Преобразователь угла поворота вала в код

Авторы патента:

G08C9/04 - Системы для передачи измеряемых переменных величин, управляющих или подобных сигналов (пневмогидравлические передающие системы F15B; чувствительные элементы для определенных физических переменных см. в соответствующих подклассах, например классов G01,H01; индикаторные или регистрирующие устройства см. в соответствующих подклассах, например G01D,G09F; механические средства для преобразования выходного сигнала чувствительного элемента в различные переменные величины G01D 5/00; мостовые схемы с автоматической балансировкой G01R; управление положением вообще G05D 3/00; механические системы управления G05G; системы для передачи только сигналов "включено-выключено", системы для передачи сигналов тревоги G08B;

ОПИСАНИИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и) 556475

Сова Соаетскнх

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. овид-ву (22) Заявлено 21.07,75 (21) 2159515/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл G 08С 9/04

Государственный комитет

Совета Мнннстрвв СССР (53) УДК G21.314.24 (088.8) Опубликовано 30.04.77. Бюллетень № 16 оо делам изобретений и открытнй

Дата опубликования описа.ния 11.05.77 (72) Ав|ор изобретения

О. А, Хайн ацк и и (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к преобразователям угловых перемещений в цифровой код и может быть использовано IB измерительной технике и автоматике.

Известен преобразователь угла ново рота вала в код, содержащий вращающийся фазовращатель-датчик, цифровой фазовращательприемник, управляемый цифровым кодом, генератор опорного напряжения, фазовый детекто р, блок управления и реверсивный счетчик (1).

В таком преобразователе фазо|в1ый сдвиг выходного сигнала датчика;компенсируется эталонным фазовым сдвигом цифрового фазовращателя, пропорциональным выход ному IKOду преобразователя. Однако известный преобразователь отличается недостаточной точностью из-за наличия в цепи преобразования погрешностей, обусловлен|ных инерционностью элементов компенсационной следящей системы.

Известен также преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный вращающийся трансформатор, ге нераторы напряжения, фазовые детекторы и реверсивный счетчик (2).

Этот преобразователь также не обладает достаточной точностью.

Чтобы повысить точность, в предлагаемый преобразователь угла поворота вала в код введены фу|нкциональный преобразователь, фильтр, преобразователь напряжения в частоту, цифровой сумматор, преобразователь на5 пряжения в код, дифференцирующий блок и сумматоры, входы первого сумматора соединены соответственно с выходами генераторов напряжения. Первые входы фазовых детекторов соединены с выходами генераторов на10 пряжения, выход первого сумматора через синусно-косинусный вращающийся трансформатор подключен к первым входам функционального преооразователя, вторые входы которого соединены с одними выходами реве р15 сивного счетчика. Выход функционального п реобразователя непосредственно и через фильтр подключен к вторым входам соответствующих фазовых детекторо в. Выход первого фазового детектора непосредственно под20 ключен к первому входу второго сумматора и через преобразователь напряжения в частоту к входам реверсивного счетчика, второй вход сумматора через дифференцирующий блок подключен к выходу второго фазового детектора. Выход второго сумматора непосредственно и через преобразователь напря>кения в код подключен к одним входам цифрового сумматора, другие входы которого соединены с другими выходами реверсивного

30 счетчика.

556475

На чертеже показана блок-схема преобразователя угла поворота вала в код.

Схема содержит генератор напряжения 1 низкой частоты, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, функциональный преобразователь 3, низкочастотный фазовый детектор 4, преобразователь 5 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 6, заградительный фильтр 7, .настрое нный на частоту напряжения генератора 1, высокочастотный фазовый детектор 8, дифференцирующий блок 9, постоянная времени которого выбирается равной постоянной времени низкочастотного фазового детектора 4, цифровой сумматор 10, преобразователь 11 напряжения в код, генератор напряжения 12 высокой частоты и сумматоры 13, 14.

Работа преобразователя происходит следующим образом.

