Преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока
СОКИ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19} (И}
qt51} 6 08 С 9/04.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .\
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTQPCHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт.св. }} 836644, о т л и ч аю шийся тем,, что, с целью расширения функциональных возможностей, (6.1 ) 836644
; (21) 3391703/18-24 (22) 07 ° 05.82 (46) 23.08.83. Бюл. Н 31 (72) В.Б.Ибрагимов (71) Специальное конструкторское бюро географического приборостроения
АН Азербайджанской ССР (53) 681.325(088.8) (56) 1. .Авторское свидетельство СССР
И 8Я6 41}, кл. С 08 С 9/04, 6 01 В 7/00 >,1979 (прототип). в него введены генератор импульсов, компаратор, триггер, элемент И, счет" чик и блок преобразования кода в напряжение, выход второго коммутатора через компаратор подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с другим выходом второго блока Фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, а выход подключен к одному входу элемента И, другой вход элемента
И соединен с генератором импульсов, а выход подключен к входу счетчика, выходы разрядов счетчика подключены к входам блока преобразования кода
Ф в напряжение, выход которого подклю- @ чен к четвертому входу первого коммутатора.
1037306
Изобретение относится к автоматике и вйчислительной технике и может быть использовано в инфбрмационноизмерительных системах для построения следящих аналого-цифровых пре- 5 образователей угловых перемещений, выполняющих одновременно ряд других функций, в частности функции множительного устройства с функциональным преобразованием одного из :>0 сомножителей.
По основному авт.св. и 836644 известен преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока, содержащии синусно-косинусм °
15 ный вращающийся трансформатор (СКВТ), обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения литания, первый и второй блоки фиксации и запоминания мгновенного значения . напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального операционного усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом синусного и косинус25 ного функциональных преобразователей, выход косинусного преобразователя соединен с одним из входов первого блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, и регу" лируемый источник напряжения постоянного тока, синусная и косинусная обмотки СКВТ соединены с входами выпрямителей и первым и вторым входами первого и второго коммутаторов, 35 третьи входы которых соединены с выходом источника напряжения питания, а выходы - с первым и вторым входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, 4о первый и второй входы третьего коммутатора соединены с выходами выпрямителей, третий вход - с выходом регулируемого источниКа напря тения постоянного тока, четвертый вход — с 45 выходом синусного функционального преобразователя, а выход - с третьим входом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого соединен с раэ-50 мыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, выход источника напряжения питания и синусная обмотка СКВТ соединены с вторым и третьим в одами первого блока фиксации и 55 запоминания мгновенного значения напряжения, выход диФФеренциального операционного усилителя постоянного тока - с замыкающимся контактом двухпозиционного переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя (11.
Недостатком известного преобразователя является егр ограниченные функциональные возможности воспроизведения различных функций.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя.
Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угла поворота вала в напряжение постоянного тока введены генератор импульсов, компаратор, триггер, элемент И, счетчик и блок преобразования кода в напряжение, выход второго коммутатора через компаратор подключен к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с другим выходом второго блока фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, а выход подключен .к одному входу элемента И, другой вход элемента И соединен с генератором импульсов, а выход подключен к входу счетчика, .выходы разрядов счетчика подключены к входам блока преобразования кода в напряжение, выход которого подключен к четвертому входу первого коммутатора.
За счет введения новых элементов обеспечивается воспроизведение синусно-косинусной зависимости от аргумента, заданного в виде напряжения постоянного тока, выполнение множительной операции с представлением одного иэ сомножителей в виде тригонометрическои функции угла поворота, а другбго сомножителя — в виде тригонометрической функции от аргумента, заданного, напряжением постоянного тока, воспроизведение обратных тригонометрических зависимостей.
Компаратор, введенный в состав устройства, необходим для формирования импульса в момент времени, соответствующий переходу через нулевое значение выходного напряжения одного из коммутаторов и началу цикла развертки напряжения П„„„ . Триггер необходим для формирования временного интервала с длительностью, равной продолжительности цикла развертки напряжения 0„ „, Генератор импульсов, вентиль, счетчик и блок преобразования кода в напряжение необхо06 4 следующих режимов: а) режиме выпол= нения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота; Ц режиме выполнения множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических йункций угла поворота; в1 режиме выполнения множительной операции с представлением сомножителей в виде тригонометрических" функций угла поворота и напряжения постоянного тока соответственно; г} режиме воспроизведения синуснокосинусной зависимости от аргумента, заданного в виде напряжения постоянного тока; д) режиме воспроизведвния . обратных тригонометрических зависимостей; е1 режиме преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока.
В режиме выполнения множительной операции с представлением одного из сомножителей в виде тригонометрической функции угла поворота вала ра" бочим является блок 8, выход которого через двухпозиционный переключа"тель.12, установленный в положение . 1, соединен с выходом устройства.
