SU809284A1 - Shaft angular position-to-code converter - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах передачи данных на вход ЦВМ.The invention relates to automation and computer technology and can be used in data transmission systems at the input of a digital computer.

Известны преобразователи угол-код, содержащие синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), синусная и косинусная обмотки которого через двойную фазосдвигающую цепь, компараторы и схему ИЛИ соединены с первым входом триггера, а обмотка возбуждения через третий компаратор - с вторым входом триггера, причем выходы триггера подключены соответственно через дифференциальную цепочку к одно-15 му из входов схемы совпадения и через вентиль - к входу счетчика, а выход второго компаратора через последовательно соединенные схемы задержки и совпадения - к преобразователю кодкод, установленному на выходе счетчика [1].Known angle-code converters containing a sine-cosine rotary transformer (SCRT), the sine and cosine windings of which are connected through a double phase-shifting circuit, the comparators and the OR circuit to the first trigger input, and the field winding through the third comparator to the second trigger input, the outputs being flip-flops are connected respectively through a differential circuit to one-15th of the inputs of the matching circuit and through the valve to the input of the counter, and the output of the second comparator through series-connected delay circuits and coincidence - to the code-converter installed on the counter output [1].

Недостатком Устройства является использование элемента задержки, характеристики которого меняются с течением времени и под влиянием дестабилизирующих факторов. Поэтому время задержки не остается постоянным, в результате чего временное положение импульса на выходе эле2 мента задержки оказывается в общем то случайным. Если учесть, что дифференцирующая цепочка также является нестабильным элементом, то оче5 видно, что в определенных условиях совпадения импульсов может не произойти, схема И не сработает, а схема преобразования кода вместо обратного выдаст прямой код. Таким образом, подобное техническое решение поставленной задачи приводит к ненадежной работе преобразователя, который к тому же обладает низкой точностью из-за неидентичности (неравенства порогов срабатывания) компараторов.The disadvantage of the device is the use of a delay element, the characteristics of which change over time and under the influence of destabilizing factors. Therefore, the delay time does not remain constant, as a result of which the temporary position of the pulse at the output of the delay element 2 is generally random. If we take into account that the differentiating chain is also an unstable element, then it is clear that under certain conditions the coincidence of pulses may not occur, the AND circuit will not work, and the code conversion circuit will produce a direct code instead of the reverse one. Thus, such a technical solution of the problem leads to unreliable operation of the converter, which also has low accuracy due to the non-identity (inequality of the thresholds) of the comparators.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее 20 синусно-косинусный датчик угла, выходы которого через фазосдвигающую ’ цепь соединены с амплитудными компараторами синусного и косинусного каналов, выходы которых ..через эле25 менты № подключены к преобразователю кода, а через элемент ИЛИ — к одному из входов первого триггера, амплитудный компаратор канала опорного напряжения, выход которого подключен 30 к другому входу первого триггера и к одноименным входам второго и третьего триггеров, другие входы которых соединены с выходами амплитудных компараторов синусного и косинусного каналов, а выходы - с другими входами первых двух элементов И, _ и третий элемент И, входы которого_z ^э подключены к выходам первого триггера и генератора тактовых импульсов, а выход - к счетному входу счетчика, выходы разрядов которого соединены с соответствующими входами ·** преобразователя кода. Это устройство обладает большей надежностью за счет исключения нестабильных элементов элемента задержки й дифференцирующей цепочки £2]. . 15The closest in technical essence to the present invention is a device containing a 20 sine-cosine angle sensor, the outputs of which are connected through a phase-shifting 'circuit to the amplitude comparators of the sine and cosine channels, the outputs of which are connected via the element # 25 to the code converter, and through the element OR - to one of the inputs of the first trigger, an amplitude comparator of the reference voltage channel, the output of which is connected 30 to the other input of the first trigger and to the inputs of the second and third trigger of the same name moat, the other inputs of which are connected to the outputs of amplitude comparator sine and cosine channels, and outputs - to the other inputs of the first two elements and, _ and a third AND gate having inputs _z ^e are connected to the outputs of the first flip-flop and a clock pulse generator, and an output - to the counter input of the counter, the outputs of the bits of which are connected to the corresponding inputs of the ** code converter. This device is more reliable due to the exclusion of unstable elements of the delay element th differentiating chain £ 2]. . fifteen

Однако по прежнему имеет низкую точность из-за неидентичности (неравенства и нестабильности порогов срабатывания) компараторов.However, it still has low accuracy due to the non-identity (inequality and instability of the thresholds) of the comparators.

