9.2. Способы преобразования угла в код, основанные на интегрировании выходных напряжении сквт

Известно, что наибольшей помехоустойчивостью обладают интегрирующие преобразователи. Наглядным примером этому служат следящие ЦПУ, содер­жащие два последовательно включенных интегратора в контуре сигнала рас­согласования. В ЦПУ находят применение и способы преобразования, в кото­рых подвергаются интегрированию непосредственно выходные сигналы СКВТ. Процесс преобразования в этом случае носит циклический характер, и после завершения цикла на выходе ЦПУ формируется цифровой эквивалент входного угла.

Согласно одному из этих способов [а. с. 409262 (СССР)] входные напря­жения СКВТ, пропорциональные синусу и косинусу угла, сравнивают по абсо­лютной величине, меньшее напряжение интегрируют в течение эталонного вре­мени, затем интегрируют большее напряжение с противоположным знаком до-получения заданного напряжения, определяют временной интервал интегриро­вания большего напряжения и преобразуют его в код.

На рис. 9.2 приведена функциональная схема устройства, реализующего та­кой способ.

Напряжения с выхода СКСДУ, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота, выпрямляют с помощью выпрямителей В1 и В2. Их выходы через ключи Кл1 и Кл2 подключены на вход интегратора ИР, к выходу которого подключен компаратор К. Напряжения с выпрямителей поступают также на схему сравнения СС. К управляющим входам ключей подключены выходы бло­ка управления БУ. Схема работает следующим образом.

Блок управления открывает ключ, подключающий меньшее по значению напряжение с выпрямителей на вход ИР на эталонное время. Сравнение на­пряжений производится СС, которая выдает сигнал в БУ. Затем БУ откры­вает другой ключ и выдает старт-импульс на преобразователь Я временного интервала в код, причем выпрямители включены так, что знаки их выходных напряжений противоположны. Компаратор К выдает стоп-импульс на Я при до­стижении напряжения определенное значения на выходе ИР. Полученное в ре­зультате преобразования значение кода поступает в промежуточный регистр ЯР, в котором происходит вычисление угла в пределах октанта. Три старших раз­ряда кода определяются определителем октантов 00.

Недостатком такого способа является значительная погрешность преобра­зования напряжений с синусной и косинусной обмоток датчика, осуществляе­мого перед первым циклом интегрирования в постоянные напряжения. Эта погрешность определяется разбросом характеристик выпрямителей В1 и В3 из-за их неидентичности.

С целью повышения точности предложен иной способ [а. с. 732951 (СССР)], предусматривающий сравнение синусного и косинусного напряжений СКДУ, большее из которых выпрямляют с помощью выпрямителя В. Далее интегриру­ют интегратором ИР опорное напряжение, поступающее с источника опорного напряжения ИОН, обратное по знаку выпрямленному большему напряжению, в течение эталонного интервала времени. Затем интегрируют ИР большее на-пряжение до заданного значения, определяют и запоминают интервал времени его интегрирования, выпрямляют с помощью В меньшее напряжение и интегря-руют его за интервал времени интегрирования большего напряжения. После этого интегрируют опорное напряжение с ИОН, обратное по знаку меньшему выпрямленному напряжению, до заданного значения и определяют временной интервал его интегрирования, по величине которого определяют код угла пово­рота вала СКДУ.

На рис. 9.3 изображена функциональная схема устройства, реализующего этот способ, а на рис. 9.4 — диаграмма работы устройства.

Преобразователь работает в двух режимах: в режиме преобразования ко­да во временной интервал н в режиме преобразования временного интервала в код. Преобразование происходит за четыре такта. Измеренное в результате преобразования значение кода поступает в ПP, в котором происходит вычисле­ние угла в пределах октанта. Номер октанта определяется определителем октан­тов 00.

Использование этого способа дает возможность повысить точность преоб­разования угла поворота вала в код. Недостатком способа является низкое быстродействие.

С целью устранения этого недостатка предложен третий способ {а. с. 1101866 (СССР)]. Он заключается в том, что выпрямление меньшего на­пряжения осуществляют непосредственно после получения результата выпрям­ления большего напряжения (результат предварительно запоминают), а инте­грирование выпрямленного меньшего напряжения осуществляют непосредственно после интегрирования выпрямленного и запомненного большего напряжений.

Отличие реализации этого способа от двух предыдущих состоит во вве­дении блока памяти н в структуре построения преобразователя.

Блок 00 определяет октант угла поворота в и выдает полученный резуль­тат в цифровой форме на вычислительный блок, в котором происходит вычнсление 0 в пределах октанта. Этот спо­соб позволяет повысить быстродействие преобразования.

