17.2. Устранение методической ошибки

Стремление к повышению точности получения цифрового эквивалента угла привело к разработке преобразователя [а. с. 559257 (СССР)], не имеющего ме­тодической ошибки.

На рис. 17.5 приведена функциональная схема этого устройства.

С учетом построения преобразователя как устройства с обратной связью, где сравниваются разнополярные сигналы, зависимость (17.6) преобразуется к виду

Преобразователь содержит СКВТ, операционные усилители ОУ1—ОУ8, ре­гистры управления преобразователи код — напряжения ПКН1 н ПКН2, коммутаторы компенсационного и входного напряжений ККН и КВН, блок сравнения БС, синхронизирующее устройство СУ, делитель тактовых сиг­налов ДТС, распределительное устройство РУ и регистр хранения кода РХК.

Работа функционального преобразователя происходит в последовательности, разделяющей преобразование на три цикла. Первые цикл является подготови­тельным и служит для преобразования синусно-косинусных напряжений в код функции тангенса половинного угла. При этом кодирование выполняется в соот­ветствии с зависимостью

Заменив его кодовым эквивалентом получим

В указанном соотношении знаки перед составляющими сохраняются постояв-выми во всем диапазоне изменения угла 0—360° за счет инверсии сигналов.

Перед вторым и третьим циклами полученное значениекода

функции тангенса половинного угла устанавливается на дополнительномлиней­ном цифро-аналоговом преобразователе, с помощью которого определяется мас­штабирование синусной составляющей компенсационного сигнала, представляю­щего в результате функционально константу

Напряжение, пропорциональное соотношению (17.8), поступает на цифро-аналоговый преобразователь цепи компенсации в АЦП. Входное синусное ила косинусное напряжение поступает непосредственно на входную цепь этого пре­образователя, образуя при уравновешивания в контуре с обратной связью соот­ношения

Поскольку множители в правых составляющих соотношений (17.9) в (17.10) представляют собой константу (17.8), результат преобразования, т. е. код Ф, или Фс, образует собой синусную или косинусную зависимость соответственно. Приведенная последовательность зависимостей (17.7), (17.9) н (17.10) реали-зуется по циклам на АЦП путем поразрядного уравновешивания.

Рассмотрим последовательность действия устройства по циклам.

Первый подготовительный цикл отводится на определение функции тангенса половинного угла. В первом такте подключением синусного напряжения к блоку сравнения определяется фаза знака синусной зависимости. Во второй такте подключением косинусного напряжения через переключатель к бло­ку сравнения определяется фаза знака косинусной зависимости. В третьем и по-следующих тактах, число которых зависит от числа выбранных разрядов, вы­полняется поразрядное уравновешивание с помощью регистровуправляющих АЦП.

Второй цикл отводятся на определение синусной зависимости Ф. Перед на­чалом цикла код устанавливается в регистре и на АЦП1.

Регистр , обнуляется, я преобразователь приводитсяв исходное состояние. В процессе поразрядного уравновешивания при выбранном числе разрядов с по­мощью регистра управляющего преобразователем ЦАП2, происходит формирование кода, пропорционального синусной зависимости. Для выполнения уравновешивания следует сохранить знаки перед составляющими в зависимости (17.9). Для этого используются также знаки синусной и косинусной функций, определяющих номер квадранта. Масштаб передачи косинусного напряжения в первом цикле или в зависимостях (17.9) и (17.10) во втором и третьем (циклах регулируется непосредственно на входе ОУЗ.

Подключение ЦАП1 к ОУ5 и ОУ8 создает во входных цепях усилителей токи, пропорциональные Ф в (1—Ф), где Ф — код управления ЦАП1, поступаю­щий от регистра RG1 и пропорциональный в конкретном случае тангенсу поло­винного угла. Так как ЦАП1 входом связан с ОУ1, то достаточно подключить к входу ОУ6 инверсное синусное напряжение от ОУ7, чтобы можно было ком-пенсировать постоянную составляющую- тока (1—Ф). Тогда суммарный ток на входе ОУ6 будет иметь величину—Ф, т. е. противоположной полярности по отношению к входному току ОУ1. Таким образом, на выходах ОУ5 и ОУ6 всегда формируются напряжения взаимно противоположной полярности или фазы.

Синхронизация преобразования выполняется от сети, общей с источником питания СКВГ-датчиков, с помощью СУ. Синхронизирующий сигнал обеспечи­вает запуск делителя тактовых сигналов, представляющих последовательность импульсов для выработки поразрядных сигналов на распределительном устройстве.

Регистр обеспечивает обработку несложных логических соотношений

для коммутации переключателей 23—32 в каждом конкретном цикле работы. Выходы связаны с РХК, откуда коды Ф поступают в ЭВМ.

