Преобразователь угол - код

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3012856/24 (22) 02.03.81 (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (72) Э.А.Арутюнян и В.В.Король (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 439835, кл, Н 03 M 1/26, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 413515, кл. Н 03 M 1/64, 1976. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ вЂ” КОД (57) Изобретение относится к автоматике, информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования, а более конкретна в навигационных системах, Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код.

Изобретение относится к автоматике, информационно-измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования, а именно в навигационных системах.

Известны преобразователи угол-код, содержащие генератор импульсов, делитель частоты, формирователи импульсов, фаэовращатель, фильтр, позволяющие преобразовать угол поворота вала фаэовращателя в цифровой код с промежуточным преобразованием в фазу напряжения.

Однако такие преобразователи не обеспечивают высокой точности иэ-за нестабильности параметров фильтра при изменении условий эксплуатации. Стабильность же параметров и характеристик при изменении условий эксплуатации является... Ж,„, 1748254 А1 (я)э G 08 С 19/04, Н 03 М 1/64

= i092

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, дешифратор 3, формирователи 4, 5 импульсов, фазовращатель 6, фильтр 7, фаэосдвигающий узел 8, формирователь 9 фазового импульса, регистр 10 памяти, Фазосдвигающий узел 8 позволяет устранить начальный фазовый сдвиг фильтра 7. Для устранения переменного сдвига фазы фильтра введен фаэовь:й детектор 12, преобразователь напряжениекод 19 и цифровой сумматора 11. Напряжение на выходе фазового детектора, пропорциональное изменению фазы фильтра, преобразуется в код в блоке 19, а затем полученным кодом производится корректировка результата основного преобразования в цифровом сумматоре. 1 ил. одним иэ основных моментов при проектировании аппаратуры.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угол-код. содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с входами делителя частоты и дешифратора. Выходы дешифратора связаны с входами формирователей импульсных напряжений. Выход фазовращателя через фильтр подключен к формирователю фазового импульса. Использование в таком преобразователе серийно выпускаемых фильтров в интегральном исполнении улучшает удобства при регулировке и эксплуатации, уменьшает габариты и потребляемую мощность, повышает технологичность.

Однако такие фильтры имеют нестабильную фазовую характеристику при изме1748254 нении температуры окружающей среды, что, в конечном счете, не позволяет получить высокую точность преобразования.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя угол-код.

Для достижения этой цели в преобразователь введены фазовый детектор, блок преобразования напряжение-код, фазосдвигающая цепь.и цифровой сумматор; причем вход фаэосдвигающей цепи соединен с выходом фильтра, а выход соединен с входом формирователя фазового импульса и одним входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя, а выход соединен с одним входом блока преобразования напряжение-код, другой вход которого соединен с выходом генератора ймпульсов, а выход соединен с одним входом цифрового сумматора, другой вход которого соединен с выходом регистра памяти, а выход является выходом преобра зователя угол-код. -, На чертеже представлена структурная схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь угол-код содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, дешифратор 3, формирователи 4 и 5 импульсов, фазовращатель 6, фильтр 7, фазосдвигающий узел 8, формирователь 9 фазового

"импульса, регистр 10 памяти, цифровой сумматор 11, фазовый детектор 12; Состоящий иэ фазоинвертора 13, аналогового-сумматора 14, фильтра 15, фаэосдвигающйх цепей 16 и 17 и фазочувствительного выпрямителя 18, и блок 19 преобразовайия напряжение-код.

Преобразователь работает следующим образом.

Импульсы, вырабатываемые генератором 1, пос гупают для счета в делитель 2 и для синхронизации в дешифратор 3, на выходах которого появляются импульсй. Временной интервал между импульсами на первом и втором выходах дешифратора 3 равен — . где Т вЂ” период последовательноТ

2 сти кодов на выходе делителя 2. Аналогично временной интервал между импульсами на третьем и четвертом выходах дешифра гора

3 равен — . Временной интервал между .Т

2 импульсами на первом и третьем выходах равен — . Такого временного соотношения

Т

4 можно достичь, например. если формировать импульсы на выходах дешифратора 3 в следующих случаях: .. на первом выходе при ¹0, Nmax + 1

- - на втором выходе при N= на третьем выходе при йЙвах + 1

4 на четвертом выходе при N4 где N — значение выходного кода делителя

2;

N a> — максимальное значение выходного кода N делителя 2.

