Преобразователь угла в код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»> 537370

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.04.75 (21) 2120246/24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.76. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 14.02.77 (51) М. Кла G 08С 9/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР дв делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Автор изобретения

А. P. Салаев

Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА В КОД

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах для преобразования угла поворота вала в цифровой код.

Известно устройство, содержащее синуснокосинусный датчик (СКД) угла, сравнивающее устройство, регистр управления, цифровой потенциометр и коммутатор каналов, в котором косинусная обмотка СКД через коммутатор каналов подключена к цифровому потенциометру, выполняющему роль функциональной обратной связи, который совместно с сопротивлением нагрузки аппроксимирует тангенсную зависимость (1).

Очевидно, что точность преобразования зависит от числа участков аппроксимации и в пределах 45 не может быть высокой.

Наиболее близким техническим решением к данному является преобразователь угла в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, соединенный с селектором октантов, выходы которого, один непосредственно, а другой через блок масштабирования, подключены к входам вычитателя, линейный преобразователь напряжение — код, блок управления и счетчик (2).

Небольшая точность преобразования такого устройства вызвано применением схемы, аппроксимирующей нелинейную (тангенсную) зависимость напряжений датчика угла от кодируемого параметра в пределах октанта.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

5 Это достигается тем, что в преобразователь введены фазовый детектор и дополнительный блок масштабирования, выход вычитателя соединен с сигнальным входом фазового детектора и входом дополнительного блока мас10 штабирования, выход которого подключен к измерительному входу преобразователя напряжение — код, а управляющий вход этого преобразователя — к одному из выходов фазового детектора, опорный вход которого сое15 динен с одним из выходов синусно-косинусного датчика угла, а другой выход — с входом счетчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя угла в код; на фиг.2—

20 огибающие разностных напряжений, получаемые в пределах октанта в процессе преобразования.

Преобразователь угла в код содержит синусно-косинусный датчик 1 угла, селектор 2

25 октантов, блоки 3 и 4 масштабирования, состоящие из параллельно соединенных делителей 5 — 5„и 61 — 6„, напряжения к каждому из которых последовательно подключен один из ключей 71 — 7„и 8i — 8 соответственно, вы30 читатель 9, фазовый детектор 10, счетчик 11, 537370 блок 12 управления, преобразователь 13 напряжение — код.

Работает преобразователь следующим образом.

Напряжения на синусном и косинусном выходах синусно-косинусного датчика 1 угла определяются выражениями

U, КЬ „,sinus sin H = U,„sin 6, U, = KU„,sinc ufcos 6 = U„cos Н, где U,, со — амплитудное значение и круговая частота напряжения питания датчика;

t — время;

Π— угол поворота ротора СКД;

1(— коэффициент передачи;

U„, ==- КУ„, sin (о .

Выходы датчика 1 подключены к селектору

2 октанта, который, как известно, формирует 20 три старших разряда кода, определяющих искомый октант, и в соответствии с этим подключает выходные напряжения датчика к входу вычитателя 9 и входу блока 3 масштабирования. 25

Блок 12 управления в зависимости от значения («О» или «1») младшего разряда кода октанта и состояния счетчика 11 (первоначально он в нуле) выдает сигнал, который поступает на управляющий вход соответству- ЗО ющего ключа в блоке 3 масштабирования.

Ключ 71 замыкается, и через соответствующий делитель 51 напряжения на второй вход вычитателя 9 подается другое напряжение с выхода селектора 2 октанта. 35

На выходе вычитателя 9 образуется первое в пределах искомого октанта разностное напряжение Up, (см. фиг. 2, линия I), огибающая которого описывается уравнением

I 40

Up,: К1sin (Π— 0,).

Это напряжение подается на сигнальный вход фазового детектора 10, а на опорный его вход поступает напря>кение У1 датчика 1.

При этом синфазности указанных напряжений соответствует возникновение «1» на одном из выходов, а противофазности — «1» на другом выходе фазового детектора.

В зависимости от этого протекает дальнейшая работа устройства. При наличии «1» на 50 первом выходе фазового детектора 10 эта «1» поступает на вход и разрядного счетчика 11.

