SU942095A1 - Преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования угловых перемещений в цифровой код.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последователь-⁵ но соединенные генератор импульсов, делитель частоты, фильтр, фазорасщепитель, фазовращатель, компараторы и каналы считывания, пополнительный делитель частоты и пополнительный компаратор f 1 j .

Недостатком преобразователя является невысокая точность.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий после- ₁₅ довательно соединенные генератор импульсов, двоичный счетчик, выходы ко. торого подключены к входам блока совпадения, формирователь опорный сигналов, входы которого подключены к двоичному 20 счетчику, формирователь синусоидального сигнала, соединенный через первый усилитель с одной входной обмоткой фазовращателя, формирователь косинусоидаль2 ного сигнала, соединенный через второй усилитель с второй входной обмоткой фазовращателя с двумя выходными обмотками, два нуль-органа, входами под- ’ ключенных к входным обмоткам фазовращателя, выходы нуль-органов соединены с одними входами триггеров, дешифратор^ дифференциальный усилитель, пиковые детекторы, фильтр и регистрирующий блок Г 2] .

Недостаток известного преобразователя - невысокая точность.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла поворота вала в код.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, соединенный с входом и -разрядного двоичного счетчика, выходы которого сое пинены с И первыми входами блока совпадения, формирователь опорных сигналов, входы которого соединены с прямыми выходами И и ( И -1) разрядов

П-разрядного двоичного счетчика, фазовращатель с двумя входными и Двумя выходными обмотками, первый вывод перовой входной обмотки которого через первый усилитель подключен к выходу фор- 5 мирователя синусоидального сигнала, первый вывод второй входной обмотки фазовращателя через второй усилитель подключен к выходу формирователя косинусоидального сигнала, первый нуль- 1® орган, вход которого соединен с вторым выводом первой входной обмотки фазовращателя, а-выход - с одним входом первого триггера, и второй нуль-орган, вход которого соединен с вторым выво- 15 дом второй входной обмотки фазовращателя, а выход - с одним входом второго триггера, введены два элемента И-НЕ, два источника тока, четыре компаратора, четыре интегратора, третий, четвертый, пя?° тый и шестой триггеры, два инвертора, два делителя напряжения, два повторителя, источник опорного напряжения и блок нуль-органов, входы которого соединены с выходными обмотками фазовращателя, первый выход соединен с И вторыми входами блока совпадения, а второй выход с (W- И) первыми входами.блока совпадения (ул- п) вторых входов которого подключены к соответствующему числу ³⁰ выходов старших разрядов И-разрядного двоичного счетчика, первый выход формирователя опорных сигналов соединен с первый делитель напряжения подключен к выходу первого инвертора, входы второго элемента И-НЕ соединены с инверсным выходом (V» -1) разряда и с прямым выходом (и-2) разряда И-разрядного двоичного счетчика, выход второго элемента И-НЕ соединен с вторым источником тока, вторым конденсатором и одним входом третьего компаратора, другой вход которого подключен через третий интегратор к выходу второго триггера, выход третьего компаратора соединен с другим входом четвертого триггера, выход которого через второй инвертор соединен с входом формирователя косинусоидального сигнала, второй вывод второй входной о&лотки фазовращателя соединен с одним входом четвертого компаратора, другой вход которого соединен с другим входом другого компаратора и подключен к источнику опорного напряжения, выход ' четвертого компаратора соединен с одним входом шестого триггера, другой вход которого соединен с выходом первого нульоргана, а выход через последовательно соединенные четвертый интегратор, второй повторитель и второй делитель напряжения подключен к выходу второго инвертора.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

другим входом первого триггера и с одним входом третьего триггера, второй вы-³⁵ ход формирователя опорных сигналов соединен с другим входом второго тритге-в ра и одним входом четвертого триггера, входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами ( И - 1) и ( И-2) разрядов ⁴⁰ Ю -разрядного двоичного счетчика, а выход - с первым источником тока, первым конденсатором и одним входом пер- . вого компаратора, другой вход которого подключен через первый интегратор к вы- ^4S ходу первого триггера, выход первого компаратора соединен с другим входом третьего триггера, выход которого через первый инвертор соединен с входом формирователя синусоидального сигнала, второй вывод первой входной обмотки фазовращателя соединен с одним входом второго компаратора, выход которого соединен с одним входом пятого триггера, другой вход которого соединен с выходом второго нуль-органа, а выход через последовательно соединенные второй интегратор, первый повторитель и

