SU842894A1

SU842894A1 - Shaft angular position-to-code converter

Info

Publication number: SU842894A1
Application number: SU792725815A
Authority: SU
Inventors: Альберт Константинович Смирнов; Игорь Павлович Глаголев
Original assignee: Предприятие П/Я А-1001
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1981-06-30

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может; бь!ть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.The invention relates to automation and computer technology and can; It is used to connect analog information sources with a digital computing device.

Одни из известных преобразователей ⁵угла поворота вала в код содержат генератор импульсов, подключенный, через блок питания к фазовращателю, выходы которого через первый и второй компараторы подключены к измерителю мгновенных значений временных интервалов, третий вход которого соединен с генератором импульсов 11 3,One of the known converters ^{5 of the} angle of rotation of the shaft into a code contains a pulse generator connected, through a power supply unit, to a phase shifter, the outputs of which through the first and second comparators are connected to a meter of instantaneous values of time intervals, the third input of which is connected to a pulse generator 11 3,

Недостаток таких преобразователей низкая разрешающая способность и точность, вызванная влиянием внешних*и внутренних помех,The disadvantage of such converters is low resolution and accuracy caused by the influence of external * and internal interference,

В Другом известном преобразователе фазовращатель на основе параметрического преобразователя угла с вращающимся модулятором через первый и второй компараторы подключены к измерителю временных интервалов интегрирующего типа [21.In another known converter, a phase shifter based on a parametric angle converter with a rotating modulator is connected to the integrating type time interval meter through the first and second comparators [21.

Недостатком данного преобразователя является значительная случайная погрешность, вызванная мгновенной нестабильностью сдвига фаз выходных сигналов фазовращателя.The disadvantage of this converter is a significant random error caused by the instantaneous instability of the phase shift of the output signals of the phase shifter.

Наиболее близок к предлагаемому преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, подключенный через блок питания к фазовращателю, выходы которого подключены к Одним входам первого и второго компараторов, а !выходы компараторов подключены к измерителю’«временных интервалов интегрирующего типа, третий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, . Блок питания такого преобразователя состоит из последовательно соединенных , делителя- частоты и фильтра. Выход делителя частоты’через дополнительный делитель частоты подключен к формирователю пилообразClosest to the proposed converter is the angle of rotation of the shaft into a code containing a pulse generator connected through a power supply to a phase shifter, the outputs of which are connected to one input of the first and second comparators, and the outputs of the comparators are connected to a meter of integrating-type time intervals, the third input of which connected to the output of the pulse generator,. The power supply unit of such a converter consists of a series-connected, frequency divider and filter. The output of the frequency divider’s through an additional frequency divider is connected to the saw former

842894 4 ного напряжения, выход которого подключен к другим входам компараторов f 3].842894 4 voltage, the output of which is connected to other inputs of the comparators f 3].

Недостаток этого преобразователя погрешность, вызванная нелинейностью формирователя пилообразного напряже- ₅ния и изменением его опорного напряжения относительно выходного напряжения фазовращателя.The disadvantage of this converter is the error caused by the nonlinearity of the sawtooth voltage shaper ₅ and a change in its reference voltage relative to the output voltage of the phase shifter.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя угла, поворота ва- ю ла в код.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the angle transducer, turning the shaft into a code.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота, вала в код, содержащий генератор импульсов, подключенный через блок пита- 15 ния к фазовращателю, выходы которого подключены к одним входам первого и второго компараторов, а выходы компараторов подключены к измерителю временных интервалов, третий вход которо-20 го соединен с выходом генератора импульсов, введены выпрямитель и преобразователь кода в напряжение, один из выходов фазовращателя через выпрямитель подключен к одному входу пре- 25 образователя кода в напряжение, другой вход которого соединен с выходом измерителя временных интервалов, а выход преобразователя кода в напряжение подключен к другим входам компа- зо раТоров.This goal is achieved by the fact that the angle of rotation of the shaft into a code containing a pulse generator connected through a power supply 15 to the phase shifter, the outputs of which are connected to one input of the first and second comparators, and the outputs of the comparators are connected to a time interval meter, the third the input of the 20th is connected to the output of the pulse generator, a rectifier and a code-to-voltage converter are introduced, one of the phase shifter outputs is connected through a rectifier to one input of the code converter 25 e, the other input of which is connected to the output of the time interval meter, and the output of the code-to-voltage converter is connected to other inputs of the Comparators.

