6.4. Функциональные фазовые преобразователи

Часто ряд задач, выполняемых с помощью ЭВМ, требует решения тригоно­метрических уравнений, например задача преобразования координат. При исполь­зовании обычных ЦПП для решения задач преобразования координат необходи­мо предварительное преобразование угла в синус и косинус, т. е. в ряде слу­чаев ЭВМ оперирует не с кодом угла, а с его синусом и косинусом. Это приво­дит к дополнительным затратам времени работы ЭВМ на преобразование угл* в синус и косинус, т. е. к снижению производительности машины. Применение

функциональных преобразователей позволяет избежать дополнительных затрат машинного времени на преобразование угла в синус и косинус [49].

Структурная схема функционального преобразователя [а. с. 651386 (СССР)] представлена на рис. 6.12. Импульсы с генератора G поступают на цифровой синусно-косанусный формирователь ЦСКФ, а также на счетчик-делитель СТ2, имеющий коэффициент пересчета Формирователь ЦСКФ выдает со своих выходов коды синуса и косинуса угла, значения которых непрерывно форми­руются с СТ2, Код, появляющийся на его выходах, образует временную шкалу преобразователя. Работа ЦСКФ и СТ2 синхронизирована.

Далее коды синуса и косинуса угла преобразуются в напряжения с по­мощью ЦАП. Эти напряжения питают -фазовращатель ФВ на базе СКВТ. Сину­соидальное напряжение с его выхода, сдвинутое по фазе относительно питающе-то напряжения на угол 8, пропорциональный развороту вала ФВ, поступает на нуль-орган ИО, который формирует импульсы в момент перехода синусондаль-ного напряжения через нуль от отрицательного значения к положительному, Импульсы считывают код Ф, пропорциональный углу поворота вала ФВ, с СТ2 и, кроме того, коды Фа и Ф_с, пропорциональные синусу и косинусу угла.

Огсчетная часть преобразователя работает по принципу «бегущей строби-

рующей метки». Осуществляется не только преобразование угла поворота вала

в код, но и одновременное формирование кодов синуса и косинуса этого угла.

Такое расширение функциональных возможностей позволяет при решении ряда

задач существенно разгрузить ЭВМ за счет исключения операций вычисления

синуса и косинуса угла и, таким образом, высвободить часть машинного времени.

Недостатком преобразователя является невысокая точность,

С целью повышения точности предложена схема, представленная на рис. 6.13,

вкоторой напряжение витания на ста-торные обмотки ФВ на основе СКВТ от ЦАП подается через интегрирующие блоки ИБ, а выходы ФВ соединены с ИО через повторители напряжения ЛЯ, фазосдвигающие блоки ФСБ и дифференциальный усилитель ДУ {а. с. 942101 (СССР)].

Такой функциональный ЦПУ работает следующий образом.

Двоичный N-разрядный счетчик считывает импульсы тактовой частотыпоступающие на его вход от генератора импульсов, в результате чего на выходе счетчика образуется линейный циклический код. Этот код с помощью ЦСКФ-непрерывно преобразуется в коды синуса и косинуса числа, записанного в дан­ный момент в счетчике. При этом разрядность счетчика выбирается исходя на-необходимой разрешающей способности преобразования угла в код, а разряд­ность выходов ЦСКФ — из необходимой точности получения значений синуса я косинуса этого угла. Коды синуса и косинуса с выходов формирователя по­ступают соответственно на входы блоков элементов И (2, 3), а п старших раз­рядов поступают также на входы биполярных ЦАП. На их выходах формируют­ся кусочно-аппроксимированные напряжения, равные по амплитуде и сдвинутые по фазе на 90°. Уменьшение числа участков аппроксимации выходных напряже­ний преобразователей за счет подачи на их входы только л старших разрядов кодов синуса и косинуса позволяет снизить требования к быстродействию ЦАВ в раз, но, с другой стороны, приводит к соответствующему увеличению по-

грешности и формированию квадратурных напряжений. Поэтому между преобра­зователями и входными обмотками ФВ введены ИБ, осуществляющие сглажи-вание выходных напряжений ЦАП на участках дискретизации. На выходах ФВ образуются напряжения, сдвинутые по фазе относительно входных напряжений на угол, определяемый углом 6 поворота его ротора. Выходы ФВ связаны с ФСБ через ПН большим входным сопротивлением, что обеспечивает работу первичного преобразователя в режиме холостого хода и независимость регуля-ровки ФСБ. Блок ФСБ1 осуществляет сдвиг фазы напряжения наа ФСБ2 — наНапряжение с ФСБ поступает на входы ДУ, на выходе

которого формируется синусоидальное напряжение, сдвинутое по фазе на угол, определяемый углом поворота ФВ, Так как напряжение на выходе ДУ есть-результат взаимодействия напряжений с двух выходных обмоток ФВ, сдвинутых фазосдвигающими блоками относительно друг друга на л/2, то влияние квадра-турных погрешностей питания на сформированный фазовый сдвиг значительна уменьшается, что приводит к существенному увеличению точности преобразова­теля. Нуль-орган вырабатывает импульс в момент перехода через нуль от отри­цательных значений к положительным синусоидального напряжения, поступаю­щего с выхода вычитателя.