Цель изобретения - повышение точ- 20 ности преобразователя при сохранении его высокой надежности.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the converter while maintaining its high reliability.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее синусно-косинусный датчик угла, обмотка возбуждения 25 которого подключена к источнику на пряжения питания, а синусная и косинусная обмотки - к входам фазосдвигающей цепи, логические элементы И, один вход первого из которых подклю- 3Q чен к выходам логического элемента ИЛИ, другой - к генератору тактовых импульсов, а выход - к счетному входу счетчика, выходы разрядов которого подключены к соответствующим вхо- 35 дам преобразователя кода в код, триггеры и компаратор, введены ключи, формирователи импульсов и дополнительные логические элементы И, выход источника напряжения питания через первый ключ, а выходы фаэосдвигающей 0 цепи, через второй й третий ключи соединены с входом компаратора,выход которого соединен с первым входом второго и третьего логических элементов И, с первым вкодом первого и 45 второго дополнительных логических элементов И и с одним входом первого триггера, другой вход которого соединен с входом Запуск” преобразователя, а выход - с управляющим входом 5Q первого ключа и вторым входом первого и второго дополнительных логических элементов И, третий вход которых соединен через первый и второй формирователи импульсов, с первым и 55 вторым выходом фазосдвигающей цепи, выход первого и второго дополнительных логических элементов И соединен с первым входом второго и третьего триггеров, выхода которых соединеныThe goal is achieved by the fact that in a device containing a sine-cosine angle sensor, the excitation winding 25 of which is connected to a power source, and the sine and cosine windings are connected to the inputs of the phase-shifting circuit, AND logic elements, one input of the first of which is connected 3Q to the outputs of the OR logic element, the other to the clock generator, and the output to the counter input of the counter, the outputs of the bits of which are connected to the corresponding inputs of the code to code converter, triggers and comparator, keys, formers are entered pulses and additional logical elements AND, the output of the power supply voltage through the first key, and the outputs of the phaeo-shifting circuit 0, through the second and third keys are connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the first input of the second and third logical elements And, with the first input of the first and 45 the second additional logical elements AND with one input of the first trigger, the other input of which is connected to the Start ”input of the converter, and the output - with the control input 5Q of the first key and the second input of the first and second additional logic elements And, the third input of which is connected through the first and second pulse shapers, with the first and 55 second output of the phase-shifting circuit, the output of the first and second additional logic elements And is connected to the first input of the second and third triggers, the outputs of which are connected

с. управляющими. входами второго и 60 третьего ключей, с первым и вторым входом логического элемента ИЛИ и с вторым входом второго и третьего логических элементов И, выходы которых соединены с. вторым входом второго и 65 третьего триггеров и с первым и вторым входами преобразователя кода в код.from. managers. the inputs of the second and 60 third keys, with the first and second input of the OR gate and with the second input of the second and third logical elements AND, the outputs of which are connected to. the second input of the second and 65 third triggers and with the first and second inputs of the code to code converter.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device; in FIG. 2 - time diagrams of his work.

