которого подаютс  соответственно выходной сигнал с дешифратора и некоторый опорный сигнал посто нного тока с блока питани , с которым сравниваетс  по величине напр жение рабочей фазы. Сигнал с ЛДН приходит на вход вычитающего блока, который формирует единичные прира1Цгни , поступающие через блок умножени  на коэффициент на вход реверсивного счетчика и формирующие в его разр дах двоичный код 3. Известный преобразователь угла поворота вала в код обладает существенными недостатками. Степень нелиней ности синусоидальной функции на отрезке 0-30° составл ет З., что принципиально ограничивает точностные возможности известного устройства на уровне 0,7-1,О угл.град. (8-9 дв. разр дов). Сигнал опорной фазы подключаемый к демодул тору, необходим лишь дл  выделени  огибающей сигнала рабочей фазы, к входу ЛДН он не подключаетс , а дл  нормального функционировани  блока ЛДН к нему подводитс  опорный сигнал из блока питани . Таким образом, при преобразовании в код в блоке ЛДН рабочий и опорный сигналы формируютс  разными источниками с различными электромагнитными системами, в разной степени подверженными воздействию эксплуатационно-технологических факторов , Это обсто тельство приводит к дополнительным ошибкам преобразовани  угла в код от увеличени  фазовой и амплитудной погрешностей при изменении условий эксплуатации, что также снижает точностные возможности известного преобразовател . Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  угла поворота вала в код. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий т-фазный датчик угла, вход которого соединен с выходом блока питани , основные выходы т-фазного датчика угла соединены с сигнальными входами управл емого коммутатора фаз, линейный делитель напр жени  и реверсивный счетчик, введены преобразователь код напр жение, задающий генератор, блоки выборки и хранени , блок сравнени , реверсивные счетчик младших и старших разр дов,.коммутатор стробов и формирователь строб-импульсов, вхо которого соединен с дополнительным выходом т-фазного датчика, угла, выходы формировател  строб-импульсов соединены с первым и вторым информационными входами коммутатора стробов , первый выход которого соединен с первым входом первого блока выборки и хранени , второй выход с первым входом второго блока выборки и хранени , второй вход которого соединен с первым выходом управл е-. мого коммутатора фаз, второй выход управл емого коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и хранени , выход которого соединен с первым входом блока сравнени , выход второго блока выборки и хранени  соединен с опорным входом линейного делител  напр жени , выход которого соединен с вторым входом блока сравнени , выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика младших разр дов, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших разр дов соединены с кодовыми входами линейного делител  напр жени , выход реверсивного счетчика младших разр дов подключен к входу реверсивного счетчика, выходы которого /через преобразователь код-напр жение соединены с управл ющими входами управл емого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питани , первый выход реверсивного счетчика соединен с входом реверсивного счетчика старших разр дов, а второй выход реверсивного счетчика соединен с управл ющим входом коммутатора стробов. На фиг. 1 представлена структуран  схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 2 - диаграмма выХ .ОДНЫХ напр жений индукционного т-фазного датчика в функции поворота вала cL Преобразователь угла поворота вала в код содержит т-фазный датчик 1 угла, представл ющий собой многофазно-многополюсный вращающийс  трансформатор (ММВТ, обмотка возбуждени  которого расположена на роторе , имеет Р - пар полюсов и подключена к выходу блока 2 питани , выходы вторичных обмоток (т-фаз) подключены к группе сигнальных входов управл емого коммутатора 3 фаз, два блока А и 5 выборки и хранени  (БВХу первые входы которых св заны соответственно -с первым и вторым выходами управл емого коммутатора 3 фаз, формирователь 6 строб-импульсов, вход которого подключен к дополнительному выходу ММВТ, коммутатор 7 стробов, два входа которого соединены с соответствующими выходами формировател  6, а первый и второй выходы подключены соответственно к вторым входам бликов 