RU1771069C - Способ измерени угла поворота вала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным комплексом. С целью упрощени  способа и расширени  диапазона допустимого рассогласовани  отсчетов в способе измерени  угла поворота вала, основанном на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихс  отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого текущего значени  дл  всех отсчетов, начина  с двух старших, путем сравнени  младшей части единого значени  предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним i младшего отсчета, коррекции по результатам сравнени  старший части единого значени  предыдущих 1-1 старших отсчетов, формировани  единого текущего значени  I отсчетов из скорректированной части и полного значени  соседнего I младшего отсчета, перед формированием текущих значений угла определ ют в произвольном угловом положении значени  угла в каждом отсчете, смещают значени  угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрыти  младшего и соседнего с ним старшего отсчетов, определ ют поправку в виде рассогласовани  между младшей частью каждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значени  угла в соседнем младшем отсчете , запоминают значени  поправки дл  соседних отсчетов, при формировании единого текущего значени  i отсчетов вычитают запомненную поправку дл  I и 1-1 отсчетов из единого значени  1-1 отсчетов. 3 ил. (Л С ч vj

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  св зи источников аналоговой информации с цифровым вычислительным комплексом (ЦВК).

Известен способ измерени  угла пово- рота вала, в котором устанавливают вал в нулевое положение и определ ют нулевые значени  грубого и точного отсчетов, вычисл ют поправку грубого отсчета в виде дополнени  нулевого дискретного значени 

грубого отсчета до максимального дискретного значени  грубого отсчета, которую запоминают , вычисл ют поправку точного отсчета в виде дискретного значени  смещенной на четверть шкалы точного отсчета суммы нулевого значени  точного отсчета и дополнени  нулевого дискретного значени  грубого отсчета до нулевого значени  грубого отсчета, которую запоминают, вычислют поправку согласованного отсчета в виде дискретного значени  разности между четверо о о

тью шкалы точного отсчета и дополнением нулевого дискретного значени  грубого отсчета до нулевого значени  грубого отсчета, которую запоминают, текущие дискретные значени  грубого и точного отсчетов суммируют с запомненными поправками грубого и точного отсчетов соответственно, при нулевых значени х старшего разр да точного отсчета и согласующего разр да грубого отсчета , суммарное значение грубого отсчета увеличивают на единицу, а выходной код формируют путем суммировани  скорректированного кода грубого отсчета, суммарного кода точного отсчета с запомненной поправкой согласующего отсчета. Недостатком известного способа  вл етс  его сложность, вызванна  необходимостью устанавливать вал в нулевое положение дл  определени  поправок, необходимостью измерени  нулевого значени  грубого отсчета с меньшей дискретностью, чем при измерении текущих значений, большим количеством поправок и сложностью их вычислени , сложностью формировани  текущих значений выходного кода, а также малым диапазоном допустимого рассогласовани  отсчетов, что вызвано использованием одного согласующего разр да, Известный способ сложен в реализации, поскольку требует дополнительные средства дл  определени  нулевого значени  грубого отсчета с малой дискретностью, дополнительные средства дл  вычислени  поправок и дополнительные блоки дл  их хранени .

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  способ измерени  угла поворота вала, основанный на независимом формировании значений угла в нескольких частично перекрывающихс  отсчетах, последовательном формировании единого текущего значени  дл  всех отсчетов, начина  с двух старших, путем сравнени  младшей части единого значени  предыдущих 1-1 старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним 1 младшего отсчета, коррекции по результатам сравнений старшей части единого значени  предыдущих И старших отсчетов, формировании единого текущего значени  i отсчетов из скорректированной части и полного значени  соседнего I младшего отсчета, при этом производитс  механическа  юстировка отсчетов , в процессе которой каждый последующий грубый отсчет сдвигаетс  относительно соседнего точного отсчета на половину зоны перекрыти  младшего и соседнего с ним старшего отсчетов (2). Недостатком такого способа  вл етс  сложность, вызванна  необходимостью предварительной взаимной юстировки отсчетов, а также малый диапазон допустимого рассогласовани  отсчетов из-за погрешностей юстировки .