В счетчике образуется код, соответствующий углу ЛО. При этом блок 12 управления выдает следующий сигнал, поступающий на уп- 55 равляющий вход соответствующего ключа в блоке 3 масштабирования. Это ключ (предыдущий размыкается) подключает свой делитель напряжения к второму входу вычитателя 9. 60

На выходе вычитателя образуется новое разностное напряжение U р, — — К >з1п (Π— 0 ) (см. фиг. 2, линия II), фаза которого определяется фазовым детектором 10. При возникновении «1» на первом выходе фазового де- 65 тектора (напряжения Up, и U синфазны) процесс повторяется, т. е. эта «1» суммируется в счетчике 11, образуя в нем код, соответствующий углу 2ЛО, блок 12 управления выдает следующий управляющий сигнал, замыкающий соответствующий ключ в блоке 3 масштабирования. Вследствие этого к второму входу вычитателя 9 подключается соответствующий делитель напряжения в блоке 3 масштабирования.

На выходе вычитателя образуется следующее разностное напряжение Up, (см. фиг. 2, линия III) и т. д., до тех пор, пока очередное разностное напряжение Up, не окажется

1 в противофазе с напряжением Ui.

Этому соответствует возникновение сигнала «1» на втором выходе фазового детектора, соединенном с управляющим входом преобразователя напряжение — код. К этому моменту в счетчике 11 очевидно зафиксируется число (— 1), соответствующее углу (i — 1) ЛО; код этого числа отображает последующие и старших разрядов кода исходного угла.

Младшие разряды кода искомого угла формируются в результате линейного кодироваI ния напряжения У ., полученного делением напряжения Up, на выходе вычитателя, равного

Up, = К. U„, sin (0 — 6,)

I на коэффициент К;. Для этого разностное напряжение Uð через соответствующий ключ

i в блоке 4 масштабирования, управление которым происходит одновременно и аналогично управлению блока 3 масштабирования, подается на соответствующий делитель б напряжения. Этот делитель напряжения соответствует коэффициенту К,, и в результате на выходе блока 4 масштабирования действует напряжение

Up

Up,: — U sin (Π— О;).

f

Напряжение Up, по сигналу с второго выхо-! да фазового детектора 10 линейно кодируется преобразователем 13 напряжение — код, работающим по одному из принципов уравновешивания. Во избежание влияния колебаний напряжения питания U„датчика 1, в качестве источника компенсирующего напряжения в преобразователе 13 используется напряжение U„.

Очевидно, что кодирование напряжения

Up; происходит в пределах элементарного

45 участка ЛО=О,— О, — — и приходится на

2" начальный интервал синусоиды, поскольку

I напряжение Up, пересекает угловую ось в точке О,.

Положим искомый угол 0=30 . Выберем

ЛО= — =11,25, отсюда 2"=4, à n=2 (двухразрядный счетчик).

537370

Зо

Разностные напряжения Up образуются в направлении увеличения угла, причем огибающие Uð должны пересекать угловую ось в

Е последовательных точках, значения которых определяются по формуле i ЛО, где =1, 2, 3, 4, т. е. в точках со значениями Π— — 11,25 ;

0 =22,5 ; ОЗ=33,75 ; 04 — — 45 (см. фиг. 2).

Значение младшего разряда (2- ) кода октанта (оно равно «О», поскольку искомый угол располагается в первом октанте) определяет прямой порядок подключения делителей напряжения в блоках 3 и 4 масштабирования.

Подключение, как указывалось, осуществляется блоком управления, входы которого подсоединены к соответствующим выходам счетчика 11 и младшему разряду октанта.

Разностные напряжения Up, вырабатываt ются в направлении увеличения угла в пределах любого октанта.

Работает преобразователь следующим образомм.

Поскольку 0= 30, то селектор октантов формирует код 000 и подключает напряжение

Ui к первому входу вычитателя 9, а напряжение Uq — к входу блока 3 масштабирования.