4 и 5. Предлагаемое устройство включает также блок 8 сравнени , первый вход которого св зан с выходом блока непосредственно, второй - с выходом блока 5 через линейный делитель 9 напр жени , а выход подключен к управл ющему входу реверсивного счетчика 10, задающий генератор 11, импульсный выход которого соединен со счетным входом блока 10, а выход синусоидального сигнала - с входом блока 2, два дополнительных реверсивных счетчика 12 и 13 соответственно фазных зон и зон однозначности соединенных последовательно с реверсивным счетчиком 10, и преобразователь 1 кода в систему напр жений. Группа кодовых выходов реверсивного счетчика 10 соединена с управл ющими входами блока 9, группа из (к-1) кодовых выходов К-разр дного реверсивного счетчика 12(К 1пт+1) соединена с входами блока 1Л, 2т выходов которого подключены к- управ л ющим входам коммутатора 3 фаз, до полнительный выход реверсивного сче чика 12 соединен с третьим входом коммутатора 7 стробов. Выходные сиг налы фаз ММВТ имеют трапецеидальный закон изменени  в функции угла поворота , 2) , который обеспечиваетс  соответствующим выполнением геометрических размеров зубцов статора и ротора ММВТ, т.е. наличием линейного закона изменени  выходного напр жени  ) 1-фазы в диапазоне дискретности ММВТ, определ емой д.-ьЭС/ти неизменности по ампли ..way/ , V . /. . .N туде напр жени  ,,(a) фазы (f+j) начало которой смещено по углу относительно фазы f на 90 .эл.град., в пределах дискретности ММВТ q.. Данными услови ми обеспечивает- - Л. t UiCct) с  линейный характер функции 1- «аи/. что позвол ет использовать при преобразовании напр жени  в код в качестве опорного выходной сигнал {l+j)-фaзы, а в качестве аналогового-сигнал I-фазы. Дополнительный выход ММВТ  вл етс  выходом второй роторной обмотки ММВТ, уложенной на роторе одновременно с обмоткой возбуждени  и имеющей с ней общую схему намотки.Сигнал с дополнительног выхода МНВТ используетс  дл  запуска формировател  6 стрс -импульсов. Преобразователь работает следующим образом. При запуске задающего генератора 1.1 синусоидальный сигнале его выхода после усилени  по мощности в бло ке 2 питани  поступает на обмотку возбуждени  ММВТ. При этом на выходных обмотках ММВТ формируетс  система из m напр жений (по числу фаз), сдвинутых относительно друг друга по углу d на величину q (фиг Эти напр жени  поступают на сигналь ные входы управл емого коммутатора 3 фаз, который  вл етс  2т-канальным устройством (т каналов дл  рабо чих и m каналов дл  опорных фаз). При некотором угле d. производитс  выбор нужной пары фаз (рабочей и опорной), отношение выходных сигналов которых преобразуетс  в дальней шем в код. Выходы данной пары фаз ММВТ подключаютс  с помощью коммутатора 3 соответственно к первым 18 входам блоков 4 и 5 выборки и хранени , где сигналы переменного тока преобразуютс  в сигналы посто нного тока путем стробировани  их импульсами той же частоты (несущей;, поступающими с выходов коммутатора 7 стробов. Стробирую| ие импульсы вырабатываютс  формирователем 6 стробимпульсов (ФСИ }, на вход которого поступает сигнал переменного тока несущей частоты с дополнительного выхода ММВТ. ФСИ 6 формирует строб-импульсы требуемой ширины в момент перехода через О из отрицательного по .лупериода напр жени  несущей частоты в положительный,причем на втором его выходе импульсы имеют фазовый сдвиг на 180 эл.град. относительно импульсов на первом выходе. Коммутатор 7 стробов подключает тот или иной выход ФСИ 6 к соответствующим входам блоков 4 и 5 в зависимости от фазы рабочего и опорного сигналов тем самым обеспечиваетс  однопол рность сигналов, поступающих на входы блока 8 сравнени . Управление коммутатором стробов осуществл етс  сигналами с дополнительного выхода первого дополнительного реверсивного счетчика 12. Амплитуда сигналов посто нного тока с выходов t и 5 пропорциональна амплитуде синусоидальных сигналов. С выхода блока 4 снимаетс  рабочий (аналоговый ) сигнал, который поступает на первый вход блока 8 сравнени , а с выхода блока 6 - опорный, который подаетс  на вход ЛДН 9. Блоки 8, 10 и 9 совместно с задающим генератором 11 образуют первую замкнутую систему след щегоi уравновешивани , с помощью которой рабочий и опорный си|- налы уравновешиваютс  по амплитуде на входах блока 8 сравнени , при этом на кодовых выходах реверсивного счетчика 10 формируетс  двоичный код, пропорциональный величине рабочего сигнала, снимаемого с выхода рабочей фазы при некотором угловом положении oL. Разр ды реверсивного счетчика 10 образуют первую группу разр дов выходного кода предлагаемого преобразовател  (младших и формируютс  при изменении угла oL в диапазоне , т.