Цель изобретени  - упрощение и расширение диапазона допустимого рассогласовани  отсчетов путем исключени  предварительной взаимной юстировки отсчетов .

Структурные схемы двух возможных устройств дл  осуществлени  способа представлены на фиг. 1,2; на фиг.З представлена структурна  схема управл емого сумматора .

Устройство (фиг. 1) содержит преобразователи 1, 2 и 3 угла поворота вала в код, частично перекрывающихс  соответственно первого, второго и третьего отсчетов, сумматоры 4...7, блоки 8, 9 пам ти, сумматоры ТО...15, кодовые шины 16 и 17 смещени . Устройство (фиг.2) содержит датчики 1, 2 и 3 перемещений, управл емые сумматоры 4- 7, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 8-10, усилители 11, 12, сумматоры 13

и 14, компараторы 15 и 16, блоки 17 и 18 пам ти, ключи 19 и 20, цифровые сумматоры 21 и 22, шины 23 и 24 смещени , шину 25 управлени , выходные шины 26, 27 и 28. Управл емый сумматор (фиг.З) содержит

многовходовой аналоговый сумматор 29. компаратор 30, ключ 31,

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Преобразователи 1, 2 и 3 преобразуют

угол поворота вала е трехотсчетный код NI, N2, N3. При этом щ младших согласующих разр дов кода NI с некоторым смещением по углу повтор ют ги старших разр дов кода NZ, а П2 младших согласующих разр дов кода N2 с другим смещением по углу повтор ют nz старших разр дов кода N3. В произвольном угловом положении вала в сумматоре 4 суммируют значени  Nao угла с кодом Мсм1, соответствующим половине зоны перекрыти  отсчетов преобразователей 1 и 2, а в сумматоре 5 суммируют значение NSO угла с кодом МСм2, соответствующим половине зоны перекрыти  отсчетов преобразователей 2 и 3. Коды Мсм1 и 1МСм2

определ ютс  по формулам:

- 1 2п2 - 1 Newt g NcM2

В результате в сумматорах 4 и 5 формируют смещенные коды Маем и Ызсм соответ- ственно: №см №(гМСм1, NSCM Мзо-Мзсм2. Знаки кодов №см и Мзсм маскируют (не учитывают ).

В сумматоре 6 определ ют поправку ДМ 12 в виде рассогласовани  между кодом

NiMo, соответствующим младшей части (щ младших согласующих разр дов) кода NIO, и кодом N2co. соответствующим старшей части (ni старших согласующих разр дов) зна- чени  угла №см в соседнем младшем отсчете, полученном в результате суммировани  в сумматоре 4,

В сумматоре 7 определ ют поправку Д№з в виде рассогласовани  между кодом №мо, соответствующим младшей части (па младших согласующих разр дов) кода N20. и кодом Ызсо, соответствующим старшей части ( старших согласующих разр дов) значени  угла №см. Поправки дл  соседних отсчетов

ANl2 NlMO-N2co; AN23 №мО - №со,

полученные в сумматорах б и 7, запоминают в блоках 8 и 9 соответственно. Знаки кодов ANi2H А N13 маскируют.

В качестве блоков 8 и 9 используют энергонезависимые блоки пам ти, например , перемычки с шинами нулевого и единичного потенциалов.

В процессе эксплуатации преобразова- тели 1, 2 и 3 вырабатывают текущие значени  кодов Ni, N2 и NS. В сумматоре 10 вычитают из текущего кода NI поправку AN 12. Знак результирующего кода маскируют , Код NIM младших согласующих разр - дов сумматора 10 сравнивают в сумматоре 11 с кодом №с равнозначных старших разр дов преобразовател  2. Если 1 NiM 1№с1, то на выходе сумматора 11 формируют единичный сигнал, который в сумматоре 12 суммируют с некорректированным кодом NiH старших значащих разр дов сумматора 10. В результате на выходе сумматора 12 образуетс  корректированный код NiK старших разр дов. Если INiMl IN2cf , то на выходе сумматора 11 формируют нулевой сигнал и код Ni будет равен коду NiH. Коды Niu и N2 поступают соответственно на входы старших и младших разр дов одной группы входов сумматора 13. На другую группу входов сумматора 13 поступает код поправки А N23 с выхода блока 9 пам ти, В сумматоре 13 из объединенного кода (NiK+N2) вычитают код АN23 поправки. Знак полученной разности отбрасывают. Код №м младшщих согласующих разр дов сумматора 13 сравнивают в сумматоре 14 с кодом NSC равнозначных старших разр дов преобразовател  3.