Преобразователь угла поворота вала в код содержит генератор 1 импульсов, И -разрядный двоичный счетчик 2, блок 3 совпадения, формирователь 4 опорных импульсов, формирователь 5 синусоидального сигнала, формирователь 6 косинусоидального сигнала, усилители 7 и 8 мощности, нуль-орган 9 и 10, эталонные резиоторы 11 и 12 , блок 13 нульорганов, источники 14 и 15 тока, кон»· денсаторы 16 и 17, элементы И-НЕ 18 и 19, компараторы 20-23, триггеры 24-29 (Р-триггеры), инверторы 30 и 31, интеграторы 32-35, повторители 36 и 37, делители 38 и 39 напряжения, фазовращатель 40 с входными обмотками ⁵⁰ 41 и 42 и выходными обмотками 43 и 44, источник 45 опорного напряжения. , Нуль—орган 9 содержит компаратор 46 и узел 47 выделения заднего фронта, а нуль-орган 10 - компаратор 48 и узел ⁵⁵ 49 выделения переднего фронта.

Элемент И-НЕ 18, источник 14, конденсатор 16, компаратор 20, триггер 24, инвертор 30, формирователь 5, усили тель 7, резистор 11, нуль-орган 9, триггер 26, интегратор 32, компаратор

22, триггер 28, интегратор 34, повторитель 36 и делитель 38 образуют первый (синусный) канал формирования квадратурного напряжениям с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока. Элемент И-НЕ 19, источник 15, конденсатор 17, компаратор 21, триггер 25, инвертор 31, формирователь 6, усилитель 8, резистор 12, нуль-орган 10, триггер 27, интегратор 33, компаратор

23, триггер 29, интегратор 35, повторитель 37 и делитель 39 образуют второй (косинусный) канал формирования квадратурного напряжения с контуром автоматической синхронизации фазы и контуром автоматической стабилизации тока.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Сигналы по разрядным шинам И -разрядного двоичного счетчика 2 поступают на входы блока 3 совпадения, на другие входы которого приходят сигналы с блока компараторов грубого и точного отсчета. На входы формирователя 4 и элементы И-НЕ 18 и 19 приходят сигналы (фиг. 20, (Г , в ) с И-разрядного двоичного счетчика 2. Сигнал с одного выхода формирователя 4 (фиг. 21>) поступает . на D -вход триггера 24, с выхода которого сдвинутый по фазе сигнал (фиг. 2U.) проходит на вход формирователя 5 через инвертор 30. Формирователь 5 формирует синусоидальный сигнал, который через усилитель 7 (фиг. 2л) запитывает обмотку 41 фазовращателя 40. Сипнал с другого выхода формирователя 4 (фиг. 2 ) поступает на D-вход триггера 25, с выхода которого сдвинутый по фазе сигнал (фиг. 2 К.) проходит на вход формирователя 6 через инвертор 31. Формирователь 6 формирует косинусоидальный сигнал, который через усилитель 8 (4мг. 2М) запитывает обмотку 42 фазовращателя 40. Токи в обмотках 41 и 42 фазовращателя 40 обеспечивают режим вращающегося поля. Сигналы с выхода фазовращателя 40 несут информацию об . угле поворота вала в виде фазового сдвига относительно синусоидального питающего напряжения (фиг. 2л). Фаза выходного напряжения фазовращателя 40 по ’ грубому отсчету (обмотка 44) однозначна в пределах одного оборота и имеет периодичность в 360°. Фаза выходного

J942095 напряжения фазовращателя 40 по точному отсчету (обмотка 43) многозначна в пределах оборота и иметт периодичность 360° /Р, Р =2^-^, где р- коэффициент 5 редукции обмоток 43 и 44 точного и грубого отсчета; уи- число разрядов выходного кода блока 3 совпадения; И число разрядов и-разрядного двоичного счетчика 2.

Елок 3 совпадения по сигналам с И-разрядного двоичного счетчика 2 и блока 13 выдает код N («4 ), пропорциональный углу поворота вала оС. Сформированные в каждом канале напряжения 15 (фиг. 2 Λ , М) синхронны по фазе с опорными прямоугольными сигналами (фиг. 2$, 2.), сдвинутыми по фазе на 90°, в свою очередь, последние синфазные сигналами и -разрядного двоичного счетчика 2. Фаза сигнала обмотки 41 (фиг. 2 ) регистрируется нуль-органом 9. Узел 47 выделения заднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг. 2**) в момент перехода сигнала обмотки (фиг. 2л) от отрицательного напряжения к положительному, так как компаратор 46 инвертирует сигнал. Триггер 26 производит сравнение фазы опорного прямоугольного сигнала на D-входе (фиг. 2^) с фазовым импульсом на С-входе (фиг. 2м). Сигнал на выходе нуль-органа 9 (фиг. 2 и), иллюстрирует наличие фазового смещения сигнала 4 (фиг. 2к) на угол Δ? который может иметь любой знак относительно опорного сигнала (фиг. 2-й). Триггер 26 производит двоичи^ю кодировку знака дф и в режиме слежения за фазовой ошибкой вырабатывает на выходе широтно-модулированный сигнал (фиг. 2р), а на выходе интегратора 32— постоянное напряжение, пропорциональное широт— но-модулированному сигналу (фиг. 2р).

