SU1478332A1 - Shaft encoder - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повышени  быстродействи  при обработке больших рассогласований между углом α и кодом β в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла (СКДУ) 1, источник 2 опорного напр жени , цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 3 и 4, блок 5 инверторов, блок 6 нелинейного преобразовани  кодов, блок 7 преобразовани  напр жени  в частоту (ПНЧ), блок 8 выборки - хранени , блок 9 управлени , коммутатор 10, усилитель 11, реверсивный счетчик 12, введены интегратор 13 и формирователь 14 коэффициента пересчета. Выходные сигналы СКДУ 1, промодулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса угла α, поступают на аналоговые входы ЦАП 3 и ЦАП 4, на цифровые входы которых поступают через блок 5 пр мые и инверсные коды реверсивного счетчика 12. В суммирующем усилителе вырабатываетс  сигнал рассогласовани  между углом α и кодом N. В блоке 7 вырабатываютс  импульсы с частотой, пропорциональной выходному напр жению интегратора 13. Выходные импульсы блока 7 ПНЧ поступают на вход реверсивного счетчика 12. В зависимости от величины выходного напр жени  интегратора 13 блок 14 вырабатывает код коэффициента пересчета реверсивного счетчика 12, измен   при этом скорость отработки угла поворота и разрешающую способность преобразовател . 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 2 табл.The invention relates to automation and computing and can be used to connect analog information sources with a digital computing device. In order to increase speed when processing large discrepancies between the angle α and the code β in the shaft angle converter, the code contains a sine-cosine angle sensor (MCDD) 1, a reference voltage source 2, digital-to-analog converters (DAC) 3 and 4, block 5 Inverters, Nonlinear Code Conversion Unit 6, Voltage to Frequency Conversion Unit (PNC), Sample Storage Unit 8, Control Unit 9, Switch 10, Amplifier 11, Reversible Counter 12, Integrator 13 and Conversion Rate Driver 14 are entered. The output signals of SKDU 1, modulated in amplitude as a function of the sine and cosine of the angle α, are fed to the analog inputs of the D / A converter 3 and the DAC 4, to the digital inputs of which the reversing counter 12 is fed through the block 5 in the summing amplifier. angle α and code N. In block 7, pulses are generated with a frequency proportional to the output voltage of the integrator 13. The output pulses of block 7 of the FPU are fed to the input of the reversing counter 12. Depending on the value of the output voltage of the integra Ator 13, unit 14 generates a code for the conversion factor of the reversible counter 12, thereby changing the speed of the turning angle and the resolution of the converter. 1 hp f-ly, 5 ill. 2 tab.

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи аналоговых; источников информации с цифровым вы- числительным устройством.The invention relates to automation and computing and can be used to communicate analog; sources of information with a digital computing device.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  преобразовател  при отработке больших рассогласований между углом и кодом.The aim of the invention is to increase the speed of the converter during the development of large mismatches between the angle and the code.

На фиг.1 представлена структурна  схема преобразовател ; на фиг.2 - структурна  схема формировател  коэффициента пересчета; на фиг.З - структурна  схема реверсивного счетчика; на фиг,4 - структурна  схема блока управлени ; на фиг.З - временна  диаграмма его работы,Figure 1 shows a block diagram of a converter; figure 2 - structural diagram of the driver conversion factor; FIG. 3 is a structural diagram of a reversible counter; Fig. 4 is a block diagram of the control unit; on fig.Z - temporary chart of his work,