С первого и второго выходов дешифратора 3 импульсы поступают на входы формирователя импульсов 4. а с третьего и четвертого выходов дешифратора 3 импуль5

10 сы поступают на входы формирователя импульсов 5. При появлении импульса на

15 первом выходе дешифратора 3 на выходе формирователя 4 устанавливается напряжение U, При появлении импульса на втором выходе дешифратора 3 напряжение на выходе формирователя 4 сбрасывается в ноль, 20

Таким образом, на выходе формирователя 4 образуется напряжение типа меандра с пе- риодом Т. Аналогичным образом на выходе формирователя 5 образуется найряжение типа меандра с периодом Т, но это напряже25 .- ". : : .Т ние сдвинуто на временной интервал — от4 носительно напряжения на выходе формирователя 4, Таким образом, на выходах формирова30 телей 4 и 5 имеются квадратурные напряжения типа меандра с периодом Г. -

На выходе фазовращателя 6 имеется периодическое напряжение Vs с:периодом Т. первая гармоника V 0 которого сдвинута по

35 фазе относительно нулевого момента последовательности кодов на выходе делителя 2 на величину, равную углу р поворота вала фаэовращателя 6; т.е. равйа:

V s=U0sln (ш t + p)е (1)

40. 1 где а = 2z круговая ча стота; ф — угол поворота вала фазовращателя .6.,:::„

Фильтр 7 выделяет первую гармонику

45 О а однако сдвигает ee по фазе на угол (а+а"), характеризующий данный фильтр

7, Таким образом, напряжение на выходе фильтра 7 рвано.

5р ОгОо sin(e t+ p+ а+а ), (2) где а - постоянная составляющая фазы фильтра 7;,,-, а" — переменная составляющая фазы фильтра, зависящая от температуры окру55 жающей среды

Фазосдвигвющий узел 8 сдвигает напряжение От, поступающее на ве вход на угол (- а), Таким образом. на выходе фазосдвигающего узла 8 напряжение равно:

1748254 пряжение 016 по фазе на угол (-p) и на ее выходе напряжение будет равно

U16=2Upsin cos (а t+ rp — + p ) ° 45 а* а*.

2 2 (7)

Напряжение 016 поступает на информационный вход фазочувствительного выпрямителя 18, на управляющий вход которого поступает напряженйе с.выхода фазосдвигающей цепи 17, которая сдвигает напряжение Us=Upsln(а 1+ р+ а*) по фазе на угол 90о. Таким образом, на выходе фазосдвигающей цепи 17 напряжениф 55 равно:

01-Оо СОЗ(C0t+P+ а ), (8) 06=Up sin(e) t+ р+ а*). (3)

Формирователь 9 фазового импульса формирует импульс перехода через ноль гармонического напряжения 06; В момент появления указанного импульса, идущего на управляющий вход регистра 10 памяти, на выходе делителя 2 имеется код, характеризующий угол (р + а ). Этот код и записы3{В вается в регистр 10 памяти. Код с выхода регистра 10 памяти поступает на один вход цифрового сумматора 11.

Напряжение 06 через фазоинвертор 13 идет на один вход аналогового сумматора

14, на другой вход которого поступает напряжение U6. На выходе аналогового сумматора 14 напряжение равно:

U1a=U6-06=0 6+О 6 Ue .. (4) где 0"6 -сумма высших гармоник напряжения U6- -: .: 20

Подставляя В (4) значения U 6 и 06 из выражения (1) и (3), получим:

014 Ооэ!П(В t + ф-VpÇ! Ï(à t + р+ а +V" 6-20оз!и cos а +ф1 2 U"6. (5) 25

Фильтр 15 отфильтровывает высшие гармоники напряжения 014, однако сдвига.ет по фазе напряжение первой гармоники, т.е, на выходе фильтра 15 напряжение равно:

015=20о$1п .Соз(й) t + ДН вЂ” — + а*:а

2 2

+Р+Р ), : ".- . (6) где P — постоянная составляющая фазы 35 фильтра 15; ф» — перемейная составляющая фазы фильтра 15, зависящая от температуры окружающей среды.