При этом коммутатор б находится в положении 2 и к одному из входов компаратора-19 блока 8 подключается напряжение Ок = Е с выхода регули" руемого источника Е напряжения постоянного тока, отображающее значение первого сомножителя. На другой вход компаратора 19 подается напря.жение Ul < с выхода коммутатора 4, которое, в зависимости от положения коммутатора, равно U (1), И»(2) или
П(3) ° где U2 U» 1» "и соот ветственно напряжения выходных косинусной и синусной обмоток СКВТ 1 и его обмотки возбуждения (в скобках указаны положения соответэтвующих коммутаторов) .
Пои этом (,») (2) (Ц
10373 димы для формирования развертываю= щего напряжения в пределах указанного цикла.
На чертеже показана структурная схема преобразователя. 5
Преобразователь содержит СКВТ 1, обмотка возбуждения которого подключена к источнику 0> напряжения питания, а синусная и косинусная обмотки - к входам выпрямителей 10
2 и 3 и коммутаторов 4 и. 5, третьи входы которых подключены к источнику 0»1 напряжения питания, коммутатор 6, входы 6 которого соединены с выходами выпрямителей 2 и 3 регулируемого источника Е напряжения постоянного тока и синусного функционального преобразовтеля 7, два блока 8 и 9 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, 20 входы одного из которых 8 подключены к выходам. коммутаторов 4 и 6, соответствующие входы другого блока 9 подключены к выходу источника 0 к синусной обмотке СКВТ и выходу 25 косинусного функционального преобразователя 10, а выходы блоков 8 и
9 подключены к входам дифференциального операционного усилителя (ОУ)
11 постОяннОГО тОкд выхОд КОтОрых 30 подключен к входам функциональных преобразователей 7 и 10, двухпозиционный переключатель 12, неподвижные контакты которого соединен с выходами блока 8 и ОУ 11:, а подвижный контакт является выходом преобразователя, вход компаратора 13 подключен к выходу коммутатора 5, а выход - к одному их входов триггера 14, другой вход которого соединен с вторым выходом блока 8, а выход - с одним из входом элемента И 15, другой вход которого подключен к выходу гйнератора 16 импульсов, а выход — к входу счетчика 17, выходы разрядов которого соединены с соответствующими входами блока 18 преобразования кода . в напряжение, выход которого подключен к четвертому входу коммутатора 4. 8 состав идентичных блоков 8 и 9 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения входят в компаратор 19 блоков, ключ 20 и элемент 21 аналоговой памяти.
U = k U &i и с3 t сОБ 6
О„=kU GhA4)t&ig g
"п= (щи»по, В зависимости от того, в каком 55 положении находятся коммутаторы 4-6 и двухпозиционный переключатель 12, преобразователь работает в одном из где U,„,M - амплитудное значение и круговая частота напряжения-питания СКВТ:
1037306
К - коэффициент трансформации, по стоянный для данного типа
СКВТФ
6 - угол поворота ротора СКВТ, соответствующий углу поворота вала.
В момент равенства напряжений
U 4 и Е .компаратор 19 срабатывает, формируя импульс. К элементу 21 аналоговой памяти через замкнутый на время действия импульса ключ 20 подключается напряжение Ugq с выхода коммутатора 5 равное 0„(1,) или 0,(2, или Ug(3) в зависимости от положения коммутатора 5. Мгновенное значение
15 этого напряжения запоминается элементом 21 и является результатом мно" жительной операции.
Допустим, коммутаторы 4 и 5 на" ходятся в положении 1. Тогда в момент t1 равенства напряжений F u
U на входах компаратора 19 блока выполняется равенство
30 (5)
35 запоминается элементом 21.
Перечень возможных вариантов выполнения множительной операции при различных положениях коммутаторов
4. и 5 {коммутатор б находится в поло-40 жении 2 ) приведен в табл. 1.
Таким образом, данный режим работы преобразователя обеспечивает выполнение множительной операции с представлением одного из сомножите- 45 лей в виде тригонометрической функции угла поворота В .