Преобразователь угла поворота вала в код (фиг,1) содержит синусно-коси- нусный датчик угла (СКДУ) 1, источник 2 опорного напр жени , цифроаналого- вые преобразователи (ЦАП) 3 и 4, блок 5 инверторов, блок 6 нелинейного преобразовани  кодов, блок 7 пре- образовани  напр жени  в частоту (ПНЧ), блок 8 выборки-хранени , блок 9 управлени , коммутатор 10, усилитель 11, реверсивный счетчик 12, интегратор 13 и формирователь 14 коэф- фициента пересчета. Формирователь 14 коэффициента пересчета (фиг,2) содержит выпр митель 15, шины 16 и 17 напр жений смещени , компараторы 18 и 19, элементы К 20 и 21, инверторы 22 и 23, элемент ИЛИ 24, реверсивный счетчик 25, Реверсивный счетчик (фиг.З) содержит реверсивные счетчики 26 - 28 и блоки 29 и 30 пам ти,  вл ющиес  блоками нелинейного пре- образовани  кодов. Блок 9 управлени  (фиг,4) содержит компаратор 31, элементы Исключающее ИЛИ 32 и 33, одно- вибраторы 34 и 35,The shaft rotation angle converter into the code (FIG. 1) contains a sine-cosine angle sensor (SKDU) 1, a reference voltage source 2, analog-to-digital converters (D / A converters) 3 and 4, an inverter unit 5, a nonlinear code conversion unit 6 , a voltage-to-frequency (VLF) conversion unit 7, a sampling-storage unit 8, a control unit 9, a switch 10, an amplifier 11, a reversible counter 12, an integrator 13, and a conversion factor driver 14. The conversion factor generator 14 (FIG. 2) contains rectifier 15, bias voltages 16 and 17, comparators 18 and 19, elements K 20 and 21, inverters 22 and 23, element OR 24, reversible counter 25, reversible counter (FIG .3) contains reversible counters 26-28 and blocks 29 and 30 of memory, which are blocks of non-linear conversion of codes. The control block 9 (FIG. 4) contains a comparator 31, the elements Exclusive OR 32 and 33, a single vibrator 34 and 35,

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

На выходе СКУД-1 формируютс  сигналы переменного тока, модулированные по амплитуде в функции синуса и косинуса угла 0 поворота ротора СКДУ-1, которые в ГАП 3 и ЦАП 4 умножаютс  на на пр мые |3 или инверсные (1-/3) коды отработки угла в пределах-квадранта, поступающие с выходов блока Ь,At the output of ACS-1, AC signals are generated modulated in amplitude as a function of the sine and cosine of the angle 0 of the rotation of the rotor SKDU-1, which in HAP 3 and D / A 4 are multiplied by the forward | 3 or inverse (1- / 3) development codes quadrant angles coming from the outputs of block b,

Выходное напр жение ЦАП 4 подает- с  через коммутатор 10 в зависимости от номера квадранта угла отработки /3 на суммирующий (во 2-м, 4-м квадранте ) или вычитающий (в 1-м, 3-м квадThe output voltage of the DAC 4 delivers through the switch 10, depending on the number of the quadrant of the working angle / 3 to the summing (in the 2nd, 4th quadrant) or subtracting (in the 1st, 3rd square)

е e

5 five

4four

0 5 0 ,Q 0 5 0, Q

Q Q

5 five

5five

ранте) вход суммирующего усилител welt) summing amplifier input

11,Номер квадранта определ етс  кодом старших п и (п-1) разр дов реверсивного счетчика 12, который измен етс  от 00 в первом квадранте11, The quadrant number is determined by the code of the higher n and (n − 1) bits of the reversible counter 12, which varies from 00 in the first quadrant

до 11 в четвертом квадранте.to 11 in the fourth quadrant.

Выходной сигнал суммирующего усилител  .11, равный °Output signal summing amplifier .11, equal to °

UH () sinei-JicosuTju sinot, подаетс  в блок 8. в KOTODOM по импульсу выборки с блока 9 управлени  производитс  запоминание амплитуды Un.UH () sinei-JicosuTju sinot, fed to block 8. In KOTODOM, the amplitude Un is memorized by a sampling pulse from control block 9.

В соответствии с пол рностью и величиной выходного напр жени  интегратора 13, импульсы, вырабатываемые в блоке 7 ПНЧ, поступают на пр мой или инверсный вход реверсивного счетчикаIn accordance with the polarity and magnitude of the output voltage of the integrator 13, the pulses produced in the VLF block 7 are sent to the direct or inverse input of a reversible counter

12.Импульсы управлени  блоком 8 вырабатываютс  в блоке 9 управлени  в соответствии с номером квадранта угла отработки В таким образом, что если угол В расположен в первом или четвертом квадранте, то момент выборки совпадает с положительной полуволной опорного напр жени  источника 2;если угол & расположен во втором или тре-, тьем квадранте, то момент выборки приходитс  на отрицательную полуволну опорного напр жени , Этим обеспечиваетс  0 отработка по кратчайшему рассто нию в одну сторону при , расположенном в первом или втором квадранте, или в другую сторону при ui, расположенном в третьем или чет- ; вертом квадранте.12. The control pulses of block 8 are produced in control block 9 in accordance with the quadrant number of the working angle B so that if the angle B is located in the first or fourth quadrant, then the sampling time coincides with the positive half-wave reference voltage of source 2; located in the second or third quadrant, then the sampling moment falls on the negative half-wave of the reference voltage. This ensures that the shortest distance to one side is worked at, located in the first or second quadrant, or in the other direction at ui, located in third or four; vert quadrant.

