Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышения динамической точности путем коррекции частотной характеристики в преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик 1 грубого отсчета, синусно-косинусньй датчик 2 точного отсчета, демодулятор 3, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 4 и 5, первый синусно-косл ьо о со о to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (511 4 Н 03 М 1/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Диа.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

НО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4020845/24-24 (22) 12.02.86 (46) 30.06.87. Бюл. У 24 (72) В. Н. Погорецкий, А. П. Калошин и А. И. Рябинин (53) 681.325(088.8) (56) Прангишвили И. В. Микропроцессоры и локальные сети микро-3ВМ в распределенных системах управления.

М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 49, .рис. 1.3.

Авторское. свидетельство СССР

В 1022203, кл. G 08 С 9/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1088045, кл.. G 08 С 9/00, 1983.

„„SU,» 1 2 902 А1

{54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автома- . тике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышения динамической точности путем коррекции частотной характеристики в преобразователь, содержащий синусно-косинусный датчик 1 грубого отсчета, синусно-косинусный датчик 2 точного отсчета, демодулятор 3, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 4 и 5, первый синусно-ко132 синусный генератор 7, цифровые сумматоры 8 и 9, аналоговый сумматор

10, генератор 11 опорной частоты, блок 12 функционального преобразования, блок 13 выбора каналов, блок ,14 преобразования напряжения в частоту, реверсивный счетчик 15, введены второй синусно-косинусный генератор

6, аналого-цифровой преобразователь

l6, блок 17 управления и обработки, компараторы 1 8 и 19. Выходные напряжения датчиков 1 и 2 демодулируются в демодуляторе 3, ЦАП 4 и 5. Выход0902 ные сигналы рассогласования между углом и кодом с выходов демодулятора

3 и аналогового сумматора 10 через блок 13 поступают на вход цифрового интегратора, образованного блоками

14, 15, и вход АЦП. Полученные коды обрабатываются блоком 17 для обеспечения заданных динамических характеристик и по цепи обратной связи выходной код блока 17 воздействует на напряжение возбуждения датчиков 1 и

2, компенсируя фазовый угол поворота датчика. 2 ил, f

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Цель изобретения — повышение динамической точности преобразователя -. путем цифровой коррекции его частотной характеристики. 50

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — математическая модель одной из реализаций канала точного отсчета преобразова. теля. 55

Преобразователь угла поворота вала в код содержит синусно-косинусный датчик 1 грубого отсчета (СКДГО), синусно-косинусный датчик 2 точного отсчета (СКДТО), демодулятор 3, циф- Zp роаналоговые преобразователи (ЦАП)

4 и 5, синусно-косинусные генераторы

6 и 7, цифровые сумматоры 8 и 9, аналоговый сумматор 10 генератор 11 опорной частоты, блок 12 функциональ- 25 ного преобразователя кодов, блок 13 выбора каналов, блок 14 преобразования напряжения в частоту (ПНЧ), реверсивный счетчик 15, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, блок 30

17 управления и обработки, компараторы 18 и 19.

Синусно-косинусные генераторы 6 и 7 представляют собой функциональный преобразователь кода в коды синуса и косинуса, выходы которого подключены к цифровым входам соответствующих ПАП, на выходе ЦАП установ2 лены усилители мощности. Генератор

11 опорной частоты представляет собой последовательно соединенные генератор импульсов и делитель частоты.

Блок 17 управления и обработки, который может быть выполнен, например, на микро-ЭВМ iAPX-186, содержит арифметико-логический блок, контроллеры доступа к памяти и прерываний, счетчик микрокоманд, генератор синхросигналов, буферные регистры.

Преобразователь представляет собой импульсную следящую систему, которая в зависимости от углового рассогласования образуется блоками 9, 7, 1, 3, 13, !4, 15, 16, 17, 9 или

17, 8.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 11 вырабатывает цифровой эквивалент аргумента t который блоком 12 функционального преобразования кода преобразуется в код функции сбв ut u sin zt, а цифровыми сумматорами 8 и 9 и синусно-косинусными генераторами 6 и 7 — в аналоговые напряжения возбуждения датчиков 2 и

1 к) оcos(ut N )

U sin(gt-N) U cos(cot-N) соответственно, где К вЂ” коэффициент электрической редукции. На цифровой сумматор 8 поступает и младших разрядов выходного кода N а на цифровой сумматор

9 - m старших разрядов кода N, число разрядов которого P = п + m — 1, р-и

При этом К = 2 . Цифровой сумматор

1320902 4 совместно с синусно-косинусным генератором выполняют функцию цифроаналогового преобразования цифрового кода N или N в аналоговые значения фазы напряжения возбуждения соответствующего датчика 2 и 1 угла.