Си нусоидальные напряжения низкой и высокой частоты генераторов 1 и 12 через сумматор 13 поступают на вход СКВТ 2. С синусного и косинусного,выходов СКВТ 2 промодулированные по амплитуде синусоидальные сигналы низкой и высокой частоты поступают на соответствующие входы функционального преобразователя 3, передаточная характеристика которого зависит от кода реверсивного счетчика 6. На выходе функционального преобразователя 3 образуются два сигнала низкой и высокой частоты, амплитуды которых зависят от углового положения вала

СКВТ 2 п кода реверсивного счетчика 6. Эти сигналы поступают на входы заградительного фильтра 7 и низкочастотного фазового детектора 4, на выходе .которого формируется сигнал постоянного тока. Амплитуда этого сигнала пропорциональна амплитуде входного сигнала переменного тока низкой частоты.

Высокочастотный сигнал, поступающий на вход фазового детектора 4, отфильтровывается фильтром низкой частоты (входящим в состав фазового детектора 4) и через фазовый детектор 4 не проходит. С выхода низкочастотного фазового детектора 4 сигнал постоянного тока поступает на первый вход сумматора 14 и на вход преобразователя 5 напряжения в частоту, на выходах которого в зависимости от полярности входного сигнала формируются управляющие импульсы, поступающие соответственно на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 6.

Высокочастотный сигнал с функционального,преобразователя 3 проходит через заградителыный фильтр 7 и поступает на вход высокочастотного фазового детектора 8. Низкочастотный выходной сигнал фу н кционального преобразователя через заградительный фильтр фазового детектора 8, настроенный на частоту низкочастотного сигнала, .не проходит. На выходе высокочастотного фазового детектора 8 формируется сигнал постоянного тока, амплитуда, которого пропорциональна амплитуде входного сигнала переменного тока высокой частоты. С выхода высокочастот5

4 ного фазового детектора 8 сигнал постоянного тока поступает на дифференцирующий блок 9, а затем после дифференцирования на второй вход сумматора 14. Амплитуда выходного сигнала сумматора 14 преобразуется с помощью преобразователя 11 в код, который поступает на вторые разрядные входы циф рового сумматора 10, на первые разрядные входы которого поступает выходной код реверсивного счетчика 6. В статике (при неподвижном положении вала СКВТ 2) выходной код реверсивного счетчика 6 равен угловому положению вала СКВТ 2, при этом на выходе функционального преобразователя 3 сигнал переменного тока низкой частоты равен нулю, сигнал переменного тока высокой частоты вследствие наличия дополнительных погрешностей в узлах преобразователя, возникающих при запитке СКВТ 2 высокочастотным .нап ряжением, не равен нулю.

Однако так как дифференцирующий блок 9 не пропускает сигнал постоянного тока, не изменяющийся во времени, то в этом случае сигнал постоянного тока с выхода высокочастотного фазового детектора 8 не проходит через дифференцирующий блок 9, и сигнал на выходе сумматора 14, а следовательно, и код на выходе преобразователя 11 напряжения в код равны нулю.

Работа преобразователя в динамике, в частности, при ступенчатом изменении угла поворота вала СКВТ 2, происходит следующим образом.

При ступенчатом изменении угла поворота измеряемого вала амплитуда сигнала, постоя нного тока на выходе низкочастотного фазового детектора 4 в промежутке времени ЬТь равном постоянной времени низкочастотного фазового детектора 4, по экспоненте увеличивается от нуля до установившегося значения

U,- пропорционального угловому прираще,нию измеряемого вала.

Через временной промежуток АТ, превышающий по величине ЬТь на выходе преобразователя 5 напряжения в частоту появляются управляюшие импульсы, которые осуществляют отработку углового рассогласования между валом, датчика и кодом реверсивного счетчика 6 за время

Tpzp = AT2 и, где и вЂ” число импульсов, сформированных на выходе преобразователя 5, необходимое для отработки углового рассогласования.