Сведение методической погрешности преобразовани The reduction of the methodological error of conversion

лl

Snp Р - arctg -ppSnp P - arctg -pp

к нулю осуществл етс  блоком 6 нелинейного преобразовани  кодов, выполненным в виде блока посто нной пам ти , на адресные входы которого поступает код (п-2) младших разр дов реверсивного счетчика 12, а на выходных шинах вырабатываетс  откорректированный код р угла поворота вб ,to zero is performed by block 6 of nonlinear code conversion, made in the form of a block of permanent memory, the address inputs of which receive a code (n-2) for lower-order bits of the reversible counter 12, and a corrected rotation angle ib is generated on the output buses,

Если угол oi измен етс  с посто нной скоростью, то код р отрабатываетс  без отставани , если не превышена максимальна  частота выходных импульсов блока 7 ПНЧ. При ограниченной частоте блока 7 скорость изменени  угла об может Сыть увеличена за счет уменьшени  разрешающей способности преобразовател  изменением коэффициента пересчета реверсивного счетчика 12.If the angle oi varies with a constant speed, then the code p is processed without lag, if the maximum frequency of the output pulses of the FPU unit 7 is not exceeded. With a limited frequency of block 7, the rate of change of the angle O may be increased by reducing the resolution of the converter by changing the conversion factor of the reversible counter 12.

Выработка необходимого коэффициента пересчета осуществл етс  в формирователе 14.The generation of the necessary conversion factor is carried out in shaper 14.

Выходное напр жение интегратора 13 после выпр млени  в выпр мителе 15 подаетс  на компараторы 18 и 19, пороги которых определ ютс  напр жени ми на тинах 16 и 17 и равны соответственно ,5 UBM, ,25UBM, где U &м - максимальное выходное напр жение выпр мител  15 (коэффициент передачи выпр мител  15 принимаем равным единице). Изменение коэффициента пересчета, определ емое состо нием реверсивного счетчика 25, происходит при напр жении выпр мител  U1S- Um или в моменты, определ емые изменением номера квадранта угла отработки по отрицательному фронту импульса на выходе (п-2) разр да реверсивного счетчика 12, Если скорость изменени  угла поворота СКДУ-1 такова, что Uni U15 UBM , то срабатывает компаратор 18 и открывает элемент 20. Импульс с выхода (п-2 разр да реверсивного счетчика 12 проходит через инвертор 22 и элемент И 20 и на вход сложени  С1 реверсивного Счетчика 25. Соответственно с увеличением числа на выходе реверсивного счетчика 25 происходит уменьшение разр дности реверсивного счетчик 12 на один младший разр д, что соответствует увеличению в два раза цены единицы младшего разр да угла преобразовани . Скорость отработки увеличиваетс .The output voltage of the integrator 13 after straightening in rectifier 15 is applied to comparators 18 and 19, the thresholds of which are determined by the voltages on tons 16 and 17 and are respectively 5 UBM,, 25UBM, where U & m is the maximum output voltage rectifier 15 (transfer coefficient of rectifier 15 is taken equal to one). The change in the conversion factor, determined by the state of the reversible counter 25, occurs when the voltage of the rectifier U1S-Um or at the moments determined by changing the number of the quadrant angle of the working out on the negative edge of the output pulse (p-2) of the counter reversible counter 12, the rate of change of the angle of rotation of the SKDU-1 is such that Uni U15 UBM, then the comparator 18 is triggered and opens element 20. An impulse from the output (the n-2 bit of the reversible counter 12 passes through the inverter 22 and the element I 20 and to the input C1 of the reversible counter 25. Comp etstvenno with increasing number of outlet down counter 25 decreases the discharge of clarity reversible counter 12 by one significant bit, which corresponds to doubling the unit prices of the least significant bit conversion angle. mining speed increases.

Максимальное число, которое может быть записано в реверсивном счетчике 25, равно 0111, так как по вление 1 на выходе 4-го разр да счетчика 25 вызывает через инвертор 23 по входу L запись информации 0111, присутствующей на входах ОА-АЗ счетчика 25, что соответствует коэффициенту пересчета .The maximum number that can be recorded in the reversible counter 25 is 0111, since occurrence 1 at the output of the 4th bit of counter 25 causes, via an inverter 23 at input L, to record information 0111 present at the inputs of OA-AZ counter 25, that corresponds to the conversion factor.