Если J №м INsc . то на выходе сум- матора 14 формируетс  единичный сигнал, который суммируют в сумматоре 15 с некорректированным кодом NSH старших значащих разр дов сумматора 13. В результате

на выходе сумматора 15 образуетс  корректированный код Na старших разр дов. Если I N2wlS I Nscl , то на выходе смуматора 14 формируетс  нулевой сигнал и код N2 будет равен коду №н. Код №к и код N3 поступают соответственно на старшие и младшие разр ды выходной кодовой шины устройства. В результате формируетс  единый код (N2K+N3) всех трех отсчетов устройства .

Аналогичным образом формируетс  единый код и дл  большего количества отсчетов .

Устройство на фиг.2 работает следующим образом. Датчики 1, 2 и 3. установленные на одном валу, преобразуют перемещение в пилообразные напр жени  с одинаковой максимальной амплитудой UM. Выходные напр жени  датчиков 1, 2 и 3 отличаютс  друг от друга диапазоном линейно измен ющегос  напр жени  в функции перемещени . Например, период изменени  напр жени  датчика 1 соответствует всему диапазону углового перемещени  (360°), период изменени  напр жени  датчика 2 соответствует 360°/Р2 (где Р2 - коэффициент редукции датчика 2), период изменени  напр жени  датчика 3 соответствует 360/РЗ (где РЗ - коэффициент редукции датчика 3). В качестве датчиков 1, 2 и 3 использованы линейные потенциометры или фазовращатели, последовательно соединенные с блоками преобразовани  сдвига фазы в напр жение. Нулевые значени  выходных напр жений датчиков 1. 2 и 3 не совпадают.

Устройство работает в двух режимах: формирование поправки и в штатном режиме измерени . В режиме формировани  по- правки определ етс  величина рассогласовани  нулевых значений выходных напр жений датчиков 1, 2, 3. По шине 25 подаетс  сигнал, закрывающий ключи 19 и 20. Выходное напр жение датчика 1 преобразуетс  в АЦП 8 в код старших К1 значащих разр дов, который поступает на первую группу входов цифрового сумматора 21, С аналогового выхода АЦП 8 снимаетс  согласующее пилообразное напр жение амплитудой Um/2K , смещенное по фазе относительно напр жени  U2 датчика 2. Напр жение на аналоговом выходе АЦП 8 равно остатку от преобразовани  напр жени  LM. Аналогичным образом выходные на- пр жени  U2 и Ua датчиков 2 и 3 преобразуютс  в АЦП 9 и 10 в коды средних К2 и младших КЗ разр дов. На аналоговом выходе АЦП 9 формируетс  согласующее пилообразное напр жение амплитудой Um/2K2, смещенное по фазе относительно