I

Элемент И-НЕ 18, источник 14 и конденсатор 16 образуют источник пилообразного напряжения (фиг. 2д), частота которого в два раза выше частоты спорного сигнала (фиг. 2%), так как она синхронизирована от (и-1) разряда двоичного счетчика. Напряжение (фиг. 2д) на компараторе 20 непрерывно сравнивается с напряжением интегратора 32. Если фазовый импульс на выходе нуль-органа 9 (фиг. 2 4) сдвинут левее переднего фронта опорного сигнала (фиг. 2-8). то триггер 26 по инверсному выходу устанавливается в 1 (фиг. 2Р) и увеличивает напряжение на выходе интегратора 32. При этом передний фронт сигнала <0 >5 на выходе компаратора 20 (фиг. 2х) линейно сдвигается вправо. Пропорционально ему сдвигается вправо сигнал триггера 24 (фиг. 20). Триггер 24 работает по переднему фронту сигнала на 6 -входа. Таким образом, замыкается контур автоматической синхронизации фазы синусного канала и производится компенсация фазового сдвига формирователя 5.

Аналогично работает контур автоматической синхронизации фазы косинусного канала. Фаза Косинусного сигнала (фиг. 2я) регистрируется нуль-органом 10. Узел 49 выделения переднего фронта выдает фазовые импульсы (фиг, 20) в момент перехода косинусного сигнала от положительного напряжения к отридательному. Фазовые импульсы нульоргана 10 (фиг. 20) косинусного сигнала (фиг. 2^0 сдвинуты на -90° от фазовых импульсов (фиг. 2н) синусного сигнала (фиг. 2л). Сигнал с триггера 27 берется с прямого выхода.

Для создания высокочастотного кругового вращающегося поля в фазовращателе 40 в преобразователе имеется в каждом канале контур автоматической стабилизации тока.

Контур стабилизации тока синусного канала образован формирователем 5, усилителем 7, нуль-органом 10, резистором 11, компаратором 22, триггером 28, интегратором 34, повторителем 36, и делителем 38. Контур стабилизации тока косинусного канала образован формирователем 6, усилителем 8, нуль-органом 9, резистором 12, компаратором 23, триггером 29, интегратором 35, повторителем 37 и делителем 39. Общим является источник 45 опорного напряжения. Амплитуды токов стабилизируются на уровне т - Уоп sin ’ где и_оп

-г _ Von %Т1 ^cos'

- напряжение источника 45;

- сопротивление эталонного резистора 11;

Rgrj сопротивление эталонного резистора 12.

При равенстве *эт4И Аэт^токи и Icos практически равны.

Компаратор 22 производит сравнение синусоидального выражения на эталонном резисторе 11 с положительным напряжением опорного источника 45 Uon (фиг. 2с). Триггер 28 производит сравнение выходного сигнала компаратора to

942095 '8 (фиг. 2т) с фазовыми импульсами (фиг. 20) сигнала (фиг. 2*0 ’Которые вырабатываются в тот момент времени, когда амплитуда синусоидального напряжения максимальна. Тем самым триггер 28 производит двоичную кодировку знака возмущения по амплитуде AUи вырабатывает на выходе широтно-модулированный сигнал (фиг. 2у). Если то широтно-(модалированный сигнал (фиг. *2у) переходит в состояние О, если Αϋ<0- в состояние Ί. Постоянное напряжение на выходе интегратора 34 во времени пропорционально широтно-модулированным сигналам (фиг. 2у). Повторитель 36 напряжения имеет высокое входное сопротивление. Выходное напряжение повторителя 36 через делитель 38 поступает на вход формирователя 5 и одновременно запитывает ^инвертор 30. Если AlfrO , то амплитуда прямоугольных импульсов (фиг. 2и) уменьшается, тем самым уменьшается амплитуда выходного синусоидального напряжения ²⁵ (фиг. 2л). Устройство 36 может быть как повторителем, так и усилителем напряжения. Аналогично работает контур стабилизации тока в косинусном канале. На С-вход триггера 29 приходят фазовые импульсы (фиг. 2н) синусоидального сигнала (фиг. 2л), которые вырабатываются в тот момент времени, когда амплитуда косинусоидального напряжения максимальна.

Claims (1)

1.Авторское свидетельство СССР № 595755, кл. G08 С 9/ОО, 1976.

2,Авторское свидетельство СССР № 604018, кл. G08 С 9/04, 1976 (прототип).

VM J iff.f L