Структурная схема преобразователя представлена на чертеже.The block diagram of the Converter shown in the drawing.

Преобразователь угла поворота ва- ₃₅ла в код содержит генератор I импульсов , подключенный через блок 2 питания к фазовращателю 3, выходы которого подключены к одним входам первого и второго компараторов 4 и 5, выходы ₄θ компараторов 4 и 5 подключены к измерителю 6 временных интервалов интегрирующего типа, третий вход которого соединен с выходом генератора 1 импульсов. Измеритель 6 временных инте-_4Jрвалов содержит элементы И 7 и 8, одни входы которых соединены с выходами компараторов 4 и 5, а выходы подключены к единичным входам триггеров 9 и 10,. выходы триггеров 9 и 10 через _J0элементы И 11 и 12, третий вход которых соединен с выходом генератора Г импульсов, подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 13, выход которого через дешифра- $$ тор 14 подключен к одному входу элемента И 15. Источник 16 команды Пуск подключен к единичным входам триггеров' 17 и 18, Единичный выход тригге ра 17 подключен к другому входу элемента И 15, выход которого подключен к нулевым входам триггеров 9 и 10 и реверсивного счетчика 13. Единичный выход триггера 18 подключен к другим входам элементов И7 и 8. Входы элемента И 19 соединены с выходами триггеров 9 и 10, а выход подключен к нулевым входам триггеров 9, 10 и 17 и через счетчик 20 ‘к нулевому входу триггера 18, Выходы разрядов счетчика 20 подкючены к входам^преобразователяблока 21 кода, в напряжение, вход опорного сигнала которого через выпрямитель 22 соединен с одним из выходов фазовращателя 3, а выход подключен к другим входам компараторов 4 и 5.The converter of the angle of rotation of the shaft ₃₅ to the code contains an I pulse generator connected through a power supply unit 2 to a phase shifter 3, the outputs of which are connected to one inputs of the first and second comparators 4 and 5, the outputs ₄ θ of the comparators 4 and 5 are connected to the meter 6 time intervals integrating type, the third input of which is connected to the output of the pulse generator 1. The measuring instrument 6 of temporary _4J interruptions contains elements And 7 and 8, one of the inputs of which are connected to the outputs of the comparators 4 and 5, and the outputs are connected to the unit inputs of the triggers 9 and 10 ,. the outputs of triggers 9 and 10 through _{J0 are the} elements 11 and 12, the third input of which is connected to the output of the generator G pulses, connected to the inputs of addition and subtraction of the reverse counter 13, the output of which through the decoder $$ torus 14 is connected to one input of the element And 15. The source 16 of the Start command is connected to the single inputs of the triggers' 17 and 18, The single output of the trigger 17 is connected to another input of the And 15 element, the output of which is connected to the zero inputs of the triggers 9 and 10 and the reverse counter 13. The single output of the trigger 18 is connected to other inputs elements I7 and 8. Input The sockets of the And 19 element are connected to the outputs of the triggers 9 and 10, and the output is connected to the zero inputs of the triggers 9, 10 and 17 and through the counter 20 'to the zero input of the trigger 18, The outputs of the bits of the counter 20 are connected to the inputs ^ of the code block 21 transducer, in voltage, the input of the reference signal through a rectifier 22 is connected to one of the outputs of the phase shifter 3, and the output is connected to other inputs of the comparators 4 and 5.

Работа преобразователя заключается в следующем.The operation of the converter is as follows.

