Преобразователь угла поворота вала в код

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий сельсин-датчик угла поворота вала вход которого подключен к выходу источника напряжения питания, бпок компараторов, выходы которого подключены к входам первого девшфратора , аналого-цифровой прео6разоватепЬ| информационные вькоды которого соединены с информационными входаЙ блока вычитания, выходы которого подключены к счетным входам реверсивного счетчика, блок аналоговых ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точнос и преобразователя, в него введены второй дешифратор, элемент И, таймер и компаратор, источник напряжения питания выполнен ИМПУЛЬСНЫМ, выход источника напряжения питания подключен к первому входу блока компараторов , остальные входы которого подключены к выходам сельсин-датчика угла поворота вала, выходы первого дешифратора через элемент И подкп чены к управляющему входу блока, вычитания , первые три выхода блока компараторов через второй дешифратор подключены к управляющим входам блока аналоговых ключей, информационные входы которого подключены к вы ,ходам сельсин-датчика угла поворота вала, а выход - к первому входу аналого-гщфрового преобразователя и к инверсному входу компаратора, выход которого подключен к первому входу таймера и второму входу ана- . лого-цифрового преобразователя, выход бброса которого подключен к одноименному входу блока вычитания и второму входу таймера, выходы котоё рого подключены к третьему и четвер . тому .входам аналого-цифрового преобразователя , цифровые выходы которого подкл ечены к информационньм . входам блока вычитания, управлякпций выход Iаналого-цифрового преобразо§ вателя подключен к прямому входу компаратора. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, таймер содержит два элемента И-НЕ,генератор тактовых импульсов, триггер, счет9 ) 4 чик и инверт н, первый вход первого элемента И-НЕ является.первым входом DO таймера, выход первого элемента И-НЕ подключен к первому входу триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, ввжод которого подключен к счетному входу счетчика, выход которого является одним, выходом т1аймера и через инвертор подключен к второму входу первого элемента И-НЕ и второму входу тоигге-. . I ра, выход генератора тактовых импульсов является другим выходом таймера и подключен к второму входу второго эле

,SU.„11256

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUIW

РЕСПУБЛИК

ggy 6 08 С .9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтаеснОММ СаИДатЕЬствУ (21) 3561583/24-24 (22) 03. 12.82 (46) 23. 11.84. Бюл. Ф 43 (72) В.М. Водовозов и Н.Д. Заяц (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова(Ленина) (53) 681.325(088.8) (56) 1. Патент США У 4262666,, кл. С 08 С 19/16 опублик, 1980.

2-. Авторское свидетельство СССР

В 470841 кл. С 08 С 9/00, 1973 (прототип). (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий сельсин-датчик угла поворота вала вход которого подключен к выходу источника напряжения питания блок компараторов, выходы которого подключены к входам первого дешифратора, аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого сое- . динены с информационными входайс блока вычитания, вьасоды которого подкпючены к счетным входам ревер" сивного счетчика, блок аналоговых ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности. преобразователя, в него введены вто рой дешифратор, элемент И, таймер и компаратор, источник напряжения питания выполнен импульсным, выход источника напряжения питания подключен к первому входу блока компараторов, остальные входы которого подключены к выходам сельснн-датчика угла поворота вала, вьпсоды первого дешифратора через элемент И подкпючены к управляющему входу блока вычитания, первые три выхода блока компараторов через второй дешифратор подключены к управляющим входам блока аналоговых ключей, информационные входы которого подключены к вы,ходам сельсин-датчика угла поворота вала, а выход — к первому входу аналого-цифрового преобразователя и к инверсному входу компаратора, выход которого подключен к первому входу таймера и второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход Сброса которого подключен к одноименному входу блока вычитания и второму входу таймера, выходы которого подключены к третьему и четвертому .входам аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого подключены к информационньи входам блока вычитания, управляющий выход аналого-цифрового преобразователя подключен к прямому входу

C компаратора.

2, Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что, таймер содержит два элемента И-НЕ,генератор тактовых нмлульсов, триггер, счетчик и инвертор, первый вход первого элемента -HE является, первым входом таймера, выход первого элемента И-НЕ подключен к первому входу триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к счетному входу р счетчика, выход которого является одним выходом таймера и через инвертор подключен к второму входу первого элемента И-НЕ и второму входу тригге-:ра, выход генератора тактовых импульсов является другим выходом таймера и подключен к второму входу второго эле643

1125 мента И-НЕ, вход сброса счетчика является вторым входом таймера.

3. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок вычитания содержит триггер, элемент

И, инвертор, регистр текущего состояния, регистр предыдущего состояния, два блока элементов ИСКЛЮЧАВМ 1ЕЕ ИЛИ, три блока элементов И, сумматор, шину опорного напряжения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, управляюший вход первого блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является управйяющим входом блока вычитания и через инвертор подключен к управляющему входу второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ информационные входы регистра текущего состояния являются информационными входами блока вычитания, выходы регистра теку. щего состояния через второй блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первой группе входов первого блока элементов И и к информационным входам регистра предыдущего состояния, выходы которого через первый блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первой группе входов второго блока элементов И, вторые группы входов первого и второго блоков элементов И являются входом сброса блока вычитания и подключены к первому входу элемента И и к входу триггера, выход которого подключен к управляющему входу регистра текущего состояния и к второму входу элемента И, выход которого подключен к управляющему входу регистра предыдущего состояния, выходы первого и второго блоков элементов И подключены к входам сумматора, вход переноса которого подключен к шине опорного напряжения, а выходы — к входам третьего блока элементов И, выходы первого и последнего разрядов сумматора подключены к входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы третьего блока элементов И и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются выходами блока вычитания.

Изобретение относится к области систем передачи информации об угловом положении объекта и может найти применение в системах автоматизации промышленных установок.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий сельсин-датчик, последовательно соединен. ные блок демодуляторов, блок компараторов, логическое устройство,аналого-цифровой преобразоватепь и арифметическое устройство, блок памяти, сумматор, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу логи- ческого устройства, а другой вход подключен к выходу фазового детектора, выделяющего базовый угол 1).

Недостатком преобразователя является невысокая точность преобразования в связи с влиянием на результат измерений колебаний амплитуды питающего напряжения.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь, содержащий сельсин-датчик и последовательно соединенные блок компараторов, дешифратор, блок аналоговых ключей, l5

2 аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания и реверсивный счетчик, причем информационные входы блока аналоговых ключей объедине.ны с соответствующими входами блока компараторов, три демодулятора, входы которых подключены к выходам сельсин-датчика, а выходы — к входам блока компараторов, а управляющий выход дешифратора подключен к другому входу аналого-цифрового преобразователя t 2 ).

Недостатком известного преобразователя является невысокая точность преобразования, Обладая низкой методической погрешностью, преобразователь характеризуется высокой фазовой погрешностью и влиянием величины и формы питающего напряжения на результат измерений.

Причина фазовой погрешности заключается в том, что фильтр низких частот, лежащий в основе демодулятора, вносит существенное запаздывание

25 по фазе измеряемого сигнала. Вторая погрешность при прямоугольной форме ! питающего сельсин напряжения вызы3 1125 вает при формировании каждого импульса динамические искажения его фронтов, что выражается в последующем изменении амплитуды измеряемого сигнала. При гармонической форме напряжения;питающего сельсин, динамических искажений нет, но амплитуда сигнала менее стабильна, чем при импульсном питании. l0

Цель изобретения = повышение точности преобразователя.

15

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий сельсин-датчик угла поворота вала, вход которого подключен к выходу источника напряжения питания, блок компараторов, выходы которого подключены к входам первого дешифратора, ана- 2 лого-цифровой преобразователь, инфор- мационные выходы которого соединены с информационными входами блока вычитания, выходы которого подключены к счетным входам реверсивного счетчика, блок аналоговых ключей, введены второй дешифратор, элемент И, таймер и компаратор, источник напряжения питания. выполнен импульсным, выход источника напряжения питания подключен к первому входу блока компара/ торов, остальные входы которого подключены к выходам сельсин-датчика угла поворота вала, выходы первого дешифратора через элемент И подклю- 35 чены к управляющему входу блока вычитания, первые три выхода блока компараторов через второй дешифратор подключены к управляющим входам бло.ка аналоговых ключей, информацион-, 40 ные входы которого подключены к выходам сельсин-датчика угла поворота нала, а выход — к первому входу аналого-цифрового преобразователя и к инверсному входу компаратора, выход 45 которого подключен к первому входу таймера и второму входу аналогоцифрового преобразователя, выход сброса которого подключен к одноименному входу блока вычитания и второму 50 входу таймера, выходы которого подключены к третьему и четвертому входам аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого подключены к информационным входам блока 55 вычитания, управляющий вьмод аналогоцифрового преобразователя подключен к прямому входу компаратора.