напр жени  Уз- В сумматорах 6 и 7 напр жени  IJ2 и Ш смещаютс  по фазе на половину максимального значени  соответствующего напр жени . Дл  этого в сумматоре 29 из напр жений Da и из вычитаютс  напр жени  UCMI и Ксм2 соответственно . Если выходное напр жение сумматора 29 меньше нул , срабатывает компаратор 30 и ключ 31 подключает напр жение Um к суммирующему входу сумматора 29. В результате выходные напр жени  сумматоров 6 и 7 всегда положительные и смещены на половину периода относительно напр жений U2 и Кз. Выходные напр жени  АЦП 8 и 9 передаютс  через усилители 11 и 12 с коэффициентами и 2 соответственно , В сумматоре 13 определ ют поправку в виде рассогласовани  между выходным напр жением усилител  11, соответствующим младшей части напр жени  Ui, и напр жением сумматора 6, соответствующим перемещению в -соседнем младшем отсчете. В сумматоре 14 определ ют аналогично поправку между младшей частью напр жени  11г и напр жением сумматора 7, соответствующим перемещению в соседнем младшем отсчете. Поправки дл  соседних отсчетов, полученные в виде напр жений в сумматорах 13 и 14,запоминают в блоках 17 и 18 пам ти. В качестве блоков пам ти могут быть использованы, например, потенциометры, напр жени  на выходах которых устанавливаютс  равными выходным напр жени м сумматоров 13 и 14 с соответствующим знаком.

В процессе эксплуатации в штатном режиме измерени  по шине 25 подаетс  сигнал , открывающий ключи 19 и 20, В датчиках 1, 2 и 3 вырабатываютс  напр жени , пропорциональные текущим значени м перемещени . В сумматоре 5 вычитают из текущего напр жени  U2 поправку, запомненную в блоке 20. При суммировании напр жение поправки уменьшают в 2к2 с помощью входных сопротивлений сумматора 5. В сумматоре 4 вычитают из текущего напр жени  Ui поправки, запомненные в блоках 17 и 18. При этом напр жени  поправок уменьшают в 2К и 2 соответственно. Сумматоры 4 и 5 выполнены аналогично сумматорам 6 и 7 (см.фиг.З). Выходные напр жени  усилител  11 и сумматора Ъ сравниваютс  в компараторе 15. Если IUn I IUsl . то компаратор 15 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разр да второй группы входов сумматора 21, остальные старшие разр ды которой подключены к общей шине. Выходные напр жени  усилители 12 и сумматора 7 сравниваютс  в компараторе 16. Если

Uiz l IU I , то компаратор 16 вырабатывает единичный сигнал, поступающий на вход младшего разр да второй группы входов сумматора 22, остальные старшие разр ды этой группы подключены к общей шине. Выход переноса сумматора 22 подключен к входу переноса сумматора 21. В результате на выходах сумматора 21, сумматора 22 и АЦП 10 формируютс  старшие,

средние и младшие разр ды выходного кода .

Аналогичным образом формируют единый код и дл  большего количества отсчетов ,

В предложенном способе исключена механическа  юстировка отсчетов, что значительно упрощает реализацию способа. Кроме тогр, измерение фактической величины рассогласовани  между соседними отсчетами и учет измеренных рассогласований в процессе формировани  единого кода исключает погрешность юстировки отсчетов, что приводит к расширению диапазона допустимого рассогласовани 

отсчетов при эксплуатации.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

Способ измерени  угла поворота вала,

основанный на независимом формировании текущих значений угла в нескольких частично перекрывающихс  отсчетах с помощью датчиков угла по числу отсчетов, последовательном формировании единого

текущего значени  дл  всех отсчетов, начина  с двух старших, путем сравнени  младшей части единого значени  предыдущих М старших отсчетов с равнозначной старшей частью соседнего с ним f младшего отсчета,

коррекции по результатам сравнени  старшей части единого значени  предыдущих 1-1 старших отсчетов, формировани  единого текущего значени  i отсчетов из скорректированной части и полного значени 

соседнего младшего отсчета, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  способа и расширени  диапазона допустимого рассогласовани  отсчетов, перед формированием текущих значений угла

определ ют в произвольном угловом положении значени  угла в каждом отсчете, смещают значение угла в каждом младшем отсчете на половину зоны перекрыти  младшего и соседнего с ним старшего отсчетов,

определ ют поправку в виде рассогласовани  между младшей частью каждого старшего отсчета и равноценной ей старшей частью смещенного значени  угла в соседнем младшем отсчете, запоминают значе- «ие поправки дл  соседних отсчетов, при

формировании единого текущего значени  I дл  I и 1-1 отсчетов из единого значени  1-1 отсчетов вычитают запомненную поправку отсчетов.

9V 2

Фиг.З