На выходе генератора 1 формируется непрерывная последовательность высокочастотных импульсов. В блоке 2 путем деления частоты формируются низ-, кочастотные сигналь!, из которых выделяется первая гармоническая составляющая, использующаяся для питания фазовращателя 3 гониометрического типа. На выходе фазовращателя 3 формируются два синусоидальных сигнала, сдвинутые по фазе на угол, пропорциональный ' углу поворота фазовращателя 3. Навыходах компараторов 4 и 5 формируются периодические последовательности старт-и стоп-импульсов. При отсутствии наводок в фазовращателе, а также в его входных цепях положение старт- и стоп-импульсов относительно импульсов генератора 1 весьма стабильно.At the output of the generator 1, a continuous sequence of high-frequency pulses is formed. In block 2, by dividing the frequency, the low- frequency signal is formed !, from which the first harmonic component is extracted, which is used to power the phase shifter 3 of goniometric type. At the output of the phase shifter 3, two sinusoidal signals are generated, phase shifted by an angle proportional to the angle of rotation of the phase shifter 3. On the outputs of the comparators 4 and 5, periodic sequences of start and stop pulses are formed. In the absence of interference in the phase shifter, as well as in its input circuits, the position of the start and stop pulses relative to the pulses of the generator 1 is very stable.

По сигналу ’’Пуск производится установка триггеров 17 и в состояний 1.. открываются элементы И 7 и 8, пропуская выходные сигналы компараторов 4 и 5 · на единичные входы триггеров 9 и10. Если первым после Сигнала Пуск приходит старт-импульс, то открывается элемент И 12, пропуская импульсы генератора 1 на вход сложения реверсивного счетчика 13 до момента поступления стоп-импульса, который, производя установку триггера 10 в состояние 1”, закрывает элемент И 12 и открывает элемент И 19. Фронт выходного сигнала элемента м 19 с некоторой задержкой устанавливает триггеры 9 и 10 в состояние О’*. При этом содержимое счетчика 20 увеличивается на единицу.At the signal ’’ Start, the triggers 17 are installed and in states 1 .. the elements 7 and 8 open, passing the output signals of the comparators 4 and 5 · to the unit inputs of the triggers 9 and 10. If the start pulse is the first after the Start signal, then the And 12 element opens, passing the pulses of the generator 1 to the addition input of the reverse counter 13 until the stop pulse arrives, which, by setting the trigger 10 to the 1 ”state, closes the And 12 element and opens element And 19. The front of the output signal of the element m 19 with some delay sets the triggers 9 and 10 in the state O '*. In this case, the contents of the counter 20 are increased by one.

Если первым приходом стоп-импульс, то открывается элемент ИИ, а импульIf the first arrival is a stop pulse, then the AI element opens, and the pulse

842894 4 сы генератора 1 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 13 до мо· момента поступления старт-импульса. При этом .содержимое счетчика 20 также увеличивается на единицу. С прихо- ₅дом следующих старт- и стоп-импульсов к содержимому реверсивного счетчика 13 добавляется очередная пачка импульсов с выходом элементов И 12 или И 11, а к содержимому счетчика 20 добавляет-;о ся единица. Так продолжается до переполнения счетчика 20, после чего триггер 18 устанавливается в состояние О, закрывая элементы Й 7 и 8. Цикл, измерений заканчивается. Выходной ;$ код счетчика 20 поступает на вход блока 21. После сложения каждой очередной пачки импульсов на реверсивном I счетчике 13 выходное напряжение блока изменяется на один дискрет, изменяя^ пороги срабатывания компараторов 4 и842894 4 sys of the generator 1 are fed to the subtraction input of the reverse counter 13 until the moment of the start pulse arrival. In this case, the content of the counter 20 also increases by one. With the arrival of the next ₅ start and stop pulses, the next packet of pulses with the output of the elements And 12 or And 11 is added to the contents of the reverse counter 13, and one is added to the contents of the counter 20. This continues until the counter 20 is overflowed, after which the trigger 18 is set to state O, closing elements Y 7 and 8. The cycle of measurements ends. Output; $ code of the counter 20 goes to the input of block 21. After adding each next burst of pulses to the reverse I counter 13, the output voltage of the block changes by one discrete, changing ^ the thresholds of the comparators 4 and