643

Кроме того, блок вычитания содержит триггер, элемент И, инвертор, регистр текущего состояния, регистр предыдущего состояния., два блока элементон ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три блока элементов П, сумматор, шину опорного напряжения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, управляющий вход первого блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ HJIH является управля-ющим входом блока вычитания и через инвертор подключен к управляющему входу второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, информационные входы ре-. гистра текущего состояния являются информационными входами блока вычитания, выходы регистра текущего состояния через второй блок элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первой группе входов первого блока элементов

И и к информационным входам регистра предыдущего состояния, выходы которого через первый блок элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первой группе входов второго блока элементов И, вторые группы входов первого и второго блоков элементов И являются входом сброса блока вычитания

i и подключены к первому входу элемента И и к входу триггера,. выход которого подключен к управляющему входу регистра текущего состояния и к второму входу элемента И, выход которого подключен к управляющему входу регистра предыдущего состояния, выходы первого и второго блоков элементов И, подключены к входам сумматора, вход переноса которого подключен к шине опорного напряжения, а выходы — к входам третьего блока

При этом таймер содержит два элемента И-НЕ, генератор тактовьм импульсов, триггер, счетчик и инвертор, первый вход первого элемента Й-НЕ является первым входом таймера, выход первого элемента И-НЕ подключен к первому входу;тиггера, вьмод которого .подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, вьмод которого подключен к счетному входу счетчика, выход которого является одним выходом таймера и через инвертор подключен к второму входу первого элемента

И-НЕ и второму входу триггера, выход генератора тактовых импульсов является другим выходом таймера и подключен к второму входу второго элемента

И-НЕ, вход сброса счетчика является вторым входом таймера.

1125643

KUnsin с ;

KU sin(g — 120 );

KU sin(d + 120 ), "я =

8

U с

40 где с — угол поворота вала;

U — амплитуда импульсов питающе- 4g и

ro напряжения;

К вЂ” коэффициент передачи.

Огибающие фазных напряжений сельсин-датчика 1 приведены на фиг. 4, Поскольку напряжение на обмотках статора пропорционально, углу поворота только при с 430, то с помощью блока 2 компараторов (фиг. 1) за полный оборот вала выделяется 12 секторов по 30 каждый. Границы сек- торов определяются точками а,b,с,d,е, (фиг. 4), Блок 2 компараторов через дешифраторы управляет блоэлементов И, выходы первого и последнего разрядов сумматора подключены к входам элемента ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выходы третьего блока элементов

И и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ явля- 5 ются выходами блока вычитания.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя угла поворота вала в код; на фиг. 2 — функциональная схема таймера; на фиг. 3 — функцио- 10 нальная схема блока вычитания; на фиг. 4 и 5 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит датчик

1 угла поворота вала в код, блок 2 15 компараторов, блок 3 элементов И, блок 4 аналоговых ключей, аналогоцифровой преобразователь 5,.блок 6 вычитания, реверсивный счетчик 7, таймер 8, дешифраторы 9 и 10, ком- N паратор 11, элемент И-НЕ 12, триггер 13, элемент И-НЕ 14, счетчик 15, генератор 16, инвертор 17, триггер

18 элемент И 19, инвертор 20, регистр 21 текущего состояния, регистр 25

22 предыдущего состояния, блоки 23 и 24 элементов ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блоки 25 и 26 элементов И„сумматор 27, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, блок 29 элементов И.

Питание обмотки статора сельсиндатчика 1 осуществляется биполярными прямоугольными импульсами. При повороте вала сельсин-датчика 1 на

I угол с1. на обмотках статора сельсин-датчика формируются напряжения с амплитудами импульсов, зависящими от угла поворота вала. ком аналоговых ключей и аналого-цифровым преобразователем.

