Устройство для выполнения обратных тригонометрических преобразований

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет компенсации произвольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса. Устройство содержит датчик 1 синуса, датчик 2 косинуса, компаратор 3, двухпороговый компаратор 4, компаратор 5, источник 6 опорных колебаний, блок коммутации 7, счетчик 8, шину 9 нулевого потенциала, аналоговый перемножитель 10, преобразователь 11 временных интервалов в напряжение. При изменении амплитуды сигналов аналоговый перемножитель 10 компенсирует изменение. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„, 1508248 А 2 сЯ) 4 G 06 G 7 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1256051 (21) 4350988/24-24 (22) 29.12.87 (46) 15.09.89. Бюл. № 34 (72) В.А. Денисов (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1256051, кл, G 06 G 7/22, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОБРАТНЫХ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения-2 повьппение точности sa счет компенса- ции произвольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса. Устройство содержит датчик 1 синуса, датчик 2 косинуса, компаратор

3, двухпороговый компаратор 4, компаратор 5, источник 6 опорных колебаний, блок коммутации 7, счетчик 8, шину 9 нулевого потенциала, аналоговый перемножитель 10, преобразователь

ll временных интервалов в напряжение.

При изменении амплитуды сигналов аналоговый перемножитель 1О компенсирует изменение. 4 ил.

1508248.

4 ника 6 опорных колебаний через аналоговый перемножитель 10, на который поступают колебания генератора 12 синусоидального напряжения. Сигнал

"1" с выхода двухпорогового компаратора 4 возникает, когда

Изобретение относится к вычисли тельной технике.

Цель изобретения — повьппение точности за счет компенсации произ вольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса, На фиг.1 представлена схема уст" ройства; на фиг.2 — схема источника опорных напряжений; на фиг.3 — схе- 10 ма блока коммутации; на фиг.4 — схема преобразователя временных интервалов в напряжение.

Устройство содержит {фиг.1) дат,чик 1 синуса и датчик 2 косинуса угла, первый компаратор 3, сигнал "1" на выходе которого появляется в случае, когда напряжение на втором входе вьппе напряжения на первом входе, двухпороговый компаратор 4, сигнал "l на выходе которого вырабатывается в случае, если величина входного напряжения находится в зоне значений между его побогами,вто- рой компаратор 5, .источник 6 опорных колебаний, блок 7 коммутации, счетчик 8, шину 9 нулевого потенциала, аналоговый перемножитель 10, преобразователь 11 временных интервалов в напряжение. Источник 6 содер"

30 жит генератор 12 синусоидального напряжения, формирователь 13 прямоугольных импульсов, импульсный фазовый дискриминатор 14, фильтр 15 нижних частот, управляемый генератор 35

16 импульсов, делитель 17 частоты.

Блок 7 коммутации содержит элементы

И 18-21, элемент ИЛИ 22, логический инвертор 23.

Преобразователь 11 содержит источ- "0 ник 24 положительного, и источник

25 отрицательного опорных токов, первый и второй ключи 26,27, разрядный ключ 28, операционный усилитель

29, интегрирукнций конденсатор 30, фильтр 31 нижних частот, источник 32 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения синуса и косинуса из- 50 меряемого угла поступают с выхода датчиков 1 синуса и косинуса 2 углов на вторые входы компараторов 4 и 5 соответственн6. Компараторы 4 и 5 осуществляют сравнение поступающих 55 напряжений с значениями опорных напряжений, поступающих на первые входы компараторов 4 и 5 с выхода источ27п

0 - K„U 11, sin — t < U sink, где U«напряжение с выхода преобразователя 11; U>< — амплитуда генератора 12 синусоидального напряжения;

К, — коэффициент передачи аналогового перемножителя 10, Сигнал "1" с выхода компаратора

5 возникает, когда

2Т(11,соз а(6К „,П „П з1п

За период изменения синусоидального. напряжения генератора 12, компаратор 4 вырабатывает два строб-импульТ са длительностью - arcsin 8siaH каждый

27!

Uc где cP = -- — -- — —, а компаратор 5

К

Т

>, агссоз (ЮсозД, причем длительность

Я ,строб-импульса с выхода компаратора

4 зависит от угла, задаваемого только датчиком 1 синуса угла, а длительность строб-импульса с выхо- . да компаратора 5 зависит от угла задаваемого только датчиком 2 косинуса угла, С выхода источника 6 опорных колебаний 7 генерируются импульсы, частота следования которых в Но раэ вьппе частотв| генератора 12, Это достигается тем, что петля ФАП с делителем 17 представляет собой умножитель частоты импульсов, поступающих на первый вход импульсного фазового ,дискриминатора 14. В установившемся

1режиме кольцо ФАП следит за частотой импульсов с выхода формирователя 13 задаваемой генератором 12.

Компаратор 3 вырабатывает напряtl u жение 1, когда косинус больше синуса.. Строб-импульсы с компараторов

4 и 5, импульсы с частотой следоваNo ния — и сигнал управления с выхода

Т компаратора 3 поступают на блок 7 коммутации, который формирует для последующего счета счетчиком 8 пачки импульсов с частотой заполнения

1508248

45 рационного усилителя 29 через ключ

26, дважды за половину периода заряжает конденсатор 30. 3а счет этого среднее значение напряжения, накопленного за период Т, оказывается

55

No

7 и длительностью определяемой длиФ тельност ью строб-импульса.

Элементы И 18 и 19 блока 7 коммутации пропускают на свои выходы им1 1о пульсы с частотой заполнения -- тольТ ко во время действия строб-импульса с компараторов 4 и 5, Элементы И 20 и 21 пропускают на свои выходы сформированные пачки импульсов в зависимости от величины управляющего сигна" ла с выхода компаратора 3.