Так как фазы напряжений, питающих фазовращатель, однозначно связана с состоянием счетчика, а выходное напряжение ДУ сдвинуто по фазе на угол, определяемый углом поворота ротора фазовращателя, то в момент срабатывание НО в счетчике содержится кодовый эквивалент угла, а на выходах формиро­вателя содержатся кодовые эквиваленты синуса я косинуса угла поворота ФВ. Импульс с НО разрешает передачу этой информации на выходы схем совпа» дения.

Недостатком, свойственным двум рассмотренным выше вариантам ЦПП. является ограниченное быстродействие.

Действительно, в их устройствах время преобразования равняется периоду частоты напряжения, сформированному ЦАП. Этот период задается частотой импульсов генератора и разрядностью счетчика. Уменьшение времени может быть достигнуто увеличением частоты импульсов и соответствующим повышением требований к быстродействию цифровых и цифро-аналоговых узлов преобразо­вателя. С другой стороны, уменьшение времени преобразования ограничено типом

используемого ФВ (для обычно используемых в качестве ФВ СКВТ частота питания составляет 400—1000 Гц). Если получение кодов синуса и косинуса угла яе требуется, то схемы совпадения могут быть исключены, а требования к разрядности и быстродействию ЦСКФ снижены.

С точке зрения повышения быстродействия представляет интерес иное по­строение обычного ЦПП, структурная схема которого представлена на рис. 6.14 [а. с. 1113826 (СССР)]. Для повышения быстродействия в ЦПП введены инвер­тор ИНВ, коммутатор КР, формирователь импульсов ФИ, регистр RG,

Преобразователь работает следующим образом.

Импульсы с генератора импульсов G поступают на -разрядный счетчикСТ2, на выходах которого формируется циклический код, образующий первую временную шкалу преобразования. Значение старшего разряда счетчика СТ2 инвертируется ИНВ и вместе с младшими разрядами счетчика образует

вторую временную шкалу преобразования.

Код с выхода СТ2 поступает на вход ЦСКФ, на выходах которого форми­руются коды синуса и косинуса угла, непрерывно формируемого в СТ2. Коды синуса и косинуса угла поступают на ЦАП1 и ЦАП2 и преобразуются ими в синусоидальные напряжения равной амплитуды, сдвинутые по фазе относи­тельно друг друга на 90°. Эта напряжения поступают на входные обмотки ФВ, образуется напряжение, сдвинутое по фазе на угол, определяемый углом пово­рота ротора ФВ. Это напряжение поступает на вход нуль-органа НО, в резуль­тате чего на его выходе формируются прямоугольные импульсы, длительностью равные половине периода синусоидального напряжения, питающего ФВ, и с фрон­тами, совпадающими с моментами перехода через нуль его выходного напряже­ния. Эти импульсы поступают на управляющий вход КР через ФИ. В течение положительной полуволны выходного напряжения ФВ КР по сигналам НО пропускает прямое значение кода старшего разряда СТ2, а в течение отрица­тельной полуволны — инвертированное значение кода старшего разряда счетчи­ка СТ2.

Таким образом, на один период повторения на информационных входах_в зависимости от состояния КР поочередно действуют обе временные шкалы пре-образования. Импульсы с НО поступают на вход ФИ, который по фронтам входных импульсов дважды за период повторения синусоидального напряжения с выхода ФВ формирует сигналы записи, поступающие на управляющий вход

и задержанные относительно фронтов входных импульсов на время задерж­ки переключения КР. Так как в момент перехода выходного напряжения ФВ через нуль от отрицательного значения к положительному содержимое счетчика представляет собой кодовый эквивалент угла поворота ротора ФВ а КР про­пускает прямое значение кода старшего рааряда счетчика, то взаписывается

значение кода угла поворота ротора ФВ. В момент перехода его выходного на- пряжения через нуль от положительного значения к отрицательному содержимое- счетчика представляет собой кодовый эквивалент угла, отличающегося от дей­ ствительного угла поворота ротора ФВ на 180°. С другой стороны, так как цена старшего разряда счетчика равна 180°, а КР в этот момент пропускает на вход инвертированное значение старшего разряда счетчика, то вза­писывается значение кода угла, отличающееся от значения кода на счетчике на 1800, т. е. значение кода действительного угла поворота ротора ФВ, имеющего место в данный момент.

Следовательно, значение кода Ф угла поворота вала в ЦПП обновляется дважды за период изменения напряжения, питающего ФВ.

Таким образом, введение инвертора, коммутатора, формирователя импуль­сов, регистра и организации связей, как это описано выше, позволяет простыни средствами повысить быстродействие преобразователя угла поворота вала в код в 2 раза без повышения требований к быстродействию входящих в устройство узлов.

Следует отметить, что этот вариант построения ЦПП уступает двум преды­дущим по своим функциональным возможностям. Их расширение возможно осу­ществить за счет формирования, например, кодов скорости и ускорения в отсчет-ной части ЦПУ, что будет рассмотрено в гл. 8.

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

КОМБИНИРОВАННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ФАЗА—КОД