Преобразователь угла поворота вала в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах управления и информационных системах для точного преобразования угла поворота вала в цифровой код на базе тангенциального или квазитангенциального цифроаналогового функционального преобразования в пределах октанта двухфазных выходных сигналов датчика угла типа ВТ, Целью изобретения является повышение точности преобразователей угла поворота вала в код с реальными датчиками угла типа СКВТ, в выходных сигналах которых присутствуют высшие гармоники. Преобразователь содержит СКВТ, селектор октантов, ФЦАП, демодулятор , фильтр, формирователь модуля напряжения, компаратор, блок преобразования напряжения в частоту, реверсивный счетчик, блоки элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок инверторов, блоки масштабирования , инвертор, аналоговые инверторы, аналоговый сумматор, фазосдвигающий элемент, шину напряжения возбуждения, шины управления, 24-23-5-6-10-2-22-5, 24-1- 2-3-22, 10-4-3, 4-13-12-14-20-22, 2-12-15-18- 19-21-22, 13-18, 10-16-17, 6-8-10, 6-7-9 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 03 M 1/48

ГО СУДА Р СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР l t 084

1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 к=О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838326/24 (22) 11,06,90 (46) 30.07.92. Бюл. М 28 (71) Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики (72) В.М.Домрачев, Г.Ф.Мончак, А.П.Синицын, В,И,Рыбин и И.П.Сигачев (53) 681.325(088.8) (56) Ахметжанов Н.А„Кочемасов А.В. Следящие системы и регуляторы, М,, Энергоатомиэдат, 1986, с. 178, рис, 9.12.

Домрачев В.Г, и др, Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М,;

Энергоатомиэдат, 1987, с, 227, рис. 13.9. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА

ВАЛА В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах управления и информационных системах для точного преобразования угла поворота вала

Изобретение относится к автоматике и вычислителЬной технике и может быть использовано в цифровых системах управления и информационных системах для точного преобразования угла поворота вала в цифровой код на базе тангенциального или кваэитангенциального цифроаналогового функционального преобразования в пределах октанта двухфазных выходных сигналов датчика угла типа ВТ.

Целью изобретения является повышение точности преобразования угла поворота вала в код.,, Ж,, 1751850 Al в цифровой код на базе тангенциального или квазитангенциального цифроаналогового функционального преобразования в пределах октанта двухфазных выходных сигналов датчика угла типа ВТ, Целью изобретения является повышение точности преобразователей угла поворота вала в код с реальными датчиками угла типа СКВТ, в выходных сигналах которых присутствуют высшие гармоники. Преобразователь содержит СКВТ, селектор октантов, Ф ЦАП, демодулятор, фильтр, формирователь модуля напряжения, компаратор, блок преобразования напряжения в частоту, реверсивный счетчик, блоки элементов. ИСКЛ ЮЧАЮ ЩE Е

ИЛИ, блок инверторов, блоки масштабирования, инвертор, аналоговые инверторы, аналоговый сумматор, фазосдвигающий элемент, шину напряжения возбуждения, шины управления, 24-23-5-6-10-2-22-5, 24-12-3-22, 10-4-3, 4-13-12-14-20-22, 2-12-15-1819-21-22, 13-18, 10-16-17, 6-8-10, 6-7-9, 2 ил, Цель достигается при работе с реальными многополюсными синусно-косинусными трансформаторами, используемыми для построения точных преобразователей угла поворота вала в код, выходные характеристики которых в общем случае имеют вид:

fi(a) = m Ub g hi+2m.sIn(1+2<)i а.

Л

fg(a) = m Ub g Ъ1+2к $1П(1+2К) (I а;+ — ),(1) к =0

1751850

f1(a) = fz(a) tg2 л(М- Л N) (2) где О а

Из (2} следует (3) 2 ЛЬЕ = 2яй—

Ь1+гк.з! п(1+2к) а

25 (3) к=о

-arctg

h 1+g< з!п(1+2к) (а+ — ) к=0

Если ввести обозначение 2 л N = b a, где Ла — погрешность преобразования по углу, то имеем

35 п1+ к з п(1+2к) а к =О (4) к=0

Ь1+2к з1п(1+2к) (а+ — )

Zf

2 40

Ла= а-arctg

Полученное выражение показывает, что условие идеального преобразования

Ла = О для всех возможных значений а, выполняется только при h1 = 1; Ьз = Ьз = 45

= М = he = О, т,е. при практически невоспроизводимом идеальном синусно-косинусном вращающейся трансформатое.