Амплитуды импульсов обмотки статора преобразуются с помощью преобразователя 5 в двойный параллельный код. Для устранения динамической погрешности при преобразовании амплитуды в код процесс преобразования необходимо начинать при установившейся ю амплитуде импульсов напряжения питания, т.е. при t ), „(фиг. 5) . С этой целью в устройство введен таймер 8 (фиг, 1), который запускается в момент появления импульса на входе преобразователя 5 (t = t ), и по истечении фиксированного времени (t — — ) по управляющему о каналу с преобразователя 5 поступает сигнал, разрешающий преобразование амплитуды в код и подачу на преобразователь 5 тактовых импульсов. По окончании преобразования на входы блока 6 вычитания с преобразователя

5 поступают код и сигнал, информирующий об окончании процесса преобразования, который также используется для сброса таймера 8 в исходное состояние и записи кода с выходов преобразователя 5 в регистры блока 6 вычитания. Для преобразования прямого кода вычитаемого в дополнительный в,блок 6 поступает управляющий сигнал с выхода дешифратора 10 через элемент И 3. Изменение кода реверсивного счетчика 7 производится единичными приращениями, поступаю щими с блока 6 вычитания и имеющими место при повороте вала сельсин-датчика 1 на угол, соответствующий одной дискрете, которая определяется параметрами используемого сельсин-датчика 1, чувствительностью компараторов и уровнем питающего напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии вал сельсиндатчика 1 согласован таким образом, что напряжение на выходах обмоток статора сельсин-датчика 1 равно

U = KU sin0;

ПВ = Щ,зin("20 )

Uc = KUnsin(120 ) .

Код реверсивного счетчика 7 и блока

6 вычитания равен нулю.

Напряжение с обмоток статора

Г сельсин-датчика 1 подается на нлвер7 11256 тирующис входы компараторов блока 2.

На неинвертирующие входы компараторов блока 2 поданы напряжения питания U и смещения U ц", величина

ВИт on о» которых подбирается при настройке таким образом, что напряжение на выходе каждого компаратора равно нулю при о(= О. При повороте вала сельсиндатчика 1 на угол, соответствуюпдй одному дискрету, на выходе соответ- 10 ствующего компаратора блока 2 установится логическая "1".

Так как напряжение фаэ статора сельсин-датчика 1 подается на инвертирующий вход компаратора, то сов- 15 падение по фазе напряжения U и фаtl NT зы статора происходит при углах поворота соответствующей обмотки статора относительно обмотки ротора 36074 >i

Ъ180, что приводит к появлению 2р при этих углах напряжения на выходах компараторов "арык, Ц Вь»гю соответствующего логической "1", а при углах 180 ) о ) О -логического О .

Для выделения 12 секторов за 25 один оборот вала в блок 2 компараторов введены компараторы, которые устанавливают на выходах U, .Л

Вь»> > Вь>х 1 (фиг. 3) логическую "1" прй углах обмотки статора относительно обмот- ЗО ки ротора сельсин-датчика 1

150+n ° 180 М 30 +п "180, где n = О;

1; 2... (фиг. 4), Дешифратор 9 (фиг. 1) решает задачу формирования управляющего сигнала (логическии "О") на входе аналогового ключа 4 при углах поворота одной из обмоток статора относительо но обмотки ротора на углы 30 Ъо -30 > благодаря чему напряжение данной .4> фазы U= о через аналоговый ключ поступает на вход преобразователя 5.

Дешифратор 10 формирует логический

"0" на выходе Ь, если амплитуда биполярных импульсов начинает уменьшаться, тогда как угол поворота вала увеличивается (фиг, 4)..

Для получения единичных прираще— ний в вычитающем устройстве 6 ((pill .3) имеется два регистра 21 и 22. л которые с выхода ЦАП 5 записываются к >ды текущего и предыдущего преобрлзоллния, используются рлэн>.». учлст>:è о> иПреобразуемое напряжение с выкода блока 4 аналоговых ключей подается на инвертирующий вход компаратора 11,50 который запускает таймер 8 и устанавливает уровень логической "1" на информационном входе аналогоцифрового преобразователя 5, осуществляется формирование сигнала, 55 разрешающего преобразование амп»итуды измеряемого импульса в цифровой код по истечении определенного времени с момента появления импульса (t ) t 1 где „задается регистром

15 (фиг. 2) .

В исходном состоянии на выходе управления таймера 8 установлен потенциал логического "О", запрещающий прохождение тактовых импульсов для преобразования сигнала с выхода компаратора 11 в код аналого-цифровым преобразователем 5 до тех пор, пока на выходе "Управление" таймера 8 не установится уровень логической "1".