Аналогично при уменьшении скорост изменени  угла поворота и соответствующем уменьшении выходного напр жени  выпр мител  15 /U, Un2 срабатывает компаратор 19, к импульс с выхода (п-2) разр да реверсивного счетчика 12 через инвертор 22 и элемент И 21 проходит на вход С2 вычи- тани  реверсивного счетчика 25. Коэффициент пересчета уменьшаетс  в два раза, разр дность реверсивного счетSimilarly, when the speed of change of the angle of rotation decreases and the corresponding output voltage of the rectifier 15 / U decreases, Un2 triggers a comparator 19, a pulse from the output (n-2) of the discharge of the reversing counter 12 through the inverter 22 and element I 21 passes to input C2 - reversible counter tane 25. The recalculation coefficient is halved, the size of the reversing counter

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

чика 12 увеличиваетс , скорость слежени  уменьшаетс .The pin 12 is increased, the tracking speed is reduced.

При дальнейшем уменьшении скорости изменени  угла поворота происходит уменьшение состо ни  счетчика 25 до 0000, которое подтверждаетс  импульсом переноса при вычитании с выхода Р2 реверсивного счетчика 25, поступающим через элемент ИЛИ 24 на вход сброса реверсивного счетчика 25. Нулевому состо нию реверсивного счетчика 25 соответствует максимальна  разр дность реверсивного счетчика 12.With a further decrease in the rate of change of the angle of rotation, the state of the counter 25 decreases to 0000, which is confirmed by a transfer pulse when the reversible counter 25 is output from the P2 output and is fed through the OR 24 element to the reset input of the reversible counter 25. The zero state of the reversible counter 25 Reverse counter 12.

При внезапной остановку СКДУ-1, который вращалс  со скоростью, превышающей скорость слежени  на минимальной дискретности, становитс  равным нулю выходное напр жение интегратора 13, которое через элемент ИЛИ 24 поступает на вход сброса реверсивного счетчика 25, устанавлива  его в нулевое состо ние, соответствующее коэффициенту пересчета , т.е. отработка угла поворота производитс  с максимальной разрешающей способностью преобразовател .When SKDU-1 suddenly stops, which rotates at a speed exceeding the tracking speed at the minimum discreteness, the output voltage of the integrator 13 becomes zero, which through the OR 24 element is fed to the reset input of the reversible counter 25, sets it to the zero state corresponding to the coefficient recalculation, i.e. The rotation angle is tested with the maximum resolution of the converter.

