Способ преобразования угла поворота вала в код
Союз Советских
Социалистических
Республик (11) QQQQQ Q
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено28. 09. 73 (21) 1963047/24 (5() М. Кл.
G 08 С 9/04 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Государственный комитет
Совета Министров СССР
ll0 делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 25. 08.76. Бюллетень № 31 (45) Дата опубликования описания 11.05.77 (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения
T. М. Алиев, А. P. Салаев и В. Б. Ибрагимов (71) Заявитель Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ УГЛА ПОВОРОТА
ВАЛА В КОД
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для построения преобразователей типа "угол-код" в системах передачи данных на вход ЦВМ.
Известны способы преобразования угла поворота в код, основанные на сравнении в определенном порядке синусоидальных входных сигналов, амплитуда и фаза которых зависят от величины перемещения. Известный способ также предполагает последовательное выполнение ряда операций сравнения исходных фазовых напряжений (1) .
Известен также способ преобразования уголкод с промежуточным преобразованием угол амплитуда напряжения, при котором анализируют выходные напряжения датчика угла относительно начального положения угловой оси, определяют чомер октанта, соответствующего углу поворота, и, соответственно, старшие разряды кода. Затем анализируют выходные напряжения датика угла в соответствии с номером октанта, определяя младшие разряды кода (21.
Однако эти способы отличаются не высокой точностью.
Прототипом выбран способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на преобразовании выходных синусного и косинусного напряжений датчика угла поворота, формировании первого разряда кода из синусного напряжения, второго— из косинусного напряжения, третьего — по результатам сравнения абсолютных величин указанных напряжений, четвертого и пятого по результатам сравнения частей синусоиды и косинусоиды (31.
В этом способе для получения шестого и после) p дующих разрядов используется точный" вращающийся трансформатор (ВТ), ротор которого связан с ротором "грубого" датчика передачей с передаточным отношением 1: 16, при этом 6-9 разряды формируются аналогично 2-5 разрядам, но из на15 пряжений, снимаемых с обмоток "точного" BT.
Дальнейшее увеличение разрядности кода возможно путем использования третьего ВТ, ротор которого вращается в 16 раэ быстрее, чем ротор второго
ВТ.
20 Применение одноотсчетной системы измерения в рассматриваемом случае ограничивает точность преобразования, а применение многоотсчетной системы, состоящей из нескольких вращающихся трансформаторов, связанных между собой редук2б торной передачей, существенно усложняет схему.
525986
Цель изобретения — повышение точности преобразованияя.
Для ее достижения процесс преобразования осуществляют итеративно, причем на первой итерации алгебраически суммируют в пределах найденного квадранта синусное и косинусное выходные напряжения датчика утла поворота, сравнивают знак фазы результирующего напряжения со знаком фазы синусного напряжения датчика угла поворота и по результату сравнения формируют третий разряд кода, четвертый и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного и результирующих напряжений, соответствующих углам поворота 360 (где и — номер формируемого разряда) и образованных путем суммирования двух напряжений, оцним из которых является результирующее напряжение, полученное на предыдущей итерации и взятое с соответствующим коэффициентом, а другим — одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации.
На фиг. 1 приведены кривые, иллюстрирующие процесс преобразования угла 9 = 132 ; на фиг. 2 показан в масштабе участок угловой оси в окрестности указанной точки; на фиг.3 — блок-схема для осуществления предлагаемого способа, вариант.