Фазосдвигающая цепь 16 сдвигает на- 40 а на выходе фазочувствительного выпрямителя 18 постоянное напряжение равно т ф"

4 ц*

01в= f „-20psln соз (в t + + т ю " 2

+ — + /3+)сй а

После преобразования получим — 2TUо sin а

016

sin (-+P — — ).

X а

2 2 (10)

При I — I <5 и I j3 < 10 (что

2 . 2 соответствует реальным условиям эксплуатации) с точностью 0,057; можно утверждать, что

«тО.

016 = — —..а = — Ка, Ж где К=

Т Up т.е. величина выходногО напряжения фазового детектора 12 линейно зависит от изменения фазы и фильтра 7.

Напряжение 016 преобразуется в цифровой код со знаком, эквивалентный величине (- a ) в блоке 19 преобразования нанряженйе-код, и полученный код идет на второй вход цифрового сумматора 11, в котором осуществляется алгебраическое суммирование кода (p+ а ) регистра 10 памяти и кода (- а ). Таким образом, на выходе цифрового сумматора 11 имеется код р, характеризующий угол поворота вала фаэовращателя.

Генератор T импульсов может быть собран на микросхеме 133ЛАЗ, резисторах и кварцевом резонаторе. . Делитель 2 частоты может быть собран на микросхемах.133ИЕ5 и 133ИЕ7. Дешифратор 3 можнр собрать на микросхемах 133ЛА4 и 133ЛА1:.

Формирователи 4 и 5 импульсных напряжений могут быть собраны на микросхемах 133ТМ2, 5QOKH4, 544УД2А, 1НТ251 и резисторах.

Фильтры 7 и 15 могут быть собраны на микросхемах 273ФК1.

Фазосдвигающий узел 8, фазосдвигающие цепи 16 и 17 могут быть собраны на базе операционного усилителя на микросхеме 544УД2А, резисторах и конденсаторах.

1748254

Составитель А. Зинькова

Техред M,Mîðiåíòàë Корректор Л. Бескид

Редактор М, Циткина

Заказ 2511 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

©ормирователь 9 фазового импульса может быть собран на микросхемах 521СА2, 133ТМ2. 133ЛАЗ.

Регистр 10 памяти может быть собран нэ микросхемах 133ТМ2, 133ТМ5, 133ТМ7.

Цифровой сумматор 11 может быть собран на микросхемах 133ИМ1, 133ИМ2, 133ИМЗ.

Фазоинвертор 13, аналоговый сумматор 14 и фазочувствительный вь.прямитель

17 могут быть собраны на базе операционного усилителя и могут быть выполнены на микросхемах 544УД2А, 284КН1А, резисторах, конденсаторах.

Блок 19 преобразования напряжениекод может иметь различное исполнение, в частности может быть построен по методу последовательного счета на микросхеме

133ЛАЗ, 133И Е5, 133ТМ2, 521 СА2, 301НР1АВ, 544УД2А, 284КН1А, Принципы построения делителя 2 частоты, дешифратора 3, регистра 10 памяти, цифрового сумматора 11 известны, Формула изобретения

Преобразователь угол-код, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом дешифратора непосредственно и через делитель частоты с одним входом регистра памяти и другим входом дешифратора, выходы которого по5 парно соединены с соответствующим формирователем импульсов, выходы которых соединены со входами,, фазовращателей, выход которого соединен с входом фильтра и формирователь фазового импульса, соеди10 ненный с другим входом регистра памяти, отличающийся твм, что. с целью повышения точности преобразователя, в него введены фазовый детектор, блок преобразования напряжение — код, цифровой

15 сумматор и фазосдвигающий узел, вход которого соединен с выходом фильтра. а выход — с входом формирователя фазового импульса и.с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с

20 выходом фазовращателя, а выход — с одним входом блока преобразования напряжение-код, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов. а выход подключен к одному входу цифрового сум25 матора, другой вход которого подключен к выходу регистра памяти.