Это устройство позволяет преобразовать синусное и косинусное напряжения СКВТ в двоичный код непосредственно в процессе кодирования без использо­вания приближенных зависимостей с применением соотношений, связывающих тригонометрические функции, чем обеспечивается отсутствие методической ошиб­ся и достигается общее повышение точности функционального преобразования, которая ограничивается только инструментальной погрешностью.

Недостатком такого преобразования является невысокое быстродействие, поскольку процесс одного преобразования состоит из трех циклов.

Этого недостатка лишен функциональный преобразователь угла поворота вала в код [а. с 1043702 (СССР)] с СКДУ, основанный на использовании компенсационного напряжения, пропорционального сумме квадратов синусной я косинусной функций. Относительно этого компенсационного напряжения, выра­жающего константу, выполняется преобразование синусного и косинусного на­пряжений одновременно на двух блоках АЦП отношения напряжений в код. В результате преобразования формируется напряжение, пропорциональное сум­ке квадратов синусной и косинусной функций.

Это напряжение является общим опорным напряжением АЦП. Так как сум­ма квадратов синусной н косинусной функций обеспечивает формирование опор­ного напряжения постоянной амплитуды, то . в результате преобразования на регистрах АЦП устанавливаются коды, пропорциональные синусу и косинусу угла:

Поскольку возведение в квадрат выполняется в ЦАП, в которых код и опор-вое напряжение пропорциональны синусу или косинусу, зависимости (17.11) но-

где sin 0, cos0—значения функций, пропорциональные входным напряжениям, —значения функций sin0, cos 0, выраженные в пропорциональных кодах.

Функциональная схема преобразователя представлена на ряс. 17.6.

Преобразователь содержит: СКДУ,усилители У1—У5, компараторы К1 и К2, коммутаторы KP1 и КР2, АЦП1, АЦП2, регистры RG1 и RG2. ЦАП1, ЦАП2, блоки синхронизации БС1 и БС2, делитель тактовых сигналов ДТС , распределительный блок РБ.

Устройство работает следующим образом.

Сивусно-косинусные напряжения от СКДУ поступают на У1 и У2. На ком-параторах фиксируются относительно корпуса полупериодные значения синус­ного и косинусного напряжений соответственно, что обеспечивает формирование-знаков фаз этих напряжений по мере изменения угла поворота вала СКДУ. От тех же усилителей напряжения поступают соответственно на УЗ и У4 и ком­мутаторы, которые управляются по знаку функций, выявленному на компарато-рах. Тем самым в УЗ а У4 обеспечивается прямая или инверсная передача. Oт УЗ синусное напряжение поступает на вход ЦАП1 и на вход блока АЦП1. Точ­но также функционирует косинусная цепь. От У4 косинусное напряжение поступает на входы ЦАП 2 и АЦП2. Поскольку в ЦАП1 подано синусное напря­жение, а в ЦАП2 — косинусное, по мере поразрядного уравновешивания на. выходе суммирующего усилителя формируется напряжение, пропорциональное-сумме квадратов синусной и косинусной функций.

Это напряжение является общим опорным напряжением АЦП. Так как сум­ма квадратов синусной и косинусной функций обеспечивает формирование опор­ного напряжения постоянной- амплитуды, то в результате преобразования в ре­гистрах АЦП устанавливаются коды, пропорциональные синусу и косинусу угла,

Блок ДТС запускается импульсом от блока синхронизации, чем обеспечи­вается однократное за период включение преобразователя и тем самым устра­нение неоднозначности отсчета, которая может возникнуть при прямой и обрат­ной последовательностях чередования полупериодов по мере изменения угла по­ворота. Формирование импульсов поразрядного переключения на выходе ДТС

начинается через интервал времени, достаточный для нарастания напряжения после перехода через нуль. Эта импульсы поступают на РБ, который обеспечи­вает их параллельное распределение по разрядам блоков АЦП. От блоков АЦП результат преобразования переносится в PC.

Функциональный преобразователь угла поворота вала в двоичный код обес­печивает одновременное преобразование напряжений, пропорциональное синусу и косинусу угла. Несмотря на существенные преимущества такой ЦПП имеет ряд недостатков.

Во-первых, он имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку на выходе у него отсутствует код угла. Во-вторых, точность преобразователя ограничена суммарной инструментальной погрешностью, вносимой двумя ЦАП и двумя АЦП. В-третьих, преобразователь имеет ограниченное быстродействие за счет однократного включения аа период изменения

Перечисленные выше недостатки устраняются в функциональных преобразо­вателях на БИС АЦП и ПЗУ, особенности лостроения и работы которых при­ведены в следующей главе.