SU1221752A2 - Shaft angle-to-digital converter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано дл  св зи аналоговых источников информации , представленной в виде угла поворота вала, с цифровым вычисли-, тельньм устройством. С целью уменьшени  погрешности дрейфа нул  преобразовател  в преобразователь по авторскому свидетельству № 1095215 введены источник синхроимпульсов, фазовый детектор, фильтр низкой частоты , генератор, управл емый напр жением , делитель частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом делени  и коммутатор. В датчике угла параметрического типа происходит периодическое изменение первой и второй индуктивностей по синусоидальному закону с частотой Wj и с относительным сдвигом по фазе на угол, пропорциональный углу поворота ротора датчика. Источник синхроимпульсов, фазовый детектор. фильтр низкой частоты, генератор, управл емый напр жением, делитель частоты с переменным коэффициентом образуют генератор с переменной частотой следовани  импульсов, выходные сигналы которого через делитель частоты поступают на управл ющий вход источника переменного напр жени . В первом положении коммутатора источник переменного напр жени  вырабатывает синусоидальное напр жение питани  датчика с частотой со, - со . На выходе датчика формируютс  сигналы переменного тока частотой СОо, модулированные по амплитуде с частотой W,. Двухка- нальный фильтр из выходных сигналов датчика выдел ет два гармонических сигнала с разностной частотой (О,-и„. сдвиг по фазе между которыми пропорционален углу поворота внутри полюсного делени  датчика. Цифровой фазометр формирует код, эквивалентный углу поворота с ошибкой измерени  одного знака. Во втором положении коммутатора источник вырабатывает синусоидальное напр жение с частотой Oj сОц. Двухканальный фильтр выдел ет два гармонических сигнала с разностной частотой (А)J-cj, сдвиг по фазе между которыми пропорционален дополнению угла поворота до 360 град.эл. Цифровой фазометр формирует cHa4kna код, эквивалентный углу поворота с ошибкой измерени  другого знака, а потом, с учетом результата первого измерени , формирует истинное значение кода угла. 1 ил. S Isd СЛ ЮThe invention relates to the field of automation and computer technology and can be used to connect analog sources of information, presented in the form of the angle of rotation of the shaft, with a digital computational device. In order to reduce the drift error of the zero converter into the converter, according to the author's certificate No. 1095215, a clock source, a phase detector, a low-pass filter, a voltage controlled oscillator, a frequency divider, a variable division frequency divider, and a switch were entered. In the sensor of the parametric type angle, the first and second inductances change periodically according to a sinusoidal law with a frequency Wj and with a relative phase shift by an angle proportional to the angle of rotation of the rotor of the sensor. Source of sync pulses, phase detector. a low frequency filter, a voltage controlled oscillator, a variable factor frequency divider form a variable pulse frequency generator, the output signals of which through a frequency divider are fed to the control input of an alternating voltage source. In the first position of the switch, the alternating voltage source generates a sinusoidal voltage supplying the sensor with a frequency w, - co. At the output of the sensor, AC signals with a frequency of COO, amplitude modulated with a frequency W, are generated. A two-channel filter from the output signals of the sensor separates two harmonic signals with a difference frequency (O, -and a phase shift between which is proportional to the angle of rotation inside the pole division of the sensor. The digital phase meter generates a code equivalent to the angle of rotation with a measurement error of one sign. In the second position of the switch, the source produces a sinusoidal voltage with a frequency Oj sOc. The two-channel filter selects two harmonic signals with a difference frequency (A) J-cj, the phase shift between which is proportional to the complement of the rotation angle to 360 degrees el. The digital phase meter generates a cHa4kna code equivalent to the angle of rotation with a measurement error of another sign, and then, taking into account the result of the first measurement, forms the true value of the angle code. 1 ill. S Isd SL Yu

Description

1one

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи аналоговых источников информации, представленной в виде угла поворота вала, с цифровым вычислительным устройством.The invention relates to automation and computing and can be used to connect analog sources of information, presented in the form of a shaft angle of rotation, with a digital computing device.

Цель изобретени  - уменьшение погрешности дрейфа нул  преобразовател  угол-код.The purpose of the invention is to reduce the drift error of the zero angle-code converter.

На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого преобразовател .The drawing shows a structural diagram of the proposed Converter.

