Двухотсчетный преобразователь кода в угол

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о>549826

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 01.09.75 (21) 2168923 24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.03.77. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 15.36.77

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Автор изобретения

A. С. Смолин (71) Заявитель (54) ДВУХОТСЧЕТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КОДА В УГОЛ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к промежуточным системам связи между цифровыми и аналоговыми устройствами, и может найти применение в системах управления, имеющих в своем составе цифровые вычислительные машины (ЦВМ) для сопряжения

ЦВМ с потребителями информации в виде угла поворота вала.

Известны преобразователи код — угол, содержащие фазовращатель, пер есчетную схему, блок формирования синусоидального напряжения, подключенный ко входу фазовра. щателя, генератор импульсов высокой частоты, счетчики импульсов, схему сравнения, усилитель и исполнительный двигатель (1).

Эти преобразователи позволяют устранить погрешность неопределенного положения вала внутри интервала дискретности и умешшить этот интервал. Однако погрешность, зависящая от блока формирования синусоидального напряжения, от самого фазовращателя, остается неизменной и может достигать зна чительной величины.

Известен двухотсчетный преобразователь кода в угол, содержащий фазовращатели грубого н точного отсчетов, соединенные кинематически между собой и с валом двигателя, вход которого соедииен с выходом усилителя.

Выход генератора импульсов соединен со входами счетчиков точного и грубого отсчетов и пересчетного блока, выход которого через блок формирования напряжения питания подкгпочен ко входам фазовращателя точного и грубого отсчетов, выходы которых соединены со входами первого и второго формирователей импульсов. Выход второго формирователя импульсов соединен со входами элементов И.

Входы третьего и четвертого формирователей

10 импульсов соединены с выходами соответствующих счетчиков грубого и точного отсчетов. Выходы триггеров строба через соответствующие элементы И соединены со входами триггера управления (2).

Этот преобразователь позволяет погрешность преобразования уменьшить в i раз (где

1 — коэффициент редукции) н является наиболее близким техническим решением к данному изобретению.

Однако наличие дополнительного двигателя с муфтой усложняет схему преобразователя. Необходимо иметь схемы переключени:r двигателен и муфту и обеспечить управление переключениями.

Целью изобретения является упрощение преобразователя.

Эта цель достигается за счет того, что в предложенный преобразователь введены блок переключения импульсов управления, многовходовые элементы И и дополнительные трпг549826 геры строба, зыходы которых подключены к первому и второму входам блока переключения импульсов, третий и четвертый входы которого подключены к выходам триггера уп равления. Пятый вход блока переключения импульсов управления соединен с выходом четвертого формирователя импульсов, шестой и седьмой входы — с выходами первого и второго формирователей импульсов, а выходы— с входами усилителя. Первые входы мпоговходовых элементов И объединены и подключены к первому разряду счетчика грубого отсчета. Вторые входы первого и четвертого многовходовых элементов И объединены и соединены со вторым разрядом счетчика грубого отсчета. Третьи входы первого и второго многовходовых элементов И соединены с третьим разрядом счетчика грубого отсчета, Четвертые, пятые и шестые входы первого, второго и четвертого многовходовых элементов И объединены и подключены к одноименным разрядам счетчика грубого отсчета. Вторы входы второго и третьего многовходовых элементов И объединены и подключены ко второму разряду счетчика грубого отсчета. Третьи входы третьего и четвертого многовходовых элементов И объединены и подключены к третьему разряду счетчика грубого отсчета.

Четвертый, пятый и шестой входы третьего многовходового элемента И подключены к соответствующему разряду счетчика грубого отсчета, шестой разряд которого соединен со входом третьего формирователя импульса.

Поставленная цель достигается еще и тем. что блок переключения импульсов управления выполнен на элементах И и ИЛИ. Первые входы трехвходовых элементов И соединены с первой и второй входными клеммами блока.

Вторые входы этих элементов И объединены и соединены с четвертой входной клеммой блока. Третьи входы трехвходовых элементов

И ооъединены и соединены с шестой входной клеммой блока, а выходы этих элементов И подключены к первым входам элементов

ИЛИ, выходы которых соединены с выходами блока. Вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходам двухвходовых элементов

И, первые входы которых объединены и соединены с третьей входной клеммой блока, а вторые входы соединены с пятой и седьмой входными клеммами блока.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — 5 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Двухотсчетный преобразователь код угол содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к входам с етчиков точного 2 и грубого 8 отсчетов и пересчетный блок 4, соединенный с блоком формирования напряжения питания 5, соединенным с фазовращателем грубого 6 и точного 7 отсчетов, связанных между собой через редуктор 8.