Основой одного из широко распро­страненных методов преобразования вы­ходных сигналов СКВТ в код является использование гармонического генера­тора [3, 81], начальные условия которого пропорциональны амплитуде выход­ных сигналов СКВТ Время, необходимое для получения информации об угле поворота 0, пропорционально этому углу.

Как видно из рис. 9.5,а, б, гармонический генератор представляет собой аналоговое звено второго порядка, содержащее два интегратора и инвертор. Выход инвертора является также и входом первого интегратора. Принимая во внимание отрицательные знаки при коэффициентах передачи инвертора и ин­тегратора н учитывая также, что постоянные времени двух интеграторов равны можем записать уравнения

где Это уравнения простого гармонического колебания

с круговой частотой определяемой как

Выходные гармонические сигналы двух интеграторов представляют собой

а— напряжения на интегрирующих конденсаторах при (начальные условия). Выходная амплитуда Е осциллятора может управляться зарядами С1 и С2 до определенного значения перед моментом Важно, что ампли-

туда не зависит от постоянных времени. В противоположность этому частота на выходе зависят от постоянных времени интеграторов и не зависит от на­чальных условий.

Выходные сигналы двух интеграторов X и Y составляют воображаемый вектор который поворачивается с постоянной скоростью (рис. 9.5,в).

Времятребуемое для поворота этого вектора от первоначального положениядо положения, в котором напряжениеравно кулю, прямо пропорциональноуглу вектора. Так как угол равен то выражение для времени будет

Работа этого ЦПУ подразделяется на три периода (рис. 9.6):

1. в течениеустанавливаются начальные условия за счет интегрирования и выпрямления выходных сигналов СКВТ

2. в течение векторпредставленный своими компонентамиповорачивается до тех пор, пока выходной сигнал второго интегратора не пе­ рейдет через нуль;

3. в течениеоба интегратора сбрасываются до нуля за счет замыкания ключей S1 и S2 (см. рис. 9.5), параллельных интегрирующим конденса­торам.

Начальные условия получаются соединениемключами 5/ и S2 в течение периодапоэтому

В течение периода обратная связь осциллятора за­мыкается. Оба интегратора инте­грируют выходные сигналы друг друга опреде-

ляемые уравнениями (9.6). и

(9.7), начиная с начальных условий, установленных в течение

Так как представляют функции синуса и косинуса, урав-

нение (9.13) может быть решено для положить равным нулю:

Вычтя (9.11) из (9.14) и решив интеграл, получим

Еслито

Аналогично если в уравнении (9.12), то

Уравнение (9.16) может быть решено относительно т. е.

Еслито

Поделив (9.15) на (9.17), получим

Как и в любом другом преобразователе сигналов СКВТ в цифровую форму,не зависит от эталонного напряжения. Однако в отличие от другихсхема, показанная на рис. 9.5,а, не имеет эталонного источника. Сигналне зависит также от длительности периода но это приводит к не-

удобству, так как цифровой выходной сигналзависит от тактовой частоты , которая должна быть стабильной для высокой точности преобразо­вателя.

Большое внимание в схеме уделяется стабильности постоянных времени ин­тегрирования и так как изменяется в зависимости отЭто значит, что резисторы и конденсаторы, используемые в интеграторах, должны быть точными и стабильными. Зависимость постоянной времени ин­тегрирования обусловливает ограничение точности преобразователя, что является существенным недостатком этого варианта ЦПУ несмотря на его простоту и малое число элементов в отсчетной части.

После заполнения тактовой частотой временного интервала получают код

Недостатки этого способа видны из анализа (9.19): во-первых, результи­рующий код зависит как от тактовой частоты так н от частоты гармониче­ских колебанийзависящей в свою очередь от постоянных времени интегра­торов, и, следовательно, от изменения температуры окружающей среды, что-создает существенную погрешность преобразования; во-вторых, для получения кода Ф, соответствующего углу 0, круговая частота должна иметь точное-определенное значение

где—величина кода, соответствующего определяемая количествомим-пульсов счета.

К тому же в нормальных условиях необходимо задать постоянные времени интеграторов таким образом, чтобы одновременно выполнялись два равен­ства:

где— расчетное значение круговой частоты преобразователя, выбираемое-

исходя из требуемого уровня чувствительности и значения

Такая настройка преобразователя трудоемка. Кроме того, существует по­грешность, вызванная несоответствием реального периода гармонических коле­баний и расчетного, получаемая уже в нормальных условиях при настройке преобразователя.