SU1418904A1 - Shaft angle digitizer - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи источников информации с ЭВМ в управл ющих и информационных системах. Цепью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател  в динамическом режиме его работы. Поставленна  цельThe invention relates to automation and computer technology and can be used to communicate sources of information from computers in control and information systems. The chain of the invention is to improve the accuracy of the converter in the dynamic mode of its operation. Goal

Description

Stn(-8,. Stn (-8 ,.

Ot)Ot)

оabout

бb

(Л(L

СХ)CX)

(ЦЭ(CE)

достигаетс  тем, что в преобразова- тель угла поворота вала, содержащий синусно-косинусный датчик 1 угла, синусно-косинусный ЦАП 2, ЦАП 3, усилитель 5, демодул тор 7, фильтр 9, преобразователь 11 напр жени  в частоту , реверсивный счетчик 13, причем синусно-косинусный ЦАП 2 содержит селектор 16 квадрантов, ЦАП 17, 18, 19, 20, усилители 21, 22, блок 23 синусно-косинусного преобразовани  кодов, представл ющие в совокупности основной канал измерени  угла поворота , вводитс  корректирующий канал, бразованный ЦАП 4, усилителем 6, деодул тором 8, фильтром 10, преобразователем 12 напр жени  в частоту, реверсивным счетчиком 14. В динамическом режиме на выходе усилител  5 основного канала выдел етс  напр жение , пропорциональное динамической погрешности основного канала преобразовател , а корректирующий канал измен ет ее величину. Код угла N формируетс  сумматором 15 путем суммировани  кода счетчика 13, содержащего динамическую погрешность, и код динамической погрещности, формируемого в счетчике 14. В результате суммировани  кодов динамическа  погрешность корректируетс . 1 з.п. ф- лы, 1 ил.achieved by the fact that the converter of the angle of rotation of the shaft, containing a sine-cosine angle sensor 1, sine-cosine DAC 2, DAC 3, amplifier 5, demodulator 7, filter 9, voltage-frequency converter 11, reversible counter 13, moreover, sine-cosine DAC 2 contains selector 16 quadrants, DAC 17, 18, 19, 20, amplifiers 21, 22, block 23 sine-cosine code conversion, representing in aggregate the main channel for measuring the angle of rotation, a correction channel introduced by DAC 4 is introduced , amplifier 6, deodulator 8, filter 10, conversion A voltage to frequency converter 12 is supplied by a reversible counter 14. In a dynamic mode, the output of the amplifier 5 of the main channel allocates a voltage proportional to the dynamic error of the main channel of the converter, and the correction channel changes its value. The angle code N is formed by the adder 15 by summing the counter code 13, which contains the dynamic error, and the dynamic error code, generated in the counter 14. As a result of the summation of the codes, the dynamic error is corrected. 1 hp f-ly, 1 ill.

1one

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи источников информации с ЭВМ в управл ющих и информационных системах.The invention relates to automation and computer technology and can be used to communicate sources of information from computers in control and information systems.

Цель изобретени  - повьппение точности преобразовател  в динамическом режиме работы путем измерени  динамической погрешности и коррекции результатов измерени .The purpose of the invention is to increase the accuracy of the converter in a dynamic mode of operation by measuring the dynamic error and correcting the measurement results.

На чертеже представлена структурна  схема преобразовател .The drawing shows a block diagram of the converter.

Преобразователь содержит синусно- косинусный датчик 1 угла, синусно-ко синусный цифроаналоговый преобразо- тель (ЦАП) 2, умножающие ЦАП 3 и 4, усилители 5 и 6, демодул торы 7 и 8, фильтры 9 и 1C, преобразователи 11 и 12 напр жени  в частоту, реверсивны счетчики 13 и 14, сумматор 15. Синусно-косинусный ЦАП 2 содержит селектор 16 квадрантов, умножающие ЦАП 17-20, усилители 21 и 22, синусно- косинусный преобразователь 23 кода. The converter contains a sine-cosine angle sensor 1, a sine-sinus digital-to-analog converter (DAC) 2, multiplying DAC 3 and 4, amplifiers 5 and 6, demodulators 7 and 8, filters 9 and 1C, voltage converters 11 and 12 counters 13 and 14, adder 15 are reversive. Sine-cosine DAC 2 contains a selector of 16 quadrants multiplying DAC 17-20, amplifiers 21 and 22, sine-cosine converter 23 codes.

Преобразователь работает следукг- щим образом.The converter works as follows.