К выходам фазовращателей подключены формирователи импульсов 9 и 10. Выходы разрядов счетчика 8 грубого отсчета соединены с

25 зо

4п

60 (входами многовходовых элементов И 11 — 14.

Выход последнего разряда этого счетчика через фсрмирователь 15 импульсов от перепада потенциала соединен с первыми входами триггера строба 16 вращения двигателя влево и триггера строба 17 вращения двигателя вправо. Выход элемента И 11 соединен с вторыми входами триггера строба 16 и триггера стро. ба 18 точного преобразования, первый вход которого соединен со вторым входом триггера 17 и выходом элемента 1Л 12. Выход элемента 1Л 18 соединен с первым входом триггера строоа 19 грубого преобразования, второй вход которого соединен с выходом элемента И 14.

Выходы триггеров 18 и 19 через элементы

И 20 и 21 подключены ко входам триггера

22 управления переключением. Вторые входы элементов И 20 и 21 соединены с выходом формирователя 10 грубого отсчета.

Триггер 22 управляет блоком 28 переключения импульсов управления усилителем 24.

Последний управляет двигателем 25, который кинематически связан с валом фазовращателя 7 точного отсчета.

Блок 28 переключения импульсов состоит из первой группы элементов И 26 на два входа, элементов И 27 на три входа, элементов

ИЛИ 28 на два входа и второй группы элементов И 29 на два входа, элементов И 80 на три входа и элементов ИЛИ 81 на два входа.

Первые входы элементов И 26 и 29 соединены с первым выходом триггера 22 у правления переключением, второй выход которого соединен с первыми входами элементов И 27 и 80.

Второй вход элемента 1Л 26 соединен с выходом формирователя 9 импульсов точного отсчета, а второй вход элемента И 29 подключен к выходу последнего разряда счетчика 2 точного отсчета через формирователь 82 импульсов от перепада потенциала. Вторые входы элементов И 27 и 80 соединены с выходом формирователя 10 импульсов грубого отсче та. Третьи входы элементов И 80 и 27 соеди иены с выходами триггеров 16 и 17. Выходы элементов И 29 и 80 через элемент ИЛИ 81 подключены к первому входу усилителя 24, а выходы элементов И 26 и 27 через элемент

ИЛИ 28 подключены ко второму входу этого усилителя, На входы усилителя 24 управляющие сигналы поступают в виде двух серий периодически повторяющихся импульсов (см. фиг. 2).

Величина временного интервала между импульсами двух серий определяет значение выходного сигнала усилителя.

Если импульсы на втором входе усилителя 24 расположены в середине между импульсами на первом входе усилителя 24, то положительный временной строб, формируемый входным каскадом усилителя, равен отрицательному и на выходе усилителя сигнал, управляющий двигателем, отсутствует. Отклонение положения импульсов от середины при водит к изменению соотношения длительнос549826

Фазы выходных напряжений фазовращателей грубого б и точного 7 отсчетов пропорциональны углу поворота выходного вала.

При записи в счетчиках 2 и 8 определенных кодов и совпадении фаз колебаний напряжений с выходов счетчика 2 и фазовращателя 7 и с выходов счетчика 8 и фазовращателя б тей положительного и отрицательного стробов.

На выходе усилителя появляется сигнал вращающий двигатель в одну либо другую сторону, причем величина сигнала и соответственно скорость вращения двигателя, меняются от изменения соотношения стробов. Наличие импульсов только на первом входе усп. лителя 24 приводит к формированию положительного строба длительностью, равной периоду импульсов, т. е. к постоянному положительному потенциалу. Отрицательный строб отсутствует. В этом случае на выходе усилителя появляется максимальный сигнал, вращающий двигатель, например, влево.

Наличие импульсов только на втором входе усилителя 24 соответственно приводит к формированию на выходе усилителя максимального сигнала, вращающего двигатель вправо.

Предлагаемый преобразователь код — угол работает следующим образом.