е. на линейном участке выходного сигнала рабочей фазы, их число определ ет дискретность преобразовател , равнуюС -----йгде n - число двоичных разр дов первой группы. Введение в преобразователь первого дополнительного реверсивного счетчика 12 и преобразовател  Н кода в систему .напр жений образует совместно с коммутатором 3 фаз, блоками t и 5 и первой системой след щего уравновешивани  вторую замкнутую систему, котора  осуществл ет поиск и выбор требуемой пары при некотором oLj. Выбор нужной пары рабочей и опорной фаз производитс  путем последовательного перебора парных сочетаний фаз и сравнени  их выходных сигналов в блоке 8. Номер выбранной i-той рабочей фазы определ ет код на выходе реверсивного счетчика 12, разр ды которого образуют вторую группу кодовых выходов преобразовател . Число разр дов второй группы (средних) зависит от количества фаз ММВТ К 1пт+1. Увеличение их числа на 1 достигаетс  тем, что в код преобразуютс  как пр ма  полуволна огибающей выходного сигнала рабочей (зы .(Oiot), так и обратна  (4-sol:S), т.е. кажда  фаза используетс  в качестве рабочей, (а также опорной) дважды за период изменени  огибающей. Однозначность цифрового отсчета угла предлагаемым преобразователем сохран етс  в диапазоне . Дл  расширени  рабочего диапазона преобразовател  по углу поворота вала служат разр ды третьей группы (старшие), которые формируютс  вторым дополнительным реверсивным счетчиком 13, который осуществл ет подсчет зон однозначности отсчета при углах поворота и формирует на выходе двоичный код старших разр дов, число которых определ етс  заданной величиной рабочего диапазона преобразовател . При рабочем диапазоне, перекрывающем полмый угол, необходимое число разр дов реверсивного счетчика 13 определ етс  выражением г7/1 пр. Общее число разр дов выходного кода преобразовател  определ етс  суммой n+k+r

Дл  предлагаемого преобразовател  величина линейного диапазона q S. составл ет единицы угловых минут, поскольку возможное число пар полюсов ММВТ превышает сотню, а количество фаз - восемь и более. На этом коротком участке выходной сигнал

|-фазы ММВТ имеет высокую степень линейности, а сигнал ()фaзы практически неизменен по величине что позвол ет осуществл ть преобразование напр жени1Р1 в код с высокой точностью , реализу  прв и более,строить преобразователь угла в код с ценой младшего разр да 0,75 - 1,5 угл.сек

Использование дл  преобразовани  в код отношени  выходных напр жений {-той и (i+j)-тoй фаз ММВТ в качест ве аналогового и опорного сигналов позвол ет значительно снизить вли ние технологических и практически исключить вли ние эксплуатационных факторов на точность преобразовани  угла в код, поскольку колебани  собственных параметров машины и изменени  величины амплитудной и фазовой погрешностей в выход юм си|- нале ММВТ про вл ютс  в разной степени и с тем же знаком как в аналоговом , так ив опорном напр жени х и при их сравнении исключаютс . Запуск формировател  строб-импульсов СИ1- налом с дополнительного выхода ММВТ позвол ет исключить ошибки преобразовани  угла, в код, вызванные уходом фазы рабочего и опорного сиг- . налов относительно строб-импульса при изменении условий эксплуатации преобразовател . В данном случае сдвиг фазы стробируемого сигнала вызывает и сдвиг строб-импульса той же величины и направлени , исключающий вышеуказанные ошибки. Введение в преобразователь угла поворота вала в код новых, по сравнению с прототипом, элементов - двух блоков выборки и хранени , формировател  строб-импульсов коммутатора стр бов, блока сравнени  и двух дополнительных реверсивных счетчиков - и св зей между ними в совокупности с высокоточным многофазно-многополюсным вращающимс  трансформатором, примененным по пр мому назначению, позвол ет в несколько раз повысить точность преобразовани  угла в код, увеличив разрешающую способность.преобразовател  и снизив его чувствительность к факторам технологического и эксплуатационного характера.