5. В результате производится дискретное смещение старт- и стоп-импульсов относительно импульсов генератора 1. Величина дискрета изменения выходного 25 напряжения блока 21 выбирается таким Образом, чтобы величина смещения старт· и стоп-импульсов за время заполнения счетчика 20 составила один период генератора 1. Выпрямитель 22 форми- зо рует опорное напряжение блока 21 из одного из выходных сигналов фазовращателя 3 для исключения влияния взаимного изменения опорного напряжения блока 21 и выходного напряжения фазо- 35 вращателя 3 в процессе эксплуатации преобразователя.5. The result is a discrete shift of the start and stop pulses relative to the pulses of the generator 1. The discrete value of the change in the output 25 voltage of the block 21 is selected in such a way that the offset of the start · and stop pulses during the filling of the counter 20 is one period of the generator 1. The rectifier 22 forms the reference voltage of the block 21 from one of the output signals of the phase shifter 3 to eliminate the influence of mutual changes in the reference voltage of the block 21 and the output voltage of the phase 35 rotator 3 during operation atation of the converter.

Выходы разрядов реверсивного счетчика 13 подключены к дешифратору 14, на выходе которого формируется сигнал, когда содержимое реверсивного счетчика превышает половину полного значения сдвига фаз выходных сигналов фазовращателя 3, Этот сигнал необходим для _<5анализа длительности временного интервала в начале каждого цикла измерений. Если первый после сигнала Пуск временной интервал между старт- и стопимпульсами превышает половину полного значения фазы, то выходной сигнал элемента И 15 производит установку ре-» версивйого счетчика 13, триггеров 9 и 10 в 0, а содержимое счетчика 20 остается нулевым. При этом следующий * $$ после выходного сигнала элемента И 15 временной интервал обязательно будет·· меньше половины полного значения фазы. Первый входной импульс счетчика 20 производит установку триггера 17 в 0}' закрывая элемент И 15.The outputs of the discharges of the reversible counter 13 are connected to a decoder 14, at the output of which a signal is generated when the contents of the reversible counter exceeds half the total phase shift of the output signals of the phase shifter 3. This signal is necessary for _<5 analysis of the length of the time interval at the beginning of each measurement cycle. If the first time interval between the start and stop pulses after the Start signal exceeds half the full value of the phase, then the output signal of the And 15 element sets the counter counter 13, the triggers 9 and 10 to 0, and the contents of the counter 20 remain zero. In this case, the next * $$ after the output signal of AND element 15, the time interval will necessarily be ·· less than half of the total phase value. The first input pulse of the counter 20 sets the trigger 17 to 0} 'closing the element And 15.

Таким образом, суммирование временных интервалов всегда начинается со · значения, меньшего половины полного значения фазы. Если временной интервал от старт- до стоп-импульса в начале измерений больше половины полного значения фазы, то до момента перехода через полное значение фазы временные интервалы от стоп- до старт-импульсов вычитаются из общей суммы. После перехода через значение фазы (движение в сторону увеличения кода) временные интервалы суммируются. Если временной интервал от старт- до стоп-импульса в начале ” цикла измерений меньше половины пол- . ного значения фазы, то до момента перехода временные интервалы от стартдо стоп-импульсов суммируются, а поеле перехода!через полное значение фазы ( движение в сторону уменьшения кода) временные интервалы от стоп- до старт-импульсов вычитаются.Thus, the summation of time intervals always begins with a value less than half the total phase value. If the time interval from the start-to-stop pulse at the beginning of the measurements is more than half of the total phase value, then until the moment of transition through the full phase value the time intervals from stop-to-start pulses are subtracted from the total. After passing through the phase value (moving towards the code increase), the time intervals are added up. If the time interval from start to stop pulse at the beginning of the measurement cycle is less than half a half. phase, before the transition, the time intervals from the start to stop pulses are summed, and after the transition! through the full phase value (moving towards decreasing the code), the time intervals from stop to start pulses are subtracted.

Введение блока 21 преобразования кода в напряжение и выпрямителя 22 для формирования опорного напряжения блока 21 с соответствующими связями повышает точность работы предлагаемого преобразователя по сравнению с другими известными преобразователями того же типа.The introduction of the block 21 converting the code into voltage and the rectifier 22 to form the reference voltage of the block 21 with the corresponding connections increases the accuracy of the proposed converter compared to other known converters of the same type.