Как известно, напряжения синусной и косинусной выходных обмоток ВТ, используемого в качестве датчика угла поворота, определяются еле дующим образом:
11 =к U sllllet Йлб;
U2 К2Uт s1л ULl4 Й rl 8 т где О, д1- амплитудное значение и круговая частота напряжения питания U„; Π— угол поворота ротора ВТ; К,=К =К вЂ” коэффициент, постоянный для данного типа ВТ и характеризующий его свойства (К(1). Напряжения фазных обмоток сельсина посредством расщепляющего трансформатора (трансформатора Скотта) могут быть преобразованы и приведены к виду (1). Напряжение Ul однозначно определяет, в каком из секторов (Π—: 180 ) или (180 —: 360 ) находится искомьй угол 6 . Для этого достаточно сравнить фазу этого напряжения с фазой напряжения питания Un: в секторе (О: 180 ) указанные напряжения синфазны, а в секторе (180 —:360 )— противофаэны. По результату сравнения формируется первьй старший разряд кода. Аналогично по результату сравнения фаз напряжений U и 0 формируют второй разряд кода. В дальнейшем процесс преобразования осуществляется по итерационной схеме. На первой итерации алгебраически суммируют синусное и косинусное напряжения ВТ, при этом результирующее напряжение (в зависимости от значения второго разряда кода) принимает вид * U,-1J„к,11 sln tsin(45 -8) или +У =к 11 а ла18 л(Я5-6) (2) где К=1,4К. По результатам сравнения фаз напряжений 03 и 0 > формируют третий разряд кода. Ю Четвертьй и последующий разряды кода формируют по одной и той же схеме: íà i — и итерации суммируют напряжения, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предыдущей, (i — 1) — ой, итерации и взятое с постоян-! 5 ным для этой итерации коэффициентом К„, а другим — оцно иэ суммируемых напряжений предыдущей итерации; сравнивают фазы напряжений U; и U,, по результату сравнения формируют соответствующий n — и разряд кода (n = (. + 2) . 20 По результатам формирования всех разрядов кода определяют двоичный код, соответствующий преобразуемому углу поворота 8 Пример. 9 = 132 . Сравниваются фазы напряжений Ul и 0п. синфазность указанных на25 пряжений (точка "а" см. фиг. 1) указывает на то, что искомьй угол находится в секторе 0 —:180 С (здесь и далее синфазности напряжений ставятся в соответствие значение "0" соответствующего разряда кода, а противофазности — значение "1") . Таким 30 образом, значение первого старшего разряда кода равно "0". Аналогично сравниваются фазы напряжений 0 и Ul, противофазности указанных напряжений (точка b), ставим в соответствие значение "1" второго разряда кода. Два старших разряда кода определяют квадрант измеряемого угла g (90 —:180 ). Суммируются напряжения (первая итерация), изменения фазы огибающих которых происходят в 40 точках угловои оси, соответствующих границам квадранта (90 —:180 ), т.е. U и 0 . 1 2+ 111 КЭ Ут 8<ЛЯ< Я4л(455 — 6) где з =1,4К. 4 По результату сравнения фаз этого напряж .и и напряжения Ul формируется третий разряд кода: синфазности указанных напряжений (точка с) ставим в соответствие значение "0" данного разряда. Три старших разряда кода определяют октант измеряемогоугла g (90 135 ) (см. фиг.2). На второй итерации суммируются напряжения, изменение фазы огибающих которых происходит в точках угловой оси, соответствующих границам октанта (90 —: 135 ), т.е. 0> (результирующее М напряжение предыдущей итерации) и U (одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации), при этом напряжение 0э берется с учетом коэффициента Кэ =1 4 К: U = U /4,4 +1J = и U л®1 1л(«2 5-6) 69 где К< =1,85 К. 525986 По результату сравнения фаз напряжений U4 и Ut формируется четвертый разряд кода: противофазности указанных напряжений (точка d, ) ставим в соответствие значение "1" данного разряда. Четыре первых разряда кода определяют 22,5 — ый сектор измеряемого угла Й (112,5 — 135 J (см.фиг.2). На 3 — и итерации суммируются напряжения, изменение фазы огибающих которых происходит в точках угловой оси, соответствующих границам сектора (112,5 — 135 ), т.е. U4 (результирующее напряжение прецьщущей итерации) и U3 (одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации), .