Синусно-косинусный датчик I угла вырабатывает на выходе два напр же и The sine-cosine sensor I of the angle produces at the output two, for example, and

Uj.(t )и-cos sinu)t, U5(t)lJ sin «( sinwt,Uj. (T) and -cos sinu) t, U5 (t) lJ sin "(sinwt,

где ai - угол поворота вала датчика I U - частота напр жени  во збуждени  датчика 1.where ai is the angle of rotation of the sensor shaft I U is the excitation voltage of sensor 1.

5five

5five

00

5five

Напр жени  Uy(t) и Uc(t) преобразуютс  синусно-косинусным ЦАП 2, причем селектор 16 приводит эти напр жени  в первый квадрант of, после чего в ЦАП 17 и 19 эти сигналы умножаютс  на sin0,, а в ЦАП 18 и 20 - на cos ,. Указанные функциивырабатываютс  блоком 23 из кода Ng старших разр дов счетчика 13. В результате попарного суммировани  выходных напр жений ЦАП на выходах усилителей 21 и 22 образуютс  соответственноThe voltages Uy (t) and Uc (t) are transformed by a sine-cosine DAC 2, the selector 16 leading these voltages to the first quadrant of, after which these signals are multiplied by sin0 ,, and DAC 18 and 20 - on cos,. These functions are performed by block 23 of the Ng code of the higher bits of the counter 13. As a result of pairwise summing of the output voltages of the DAC, the outputs of the amplifiers 21 and 22 are formed respectively

и, и sinort,( 6,-cose -sin6, ) U sin(e - e,)-sinut; Uj U sin(jt(coso(-cos,+sin /-sin9, ) U cos() sinu) t.and, and sinort, (6, -cose -sin6,) U sin (e - e,) - sinut; Uj U sin (jt (coso (-cos, + sin / -sin9,) U cos () sinu) t.

Второе из напр жений через ЦАП 3 с коэффициентом передачи fij, пропорциональным коду N gj, младших разр дов счетчика 13, поступает на усилитель 5, где суммируетс  с напр жением Uji , в результате суммировани The second of the voltages through the DAC 3 with a transfer coefficient fij proportional to the code N gj, the lower bits of the counter 13, goes to the amplifier 5, where it is summed with the voltage Uji, as a result of the summation

sinuitCsin(of-eJ- 0, cos(, )3 . sinuitCsin (of-eJ- 0, cos (,) 3.

(1)(one)

Приведенное выражение  вл етс  приближенной реализацией операции нахождени  синуса разности углов о(- 0, и в и более точно выгл дит следуюшлм образом;The above expression is an approximate implementation of the operation of finding the sine of the difference of the angles o (- 0, and in more precisely it looks like this);

s:ii(w - в,)- (o/-e,) COS01- (e(-ej-sinej.(2)s: ii (w - in,) - (o / -e,) COS01- (e (-ej-sinej. (2)

в пределах малого углаwithin a low angle

редел емого пеной младшего из 1+2 разр дов, управл ющих ЦАП 2, с доста-- точной точностью (т.е. с погрешностью менее цены младшего из п 2+1-Ип разр дов ) выполн ютс  равенства cos02 1 , S in PI 07.determined by the foam of the youngest of 1 + 2 bits controlling the DAC 2, with sufficient accuracy (i.e. with an error less than the price of the youngest of n 2 + 1-Ip bits), the equations are equal cos02 1, S in PI 07.

Указанные .соотношени  выполн ют10These ratios are performed 10

с , например, дл  17-разр дного преВыходной код преобразовател , формируемый на выходе сумматора I5 суммированием кода счетчика 13 и кода счетчика 14, не содержит динамической погрешности ().with, for example, for a 17-bit converter output code generated at the output of the I5 adder by summing the counter code 13 and the counter code 14, does not contain dynamic error ().

При движении вала по более сложному закону (i((t) -,- напр жение расобразовател  с и (т.е. с объемом пам ти синуса 32 слова).Соответственно , выражени  (2) и (1) различаютс  не более чем на единицу 15 согласовани  Uj(t) и динамическа  псмладшего разр да, т.е. в пределах уг- ., , , / ИWhen the shaft moves according to a more complex law (i ((t) -, is the voltage of the ramizer with and (i.e., the sine memory has 32 words)). Accordingly, expressions (2) and (1) differ by no more than unit 15 matching Uj (t) and dynamic lower-order bit, i.e. within the limits of,,,, and

2Я2I

2020

2525

30thirty

3535

грешность (t) 5:- -t измен ютс sin (t) 5: - -t vary

ЛцLz

во времени. Погрешность основного канала отслеживаетс  корректирующим каналом с погрешностью, обратно пропорциональной коэффициенту усилени  корректирующего контура V.in time. The error of the main channel is monitored by the correction channel with an error inversely proportional to the gain of the correction circuit V.

iiii

7 Kj, К7 Kj, K

Таким образом, преобразователь представл ет собой устройство с аста- тизмом второго пор дка, т.е. не имеет погрешности по первой производной закона изменени  углового положени  вала. Добротности преобразовател  по высшим производным пропорциональны произведению коэффициентов усилени  основного и корректирующего каналов.Thus, the transducer is a device with second-order astrism, i.e. It has no error in the first derivative of the law for changing the angular position of the shaft. The Q-factors of the converter with respect to the higher derivatives are proportional to the product of the gains of the main and correction channels.