Амплитуда сигнала постоянного тока на выходе высокочастотного фазового детектора

8 в промежутке времени AT>, ipaenoM постоя нIHoH времени фазового детектора 8, также увеличивается по экспоненте от С нач до (ткач+

+U,ð) (с момента ступенчатого изменения угла поворота измеряемого вала), причем приращение AU» си нала постоянного тока также пропорционально угловому приращению измеряемого вала, а временной п ромежу556475

01 в н

Зо

50 ток АТ> в и раз меньше постоянной времени

АТ> низкочастотного фазсвого детектора 4 где к, вЂ” частота выходного сигнала .высокочастотного генератора 12; а вЂ” частота выходного сигнала низкочастотного генератора 1.

При и)20 вЂ 1, что обеспечивается за счет выбора частоты выходного сигнала высокочастотного генератора 12, переходными процессами, возникающими в высокочастотном фазовом детекторе 8, практически можно пребречь ввиду неравенства АТ>«АТ<.

Образованный на выходе высокочастотного фазового детектора 8 сигнал рассогласования, пропорциональный угловому приращению измеряемого .вала, дифференцируется в блоке 9, в результате чего на выходе дифференцирующего блока 9 амплитуда ситнала рассогласования уменьшается по экспоненте за временной промежуток АТ4 (равный постоянной sipeмени дифференцирующего блока 9) от АУпр до нуля.

Так как постоянная времени диффервнцирующего блока 9 АТ< выбрана равной постоянной времени АТ< низкочастотного фазового детектора 4, то при суммировании .в сумматоре 14 выходного сигнала низкочастотного фазового детектора 4 (амплитуда которого увеличивается по экспоненте за время ATI) и .выход ного сигнала дифференцирующего блока 9 (амплитуда которого уменьшается по экспоненте за время АТ =АТ ) переходные процессы, возникающие в низкочастотном фазовом детекторе 4, практически исключаются.

Следовательно, амплитуда си гнала постоянного тока на выходе сумматора 14 будет соответствовать разности между углом поворота вала датчика и выходным кодом реверсивного счетчика 6 в любой момент времени как в установившемся, так и в переходных режимах работы преобразователя. Амплитуда выходного сигнала сумматора 14 преоб разуется за время АТ,«Тотр в код (с помощью преобразователя 11 напряжение в код), который алгебраически складывается с выходным кодом реверсивного счетчика 6 (в цифровом сумматоре 10) со знаком, противоположным знаку выходного сигнала сумматора

14. В результате указанных выше операций код, полученный на выходе цифрового сумматора 10, будет соответствовать угловому положению вала СКВТ 2 практически в любой момент времени как в установившемся, так и в переходных режимах, работы преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-ко синусный вращающийся трансформатор, генераторы напряжения, фазовые детекторы и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены функциональный преобразователь, фильтр, преобразователь напряжения в частоту, цифровой сумматор, преобразователь напряжения в код, дифференци рующий блок и сумматоры, входы первого сумматора соединены соответственно с выходами генераторов напряжения, первые:входы фазовых детекторов соединены с выходами генераторов напряжения, выход первого сумматора через синусно-косинусный вращающийся трансформатор подключен к первым входам функционального преобразователя, вторые входы которого соединены с одними выходами .реверсивного счетчика, выход фуякционального преосразователя непосредственно и через фильтр подключен к вторым входам соответствующих фазовых детекторов, выход первого фазового детектора непосредственно подключен к первому входу второго сумматора и через преобразователь напряжения в частоту к входам реверсивного счетчика, второи вход сумматора через дифференцирующий блок подключен к выходу второго фазового,детектора, выход второго сумматора непосредственно и через п реобразователь напряжения в код подключен к одним входам цифрового суммато ра, другие входы которого соединены е другими выходами реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в,код. Л., «Энергия», с. 79.

2. Зверев А. Е. и др. Преобразователи угловых перемещений в цифровой код. Л., «Энергия», 1974,,с. 82 (п рототип).

556475

Составитель И. Загорбинина

Текред 3. Тарасова Корректор Н. Аук

Редактор Т. Рыбалова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1051/2 Изд. Мз 390 Тираж 775 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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