Устройство содержит синусно-косинусный датчик 1 угла (СКД), обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения питания (на фиг.1 не показан), а синусная и косинусная обмотки - к входам фазосдвигающей цепи 2, ключи 3-5, которые соединяют выходы источника напряжения питания и фазосдвигающей цепи 2 с входом компаратора 6, выход которого подключен к первым входам логических элементов И 7 и 8. и к одному из входов триггера 9, другой вход которого подключен к входу Запуск устройства, в выход к управляющему входу ключа 3 и вторым входам логических элементов И 7 и 8, третьи входы которых подключены через формирователи 10 и 11 к выходам фазосдвигающей цепи 2, а выходы - к одним входам триггеров 12 и 13, другие входы которых подключены к управляющим входам преобразователя 14 и к выходам логических элементов И 15 и 16, одни входы которых соединены с выходом компаратора 6, а другие входы - с управляющими входами ключей 4 и 5, выходами триггеров 12 и 13 и входами логического элемента 17 ИЛИ, выход которого подключен к одному из входов логического элемента 18 И, другой вход которого подключен к выходу генератора 19 тактовых импульсов, а выход - к счетному входу счетчика 20, выходы разрядов которого соединены с соответствующими входами преобразователя кода.The device contains a sine-cosine angle sensor 1 (ACS), the field winding of which is connected to a power supply source (not shown in Fig. 1), and a sine and cosine windings - to the inputs of the phase-shifting circuit 2, keys 3-5, which connect the source outputs the supply voltage and phase-shifting circuit 2 with the input of the comparator 6, the output of which is connected to the first inputs of the logic elements And 7 and 8. and to one of the inputs of the trigger 9, the other input of which is connected to the input Starting the device, to the output to the control input of the key 3 and the second logic inputs of the elements And 7 and 8, the third inputs of which are connected through the shapers 10 and 11 to the outputs of the phase-shifting circuit 2, and the outputs to one of the inputs of the triggers 12 and 13, the other inputs of which are connected to the control inputs of the converter 14 and to the outputs of the logic elements And 15 and 16, some of whose inputs are connected to the output of the comparator 6, and other inputs are with the control inputs of the keys 4 and 5, the outputs of the triggers 12 and 13 and the inputs of the logic element 17 OR, the output of which is connected to one of the inputs of the logic element 18 AND, the other input of which connected to the gene output Ator 19 clock pulses and the output - to the count input of the counter 20, the outputs of which bits are connected to respective inputs of the code converter.

Устройство работает следующим образом. .The device operates as follows. .

На вход компаратора 6 (единственного в составе предлагаемого устройства) последовательно подаются два напряжения, напряжение и_п питания, в момент времени, соответствующий появлению импульса Запуск (фиг.2а/Ц который, устанавливая триггер 9 в положение 1 (фиг.2а,5), замыкает ключ 4 и то из выходных напряжений. U, и фазосдвигающей цепи 2 (обозначим его через О*), которое переходит через нулевое значение (в определенном направлении, например из отрицательной области в положительную) в первом полупериоде напряжения питания. Очевидно, для. того, чтобы напряжение V* прошло через нулевое значение в принятом направлении именно в первом полупериоде напряжения V_n питания, в момент перехода через нулевое значение в том же направлении последнего оно должно иметь отрицательный знак фазы. Это обстоятельство и используется для идентификации V* схе5 по длительна пряже ний.The input of the comparator 6 (only a part of the device), two voltages are applied sequentially, voltage and power _n, in a time corresponding to the pulse occurrence Run (2a / D which, setting a trigger 9 in position 1 (Figure 2a, 5) , closes the key 4 from the output voltages U, and phase-shifting circuit 2 (we denote it by O *), which goes through a zero value (in a certain direction, for example, from a negative region to a positive one) in the first half-cycle of the supply voltage. in order to voltage was V * has passed through the zero value in the received direction is in the first half cycle of voltage V _n power at the time of transition through zero in the same direction as the latter, it must be negative phase. This fact is used to identify V * skhe5 of durable yarn Nij .

напряжение 1)_и мой, содержащей формирователи 10 и 11, логические элементы 7,8,15 и 16 и триггеры 12 и 13.voltage 1) _and mine, containing shapers 10 and 11, logic elements 7,8,15 and 16 and triggers 12 and 13.