Пачки импульсов с выхода блока 7 коммутации поступают на счетный вход счетчика 8. За время Т между двумя обнуляющими импульсами счетчик 8 подсчитывает количество импульсов двух пачек, сформированных строб-импульсами компаратора 4, равное

No

N „= - arcsin (d sõn с ), 7 или одной пачки, сформированнои строб-импульсом компаратора 5, равное

No

Н = -- arccos (д соз d). (I

Как видно из формул, при d = 1, т. е. когда амплитуда перемножителя

1О равна амплитуде сигналов с выходов датчика 1 и 2, в конце периода счета Т счетчик 8 накопит количество импульсов, пропорциональное определенному углу d, выраженному в радианах, При желании иметь угол d, выраженный в градусах, достаточно выбрать N = 180. В случае равенства

1 суммарная длительность за период Т строб-импульсов с выхода компаратора 4 равна длительности строб-импульса с выхода компаратора

5. 3а счет этого напряжение с выхода операционного усилителя 29 за половину периода Т принимает симметричную форму. Таким образом, за время между двумя импульсами, обнуляющими интегратор, среднее значение напряжения на его выходе также равно !

Uo °

Фильтр 31 за несколько. периодов счета Т выработает напряжение Uo на своем выходе.

В случае d (1 амплитуда сигнала синуса и косинуса с выхода датчиков

1 и 2 . к азыв ает ся меньше амплитуды синусоидального напряжения с выхода аналогового перемножителя 10. Это может случиться вследствие уменьше5

35 ния общего уровня сигнала с датчиков 1 и 2 или увеличения амплитуды

11 вследствие нестабильности амплитуды генератора 12. Ь этом случае суммарная длительность строб-импульсов с выхода компаратора 4 меньше длидлительности строб-импульса с выхода. компаратора 5, вследствие чего источник 24 положительного опорного тока заряжает конденсатор 30 большее время, чем источник 25 отрицательного опорного тока, подключаемый через ключ 27. 3а счет этого форма напряжения с выхода усилителя 29 оказывается. несимметричной, а напряжение накопленное конденсатором 30 к концу половины периода Т, оказывается меньшим Uo и вследствие отсутствия строб †импульс во вторую часть периода остается меньшим по величине

U до момента обнуления интегратора о в конце периода Т. Фильтр 31 вырабатывает.среднее управляющее напряжение, величина которого. тем меньше чем больше отличны длительности строб-импульсов с компараторов 4 и 5 (чем меньше значение д ). .Таким образом, .при умножении постоянного напряжения П „ меньшего уровня на синусоидальное напряжение U>z увеличенной амплитуды уменьшается рассогласование амплитуд с выхода перемножителя 10 и амплитуды сигналов с выходов датчиков 1,2, При этом с каждым периодом Т величина рассогласования будет стремиться к нулю (- 1).

В случае d ) 1 суммарная длительность строб-импульсов с выхода компаратора 4 больше длительности стробимпульса с компаратора 5, вследствие чего источник 24 положительного опорного тока, подключаемый к входу опебольше величины О„, что приводит к синхронному увеличению сигнала с выхода перемножителя 10, при этом величина рассогласования d, как и в первом случае„ будет стремиться к 1. В случае, когда cos o((sing, устройство работает аналогично, Т аким обр азом, аналоговый перемножитель 10, компараторы 4,5 и пре1508248.

817. образователь 11 длительностей в напряжение образуют цепь автоматического регулирования, которая стремится свести до минимума величину рассогласов ания длительности строб-импульсов и амплитуд . сИгналов с выходов датчиков 1,2 и аналогового перемножителя 10.

Возможная ошибка в измерении угла

Ы, возникающая в устройстве-прототипе из-за изменения амплитуды входных сигналов или амплитуды синусоидального опорного генератора, в устройстве в установившемся режиме будет сведена до минимума. Увеличивая коэффициент усиления по петле регулирования, ее можно сделать пренебрежимо малой. Для того, чтобы устройство успевало отслеживать измерения уровня входных сигналов, необходимо, чтобы постоянная времени фильтра 31 нижних частот была. достаточно-малой., Формула изобретения

Устройство для выполнения обратных тригонометрических преобразований по авт.св. N - 1256051, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации произвольных изменений амплитуды сигналов датчиков синуса и косинуса, в него введены аналоговый перемножитель и преобразователь временных интервалов в напряжение, содержащий источники положительного и .отрицательного опорных токов, первый.и второй ключи, разрядный ключ, операционный

5 усилитель, источник опорного напря жения, фильтр нижних частот и интегрирующий конденсатор, включенный между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом параллельна с разрядным ключом, выходы источников положительного и отрицательного опорных токов подключены соответственно через первый и второй ключи к инвертирующему входу операционного

15 усилителя, выход источника, опорного напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого через фильтр нижних частот соединен с первым входом анало20 гового перемножителя, выход генератора синусоидального напряжения источ- . ника опорных колебаний соединен .с вторым входам аналогового перемножителя, выход которого соединен с первыми входами второго и двухпорогового компараторов, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно второго и первого ключей преобразователя временных интервалов

30 в напряжение, а выход формирователя прямоугольных импульсов.источника опорных напряжений соединен с управляющим входом разрядного ключа преобразователя временных интервалов

35 в напряжение.

1508248

Фиг 4

Составитель Г. Осипов

Редактор О. Спесивых Техред М.Моргентал Корректор. Т. Палий

Заказ 5543/52 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101