Генератор импульсов 1 вырабатывает Ii!пульсы частоты f, которые поступают на входы счетчиков точного 2 и грубого 8 отсчетов и пересчетного блока 4. Последний делит входную частоту f на 2, где n — число разрядо» пересчетного блока. Блок формирования напряжения питания 5 вырабатывает синусоидальное напряжение частоты //2", фаза которого синхронизирована с фазой импульсов генератора 1. Фазы могут совпадать или не совпадать, что зависит от конкретного исполнения блока 5 и не сказывается на работе преобразователя (на фиг. 3 синусоидальное напряжение и колебание напряжения на единичном выходе последнего разряда пересчетного блока 4 изображены совпадающими по фазе).

Частоты колебаний напряжений на выходах последнего разряда счетчиков 2 и 8 равны частоте колебаний напряжения на выходе блока 4. Если число разрядов в счетчиках 2 и 8меньше,,чем в блоке 4, то для достижения равенства частот колебаний с выходог. блоков 2, 8 и 4 на входы счетчиков импуль сы подаются с выходов соответствующи, разрядов блока 4.

Если начальные состояния счетчиков одинаковы, то фазы колебаний напряжений совпадают. Введение кода в счетчики 2 и 8, например, при нулевом состоянии блока 4, сдвигает фазы колебаний напряжений на выходах счетчиков 2 и 8 относительно колебаний напряжения на выходе блока 4 соответственно и относительно синусоидального напряжения питания (на фиг. 3 колебания, обозначенньн

«1» вых. 2 или 3, сответствуют различным начальным кодам на счетчиках 2 или 8).

65 угловые положения валов фазовращателей равны кодам, записанным в счетчиках.

Код, подлежащий преобразованию в угол поворота, по частям записывается в счетчики

2 и 8. Вначале грубое преобразование происходит при максимальной скорости вращения двигателя, а затем точное. Зона точного преобразования занимает угол 2л/i по отношению к выходному валу (где i — коэффициент редукции редуктора 8). На фиг. 4 изображены временные диаграммы сигналов при точном преобразовании, которое определяется наличием разрешающего потенциала на элементах

И 2б и 29 блока 28 от триггера 22 («1» 2— колебание напряжения на единичном выходе последнего разряда счетчика 2). Формирователь 82 формирует импульсы от QTpIIIIBTE;I!ного перепада потенциала на выходе счетчика 2. Этот пмпульс через элементы И 29 и

ИЛИ 81 блока 28 поступает на первый вхо.I усилителя 24. Формирователь 9 формирует импульсы из выходного напряжения фазовращателя 7 прн переходе его через нуль в положительном направлении. Фаза этого напряжения относительно колебания напряжения

<1» 2 может быть любой. На фнг. 4 изображены два значения фазы 7, 7" и соответственно фазовые импульсы 9 и 9". Задач заключается в совмещении фаз «1» 2 и выходного напряжения фазовращателя 7. Фазовые импульсы с выхода формирователя 9 через элементы И 2б и ИЛИ 28 поступают на второй вход усилителя 24. Входной каскад усилителя формирует строб в соответствии с временным расположением импульсов с выходов блоков

82 и 9. Как видно из фиг. 4, расположение фазового импульса по диаграмме 9 приводит к формировашно в усилителе сигнала

«Строб». Как уже было сказано, в этом слу. чае двигатель вращается вправо, причем вращение происходит до совпадения фазы выхолного напряжения с фазовращателя 7 с фазой

«1» 2. В момент совпадения фаз усилитель формирует положительные и отрицательные стробы равной длительности, что приво шт к отсутствию управляющего сигнала на в Iso;Ie усилителя.

Расположение фазового импульса !Io;II!аграмме 9" приводит к формированию сигнала «Строб» и к вращению двигателя влево до устранения сдвига фаз между выходным Iaпряжением и напряжением «1» 2, Устранение рассогласования, т. е. преобразование кода в угол поворота происходит при вращении вала двигателя в сторону наименьшего рассогласования.

Рассмотрим грубое преобразование. Допустим, что коэффициент редукции редуктора

8 равен 1б. В этом случае в счетчик 8 записывается четыре старших разряда заданного кода. Счетчик 8 содержит дополнительны разряды со стороны младших разрядов (на фиг. 1 изображены два младшнх разряда).