Формирователи 10 и 11 формируют импульсы (фиг. 2а,2 и 3), соответствующие отрицательной полуволне выходных напряжений V₂ и V, фазосдвигающей цепи 2 и равные ности полупериоду этих Пусть в момент времени t_Y перехода через нулевое значение питания (фиг.2а_? 1) имеется импульс (точнее потенциал высокого уровня) на выходе формирователя 10 (фиг.2а,2) Это значит, что напряжение Vi фазосдвигающей цепи 2 имеет отрицательный знак фазы и в первом полупериоде напряжения U_n питания должно перейти через нулевое значение (фиг.2а, 1).Formers 10 and 11 are formed pulses (Fig. 2a, 2 and 3) corresponding to the negative half-wave of the output voltages V ₂ and V, the phase-shifting circuit 2 and a half period equal NOSTA these Suppose at time t _Y crossing the zero value of the power _(2a? 1) there is a pulse (more precisely, a high level potential) at the output of the former 10 (Fig. 2a, 2) This means that the voltage Vi of the phase-shifting circuit 2 has a negative phase sign and in the first half-cycle of the supply voltage U _n must go through a zero value (Fig. 2a, 1).

Первый импульс компаратора 6 в момент времени ц (фиг.2а, 6) перебросит триггер 9 в исходное состояние, который разомкнет ключ 3, пройдет через логический элемент 7, перебросит триггер 12 в состояние 1, который замкнет ключ 4 для поступления напряжения U₂ на вход компаратора 6. Когда последний в момент времени t₂, соответствующий переходу через нулевое значение напряжения U₂ (фиг.2а, 1), сработает, импульс с его выхода (фиг. 2а, 6) элемент 15 перебросит (фиг. 2а, 7) пройдет через логический И его , в результате чего ключ 4 размыкается, отключая напряжение . U* = V₂ от компаратора 6 и возвращая схему преобразователя в исходное 35 состояние, которое не изменится с приходом импульса с выхода другого формирователя 11 (фиг. 2а, 3).The first pulse of the comparator 6 at time t (figa, 6) will transfer the trigger 9 to its original state, which will open the key 3, will pass through the logic element 7, will transfer the trigger 12 to state 1, which will close the key 4 for voltage U ₂ to the input of the comparator 6. When the latter at time t ₂ , corresponding to the transition through the zero voltage value U ₂ (figa, 1), will work, the pulse from its output (Fig. 2a, 6) element 15 will transfer (Fig. 2a, 7 ) will go through the logical And it, as a result of which the key 4 opens, disconnecting the voltage. U * = V ₂ from comparator 6 and returning the converter circuit to the initial 35 state, which will not change with the arrival of a pulse from the output of another former 11 (Fig. 2a, 3).

Допустим теперь, что в момент времени перехода через нулевое значение напряжения V_n питания (фиг. 26, 1) имеется потенциал высокого уровня на выходе формирователя 11 (фиг. 26,2). Это значит, что напряжение фазосдвигающей, цепи 2 имеет отрицательный знак фазы и в первом полупериоде напряжения питания должно перейти через нулевое значение (фиг. 26, 1). Последовательность операций при этом аналогична рассмотренной выше. Первый импульс компаратора 6, сработавшего в момент времени t₄ (фиг.26,а, б) пройдет через открытый логический элемент И 8 на триггер 13 и установит его в положение 1 (фиг.2б, 7), пройдет на триггер 9 и перебросит его в исходное положение (фиг. 26, 5). В результате чего ключ 3 закроется, а ключ 5 замкнется и напряжение V, подключается к компаратору 6. Когда последний в момент времени t₂ , соответствующий переходу через нулевое значение напряжения (/-< (фиг.2б, 1) , сработает, импульс с его выхода (фиг.26,6) пройдет через логический элемент 16 И 65 на триггер 12 и в исходное положениеSuppose now that at the time of transition through the zero value of the supply voltage V _n (Fig. 26, 1) there is a high level potential at the output of the former 11 (Fig. 26.2). This means that the phase-shifting voltage of circuit 2 has a negative phase sign and in the first half-cycle of the supply voltage must go through a zero value (Fig. 26, 1). The sequence of operations is similar to that considered above. The first pulse of the comparator 6, triggered at time t ₄ (Fig. 26, a, b) will pass through the open logic element And 8 to the trigger 13 and set it to position 1 (Fig.2b, 7), will go to the trigger 9 and transfer it to its original position (Fig. 26, 5). As a result, the key 3 is closed, and the key 5 is closed and the voltage V is connected to the comparator 6. When the latter at time t ₂ , corresponding to the transition through the zero voltage value (/ - <(fig.2b, 1), it will work, the pulse with its output (Fig.26.6) will go through the logic element 16 AND 65 to the trigger 12 and to its original position