Первоначальное состояние счетчика 11 нулевое. Поскольку младший разряд кода октанта также имеет нулевое значение, то очевидно, что блок 12 формирует управляющий сигнал, который замыкает ключи 7> и 8 в блоках 3 и 4 масштабирования, коммутируя делители 5 и 6> напряжения, соответствующие коэффициентам К и К ь При этом на второй вход вычитателя 9 поступает напряжение

К U . На входе вычитателя образуется разностное напряжение UpÄ равное

Up, — — U, — КД, = К„sin Π— tg 6, U,„cos 8 — cosec 8,, U,„sin (8 — H,) = К Um sin (8 — 8,).

Разностное напряжение Up, подается на сигнальный вход фазового детектора 10, где оно сравнивается по фазе с напряжением Ui.

Поскольку напряжения Up, и U> синфазны (точка а фиг. 2), фазовый детектор вырабатывает на первом выходе единичный сигнал, который поступает на вход счетчика 11.

В счетчике образуется код 01, вследствие чего управляющий сигнал возникает в блоке управления, который замыкает ключи 7 и 8 в блоках 3 и 4 масштабирования. Лналогично описанному в этих блоках масштабирования коммутируются делители 5 и 6 напряжения, соответствующие коэффициентам К и К,, а на выходе вычислителя образуется новое разностное напряжение UpÄ равное

Up, Ь вЂ” К U, К U„,sin (8 — 8 ).

Напряжение Uð, поступает на вход фазочувствительного детектора, который на втором выходе вырабатывает единичный сигнал, так как напряжения Up, и U> синфазны (точка b, Фиг. 2). Этот единичный сигнал подается на

25 вход счетчика, образуя в нем код 10. При этом появляется управляющий сигнал в блоке

12 управления, который замыкает ключи 7 и

8з в блоках 3 и 4 масштабирования. Аналогично описанному, замыканию ключа соответствует появление на выходе вычислителя разностного напряжения U„, равного

Up — U, Кз . а — Кз sin (8 8з) фазовый детектор определяет фазу Up., относительно U; они находятся в противофазе (точка с, фиг. 2), вследствие чего фазовый детектор вырабатывает единичный сигнал на втором выходе. Этот сигнал запускает преобразователь напряжение — код, на измерительный вход которого с выхода вычислителя поступает разностное напряжение Up,, через замкнутый ключ 8 и делитель бз напряжения в блоке 4 масштабирования. Делитель напряжения соответствует коэффициенту К з. Поэтому. очевидно, что на измерительном входе преобразователя действует разностное напряжение Ур„равное (см, фиг. 2).

7 (4, =; = U„sin (8 — 8,). з

Напряжение Uð, линейно кодируется преобразователем напряжение — код, в результате чего формируются младшие разряды кода.

Старшими разрядами кода является код октанта — 000 и код в счетчике (последующие и старшие разряды кода). При этом коду в счетчике соответствует угол поворота вала, равный 22,5 . Таким образом, вместо аппроксимации тангенсной зависимости в пределах октанта осуществляется линейная аппроксимация начального интервала синусоиды, притяженность которого определяет точность преобразователя. Практически при Л0=11,25 достигается точность, превышающая указанную в прототипе. При Л=5,625 точность получается на порядок выше по сравнению с известными преобразователями. Кроме того, реализация линейного кодирования проще функционального кодирования искомого параметра.

Формула изобретения

Преобразователь угла в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, соединенный с селектором октантов, выходы которого, один непосредственно, а другой через блок масштабирования, подключены к входам вычитателя, линейный преобразователь напряжение — код, блок управления и счетчик, отлич а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности преобразования, в него введены фазовый детектор и дополнительный блок масштабирования, выход вычитателя соединен с сигнальным входом фазового детектора и входом дополнительного блока масштабирования, выход которого подключен к измерительному входу преобразователя напряже.

537370 ние — код, управляющий вход которого соединен с одним из выходов фазового детектора, опорный вход которого соединен с одним из выходов синусно-косинусного датчика угла, а другой выход — с входом счетчика, 8

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт. св. Ме 217076, кл. G 08с 9/00, 1969.

2. Авт. св. Мю 209038, кл. G 08с 9/00, 1966 (прототип).

537370

Составитель Н. Назаркина

Корректор Н. Аук

Техред М. Семенов

Редактор И. Грузова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 47/1 Изд. № 126 Тираж 830 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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