Преобразователь угол-код содержит источник 1 синхроимпульсов, фа- зовьй детектор 2, фильт 3 низкой частоты, генератор 4, управл емый, напр жением, делитель 5 частоты с переменным коэффициентом делени , делитель 6 частоты, коммутатор 7, источник 8 переменного напр жени , датчик 9, двухканальный фильтр 10, цифровой фазометр I1.The angle-code converter contains a source of 1 clock pulses, a phase detector 2, a low-pass filter 3, a generator 4 controlled by a voltage, a frequency divider 5 with a variable division factor, a frequency divider 6, a switch 7, an alternating voltage source 8, sensor 9, two-channel filter 10, digital phase meter I1.

Преобразователь работает следую щим образом.The converter works as follows.

Фазовый детектор 2 формирует фазовое рассогласование между выходными сигналами источника I синхроим пульсов и делител  5 частоты с пере менным коэффициентом делени . Низкочастотна  составл юща  фазового рассогласовани , выделенна  фильтром 3 низкой частоты, измен ет частоту, выходных импульсов генератора 4, управл емого напр жением, до устранени  фазового рассогласовани . Таким образом, выходной сигнал делител  5 частоты с переменным коэффициентом делени  синхронизирован с выходным сигналом источника 1 синхроимпульсов ..The phase detector 2 forms a phase mismatch between the output signals of the source of the I sync pulse and frequency divider 5 with a variable division factor. The low frequency component of the phase mismatch selected by the low frequency filter 3 changes the frequency of the output pulses of the voltage controlled oscillator 4 until the phase mismatch is eliminated. Thus, the output signal of the frequency divider 5 with a variable division factor is synchronized with the output signal of the source 1 clock pulses.

В зависимости от коэффициента делени  делител  5 частоты с переменным коэффициентом делени , значение которого N+1. или N-1 устанавливаетс  коммутатором 7-по второму входу делител  5 Частоты с переменным коэффихщентом делени  частота иьшульсов на первом входе делител  5 частоты с переменным коэффициентом делени  и на выходе генератора 4, управл емого напр жением, равнаDepending on the division factor of the frequency divider 5 with a variable division factor, the value of which is N + 1. or N-1 is set by the switch 7 through the second input of the divider 5 Frequencies with a variable division factor the frequency of pulses at the first input of the frequency divider 5 with a variable division factor and at the output of the generator 4 controlled by voltage is

frvH .),frvH.),

где fp - частота выходного сигнала источника 1 синхроимпульсов . Делитель 6 частоты осуществл етwhere fp is the frequency of the output signal of the source of 1 clock pulses. Frequency divider 6 performs

деление выходных импульсов генератоdivision of output pulses

1221752212217522

ра 4, управл емого напр жением, на - N. Источник 8 переменного напр жени  синхронизируетс  импульсами делител  6 частоты и осуществл ет за- питку датчика 9 угла параметрического типа переменным напр жением в соответствии с выражением4, controlled by voltage, on –N. An alternating voltage source 8 is synchronized by pulses of a frequency divider 6 and energizes the parametric type angle sensor 9 by alternating voltage in accordance with the expression

зап 0 coszap 0 cos

2trf,(l± )t.2trf, (l ±) t.

Датчик 9 угла параметрического типа несет информацию об угловом положении в виде измен ющихс  во времени индуктивностей:The parametric type angle sensor 9 carries information about the angular position in the form of time-varying inductances:

1515

L, sinut ; 1+К sin(Qt+o6) ,L, sinut; 1 + K sin (Qt + o6),

где Ljj - среднее значение индуктивностей;where Ljj is the average value of inductances;

К - коэффициент модул ции; СО - частота модул ции, определ ема  числом зубцов модул тора и скоростью его вращени ;K is the modulation coefficient; CO is the modulation frequency determined by the number of teeth of the modulator and the speed of its rotation;

об - угол поворота. Полные комплексные сопротивлени  индутстивностей с учетом входных сопротивлений двухканального фильтра 10 измен ютс  также по синусодальному закону с частотой 0). about - angle of rotation. The total complex resistances of industrial relations, taking into account the input resistances of the two-channel filter 10, also vary sinusodically with a frequency of 0).