В режиме выполнения множительной операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота функционирует только блок 8 фиксации и запоминания мгновенного значения напряжения, выход которого .через двухпозиционный переключатель 12, 55 установленный в соответствующее положение, соединен с выходом преобразователя. При этом коммутатор 6 мо1 и к элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ
20 подключается напряжение 0. 6 =
= 02 = КО„р 1пв созб,мгновенное значение которого, равйое где r = К КB запоминается элементом 21. и к элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ
20 подключается напряжение О =
= Uq = U> sin% t<,мгновенное значение которого
"g5(t )- = — ESec8 и con 8 к жет находиться в одном из двух положений: в положении 3 коммутатора к одному из входов компаратора 19 блока 8 подключается напряжение 0 6 = 04В с выхода выпрямителя 2, пропорциональное амплитудному значению напряжения 04 синусной обмотки СКВТ 1
"18 = "" в б п 6, (6) где К В - коэффициент выпрямления (КВ = const); в положении 4 - напряжение
0 = Ug13 с выхода выпрямителя 3, пропорциональное амплитудному значению напряжения Uq косинусной обмотки СКВТ 1
tJ 8 kk u со.38. () На другой вход компаратора 19 подается напряжение 0 4с выхода коммутатора 4, которое, в за висимост и от положения коммутатора, равно
О (1), 0,1(2) или Од(3) . Дальнейшая последовательность действий аналогична рассмотренной для первого режима. .В момент равенства напряжений Uy,6 и U gg компаратор 19 срабатывает, формируя импульс. К элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ 20 подключается напряжение U > с выхода коммутатора 5, 4 равное, в зависимости от положения коммутатора, U (1) или 0 (21, или
Ug(3), Мгновенйое значение этого напряжения запоминается элементом 21 и является результатом множительной
f операции с представлением обоих сомножителей в виде тригонометрических функций угла поворота 8.
Допустим, коммутаторы 4-6 находятся в положении 3. В момент t равенства напряжений Uk4 и Uk6Ha входах компаратора 19 блока 8 выполняется равенство
Un,Ûn ut-1="1 в0тs n <8) 1037306
8 где q = †„ = const.
Cd
Если 0<- = О2 (коммутатор 5 нахоК дится в положении 3), то аналогично получаем
Таким образом, данный режим работы устройства обеспечивает выполнение множительной операции с представ@ лением одного сомножителя в виде тригонометрической:функции угла поворота, а другого сомйожителя - в виде тригонометрической (синусвой) функции от аргумента, заданного на" пряжением постоянного тока.
Если вместо компаратора 13 ис пользовать пиковый детектор, срабатывающий в момент перехода:-напряжения О через амплитудное значение, то результатом рассматриваемой множительной операции будет
"gql< =) 0щсоб Есоа9
В режиме воспроизведения -синусно".. косинусной зависимости,;когда аргу-.. мент задан в виде напряжения востоянного тока, последовательность операций аналогична рассмотренной в предыдущем режиме с тем лишь отличием, что здесь коммутатор 5 устанавливается В положение 1, т.е. напряжение U1, рав-. но О1пв1пс й, а его;мгновенное зна50 чение U1 (t < ), считываемое в момент времни t<, соответствующий срабаты. ванию компаратора 19, будет иметь вил
U (t ) = U sinqE . (15)
При использовании вместо компаратора пикового детектора можно получить
Uу = U °
6.
С учетом выражения (10) - получим
Е = U0gt, (14) где gt= t< - и
Импульс с выхода компаратора
19 возвращает триггер 14 в исходU (t ) U cosqE . (16) Перечень возможных вариантов вы- ное положение 0 и, кратковременно полнения множительной операции в дан- замыкая ключ 20, разрешает считываном режиме работы при различных по- ние текущего значения U >(t В режиме выполнения множительной операции с представлением сомножителей ввиде тригонометрических функций угла поворота и напряжения постоянного тока соответственно блок 8, связанный с выходом преобразова 0,) = 0 g è Есовв. (Л) теля через переключатель 12, установm ленный в положение 1, является рабочим. На входы его компаратора 19 подаются напряжения ОК6 = Е и 0 4= Опон (здесь Оп и - напряжение, сни-и маемое с выхода блока 18) с выходов коммутаторов б и 4, установленных в положении 2 и 4 соответственно. Напряжение. Оп и формируется следующйм образом. В момент времени соответствующий переходу через нулевое значение выходного напряжения U g5 коммутатора 5, срабатывает ком- З0 паратор 13, импульс с выхода которого устанавливает триггер 14 в положение 1. Высокий потенциал выхода триггера l4 поступает на управляющий вход элемента И 15, открывая его. Импульсы высокой частоты f с выхода Оgr,(4,1-K01COS) Еб1tlв,генератора 16 начинают заполнять или счетчик 17, содержимое которого сту. пенчато увеличивается. Аналогично ( увеличивается и .