Экономический эффект при использовании предлагаемого преобразовател  составит пор дка 60 тыс.руб в год. i 1 формула изобретени  Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий т-фазный дат чик угла, вход которого соединен с выходом блока питани ,.основные выходы т-фазного датчика угла соедине с сигнальными входами управл емого коммутатора фаз, линейный делитель напр жени  и реверсивный счетчик, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что с целью повышени  точности преобразовател , в него введены преобразователь код-напр жение, задающий генератор , блоки выборки и хранени  блок сравнени , реверсивные счетчики младших и старших разр дов, коммутатор стробов и формирователь строб-импульсов, вход которого соединен с дополнительным выходом гп-фа ного датчика угла, выходы формировател  .строб-импульсов соединены с первым и вторым информационными вхо дами- коммутатора стробов, первый выход которого соединен с первым входом первого блока выборки и хранени , второй выход - с первы входом второго блока выборки и хра- нени , второй вход которого соедине с первым выходом управл емого комМу татора фаз, второй выход управл емо го коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и хранени , выходVкоторого соединён с первым входом блока сравнени , вы1 ход .второго блока выборки и хранени  соединен с опорным входом линейного делител  напр жени , выход которого соединен с вторым уходом блока сравнени , выход которого соединен с первым входом реверсивного счётчика младших разр дов второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших разр дов соединены с кодовыми входами линейного делител  напр жени , выход реверсивного счетчика младших разр дов подключен к реверсивного счетчика, выходы которого через преобразователь код-напр жение соединены с управл ющими входами управл емого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питани ,первый выход реверсивного счетчика соединен со входом реверсивного счетчика старших разр дов, а второй выход реверсивного счетчика соединен с управл ющим входом коммутатора стробов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 416717, кл. G 08 С 9/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № ШЗЗ, кл. G 08 С 19/0, 1973. 3.Авторское св детельство СССР ff , кл. G 08 С 9/0, 1976 (прототип),

(

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий m-фазный дат* чик угла, вход которого соединен с 5 выходом блока питания,.основные выходы m-фазного датчика угла соединены с сигнальными входами управляемого коммутатора фаз, линейный делитель напряжения И реверсивный счетчик, 1® о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности преобразователя, в него введены преобразователь код-напряжение, задающий генератор, блоки выборки и хранения, 15 блок сравнения, реверсивные счетчикй младших и старших разрядов, коммутатор стробов и формирователь строб-импульсов, вход которого соединен с дополнительным выходом т-фаЗ-20 ного датчика угла, выходы формирователя строб-импульсов соединены с первым и вторым информационными входами· коммутатора стробов, первый выход которого соединен с первым 25 входом первого блока выборки и хранения, второй выход - с первые входом второго блока выборки и хра·⁴ нения, второй вход которого соединен с первым выходом управляемого комму- 30 татора фаз, второй выход управляемого коммутатора фаз соединен с вторым входом первого блока выборки и хранения, выход'·которого соединён с первым входом блока сравнения, вы- 35 ход .второго блока выборки и хранения соединен с опорным входом линейного делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика младших разрядов второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, кодовые выходы реверсивного счетчика младших разрядов соединены с кодовыми входами линейного делителя напряжения, выход реверсивного счетчика младших разрядов подключен к входу реверсивного счетчика, выходы которого через преобразователь код-напряжение соединены с управляющими входами управляемого коммутатора фаз, выход задающего генератора соединен с входом блока питания,первый выход реверсивного счетчика соединен со входом реверсивного счетчика старших разрядов, а второй выход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом коммутатора стробов.