Claims

The image is related to automation and computer technology and can be used to connect analog information sources with a digital calculator. Some of the known converters of the angle of rotation of the shaft into the code contain a generator of pulses connected via a power supply unit to the phase shifter, the outputs of which through the first and second comparators are connected to a meter of instantaneous values of time intervals, the third input of which is connected to the pulse generator tl. The lack of such converters is “low resolving the ability and accuracy caused by the influence of external and internal interference. In another known converter, a phase shifter based on a parametric angle converter with a rotating modulator is connected via a first and a second comparators to an integrating type time meter t23. The disadvantage of this converter is a random error caused by instantaneous instability phase shift output signals of the phase shifter. Closest to the proposed shaft rotation angle converter into a code containing a pulse generator connected through a pairing unit to a phase shifter, the outputs of which are connected to one input of the first and second comparators, and the Comparators VELCodes are connected to an integrating type time meter, the third input is connected to the output He; pulse generator. The power supply converter unit consists of series-connected, the divider - frequency and filter. The output of the frequency divider is connected via an additional frequency divider to the sawtooth driver, the output of which is connected to the other inputs of the comparators f ЗЗ The disadvantage of this converter is the error caused by the nonlinearity of the sawtooth generator and a change in its reference voltage relative to the output voltage of the phase sweeper 1Я1 Chain invented improving the accuracy of the angle converter; turning the shaft into a code; the goal is achieved by the fact that the angle of rotation, the shaft into the code, An impulse generator connected via a power supply unit to a phase shifter, the outputs of which are connected to one input of the first and second comparators, and the outputs of the comparators connected to a time interval meter, the third input of which is connected to the output of the pulse generator, is entered into the rectifier and converter code voltage, one of the outputs of the phase shifter through the rectifier is connected to one input of the converter of the code to the voltage, the other input of which is connected to the output of the time interval meter, and the output The code user in the voltage is connected to the other inputs of the comparator. The block diagram of the converter is represented in the drawing. The shaft rotation angle-to-code converter contains a generator of 1 pulses connected via power supply unit 2 to a phase shifter 3, the outputs of which are connected to one input of the first second comparators 4 and 5, the outputs of comparators 4 and 5 are connected to a meter of 6 integrating time intervals, the third input of which is connected to the output of the pulse generator 1. Gauge 6 time intervap contains elements And 7 and 8, one inputs of which are connected to the outputs of Comparators 4 and 5, and outputs are connected to single inputs of flip-flops 9 and 10, outputs of flip-flops 9 and 10, and elements 11 and 12, the third input of which is connected with the generator output G pulses connected to the inputs of the addition and subtraction of the reversible counter 13, the output of which through the decoder 14 is connected to one input element And 15. The source 16 of the Start command is connected to the single inputs of the trigger 17 and 18. The unit output trigger I7 is connected to another entrance u And 15, the output of which is connected to the zero inputs of the flip-flops 9 and 10 and the reversing counter 13. The single output of the flip-flop 18 is connected to other inputs of the I7 and 8 elements. The inputs of the And 19 element are connected to the outputs of the flip-flops 9 and 10, and the output is connected to the zero inputs flip-flops 9, 10 and 17 and through the counter 20 to the zero input of the trigger 18. The discharge bits of the counter 20 are connected to the input converter of the code block 21, to a voltage whose reference signal input through the rectifier 22 is connected to one of the outputs of the phase shifter 3, and the output connected to other comp inputs tors 4 and 5. Operation of the transducer is as follows. At the output of Generator I, a continuous sequence of high-frequency pulses is generated. In block 2, by dividing the frequency, a low-frequency signal is formed, from which the first harmonic component is extracted, which is used to power a goniometric type phase shifter 3. The output of the phase shifter 3 generates two sinusoidal signals shifted in phase by an angle: proportional to the angle of rotation of the phase shifter 3. At the outputs of comparators 4 and 5, periodic sequences of start and stop pulses are formed. In the absence of interference in the phase rotator, as well as in. its input circuit position of the start and stop pulses relative to the pulses of the generator 1 is very stable. , On the Start signal, the installation of the