Далее в аналого-цифровом преобразователе 5 осуществляется процесс поразрядного уравновешивания, по окончании которого на выходе "Сброс" преобразователя 5 появляется импульс сброса таймера 8 в исходное состояние и записи результата преобразования в регистры вычитателя 6.

При появлении первого (после сброса таймера в исходное состояние) тактового импульса преобразователь 5 устанавливается в исходное состояние — процесс преобразования амплитуды входного сигнала в код закончен.

Время преобразования аналого-цифрового преобразователя 5 t = n.Ò „, где п — разрядность преобразователя 5;

Т „ - период тактовых импульсов.

По окончании преобразования на выходе KnMIIPpBTopG 11 вновь устанавливается уровень логической "1" и повторно запускается таймер 8. Время повторного запуска подбирается вовторой половине измеряемого импульса, тогда повторное преобразование амплиЮ туды в код приходится на период ,паузы = С2 (фиг. 5) и на выходе

° ° ° компаратора 11 установится логический "О". В результате повторного преобразования на всех выходах ЛЦП 5 установятся нули. Процесс пр .образования амплитуды в код повторяется аналогично в каждый период питающего сельсин-датчик 1 напряжения.

При этогл изменение кода реверсивного счетчика 7 производится единичными приращениями, поступающими с вычитающего устройства 6 и имеющими естг> при изменении кода преобраэовлгеля 5 (повороте вала сельсина).

9 112 бающих напряжений. Если амплитуда выходного импульсного напряжения нарастает с увеличением угла (участка аЬ, cd, ef (фиг. 4), то для получения единичных приращений в вычитаю- щем устройстве необходимо вычесть из текущего значения кода об предыдущее р6;,, и наоборот, если с увеличением угла поворота вала амплитуда уменьшается (участки Ьс,ef ), то 10 необходимо выполнить операциюс .,"Ы;.

Запись текущего кода с преобразователя 5 в регистр вычитающего устройства 6 осуществляется по переднему фронту импульса с выхода 8 преоб- 15 разователя 5 что иллюстрирует таблица состояний за полный оборот вала сельсина.

При повторном появлении импульса 2п с выхода 4 происходит перезапись из регистра кода текущего преобразования в регистр кода предыдущего преобразования. Дпя выполнения операции вычитания вычитаемое преобразуется 2S в обратный код, Для этой цели в вычитающем устройстве б (фиг. 1 и 3) выходыобоих регистров 21 и 22 поразрядно подкЛючены к первым входам, блоков 23 и 24 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 3р

ИЛИ, на вторые входы которых подан сигнал с выхода Ь. элемента И 3 (фиг. 1) . При появлении логической

"1" на этом выходе прямой код с регистра 21 текущего состояния блоком

5643 .. 10

3 преобразуется в обратный, при появлении логического "0" код на выходе блока 23 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ остается прямым.

На сумматор вычитающего устройства 6 коды текущего и предыдущего преобразований поступают поразрядно через блоки 25 и 26 элементов И только при появлении разрешающего сигнала с выхода преобразователя 5 (фиг. 1), что повышает помехозащищенность схемы. На выход переноса сумматора Р (фиг. 3) подано напряжение, соответствующее уровню логической "1" для преобразования обратного кода вычитаемого в дополнительный, в результате на выходе сумматора результат будет представлен либо в прямом коде 00...001, либо в дополнительном 11...111.

Блок 29 элементов И и элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 (фиг. 3) анализируют код на выходе сумматора вычитающего устройства 6, т.е. при прямом коде в счетчик 7 заносится

+1, при дополнительном -1. Таким образом, при вращении вала сельсин датчика 1 в положительном направлении, на выходе счетчика 7 будет прямой код, при вращении в противоположном направлении - дополнительный.

Технико-экономический эффект предлагаемого преобразователя обусловлен его техническими преимуществами.

А.

А

270 — ЗОД

300 — 330

330 — 360

А

0-30

30- 60

60 — 90

90 - 120

120 - 150

150 — )80

180 — 210.

210 — 240

240 — 270

I 125643

1125643 батик.t

USwx.

Обык.

Bba:

Bgs».

Редактор А. Шишкина

Заказ 8543/38 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ие е

Иою

Составителв N. Сидорова

Техред И.Асталош Корректор О. Луговая