Реальные СКВТ, характеризующиеся зависимостями вида 91), имеют следующие соотношения амплитуд гармоник:

1Ьз1 1/200Ь1. I Ьз t 1/200 h1. 55

I Ь71Ы/1000 ht, Ihgl 1/1000 h1, учет влияния которых нэ результат преобраГдЕ Ь 1+ к — ВЕСОВОЙ КОЭффИцИЕНт СООтВЕтСтвующей пространственной гармоники; (1+2к) — порядковый номер пространственной гармоники;

a — угловое положение ротора двухпо- 5 люсного или многополюсного ВТ;

3 — коэффициент электрической редукции Вт;

m — конструктивный параметр 8Т;

U — напряжение переменного тока, 10 возбуждающее ВТ.

Устройство-прототип осуществляет преобразование в соответствии с математическим выражением вида (2).

При l 1 имеем; 15 зовэния обеспечивается предлагаемым техническим решением.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит синусно-косинусный вращающийся трансформатор 1, селектор 2 октантов, функциональный цифроаналоговый преобразователь 3 (ФЦАП) блок 4 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, демодулятор 5, фильтр 6, формирователь 7 модуля напряжения, компаратор 8, блок 9 преобразования напряжения в частоту, реверсивный счетчик 10, преобразователь 11 напряжения в частоту, функциональный цифроаналоговый преобразователь 12 (ФЦАП), блок 13 инверторов, блок 14 масштабирования, функциональный цифроаналоговый преобразователь 15, инвертор 16, блок 17элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, аналоговый инвертор 18, блок 19 масштабирования, аналоговые инверторы 20, 21, аналоговый сумматор 22, фазосдвигающий элемент 23, шина 24 напряжения возбуждения, шины 25 и 26 управления.

Коэффициенты ослабления масштабирующих блоков 14 и 19 устанавливаются путем изменения значений резисторов обратной связи операционных усилителей, Определяются коэффициенты ослабления масштабирующих блоков исходя из значений амплитуд гармоник в выходных сигналах датчиках угла h3, Il5, h7 и hg. Эти значения для данного типа датчиков угла могут быть определены расчетным или экспериментальным путем и приняты как среднестатистические. Когда возникает необходимость получения максимально возможной точности преобразования, коэффициенты ослабления масштабирующих блоков определяются и устанавливаются для конкретного экземпляра датчика угла в составе предлагаемого преобразователя при установке датчика угла на углоизмерительном поворотном устройстве в углах, при которых составляющие погрешности одних гармоник равны нулю, а других — имеют максимальное значение, влияние которых на выходной код компенсируется изменением коэффициентов ослабления масштабирующих блоков 14 и 19, Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом, При возбуждении СКВТ 1 напряжением переменного тока Ов шины 24 на его фазных выходах индуцируются напряжения переменного тока, амплитуды которых по углу изменяются по законам близким к синусу и косинусу. Эти напряжения поступают на аналоговые входы селектора 2 октантов и

1751850 под воздействием значений трех старших

Разрядов реверсивного счетчика 10 через 19 2zrN g огхзK з1я(1ч2к)(гг яд/2) =первый блок 11 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ транслируются на выходы селектора 2 октантов. Г1ри этом, каждый из Е. входных сигналов может поступить на" первый или второй выход селектора 2 октантов неизменным или инвертированным, Если Полученное выражение может быть временно исключить из рассмотрения преобразовано следующим образом: вновь введенные блоки, а аналоговый сум- 10 матор 22 считать двухвходовым, то преобра- () е) (= 4(йз + М) sin а cos 2 а+ 8(п7 + зование осуществляется аналогично прототипу.