26, ,7). В ре этого ключ 5_ разомкнется, = от ком6 и возвращая схему преобрав исходное состояние, кото15 на триггер, 13 и перебросит его в исходное положение (фиг. 26, ,7) . В результате ___ отключая напряжение V* паратора зователя рое не изменится с приходом импульса с выхода другого формирователя 10 .'(фиг. 26, 3).26, 7). In this mode, the key 5_ will open, = from com6 and returning the circuit, having returned to the initial state, which is 15 on the trigger, 13 and will transfer it to its original position (Fig. 26, 7). As a result, ___ disconnecting the voltage V * of the parator of the caller swarm does not change with the arrival of a pulse from the output of another shaper 10. '(Fig. 26, 3).

Тот или иной временной интервал (с выхода триггера 12 или 13) независимости от состояния формирователей 10 и 11 в момент времени , соответствующий переходу через нулевое значение напряжения V_n питания через логический элемент 17 ИЛИ подается на логический элемент 18 И, который пропускает тактовые импульсы генератора 19 на счетчик 20 в течение времени, равного длительности этого интервала (фиг. 2а, 8; фиг. 26, 8). В результате в счетчике формируется КОД, ПрОПОрЦИОНаЛЬНЫЙA particular time interval (from the output of trigger 12 or 13) is independent of the condition of the drivers 10 and 11 at a time corresponding to the transition through a zero value of the supply voltage V _n through the logic element 17 OR is fed to the logic element 18 AND, which passes the generator clock pulses 19 to the counter 20 for a time equal to the duration of this interval (Figs. 2a, 8; Figs. 26, 8). As a result, a CODE PROPORTIONAL is generated in the counter

т.е. разности фаз между напряжениями 0Г_п и V* = Ц(и₂). Если принять, чтоthose. the phase difference between the voltages 0G _p and V * = C (and ₂ ). If you accept that

U-I - к V Ш 5<И (хЛ - Ψ );U-I - to V W 5 <And (xL - Ψ);

Ui= kv_w Stu (wt-4>), «0 то для получения взаимнооднозначного соответствия между углом поворота Q и цифровым кодом, его отображающим, последний должен быть переписан в выходной регистр (на фиг. 1 не показан) в прямой (0 фиг. 26). или инверсный ( ϊΓ«ψ^21Γ ) форме. Этой цели служит преобразователь 14 кода,управляемый выходными импульсами логических элементов И 15 и 16.Ui = kv _w Stu (wt-4>), “0 then, in order to obtain a one-to-one correspondence between the angle of rotation Q and the digital code that displays it, the latter must be rewritten in the output register (not shown in FIG. 1) in a straight line (0 in FIG. . 26). or inverse (ϊΓ «ψ ^ 21Γ) form. This is the purpose of the code converter 14, controlled by the output pulses of the logical elements And 15 and 16.

Таким образом, в предлагаемом устройстве, построенном по схеме с одним компаратором, исключается влияние на результат преобразования угла поворота в код погрешности от неидентичности (неравенства и нестабильности порогов срабатывания) компараторов, за счет чего увеличивается примерно в 1,4 раза точность измерения, т.е. достигается положительный эффект, указанный в качестве цели изобретения.Thus, in the proposed device, constructed according to the scheme with one comparator, the influence of the error on the non-identity (inequality and instability of the thresholds) of the comparators on the result of converting the angle of rotation into the code is eliminated, thereby increasing the measurement accuracy by about 1.4 times, t. e. a positive effect is achieved, indicated as a goal of the invention.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 334583, кл. G 08 С 9/04, 1970.1. USSR author's certificate 334583, cl. G 08 C 9/04, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 607247, кл. G 08 С 9/00, 1975 (прототип),2. USSR author's certificate number 607247, cl. G 08 C 9/00, 1975 (prototype),