выходное напряжение 4 блока 18. При достаточно большом значении частоты fo можно считать напряжение О „„, линейно нарастающим (1o) где Uo - опорное напряжение блока 18. .В момент времени t, соответствующий равенству напряжений на входах компаратора 19, выполняется равенство 9 1037306, . 10 TaKHN оьразом, данный режим работы КО зinö t„ соз.б, мгновенное зна-, устройства обеспе н* ает воспроиэве- чение которого дение синусной (косинусной ) зависимости от аргумента, заданного в ви- 02 1 = 11 "Вых 0 t = К К з1пО: cos 6 21 де напряжения постоянного тока. запоминается элементом 21. В режиме воспроизведения обратных Аналогично на входы компаратора тригонометрических зависимостей l9 блока 9 подаются напряжения 0п коммутаторы б, 4 и 5 устанавливаются с выхода источника напряжения питав положения 6(2}; "(3) l 5(1) 3to ния и K cpsugb!g с выхода косинусзначит, что в положениях 2 и 3 ком- ного функционального преобразоватемутаторов 6 и 4 к входам компаратора ля 10. В момент t равенства этих 19 блока 8 подключаются напряжения напряжений 01 6 E и ОК4 = Оп соответственно. В момент времени t1, когда выполняется равенство E U s inapt, (17) N напряжение на выходе блока 18 ста" нет равным О„ in(g t< = К, cosu> (22) к элементу 21 аналоговой памяти 9 через кратковременно замкнутый ключ 20 блока 9 подключается напряжение U,1 = КО„„з1п(д tgsln9 мгновенное значение которого K < З Utn б1 п 6 = LI Ь1П д1, откуда (при условии КК = 1) вытекает i1 Путем подстановки значения gt в (18) получим линейную зависимость напряжения от угла поворота о„„„= u nt (18) Найдем значения h t из (17) и подставим в (18). В результате получим Опкн = 1 arcs inE, (19) Где g = - - = coAst. U ю Ощ Воспроизведение арккосинусной за" висимости при наличии пикового детектора вместо комапаратора 13 осуществляется аналогично, Выходом преобразователя в данном режиме является не выход двухпозиционного переключателя 12, который yc " танавливается в нейтральное положение, а выход блока 18. В режиме преобразования угла поворота вала в напряжение постоянного тока работают оба блока 8 и 9 фикса-. ции и запоминания мгновенного значе40 ния напряжения. Для этого коммутаторы 4-6 устанавливаютоя в положения 4(3); 5(3); 6(1) . К входам компаратора 19 блока 8 подключаются 45 напряжения 01,<=- Оя с выхода источника напряжения питания и 0 1, =Кяsinug с выхода синусного Функциойальняого преобразователя 7, где О „,„- значение напряжения постоянного тока на выходе дифференциального усилителя 11; K и - коэффициент передачи функционального преобразователя 7. В момент t 1 равенства напряжений U g1A Я = Кп51п ОВцх (о) U<(t1) К К11созО@ „sin 8 (23) запоминается элементом 21. Напряжение 0 (t„) и 0<(t„) с выходов блоков 8 и 9 соответственно подаются на входы дифференциального усилителя 11, выход которого подключен к входам функциональных преобразователей 7 и 10 непосредственно и к выходу преобразователя через двухпозиционный переключатель l2, устанавливаемый в данном режиме в положение 2 При равенстве U<(t„ ) = 0 (t„) будет иметь место линейная зависимость Овых = Кр 6 где К p - -размерный коэффициент. В этом режиме происходит преобраз12вание угла поворота вала в напряжение постоянного тока, В предыдущем режиме может быть достигнут аналогичный эффект. Действительно, в положениях коммутаторов 6(3); 4(3); 5(1) сравниваются напряжения 01g и Оп на входах компаратора 19 блока 8 55 к элементу 21 аналоговой памяти через кратковременно замкнутый ключ 20 подключается напряжение Ох 0 6. Таким образом, предлагаемый преобразователь по сравнению с извест12 1037306 Таблица 1 Положение коммутаторов 0|;5 ОК4 О, 0(Uq — E cesec8 ,1 К вЂ” Е sece ( к u„ Таблица 2 ь Положение коммутаторов г .0 51п В в1п О r О cos 6cose U„ 02Ц О< 4(1);5(г);6(3) 4(2);5(3);6(4) О, 02 U2 р=КК ным выполняет дополнительные опера, ции, за счет чего достигается положительный эффект. 4(3): 5(2); 6(2) 4(3); 5(3); 6(2) О» 4(1); 5(2); 6(2) 0> 4(2); 5(3); 6(2) 4(2); 5(1); 6(2) О, 4(1); 5(1); 6(2) 4(3);5(2);6(3) 4(3);5(3);6(4) 4(3) 15(3);6(3) 4 (3); 5 (2); 6(4) Экономический эффект от использования предлагаемого преобразователя определяется его техническим преимуществом. 8ид выполняемой множительной операции К E s in 4 К Е cos9 E сд9 Е ctge 8ид выполняемой О g 6 множительной операции 046 г U sln8 cose 028. 018 р U+tg 8sin8 U28 P Un ctg S cos8 1037306 Составитель А.Смирнов Редактор Л.Гратилло Техред Т.Иаточка . Корректор B° . Гирняк Заказ 6016/53 Тираж 618 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4