+ hg) sin а сов 2 а cos 4 а.

Выходной сигнал аналогового суммато- Полученное выражение дает возможра 22 после выпрямления демодулятором 5 15 ность пРедложить новУю структУРУ преоби фильтрации с помощью фильтра 6 посту- разователя углового положения вала в код, пает на ПНЧ 11, где через компаратор 8 ОбеспечивающУю более высокУЮ точность управляетнаправлениемсчета реверсивно- преобразованиЯ, Она основываетсЯ на

ro счетчика, Одновременно с этим выход- ф рм ровании двУх компенсирующих наной сигнал фильтра 6 при его отличии от 20 првжений 0ком() 1 и UK,ì() 2, близких к сонулевого значения через формирователь 7 ставлЯющим выражениЯ (6), и поДачУ их на модуля напряжения управляет по линей- тРетий и четвеРтый вхоДы аналогового сумному закону выходной частотой блока 9 матора 22 (АС) одновременно с сигналами преобразования напряжения в частоту. первого и втоРого входа. В качестве компенВыходные импульсы блока 9 преобразова- 25 сиРУющих напРЯжений выбРаны ния напряжения в частоту суммируются или вычитаются реверсивным счетчиком 10.

Функциональная зависимость, реализуемая первым функциональным цифроанало- 0комп 2 = 8(h7 = Hg)f)(e)cos 4л NIcos 8 зс N> говым преобразователем такова, что при 30 соответствии кода реверсивного счетчика Первое напрЯжение образуетсЯ с по10 и об аз мом угл хо но нап я, моЩью фУнкЦионального ЦифРоаналоговоние аналогового сумматора 22 равно нулю и ro преобразователя "2 Реализующего код реверсивного счетчика 10 сохраняется фУнкцию косинУса двойного Угла и масшнеизменным, При нарушении соответстВия 35 табирующего блока 14, обеспечивающего угла г) и кода вследствие изменения угла ослаблениев4(пз+п5)раз.Второекомпенсиповорота вала CKBT 1 указанным образом РующеенапРЯжениеЯвлЯетсЯ проиэводнь)м оно будет восстановлено. При этом погреш- от первого и обраэуетсЯ с помощью рет его ность преобразования угла в код будет со- функционального цифроаналогового преобответствовать выражению (4). 40 разователя 15, реализующего функцию коВ предлагаемом устройстве для повы- синуса Учетверенного Угла, аналогового шения точности преобразования использу- инвеРтоРа 18 и втоРого масштабиРУющего ются третий и четвертый входы аналогового блока 19, обеспечивающего требуемое. сумматора 22 и блоки. формирующие на них ослаблен в сигнала в 8(h7+hg) Раэ. Комтребуемые сигналы в соответствии с фиг. 2 45 пенсиРУющие напРЯжениЯ с помощью анаиследующимиматематическимисоотноше- логовых инвеРТОРОВ 20 и 21 под ниями. воздействием внешних сигналов А и В шин

П р и у с л о в и и а = 2 л д и т а н г е н с н о и 2 5, 2 6 поДключают с Я к соответствУюЩим зависимости в пределах первого октанта, входам аналогового сумматора 22. Аналогореализованной первым функциональным 50 вые инверторы 20 и 21 пРедназначены для цифроаналоговым преобразователем 3 на инвеРтиРованиЯ компенсиРУющих напРЯВЫХОДЕ аНаЛОГОВОГО СуММатара 22 За СЧЕТ жЕНИй Око л 1 И UK@M(l 2 В ПРОЦЕССЕ КОМПЕНсигналов на первом и втором его входах сации (если это будет.необ"одимо) и