В этих разрядах в момент записи кода уст:;навливаются нули. Этн разряды служат для

549826 выделения зон точного или грубого преобразования. На фиг. 5 изображены временные диаграммы сигналов при грубом преобразовании (диаграммы «1»1р 8, «1»2р 8, «1»8р 8, «1»6р 8 изображают напряжения на единичных выходах 1 — б разрядов счетчика 8). Выходное напряжение на выходе фазовращателя б до начала преобразования может иметь произвольную фазу относительно напряжения

«1»бр 8 (6, б" и б" — трп произвольных расположения выходного напряжения, 10, 10" и 10" — соответствующие фазовые импульсы, формируемые формирователем 10 при переходе через нуль выходного напряжения от отрицательного значения к положительному).

Задача грубого преобразования заключается в приблизительном совмещении фаз «1»Gp 8 н выходного напряжения блока 6, до введения фазы последнего в зону А (фиг. 5), где код может быть преобразован по точному отсчету. Так как фазовый импульс грубого отсчета формируется с большой погрешностью, то признаком перехода на точное преобразование берут вхождение фазового импульса в некоторый меньший интервал внутри зоны А.

При этом необходимо иметь гарантированно<попадание угла поворота в зону, где точный отсчет приводит к однозначному преобразованию. Для формирования этого интервал:< служат элементы И 11 и 12, отрицательны:.. перепады на выходах которых формируются прн кодах 111110, 101110 на счетчике 8; На триггере 18 они формируют строб для установки триггера 22 управления переключением на точное преобразование. Установка происходит через элемент И 20 фазовым Irìïóëüñîм с выхода формирователя 10.

Триггер 16 формирует строб от фронта потенциала с выхода элемента И 11 до импульса с выхода формирователя 16, формирующего импульс от отрицательного перепада потенциала на единичном выходе последнего разряда счетчика 8.

Расположение фазового импульса в пр"-делах этого строба, например 10, указывает, что вал двигателя должен вращаться влево.

Если триггер 22 находится на грубом преобразовании, то элемент И 80 блока переключения 28 открыт для импульсов с выхода формирователя 10, которые, пройдя через элемен;

ИЛИ 81, поступают на первый вход усилителя 24 и вызывают вращение двигателя влево.

Триггер 17 формирует строб от импульса формирователя 16 до фронта потенциала с выхода элемента И 12. Расположение фазового импульса в пределах этого строба, гапример 10", при наличии грубого преобразования от триггера 22 указывает на необходимость вращения двигателя вправо. В этом случает элемент И 27 открыт, и фазовые импульсы, пройдя через элемент И 27 н ИЛИ 28, поступают на второй вход усилителя 24. При этом двигатель получает вращение вправо.

Управление двигателем фазовыми импуль5

lO

25 зо

55 бО

65 сами грубого отсчета происходит до тех пор, пока фазовый импульс (10" ) не попадет в пределы строба триггера 18. После этогс триггер 22 перебрасывается на точное преооразование, Элементы И 27 и 80 закрываются, элементы И 26 и 29 открываются, и начинается управление двигателем фазовыми импульсами точного отсчета, как было описано выше.

В результате преобразования кода по точному отсчету фазовый импульс с выхода фор мирователя 10 может выйти за пределы строба триггера 10 в случае, когда преобразуемый угол находится на краю зоны точного преобр",çîâàíèÿ, поэтому при налп и и точного преобразования на триггере управления 22 он не должен переключаться на груоое преобразование сразу после выхода фазового импульса грубого отсчета за пределы строба триггера

18. Для переключения триггера управления

22 на триггере 19 вырабатывается специальный строб. Фазовый импульс с выхода формирователя 10, появляющийся в пределах этого строба, через элемент И 21 перебрасывает триггер 22. Строб начинается от фронта потенциала с выхода элемента И 18, появляющегося при коде 100001 на счетчике 8, и за канчивается фронтом потенциала с выхода элемента И 14, возникающим при коде 110110 на счетчике 3. Временной интервал от сигнала с выхода элемента И 14 до сигнала с выхода И 18 должен быть больше суммарного интервала из зоны А точного преобразования, н интервала, соответствующего максимально возможной погрешности грубого отсчета. Каждый импульс с выхода формирователя 10, появляющийся во времени в пределах строба триггера 19, через элемент И 21 поступает на установку триггера 22 на грубое преобразование. В промежутке между стробами триггеров

18 и 19 установочные импульсы через элементы И 20, И 21 отсутствуют. Триггер 22 сохраняет ранее установленное значение.

На фиг. 5 числовые обозначения изображают потенциалы на выходах соответствующих узлов.