triggers 17 and in the state 1 ,. elements 7 and 8 are opened, the outputs of the comparators 4 and 5 / are passed to the single inputs of the trigger 9 AND; 10. If the start-impulse arrives first after the Start signal, element I 12 opens, the generator I pulses are passed to the input of the addition of the reversible counter 13 until a stop pulse arrives, which, after setting the trigger 10 to State I, closes the AND 12 element and opens element AND 19. The front of the output signal of element AND 19 with some delay sets the triggers 9 and 10 to the state O. At the same time, the contents of counter 20 are incremented by one. If the first arrival is a stop pulse, the AND 1I element opens, and the generator 1 pulses are fed to the subtraction input of the reversible counter 13 until the start-pulse moment arrives. In doing so, the content of the counter 20 is also increased by one. With the arrival of the next start and stop pulses, the next batch of pulses is added to the contents of the reversible counter 13 with the output of the elements 12 and 11 and 11 and the contents of the counter 20 are added with one. This continues until counter overflow 20, after which the trigger ger 18 is set to state O, closing elements 7 and 8. The measurement cycle ends. The output code of counter 20 is fed to the input of block 21. After the addition of each successive burst of pulses on the reverse (counter I3, the output voltage of block 21 is changed by one discrete, the thresholds of the comparators 4 and 5 are changed. As a result, the start and stop pulses relative to pulses of the generator 1. The magnitude of the discrete change in the output voltage of the block 21 is chosen so that the magnitude of the displacement of the old and the stop pulses during the filling of the counter 20 constitutes one period of the generator 1. The rectifier 22 forms the reference voltage of the block 21 from one of the output signals of the phase shifter 3 to eliminate the influence of the mutual change of the reference voltage of the block 21 and the output voltage of the phase shifter 3 during converter operation. The outputs of the bits of the reversible counter 13 are connected to the decoder 14, the output of which a signal is generated when the contents of the reversible counter exceeds half the total value of the phase shift of the output signals of the phase shifter 3, This signal is necessary for analyzing the duration of the time interval in Achal each measurement cycle if the first start signal after the time interval between the start and stopimpulsami prevppaet half of the total phase value, the output signal of AND gate 15 produces installation versivyogo D counter 13, flip-flops 9 and 10 in D, and the contents of the counter 20 remains zero. In this case, the next time interval after the output signal of element 15 will necessarily be less than half the full value of the phase. The first input pulse of the counter 20 sets the trigger 17 to the OJ closing element And 15. Thus, the summation of time intervals always starts with a value less than half the full value of the phase. If the time interval from the start-to-stop pulse at the beginning of the measurement is more than half the full value of the phase, then until the moment of transition through the full value of the phase, the time intervals from stop-to-start-pulses are subtracted from the total. After passing through the phase value (upward movement of the code), the time intervals are summed. If the time interval from start to stop pulse at the beginning of the measurement cycle is less than half a half. value of the phase, then until the transition time, the time intervals from the start to the stop pulses are summed, and the transition is barely passing) through the full phase value (moving in the direction of decreasing the code) the time intervals from to the start-pulses are subtracted. Introducing the code-to-voltage block 21 and rectifier 22 to form the reference voltage of block 21 with appropriate connections improves the accuracy of the proposed converter compared to other known converters of the same type. Claims of the shaft rotation angle converter into a code containing a pulse generator connected via a power supply unit to a phase shifter, the outputs of which are connected to one input of the first and second comparators, and the outputs of the comparators are connected to a time interval meter, the third input of which is connected to the output of the pulse generator, characterized in that, in order to increase the accuracy of the converter, a rectifier and a code-to-voltage converter are inserted into it, one of the outputs of the phase shifter is connected via a rectifier to one input of the code-to-voltage converter, the other input of which is connected to the output of the time interval meter, and the output of the code-to-voltage converter is connected to other inputs of the comparators. Information sources taken into account in examination 1, US Patent 3505669, class, 340-347 publish 1970.

2.Ahmetzhanov A.A. and others. Electric kanichesky angle converters with electrical reduction. M., Energie 1978, p. 187, rice, 6.5.

3. Akhmetzhanov A.A. Electromechanical angle transducers with electrical reduction. Energy, M., 1978, p. 181, rice, 62.