Образуется сигнал следующеГО вида где УпРавлЯютсЯ От внешнего пеРеключателЯ

Д1 код и-3 младших разрядов кода й, 55 СостоЯние аналоговых инвеРтоРов 20 и 21 определяется знаком величины (ha+ho) и (Г)т+м) соответственно. Блоки элементов ()вых 2, О1+ 2Н sin(1+2v) a — ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 и 1г, блоки инвеРторов 13 и 16 и аналоговый инвертор 18 обеспечивают требуемые сигналы управле1751850 ния для осуществления преобразования в ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. выходы копределах всех октантов (фиг, 2). При работе торого соединены с цифровыми входами в углах, ограниченных одним октантом, уст- первого функционального цифроаналоговоет быть упрощено путем исклю- го преобразователя, выходы старших разрячения некоторых управляющих блоков без 5 дов реверсивного счетчика соединены с понижения точности, Введенный в устрой- управляющими входами селектора октанство,фазосдвигающийэлемент23обеспечи- тов, отличающийся тем, что, с целью вает требуемую ортогональность входного и повышения точности преобразователя, в опорного сигнала демодулятора 5 и позво- него введены два функциональных цифроаляет устранить фазовый ф зовый сдвиг между напря- 10 налоговых преобразователя, инвертор, блок жением воз уждения б дения 0 и выходными инверторов, два блока масштабирования, второй блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

Таким образом, введение в состав ИЛИ, три аналоговых инвертора, фазосдвиб о еля угла поворота вала в гающий элемент, две.шины управления, кокод новых блоков с их определенной вза- 15 торые соединены с управляющими входами имосвязью между собой и известными первого и второго аналоговых инверторов, блоками позволяет удовлетворйть условию выходы которых соединены с третьим и четО ых = 0 при а = 2 л N с более высокой вертым входами аналогового сумматора состепенью точности, чем у прототипа, с вра- ответственно, вход фазосдвигающего щающимися трансформаторами, имеющи- 20 элемента соединен с шиной напряжения ми реальные выходные характеристики, возбуждения, а выход — с входом опорного, При этом его точность повышается в 8-9 раз напряжения демодулятора, выход младпо сравнению с прототипом в сходных усло- шего из старших разрядов реверсивного виях. Например, для ВТ с (йз+п5) = 0,005 счетчика соединен с входом управления максимальная погрешность преобразова- 25 первого блока элементов ИСКЛЮЧАЮния у прототипа составляет величину 16 ЩЕЕ ИЛИ, выходы которого через блок ащающимся трансформатором на инверторов соединены с цифровыми вхокоэффициент электрической редукции 64, а дами второго функционального цифроанау предлагаемого устр агаемого устройства. не более 2 угл.с. логового преобразователя, аналоговый вход

На практике сумма (h3+hg) не превышает 30 которого подключен к одному выходуселеквеличины 0,002-0,0025. Это значит, что ре- тора октантов, а выход соединен с входами альная погрешность преобразования будет первого блока масштабирования и аналогоменьше одной угловой секунды. вым входом третьего функционального цифроаналогового преобразователя, цифровые

Формула изобретения 35 входы которого подключены к выходам

Преобразователь угла поворота вала в второго блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ код, содержащий синусно-косинусный вра- ИЛИ, выход старшего из младших разрядов щающийся трансформатор, вход которого реверсивного счетчика через инвертор соеподключен к шине напряжения возбужде- динен с управляющим входом второго блока ния, а выходы соединены с информацион- 40 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа нымй входами селектора октантов, один входов которого подключена к остальным выход которого соединен с первым входом выходам младших разрядов реверсивного аналогового сумматора, а другой — с анало- счетчика, выход старшего разряда блока инговым входом первого функционального верторов соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя. выход 45 третьего аналогового инвертора, выход ко.которого соединен с вторым входом анало- торого через второй блок масштабирования гового сумматора, выход которого через по- соединен с информационным входом второследовательносоединенныедемодулятори го аналогового инвертора, выход первого фильтр соединен с входом преобразователя блока масштабирования соединен с инфорнапряжения в частоту, выходы которого со- 50 мационным входом первого аналогового единены с входами реверсивного счетчика, инвертора. выходы разрядов реверсивновыходы младших разрядов которого соеди- ro счетчика являются выходом преобразо нены с группой входов первого блока эле- вателя.

I 751850

1751850

Составитель М. Сидорова

Техред М.Моргентал. Корректор С. Черни

Редактор С. Лисина

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

Заказ 2697 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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