Предложенный преобразователь, как и прототип, уменьшение рассогласования до нулевого значения вначале производит на большой скорости, а в зоне малых рассогласований ведет плавно и с высокой точностью, используя точный отсчет.

В предложенном преобразователе, по сравнению с прототипом, отсутствуют второй двигатель и муфта с блоком переключения.

Переключение управляющих импульсов на входе усилителя дает возможность избежать переключения сигнала на выходе усилителя.

Переключение на выходе сложнее, чем переключение импульсов, которое осуществляется на логических элементах И и ИЛИ.

Следовательно, предложенный преобразо ватель проще, чем известный и позволяет уменьшить объем оборудования в устройстве преобразования кода в угол поворота вала.

549826

Формула изобретения

1. Двухотсчетный преобразователь кода в угол, содержащий фазовращатели грубого и точного отсчетов, соединенные кинематически 5 между собой и с валом двигателя, вход которого соединен с выкодом усилителя, выход генератора импульсов соединен со входами счетчиков точного и грубого отсчетов и пересчетного блока, выход которого через блок форми- lo ров ания напряжения питания подключен ко входам фазовращателей точного и грубого отсчетов, выходы которых соединены со входами первого и второго формирователей импульсов, выход второго формирователя им- 15 пульсов соединен со входами элементов И, входы третьего и четвертого формирователей импульсов соединены с выходами соответствующих счетчиков грубого и точного отсчетов, триггеры строба, выходы которых через 20 соответствующие элементы И соединены со вкодами триггера управления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, в него введены блок переключения импульсов управления, многовходовые 25 элементы И и дополнительные триггеры строоа, выходы которых подключены к первому и второму входам блока переключения импульсов, третий и четвертый входы которого подключены к выходам триггера управления; ЗО пятый вход блока переключения импульсоа управления соединен с выходом четвертого формирователя импульсов, шестой и седьмой входы — с выходами первого и второго формирователей импульсов; выходы блока переключения импульсов управления подключены к входам усилителя; первые входы многовкодовы,; элементов И объединены и подключены и первому разряду счетчика грубого отсчета; вторые входы первого и 4о четвертого многовкодовык элементов И объединены и соединены со вторым разрядом счет.ика грубого отсчета; третьи входы первого и второго многовходовык элементов И соединены с третьим разрядом счетчика грубого отсчета; четвертые, пятые и шестые входы первого, второго и четвертого многовкодовых элементов И объединены и подключены к одноименным разрядам сче-,чика грубого отсчета; вторые входы второго и третьего многовходовых элементов И объединены и подключены ко второму разряду счетчика грубого отсчета; третьи вколы третьего и четвертого многовкодовык элементов И объединены и подключены к третьему разряду счетчика грубого отсчета, четвертыи, пятый и шестой входы третьего многовкодового элемента И подключены к соответствующему разряду счетчика грубого отсчета, шестои разряд которого соединен со входом третьего формирователя импульса.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в нем блок переключения импульсов управления выполнен на элемента.; И 1 ИЛИ; первые входы треквколовык элементов И соединены с первой п второй вхо ными клеммами блока, вторые входы этик же элементов И объединены и соединены с четвертой входной клеммой блока, третьи входы И объединены и соединены с шестой вколной клеммой блока; выходы этих элементов

И подключены к первым входам элементов

ИЛИ, выколы которых соединены с выходами б".ока; вторые входы элементов ИЛИ подключены к выкодам двухвхолсвык элементов

И. первые вкоды которых объединены и соединены с третьей входнои i,чеммой б,пока, а вторые входы соединены с пятой Ii сельмой входными клеммами блока.

Источники информации. принятые vo внимание при экспертизе:

1. Авт. свил. СССР М 410433, кл. G 08с

9 00 от 29.05.72.

2. Лвт. свил, СССР ¹ 408353, кл. Ci 08с

9 00 от 14.02.72.

Фиг. 2 дых 5

i ) Риг. 5

„ "г л у1 у

-mpoD"

+gg ф

ЯФ

Cmpad 1

Äf Рык4

„ "й.г Г, или,У п (1

9" с, mpgd

1 (!

ДЯДЯ

6 Il

6"

Put.5

Редактор Л. Утехина

Корректор И, Сим кина

Заказ 270 977 Изд. № 475 Тираж 869 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Хапьк. фил. пред. «Патент»

„i 1р5

„1" где

Составитель И. Назаркина

Техред И. Сметанина