Claims (2)

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержаш т синусно-коси- нусный датчик угла, выходы которого подключены к первому и второму входак. синусно-косинусного умножающего циф- роаналогового преобразовател , первый выход которого подключен к первому входу первого суммирующего усилител  , а второй выход - к аналоговому входу первого умножающего цифроана- логового преобразовател , выход которого подключен к второму входу первого суммирующего усилител , выход1. The converter of the angle of rotation of the shaft into a code, contains a sine-cosine angle sensor, the outputs of which are connected to the first and second input. sine-cosine multiplying digital-analog converter, the first output of which is connected to the first input of the first summing amplifier, and the second output - to the analog input of the first multiplying digital-analog converter, the output of which is connected to the second input of the first summing amplifier, output В установившемс  состо нии коррек- 50 торого через последовательно соединенные демодул тор, фильтр и преобразователь напр жени  в частоту соединен с входами первого реверсивного счетчика, выходы старших разр дов которого подключены к цифровому yfTTIn the steady state of the corrective 50th through a serially connected demodulator, filter and voltage to frequency converter is connected to the inputs of the first reversing counter, the outputs of the higher bits of which are connected to the digital yfTT U U-sin((3/- )sirnjO{,U U-sin ((3 / -) sirnjO {, Напр жение рассогласовани  U выпр мл етс  демодул тором 7, пульсации выпр мленного напр жени  подавл ютс  фильтром 9, а посто нна  составл юща  управл ет выработкой импульсов в преобразователе 11, .которые измен ют код счетчика 13 в сторону уменьшени  Uj. В установившемс  режиме код счетчика 13 соответствует входному углу 0 бThe error voltage U is rectified by the demodulator 7, the ripple of the rectified voltage is suppressed by the filter 9, and the constant component controls the generation of pulses in the converter 11, which change the code of the counter 13 in the direction of decreasing Uj. In the steady state, the counter code 13 corresponds to the input angle 0 b При вращении вала датчика 1 с посто нной ; скоростью преобразователь преобразует угол в код с некоторой скоростной погрешностью , т.е. NgEii-jc/a, причемWhen rotating the shaft of the sensor 1 with constant; the speed converter converts the angle into a code with a certain speed error, i.e. NgEii-jc / a, and л l ° к .° to. где К - коэффициент усилени  разомкнутого контура основного канала ,where K is the open loop gain of the main channel, и на выходе усилител  5 напр жениеand at the output of the amplifier 5 voltage 4040 sin4o a sinuJ t. sin4o a sinuJ t. Напр жение рассогласовани  поступает на усилитель 6 корректирующего контура, этот контур отслеживает рас- согласование, измен   код в счетчике 14 в сторону уменьшени  напр жени ,The error voltage is supplied to the amplifier 6 of the correction circuit, this circuit tracks the agreement by changing the code in the counter 14 in the direction of decreasing the voltage cos(e/-е,)-40 sinoJt, cos (e / e,) - 40 sinoJt, тирующего контура 1), что достигаетс  при sin/5o j 40 ccs(,).t he circuit 1), which is achieved with sin / 5o j 40 ccs (,). Аналогично рассуждени м дл  0 дл  можно считать sindo d c и cos(o/-e,; l при Тогда приSimilarly, the arguments for 0 for d can be considered sindo d c and cos (o / -e, l at when о скорост х вала установившеес shaft speeds steady 2 f состо ние достигаетс  при Ло/()Лв, код2 f state is reached with Lo / () Lv, code 5555 ду синусно-косинусного умножающего цифроаналогового преобразовател , а выходы младших разр дов реверсивно I оп1+2 доста-- шностью разos02 do the sine-cosine multiplying digital-to-analog converter, and the low-end outputs reversibly I op1 + 2 with a large amount of time02 1418904 1418904 счетчика 14 соответствует кой погрешности основного counter 14 corresponds to the error of the main 6 .6 Выходной код преобразовател , формируемый на выходе сумматора I5 суммированием кода счетчика 13 и кода счетчика 14, не содержит динамической погрешности ().The output code of the converter, which is generated at the output of the adder I5 by summing the counter code 13 and the counter code 14, does not contain dynamic error (). При движении вала по более сложному закону (i((t) -,- напр жение рассогласовани  Uj(t) и динамическа  пс20When the shaft moves according to a more complicated law (i ((t) -, is the mismatch voltage Uj (t) and dynamic ps20 2525 30thirty 3535 4040 50 50 5555 ду синусно-косинусного умножающего цифроаналогового преобразовател , а выходы младших разр дов реверсивного счетчика - к цифровому входу первого умножающего цифроаналогового преобразовател , отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности преобразовател  в динамическом режиме, в него введены