В реверсивном счетчике 12 с переменным коэффициентом пересчета (фиг.З) подсчет импульсов ПНЧ 7 производитс  с помощью двух четырехразр дных реверсивных счетчиков 26 и 27 и блока 28 реверсивных счетчиков, а изменение разр дности кода отработки в соответствии с требуемым коэффициентом пересчета - с помощью ПЗУ 29 и 30, на адресные входы А6 - А8 которых поступают сигналы с формировател  14 коэффициента пересчета. Программирование ПЗУ 29 и 30 осуществл етс  согласно табл.1 и 2, где используют младшие и старшие разр ды соответственно .In a reversible counter 12 with a variable conversion factor (FIG. 3), the counting of the pulses of the FNP 7 is performed using two four-bit reversible counters 26 and 27 and the block 28 of reversible counters, and the change of the discharge code of the refining code in accordance with the required conversion factor is using a ROM 29 and 30, the address inputs A6 - A8 which receives signals from the generator 14 conversion factor. The programming of the ROMs 29 and 30 is carried out according to Tables 1 and 2, where junior and senior bits are used, respectively.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 1, Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-коси- нусный датчик угла, вход которого подключен к выходу источника опорного напр жени , а первый и второй выходы соединены с аналоговыми входами соответственно первого и второго цифро- аналоговых преобразователей, выход первого цифроаналогового преобразовател  соединен с первым суммирующим входом усилител , выход второго цифроаналогового преобразовател  соединен с информационным входом коммута1, Shaft rotation angle converter into a code containing a sine-cosine angle sensor, the input of which is connected to the output of the voltage source, and the first and second outputs are connected to the analog inputs of the first and second digital-to-analog converters, the output of the first digital-to-analog converter connected to the first summing input of the amplifier, the output of the second digital-to-analog converter is connected to the information input of the switch тора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым суммирующим и вычитающим входами усилител , выход усилител  соединен с информационным входом блока выборки-хранени , блок преобразовани  напр жени  в частоту, выход которого соединен с информационными входами реверсивного счетчика, вьгходы младших разр дов реверсивного счетчика соединены с входами блока нелинейного преобразовани  кодов и информационными входами блока инверторов, а выходы старших разр дов - с группой входов блока управлени , один вход которого подключен к выходу источника опорного напр жени , а выход соединен с управл ющим входом блока выборки-хранени , выход младшего из старших разр дов реверсивного счетчика соединен с управл ющим входом коммутатора и блока инверторов, перва  и втора  группы выходов которого соединены с цифровыми входами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  преобразовател  при обработке больших рассогласований между углом и кодом, в него введены формирователь коэффициента пересчета и интегратор, вход которого подключен к выходу блока выборки-хранени , а выход интегратора соединен с входом блока преобразовани  напр жени  в частоту и одним входом формировател  коэффициента пересчета , другой вход которого подключен к выходу старшего из младших разр довtorus, the first and second outputs of which are connected respectively to the second summing and subtracting inputs of the amplifier, the output of the amplifier is connected to the information input of the sample-storage unit, the voltage-to-frequency conversion unit, the output of which is connected to the information inputs of the reversible counter, low-voltage outputs of the reversible counter connected to the inputs of the nonlinear code conversion block and the information inputs of the inverter block, and the high-order outputs to a group of inputs of the control block, one input of which Connected to the output of the reference voltage source, and the output is connected to the control input of the sample-storage unit, the output of the lower-order high-order digit of the reversible counter is connected to the control input of the switch and the inverter unit, the first and second groups of outputs of which are connected to the digital inputs of the first and a second digital-to-analog converter, characterized in that, in order to increase the speed of the converter when processing large discrepancies between the angle and the code, a shaper of the coefficient is introduced into it recalculator and integrator, the input of which is connected to the output of the sampling-storage unit, and the integrator output is connected to the input of the voltage-to-frequency conversion unit and one input of the conversion factor generator, the other input of which is connected to the output of the higher low 5five 00 00 5five 00 5five реверсивного счетчика, а выходы соединены с управл ющими входами реверсивного счетчика.a reversible counter, and the outputs are connected to the control inputs of the reversible counter. 2. Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что формирователь коэффициента пересчета содержит выпр митель, два компаратора, две шины напр жений смещени , два элемента И, элемент ИЛИ, два инвертора и реверсивньй счетчик, вход выпр мител  и первого инвертора  вл ютс  соответственно одним и другим входами формировател  коэффициента пересчета , выход выпр мител  соединен с первыми входами компараторов и элемента ИЛИ, вторые входы первого и второго компараторов подключены соответственно к первой и второй шинам напр жени  смещени , а выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу первого инвертора, а выходы соединены соответстванно с первым и вторым счетными входами реверсивного счетчика , выходы трех разр дов реверсивного счетчика  вл ютс  выходами формировател  коэффициента пересчета, выход четвертого разр да реверсивности счетчика через второй инвертор соединен с управл ющим входом реверсивного счетчика, выход переноса реверсивного счетчика соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса реверсивного счетчика.2. The converter according to claim 1, wherein the conversion factor driver comprises a rectifier, two comparators, two bias voltage buses, two AND elements, an OR element, two inverters and a reversible counter, the rectifier input and the first inverter are respectively one and the other inputs of the conversion factor generator, the output of the rectifier is connected to the first inputs of the comparators and the OR element, the second inputs of the first and second comparators are connected respectively to the first and second bias voltage buses, and the output The first and second comparators are connected respectively to the first inputs of the first and second And elements, the second inputs of which are connected to the output of the first inverter, and the outputs are connected to the first and second counting inputs of the reversible counter, the outputs of the three reversible counter bits are the outputs of the conversion factor shaper , the output of the fourth bit of the reversibility of the counter through the second inverter is connected to the control input of the reversible counter, the transfer output of the reversible counter is connected to orym input OR gate whose output is connected to the reset input of down counter. Таблица 1Table 1 | 2 | з I 1 5 I & | 7 I 8 У 9 | Ю | 2 | s i 1 5 i & | 7 I 8 W 9 | YU 11eleven 1313 { НГ 5 | «6 1{Ng 5 | "6 1 ПP 1 а С л и ц а 21 a C l and c a 2 fli-Mpfli-Mp m-Dpm-dp tze 7T#/f-7j/2tttze 7t # / f-7j / 2tt Фиг.55