Выходные фазомодулированные напряжения датчика 2 точного отсчета

U sin(zt-И„+с ) и U cos(ut-N„+<6) перемножаются цифроаналоговыми преобразователями 4 и 5 на коды взаимно ортогональных функций cosset u

sinа t. После вычитания в аналоговом сумматоре 10 на его выходе образуется напряжение !5

U„ U sin(" „) °

Напряжение с вторичной обмотки датчика 1 грубого отсчета U,cos(ut — 20

N + C) поступает на вход демодулятора 3, который в качестве опорного использует напряжение старшего разряда генератора 11. Выходное напряжение демодулятора 3 после фильтрации с помощью входящего в его состав фильтра нижних частот имеет вид

U зsin(-N+îñ). Поскольку канал грубого з отсчета необходим для исключения неоднозначности отсчетов, то использован только лишь один демодулятор 3 в режиме релейного синхронного детектирования.

Выходные напряжения каналов грубого и точного отсчетов через блок 13 35 выбора каналов поступают на вход блока 14 преобразования напряжения в частоту ПНЧ для преобразования их в последовательный код с последующим суммированием в реверсивном счетчике 40

15. Блок 14 совместно с реверсивным счетчиком 15 производит цифровое интегрирование сигнала рассогласования следящей системы. Одновременно этот сигнал подвергается цифровому преоб- 4> разованию в аналого-цифровом преобразователе 16. Выходные коды реверсивного счетчика 15 и АЦП 16 поступают на соответствующие входы блока 17, который осуществляет выбор канала отсчета (согласование отсчетов), цифровую обработку сигналов пропорционального (через АЦП) и интегрального (через ПНЧ и реверсивный счетчик) управления следящей системой, цифровую коррекцию ее частотной характеристики, выработку и фиксацию выходного кода N, который поступает в цифровые сумматоры 8 и 9. Тем самым замыкается обратная связь в соответствующей следящей системе.

В зависимости от величины углового рассогласования следящая система образуется блоками 9, 7, 1, 3, 13, 14, 15, 16, 17, 9 при IN-eL 360 /2 либо блоками 8, 6, 2, 4, 5, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 8 при / И-g /<360 /2

При включении преобразователя по команде блока 17 блок 13 выбора каналов включает в следящую систему канал грубого отсчета, так как угловое рассогласование достаточно велико. Выходное напряжение аналогового сумматора 10 отлично от нуля и на выходе компаратора 18 (сдвоенный компаратор с "окном" ) появляется сигнал, разрешающий по входу стробирования работу компаратора 19, который формнрует импульс в момент перехода через нуль выходного напряжения датчика 2 угла грубого отсчета. Под воздействием этого импульса блок 17 осуществляет прерывание выполнения основного режима работы и выполняет режим согласования отсчетов. В выходной регистр блока 17 заносится код генератора 11 соответствующий моменту прихода импульса на прерывание, реализуя тем самым метод

"бегущей стробирующей метки". Этот код приближенно соответствует угловому положению датчика 1, поэтому следящая система грубого отсчета изменяет код до тех пор, когда выходное напряжение демодулятора 3 уменьшается до нуля, т.е. U»,„ =

= У зл.п(М-са) = О, откуда N = оа с точностью до величины младшего раз- ряда грубого отсчета, т.е. N = < +

+ N /2.

Как только Б gb x>= О (код АЦП 16 также уменьшился до нуля), блок 17 с помощью блока 13 выбора каналов включает в следящую систему канал точного отсчета н приступает к выполнению основного режима работы, который гредусматривает на начальном этапе оптимальный по быстродействйю переходный процесс из точки N =

= дС + N„,./2 B точку N = (x. с точностью до величины младшего разряда точного отсчета

При этом напряжение рассогласова ния на выходе сумматора 10 равно нулю, компаратор 18 запирает по вхоцу

20902 6 ботки предусматривает в основном режиме коррекцию выходного кода с помощью поправок, записанных в постоянную память укаэанного блока на этапе метрологической аттестации преобразователя. стробирования компаратор 19 и.импульс ие прерывание не вырабатывается.