вторые умножающий цифроаналоговый преобразователь , суммирующий усилитель, демодул тор,фильтр, преобразователь напр жени  в частоту, реверсивп й счетчик и сумматор, второй выход си- нусно-косинусного умножающего UHj)po- аналогового преобразовател  подключен к аналоговому входу второго умножающего цифроаналогового преобразовател , выход которого подключен к первому входу второго суммирующего усилител , второй вход которого соединен с выходом первого суммирующего усилител , выход второго суммирующего усилител  через последовательно соединенные вторые демодул тор, филь и преобразователь напр жени  в частоту соединен с входами второго реверсивного счетчика, выход которого подключен к цифровому входу второго умножающего цифроаналогового преобразовател  и к первой группе входовdo the sine-cosine multiplying digital-to-analog converter, and the low-end outputs of the reversible counter to the digital input of the first multiplying digital-to-analog converter, which also uses the second multiplying digital-to-analog converter to improve the accuracy of the converter , summing amplifier, demodulator, filter, voltage-to-frequency converter, reversible counter and adder, second output of sine-cosine multiplying UHj) po-analogue transform The actuator is connected to the analog input of the second multiplying digital-analog converter, the output of which is connected to the first input of the second summing amplifier, the second input of which is connected to the output of the first summing amplifier, the output of the second summing amplifier is connected via serially connected second demodulator, filter and voltage to frequency converter the inputs of the second reversible counter, the output of which is connected to the digital input of the second multiplying digital-to-analog converter and to the first Rupp inputs сумматора, втора  группа входов кото- ЗО вторым выходами преобразовател , цифрого подключена к выходу первого реверсивного счетчика, выход сумматора  вл етс  выходом преобразовател ,the adder, the second group of inputs of which is the second output of the converter, is digitally connected to the output of the first reversible counter, the output of the adder is the output of the converter, 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что синус- ио-косинусный умножающий цифроанало- говый преобразователь содержит селектор квадрантов, первый - четвертый умножающие цифроаналоговые преобразователи , первый и второй суммирующие уснпители, синусно-косинусный преобразователь кодов, первый выход селектора квадрантов подключен к аналого- .вым входам первого и второго умножающих цифроаналоговых преобразователей,2. The converter according to claim 1, characterized in that the sine-cosine multiplying digital-analog converter contains a quadrant selector, the first to fourth multiplying digital-analog converters, the first and second summing devices, a sine-cosine code converter, the first output of the quadrant selector is connected to the analog inputs of the first and second multiplying digital-to-analog converters, второй выход селектора квадрантовsecond output quad selector подключен к аналоговым входам третьего и четвертого умножающих цифроаналоговых преобразователей, цифровые входы первого и третьего цифроаналоговых преобразователей соединены с первым выходом синусно-косинусного преобразовател  кодов, а цифровые входы второго и четвертого цифроаналоговых преобразователей соединены сconnected to the analog inputs of the third and fourth multiplying digital-to-analog converters, the digital inputs of the first and third digital-to-analog converters are connected to the first output of a sine-cosine code converter, and the digital inputs of the second and fourth digital-to-analog converters are connected to вторым выходом синусно-косинусного преобразовател  кодов, выходы первого и четвертого цифроаналоговых преобразователей подключены к входам первого суммирующего усилител , а выходы второго и третьего цифроаналоговых преобразователей подключены к входам второго суммирующего усилител , выходы первого и второго суммирующих усилителей  вл ютс  первым иthe second output of the sine-cosine code converter, the outputs of the first and fourth digital-to-analog converters are connected to the inputs of the first summing amplifier, and the outputs of the second and third digital-to-analog converters are connected to the inputs of the second summing amplifier, the outputs of the first and second summing amplifiers are the first and 3535 ровые входы селектора квадрантов и синусно-косинусного преобразовател  кодов объединены и  вл ютс  цифровым входом преобразовател , первый и второй входы селектора квадрантов  вл ютс  первым и вторым входами преобразовател .the quad quad selector and sine-cosine code converter inputs are combined and are the digital converter input, the first and second quad selector inputs are the first and second converter inputs.