при этом оба напряжения берутся с учетом соответствующих коэффициентов U / "чв + U // 4 = K И „s< Nt ЧЛ (21,75 - 9) 15 где К, =1,95 К. По результату сравнения фаз напряжений О, и Ut формируется пятый разряд кода: противофазности указанных напряжений (точка е) ставим в соответствие значение "1" данного разряда. Пять первых разрядов кода определяют 11,25 — ный сектор измеряемого угла 9 (123,75 —: — - 135 J и т.д. (см. фиг.2). Л Посцедующие разряды кода формируются аналогично. В результате имеем 8=0 180 +4 90+ О 45 +4 22,5+Я1,25+Очевидно, что погрешность определения угла поворота определяется выбором числа итераций (при i=3, 9 =123,75 при i =S, 9 =132,18 ит.д.). Предлагаемый способ может быть осуществлен по блок-схеме (cM. фиг. 3) . Она содержит вращающийся трансформатор (ВТ) 1, блок логических схем 2, устройство управления 3, блок масштабирования 4, блок сумматоров 5, блок фазочувствительных детекторов 6. Синусная и косинусная обмотки ВТ 1 подключены к сигнальным входам соответствутсщих фазочув ствительных детекторов, входящих в состав блока 6, при этом состояние указанных детекторов, опорные входы которых соединены с исто пыком питания и синусной обмоткой ВТ 1 соответственно, отображает квадрант измеряемого угла поворота угла 9 Устройство построено по многоступенчатой схеме, причем состав и междуэлементные соединения каждой ступени аналогичны: на два входа сумматора второй (вторая итерация) и последующих ступеней (все сумматоры входят в состав блока 5) подаются напряжения, одним из которых является результирующее напряжение с выхода сумматора предыдущей ступени (оно подается через соответствующий делитель напряжения, входящий в состав блока 4 масштабирования), а другим — одно из 55 суммируемых напряжений предыдущей ступени (оно выбирается соответствующими ключами переменного тока, входящими в состав блока 3 управления). На входе сумматора первой ступени (первая итерация) одним из действующих напряжений является напряжение косинусной обмотки ВТ 1, а цругим (в зависимости от состояния фазочувствительного детектора второго разряда} — напряжение U < или — U l . K выходу каждого сумматора подключен фазочувствительный детектор, входящий в состав блока 6, причем опорный вход этого детектора соединен с синусной обмоткой ВТ 1 так, что в зависимости от фазы результирующего напряжения данной ступени относительно О, он устанавливается в то или иное состояние, определяющее значение соответствующего разряда кода. Выход блока 6 фазочувсгвительных детекторов связан с устройством управления 3 через блок 2 логических схем, назначением которого являет я выбор правильного направления поиска искомого угла, что выражается в подключении необходимого напряжения на вход соответствуюи;его сумматора. Предложенный способ преобразования угла поворота вача в код обеспечивает высокую точность преобразования, при простой его реализации. Формула изобретения Способ преобразования угла поворота вала в код, основанный на преобразовании выходных синусного н косинусного напряжений датчика утла поворота, формировании из них цвух старших разрядов кода и определении квадранта, î - л и ч а ютци и ся тем. что, с целью повышения точности преобразования, процесс преобразования осуществляют итеративно, причем на первой итерации алгебраически суммируют в пределах найденного квадранта синуснос и косинусное выходные напряжения датчика угла поворота, сравнивают знак фазы результирующего напряжения со знаком фазы синусного напряжения датчика угла поворота и по результатам сравнения формируют третий разряд кода, че-. ертый и последующие разряды кода формируют путем сравнения знаков фаз синусного и результирующих напряжений, соответствующих углам поворота 560/2 (где и — номер формируемого разряда) и образованных путем суммирования двух напряжежй, одним из которых является результирующее напряжение, полученное на предыдущей итерации и взятое с соответствующим коэффшщентом, а другим — одно из суммируемых напряжений предыдущей итерации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Преснухин Л. Н. и др. Муаровые растровые датчики положения и их применения. 1969 г. стр. 73 — 80. 2. "Electronic Des i ." vol 18 № 6, 1970 стр. 178-183 3. Авторское свидетельство СССР № 385304, М. Кл. G 08 С 9/04, 04.05.71. 525986! ) Составитель И. Назаркина Техред А. Богдан Редактор Е, Гончар Корректор А. Гриценко Заказ 5188 482 5 4 ТиРаж 830 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная 4