В зависимости от требований к преобразователю по быстродействию и ве-, личине динамической погрешности блок

17 формирует желаемый вид частотной характеристики следящей системы канала точного отсчета. На фиг. 2 изображена математическая модель одной иэ реализаций импульсной следящей системы.. На .этой схеме W„„(v) (1+т,м)(1 т,.;)

= К

< w — передаточная функция, реализуемая блоком 17;

1-T,w

W „(w) = К вЂ” передаточная функция цифрового интегратора, ПФК— преобразователь код-фаза. Совокупность блоков 2, 4, 5, 10 (см. фиг. 1) эквивалентна блоку с выходным напряжением, изменяющимся по закону

10 sin(g,-N„), на входе которого действует угловая ошибка (О -N„). Следовательно, его передаточный коэффициент К = 10/«. Окончательно передаточную функцию импульсной следящей системы можно записать в виде

+ (aw + Ъ«+1) (1-T.w)

W(v, О) = К

Таким образом, при реализации изобретения с цифровым интегратором . в качестве корректирующего устройства, производящего вычисления в соответствии с алгоритмом

N(n) = а<М(п-1) + à М(п-2) +

+ b,N(n-1) + Ь И(п-2) где N(n), N(n-l), N(n-2) — значения выходного кода, вычисленные в соответствующих тактах;

I . N(n-l), N(n-2) — суммарный код цифрового интегратора и АЦП, измеренный в соответствующих тактах, преобразователь приобретает свойства астатической следящей системы третьего порядка, в которой отсутствуют динамические ошибки по скорости и ускорению при изменении входного угла Ф, с постоянным ускорением.

Для устранения инструментальной погрешности блок управления и обра10

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик грубого отсчета, выход которого подключен к одному входу демодулятора, выход демодулятора подключен к одному информационному входу блока выбора каналов, синусно-косинусный датчик точного отсчета, входы

Ф которого соединены с выходами перво-. го синусно-косинусного генератора, а первый и второй выходы подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, цифровые входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими выходами блока функционального преобразования кодов, а выходы подключены к входам аналогового сумматора, выход которого подключен к другому информационному входу блока выбора каналов, выход блока выбора каналов подключен к входу блока преобразования напряжения в частоту, выходы которого подключены к входам реверсивного счетчика, генератор опорной частоты, выходы которого подключены к одним группам входов первого и второго цифровых сумматоров, отличающийся тем, что, с целью повьппения динамической точности преобразователя, в него введены второй синусно-косинусный генератор, первый и второй компараторы, аналого-цифровой преобразователь и блок управления и обработки, выходы первого и .второго цифровых сумматоров подключены к входам соответственно первого и второго синусно-косинусного генераторов, выходы второго синусно-косинусного генератора подключены к входам синусно-косинусного датчика грубого отсчета, выход аналогового сумматора через первый компаратор подключен к стробирующему входу второго компаратора, информационный вход которого соединен с выходом синусно-косинусного датчика грубого отсчета, а выхоп под ци(ы) ) Составитель Е. Бударина

Редактор И. Петрова Техред В.Кадар Корректор Л. Пилипенко

Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2667/56

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1320902 . 8 ключен к входу прерывания блока уп- ровых сумматоров, первый и второй равления и обработки, выходы ревер- выходы блока управления и обработки сивного счетчика, аналого-цифрового подключены к управляющим входам соотпреобразователя и генератора опорной . ветственно блока выбора каналов и частоты. подключены соответственно к 5 аналого-цифрового преобразователя, первому, второму .и третьему портам . информационный вход которого соедиблока управления и обработки, инфор- нен с выходом блока выбора каналов, мационные выходы младших и старших выходы генератора опорной частоты разрядов блока управления и обработ- подключены к входам блока функциоки являются выходами преобразователя 10 нального преобразования кодов, один и подключены к другой группе входов выход генератора опорной частоты подсоответственно первого и второго циф- ключен к другому входу демодулятора.