Так как одновременно измен ютс  во времени и напр жение на выходе источника 8 переменного напр жени  и полные комплексные сопротивлени  индуктивностей с близкими частотами (выбираем W 21i fp ), то по в тс  комбинационные составл ющие тока через параметрические индуктивности, а на выходе двухканального фильтра 10 вьщел тс  сигналы только самой низкой разности частоты спектра :Since at the same time the voltage at the output of the alternating voltage source 8 and the total complex inductances with close frequencies (choose W 21i fp) vary simultaneously, the combination components of the current through the parametric inductances and at the output of the two-channel filter 10 Only the lowest frequency difference of the spectrum has been detected:

4545

и, Uo SIni±2irtf sin od+2fftf /N ,and, Uo SIni ± 2irtf sin od + 2fftf / N,

где (j)- относительный фазовый сдвиг двухканального фильтра 10.where (j) is the relative phase shift of the two-channel filter 10.

Таким образом осуществл етс  50 преобразование фазовых сдвигов параметрических индзттивностей датчика 9 угла в пропорциональный сдвиг фаз б низкочастотных сигналов, который в зависимости от коэффициента 55 делени  делител  5 частоты с переменным коэффициентом делени  имеет вид:Thus, the phase shifts of the parametric inductances of the angle sensor 9 are proportional to the proportional phase shift b of low-frequency signals, which, depending on the division factor 55 of the frequency divider 5 with a variable division factor, has the form:

б V+ot.b V + ot.

Окончательное формирование кода угла осуществл етс  цифровым фазометром 1I. Дл  усреднени  технологических погрешностей параметрического датчика 9 необходимо, чтобы период частоты fj/N соответствовал времени оборота модул тора датчика 9 угла. Исключение погрешности дрейфа нул  достигаетс  изменением коэффициента делени  делител  5 частоты с переменным коэффициентом делени  и опредлением после изменени  положени  коммутатора 7 в цифровом фазометре 11 кода угла как полуразности двух установившихс  кодов - до и после изменени  коэффициента делени  делител  5 частоты с переменным коэффициентом делени .The final generation of the angle code is carried out using a digital 1I phase meter. For averaging the technological errors of the parametric sensor 9, it is necessary that the frequency period fj / N correspond to the revolution time of the modulator of the angle sensor 9. The exception of the zero-drift error is achieved by changing the division factor of the divider 5 frequency with a variable division factor and determining after changing the position of the switch 7 in the digital phase meter 11 of the angle code as half the difference of two established codes - before and after changing the division factor of the divider 5 frequency with the variable division factor.

Врем  переходного процесса при изменении коэффициента делени  много меньше времени, требуемого дл  реверса модул тора и введени  его в синхронизм.The time of the transition process when changing the division ratio is much less than the time required for the modulator to reverse and introduce it into synchronism.

Составитель Д.Сухов Редактор М.Петрова Техред В.Кадар Корректор А.ЗимокосовCompiled by D.Sukhov Editor M.Petrova Tehred V.Kadar Proofreader A.Zimokosov

Заказ 1620/59 Тираж 816ПодписноеOrder 1620/59 Circulation 816 Subscription

ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Branch ShSh Patent, Uzhgorod, st. Project, 4

Claims (1)

.Формула изобретени Formula of Invention Преобразователь угол-код по авт. св. № 1095215, отличающий- с   тем, что, с целью уменьшени Converter angle code auth. St. No. 1095215, characterized in that, in order to reduce погрешности дрейфа нул , в него введены источник синхроимпульсов, фазо- вьй детектор, фильтр низкой частоты, генерат9Р, управл емый напр жением, делитель частоты, делитель частотыdrift zero errors, a source of clock pulses, a phase detector, a low frequency filter, a voltage controlled oscillator, a frequency divider, a frequency divider с переменным коэффициентом делени  и коммутатор, источник синхроимпульсов подключен к первому входу фазового детектора, выход которого через фильтр низкой частоты и генератор,with a variable division factor and a switch, the source of clock pulses is connected to the first input of the phase detector, the output of which is through a low-frequency filter and a generator, управл емый напр жением, подключен к первому входу делител  частоты с переменным коэффициентом делени  и входу делител  частоты, выходы которого подключены к источнику переменного напр жени , выход коммутатора подключен к третьему входу цифрового фазометра и второму входу делител  частоты с переменным коэффициентом делени , выход которого подключенvoltage controlled, connected to the first input of a frequency divider with a variable division factor and input of a frequency divider whose outputs are connected to a variable voltage source, switch output connected to the third input of a digital phase meter and a second frequency divider input with a variable division factor whose output is connected K второму входу фазового детектора.To the second input of the phase detector. 8eight 10ten